耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组及运行方法与流程

本发明涉及火力发电，具体涉及一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组及运行方法。

背景技术：

1、汽轮机，是现代火力发电厂的主要设备，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。而目前的汽轮机发电所采用的能源主要为天然气和煤炭。

2、需要积极探索多元化的能源供应途径，降低对单一能源的依赖度，提高能源供应的稳定性。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服天然气发电运行成本高昂及能源供应不稳定的问题，从而提供一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组及运行方法，通过在传统的天然气发电厂联合循环机组中引入太阳能，优化联合循环机组的输出功率和能源利用率。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组，包括：

4、燃气轮机本体系统，适于产生高温尾气；

5、余热锅炉系统，与燃气轮机本体系统连接，适于利用高温尾气将水转化为高压蒸汽；

6、蒸汽轮机发电系统，与余热锅炉系统连接，适于利用高压蒸汽进行发电；

7、所述联合循环机组还包括：

8、太阳能蒸汽甲烷重整系统，与燃气轮机本体系统连接，适于利用太阳能将水蒸汽和甲烷混合气体进行加热并生成混合燃气，且将混合燃气输入燃气轮机本体系统与高温空气进行混合燃烧。

9、进一步优化技术方案，所述太阳能蒸汽甲烷重整系统包括：

10、蒸汽甲烷混合器，连接设置有天然气输送管道和蒸汽输送管道，适于将天然气和水蒸汽进行混合；

11、太阳能聚焦组件，适于将太阳光聚焦至蒸汽甲烷反应器；

12、蒸汽甲烷反应器，与蒸汽甲烷混合器的出口端连接，并通过混合气输送管道与燃气轮机本体系统连接，适于利用太阳能对天然气和水蒸汽混合气体进行加热。

13、进一步优化技术方案，所述天然气输送管道上设置有适于控制天然气压力和/或流量的天然气阀；

14、和/或

15、所述蒸汽输送管道上设置有适于控制蒸汽压力和/或流量的第二蒸汽阀。

16、进一步优化技术方案，所述蒸汽输送管道与余热锅炉系统的高压蒸汽出口连接，所述太阳能蒸汽甲烷重整系统的水蒸汽由余热锅炉系统供给。

17、进一步优化技术方案，所述燃气轮机本体系统包括：

18、燃机压气机，适于将大气中的空气压缩为高压空气；

19、燃机燃烧室，与燃机压气机出气口连接且与蒸汽甲烷反应器的出口端连接，适于将高压空气与燃料混合进行等压燃烧形成高温高压烟气；

20、燃机透平，与燃机燃烧室出气口连接，适于利用高温高压烟气旋转做功并使得高温高压烟气形成高温尾气；

21、燃机发电机，与燃机压气机和燃机透平同轴连接。

22、进一步优化技术方案，所述余热锅炉系统包括与燃机透平出气口连接的余热锅炉，所述余热锅炉上设置有烟囱，所述余热锅炉内沿高温尾气输送方向依次设置有过热器、蒸发器和省煤器。

23、进一步优化技术方案，所述蒸汽轮机发电系统包括：

24、汽轮机，通过高温蒸汽输送管道与过热器的出气口连接，适于在高压蒸汽推动下旋转做功，并使高压蒸汽转换为低压蒸汽；所述汽轮机通过低压蒸汽管道与省煤器连接；

25、汽机发电机，与汽轮机同轴连接，适于在汽轮机带动下旋转发电；

26、凝汽器，设置在低压蒸汽管道上，适于将低压蒸汽冷却为水。

27、进一步优化技术方案，所述蒸汽输送管道与高温蒸汽输送管道或汽轮机的抽汽口连接。

28、耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组的运行方法，包括以下步骤：

29、通过太阳能蒸汽甲烷重整系统利用太阳能将水蒸汽和甲烷混合气体进行加热并生成混合燃气，将混合燃气输入燃气轮机本体系统与高温空气进行混合燃烧；

30、通过燃气轮机本体系统产生高温尾气，将高温尾气输入至余热锅炉系统，利用高温尾气将余热锅炉系统中的水转化为高压蒸汽；

31、通过蒸汽轮机发电系统利用高压蒸汽进行发电。

32、进一步优化技术方案，还包括基于工况控制燃烧方式的步骤：

33、在无太阳光照射的情况下，关闭蒸汽甲烷混合器上游的第二蒸汽阀，甲烷与高压空气通入至燃气轮机本体系统混合燃烧；

34、在有太阳光照射的情况下，打开甲烷蒸汽混合器上游的第二蒸汽阀，甲烷及水蒸汽和甲烷反应生成的混合燃气输入燃气轮机本体系统与高温空气进行混合燃烧，或关闭甲烷蒸汽混合器上游的第二蒸汽阀，甲烷与高压空气通入至燃气轮机本体系统混合燃烧；

35、控制输入至蒸汽甲烷混合器的甲烷和/或水蒸汽的流量和/或温度，以控制蒸汽甲烷重整过程中化学反应的反应速度。

36、本发明技术方案，具有如下优点：

37、1.本发明提供的一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组，通过引入太阳能资源在一定程度上减少了电厂天然气发电的燃料消耗。减少电厂天然气消耗将带来两个优点：一是有助于发电厂减低燃料成本，提升发电厂的经济性；二是降低天然气燃烧形成的氮氧化物，同时引入的太阳能资源无任何额外的污染物排放，这将提升发电厂的环保性。

38、2.本发明提供的一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组，相比于目前部分天然气发电厂中应用的传统太阳能制蒸汽联合循环机组，本发明的优势在于：在引入相等能量太阳能资源的条件下，联合循环机组将获得更高的循环效率、产生更大的发电量。

39、3.本发明提供的一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组，天然气输送管道上设置有适于控制天然气压力和/或流量的天然气阀。蒸汽输送管道上设置有适于控制蒸汽压力和/或流量的第二蒸汽阀，第二蒸汽阀用以控制进入燃机燃烧室中的燃料量、进而调节燃气轮机的运行功率。在本发明中，基于不同的工况，通过控制天然气阀和第二蒸汽阀的开度或启闭状态来控制输入至燃气轮机本体系统的天然气量和/或水蒸汽量，进而实现发电量及蒸汽甲烷反应器反应速度的调节。

40、4.本发明提供的一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组，蒸汽输送管道与余热锅炉系统的高压蒸汽出口连接，太阳能蒸汽甲烷重整系统的水蒸汽由余热锅炉系统供给。太阳能蒸汽甲烷重整系统的水蒸汽来源是联合循环机组原有的余热锅炉设备。通过合理利用余热锅炉的热量，能够为甲烷蒸汽重整技术提供所需的水蒸汽，无需额外增添新的设备。这种设计不仅充分利用了现有的设备资源，而且避免了因新增设备带来的额外投资和运营成本。同时，这种设计还有效地降低了对环境的影响，实现了能源的可持续利用。

41、5.本发明提供的一种耦合太阳能与天然气混合发电的联合循环机组的运行方法，在无太阳光照射的情况下，如夜间或阴天，关闭蒸汽甲烷混合器上游的第二蒸汽阀，蒸汽甲烷反应器中不再发生化学反应，而是直接将甲烷通入燃气轮机进行燃烧。在有太阳光照射的情况下，打开甲烷蒸汽混合器上游的第二蒸汽阀，甲烷及水蒸汽和甲烷反应生成的混合燃气输入燃气轮机本体系统与高温空气进行混合燃烧，或关闭甲烷蒸汽混合器上游的第二蒸汽阀，甲烷与高压空气通入至燃气轮机本体系统混合燃烧。本发明确保了即使在太阳能不足的情况下，系统依然能够利用原始的天然气进行发电，保证了能源供应的连续性和稳定性。