一种氨燃料的联合循环发电系统的制作方法

本技术涉及氨燃烧发电，尤其是涉及一种氨燃料的联合循环发电系统。

背景技术：

1、在“双碳目标”的时代背景下，减少二氧化碳的排放量已成为一个课题。由于电力行业碳排放占我国总碳排放的40％以上，因此电力行业的碳减排显得尤为重要。燃气-蒸汽联合循环发电作为燃气发电的最主要利用形式，正向绿色无碳燃料的转型方向不断发展。

2、氨作为一种无碳富氢的新型零碳替代燃料，相比于氢气，具有能量密度高、易液化和易于运输的优点，故以氨为燃料的绿色发电系统备受关注。目前，以氨为燃料的燃气-蒸汽联合循环发电系统尚未成熟，没有充分利用液氨冷量的优势，其热效率有较大的进步空间：

3、空气进气的温度高，导致压气机的压缩功耗高，严重影响燃气循环的热效率。对于氨燃料来说，-33℃的液氨需要蒸发为氨气进行燃烧，蒸发过程可以提供巨大的冷量，用于进口空气的冷却。现有氨燃气-蒸汽联合循环发电系统用燃气排气余热加热中间介质低压蒸汽或循环水，间接给液氨蒸发提供热量，不仅浪费了液氨的冷量，而且减少了余热供给蒸汽循环的能量，造成联合循环系统热效率较低。

4、因此，亟需一种热效率较高的氨燃料的联合循环发电系统。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氨燃料的联合循环发电系统，利用液氨气化冷量提高氨燃气-蒸汽联合循环效率，以解决氨燃料的联合循环发电系统浪费液氨冷量和燃气排气余热，从而导致联合系统热效率低的问题。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本实用新型的目的是提供一种氨燃料的联合循环发电系统，所述系统包括燃气循环机构、蒸汽循环机构、液氨冷量利用机构、燃气排气处理机构。

4、进一步地，所述燃气循环机构用于蒸发、充分燃烧氨气并推动燃气轮机做功发电；所述蒸汽循环机构用于使锅炉给水蒸发成蒸汽推动蒸汽轮机做功，后带动发电机进行发电；所述液氨冷量利用机构用于领用液氨冷量；所述燃气排气处理机构用于燃气排气脱硝、氨回收及排空；所述蒸汽循环机构与燃气排气处理机构连接，所述燃气排气处理机构与燃气循环机构连接，所述燃气循环机构与液氨冷量利用机构连接。

5、进一步地，所述燃气循环机构包括液氨泵、氨蒸发器、氨压缩机、燃烧室、空气冷却器、气液分离罐、压气机、燃气轮机、燃气控制阀、氨分解装置、氢气混合气压缩机、第一氨气管路、第二氨气管路、第三氨气管路；所述液氨泵的进口与液氨管路连接，来自液氨储罐的液氨与液氨泵的进口连接，液氨泵的出口与氨蒸发器的冷端进口连接，氨蒸发器的冷端出口与第一氨气管路、第二氨气管路、第三氨气管路的进口连接，第一氨气管路的出口与氨压缩机的进口连接，氨压缩机的出口与燃烧室的进口连接；所述空气冷却器的热端进口与空气管路连接，空气自空气管路与空气冷却器的热端进口连接，空气冷却器的热端出口与气液分离罐的进口连接，气液分离罐的气相出口与压气机的进口连接，气液分离罐的液相出口与排水管路连接，压气机的出口与燃烧室的进口连接；第二氨气管路的出口与氨分解装置的冷端进口连接，氨分解装置的冷端出口与氢气混合气压缩机的进口连接，氢气混合气压缩机的出口与燃烧室的进口连接；燃烧室的出口与燃气轮机的进口、燃气控制阀的进口连接，燃气控制阀的出口与氨分解装置的热端进口连接。

6、进一步地，所述蒸汽循环机构包括余热锅炉、蒸汽轮机、蒸汽凝汽器、锅炉给水泵；脱硝装置的出口与余热锅炉的热端进口连接，锅炉给水泵的出口与余热锅炉的冷端进口连接，余热锅炉的冷端出口与蒸汽轮机的进口连接，蒸汽轮机的出口与蒸汽凝汽器的热端进口连接，蒸汽凝汽器的热端出口与锅炉给水泵的进口连接。

7、进一步地，所述液氨冷量利用机构包括循环水泵；所述循环水泵的进口与循环上水管路连接，来自循环上水管路的循环水与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与氨蒸发器的热端进口连接，氨蒸发器的热端出口与空气冷却器的冷端进口连接，空气冷却器的冷端出口与循环上水管路连接，循环水的出口与蒸汽凝汽器的冷端进口连接，蒸汽凝汽器的冷端出口与循环回水管路连接。

8、进一步地，所述燃气排气处理机构包括脱硝装置、氨水洗装置；第三氨气管路的出口、氨分解装置的热端出口、燃气轮机的出口与脱硝装置的进口连接，脱硝装置的出口与余热锅炉的热端进口连接，余热锅炉的热端出口与氨水洗装置的进口连接，氨水洗装置的出口与排空管路连接。

9、进一步地，上述各机构中的具体装置主要通过管路连接。

10、进一步地，采用上述氨燃料的联合循环发电系统，利用液氨气化冷量提高氨燃气-蒸汽联合循环效率的工艺方法包括如下工序：

11、i.燃气循环工序：

12、来自液氨储罐的液氨进入液氨泵加压后进入氨蒸发器，被循环水物流加热后蒸发为氨气，去往三股氨气管路，第一氨气管路的氨气作为主燃料进入氨压缩机，经过压缩后到达设定压比对应的压力，进入燃烧室；

13、含有一定湿度的空气自空气管路进入空气冷却器，被载冷剂循环水物流冷却，空气中的水蒸汽被冷凝，经过气液分离罐后，罐顶得到干燥的冷空气，分离的冷凝水从罐底进入排水管道排出，冷空气进入压气机进行压缩，压缩至设定压比后进入燃烧室；

14、来自第二氨气管路的氨气进入氨分解装置，被来自燃气控制阀的燃气加热至分解反应温度，反应生成氢气混合气(氢氮混合气)，氢气混合气经过氢气混合气压缩机压缩至设定压比对应的压力，进入燃烧室；

15、主燃料氨气在助燃物空气和氢气混合气的环境下，充分燃烧。为了保证燃烧的效果，第二氨气管路的氨气流量与第一氨气管路的氨气流量比值范围为1：7～4：7。燃烧后的高温燃气一部分进入燃气轮机进行膨胀做功，推动发电机进行发电，另一部分通过燃气控制阀进入氨分解装置为氨分解反应提供热量，进入氨分解装置的燃气流量大小与进入氨分解装置的氨气流量有关，并通过燃气控制阀的开度进行控制。

16、ii.蒸汽循环工序

17、来自脱硝装置的燃气排气进入余热锅炉，加热来自锅炉给水泵的锅炉给水，使其蒸发成不同压力等级的蒸汽，蒸汽进入蒸汽轮机进行膨胀做功，推动发电机进行发电，膨胀后的水蒸汽在凝汽器中冷凝，冷凝水进入锅炉给水泵继续进行蒸汽循环。

18、iii.液氨冷量利用工序：

19、来自循环上水管路的循环水进入循环水泵，加压后进入氨蒸发器，循环水提拱液氨蒸发的热量，自身被冷却。为防止循环水结冰，温度不得低于3℃。冷却后的循环水进入空气冷却器，将从液氨带来的冷量将空气中的水蒸汽冷到露点以下，从空气冷却器流出的循环水与去冷却蒸汽轮机排汽的循环水混合，一同进入凝汽器，将蒸汽排汽冷凝后进入循环回水管路。

20、iv.燃气排气处理工序：

21、来自第三氨气管路的氨气进入脱硝装置，与来自氨分解装置和燃气轮机出口的燃气排气进行催化还原反应，将燃烧反应产生的nox还原成n2，脱硝后的燃气排气进入氨水洗装置，将燃气排气中多余的氨回收，处理后的燃气排气排空。

22、具体液氨冷量利用过程中，被载冷剂循环水冷却后的空气，温度降低到8～15℃，其经过压气机压缩至相同压力时的压缩功耗降低，从而提高了燃气循环的热效率；直接利用循环水的热量去加热蒸发液氨，避免了燃气排气余热通过中间介质低压蒸汽或循环水间接加热液氨，减少了余热的能量浪费，使得余热供给蒸汽循环的能量增加，提高了蒸汽循环的热效率；剩余部分冷量的循环水与去冷却蒸汽轮机排汽的循环水混合，降低了循环水的温度，从而降低了蒸汽凝汽器的冷凝压力，进一步提高了蒸汽轮机的发电功率，提高了蒸汽循环的热效率。

23、总之，燃气循环和蒸汽循环的热效率提高，都会使得氨燃气-蒸汽联合循环发电系统(氨燃料的联合循环发电系统)的热效率提高。

24、与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

25、1)本技术方案所提供的一种氨燃料的联合循环发电系统，具体工作时包括燃气循环、蒸汽循环、液氨冷量利用、燃气排气处理四个工序，该系统通过利用液氨蒸发的冷量去冷却空气和蒸汽轮机的排汽，减少了压气机的压缩能耗和增加了蒸汽轮机的发电功率，分别提高了燃气循环和蒸汽循环的热效率，进而提高了氨燃气-蒸汽联合循环的热效率。

26、2)本技术方案所提供的一种氨燃料的联合循环发电系统，循环水直接与液氨换热，使其加热蒸发，避免了燃气排气余热通过中间介质低压蒸汽或循环水间接加热液氨，减少了余热的能量浪费，使得余热供给蒸汽循环的能量增加，提高了蒸汽循环的热效率。

27、3)本技术方案所提供的一种氨燃料的联合循环发电系统，对脱硝后的燃气排气增加了水洗过程，解决了脱硝还原剂氨过量直接排空会污染环境的问题。