一种联合循环电站给水控制和烟气余热利用系统的制作方法

本发明涉及热能综合利用，更具体地说，它涉及一种以掺氢天然气为燃料的联合循环电站给水控制和烟气余热利用系统。

背景技术：

1、氢气燃烧只生成水，是实现燃气轮机机组零碳排放的理想清洁燃料，掺氢燃机技术的积极发展，可为实现发电低碳排放和解决新能源的消纳发挥重要的支撑作用，具有良好的社会效率、节能效益和环境效益。目前，在航改型和工业燃气轮机机组掺氢比例上已突破50%，有的达到100%。在重型燃氢燃气轮机机组方面，主流燃机厂家均将高比例掺氢和100%氢燃料燃烧作为首要能源目标：西门子能源计划到2030年在所有燃机上实现100%氢燃料燃烧，实现燃机发电零碳排放；ge公司目前在实验室阶段已验证天然气掺加50%氢气燃烧能力；三菱公司计划基于最新研发的新型预混燃烧器在2025年完成试验机100%掺氢的商业化验证。可以预见，掺氢和纯氢燃气轮机机组将是燃气-蒸汽联合循环的核心解决方案。

2、随着掺氢比例的增加，烟气成分中水蒸气分压增大导致烟气水露点大幅度升高，为避免低压省煤器出现水蒸气凝结，危害换热盘管的安全，余热锅炉排烟温度需同步升高。一方面烟囱较高排烟温度，会造成热量损失，另一方面，为满足烟气温度要求，需要提供更高的凝结水给水温度。为了提高机组运行效率，动态调整给水温度，实现烟气的余热回收再利用具有现实意义。此外，烟气中含有大量水蒸气，在锅炉排烟阶段设法回收水工质可用于电厂运行有利于减少电厂对供水的消耗。

3、因此，对于掺氢燃料的燃气-蒸汽联合循环机组，如何根据燃料的变化完善蒸汽循环热力系统的动态调控，满足不同掺氢比例下余热锅炉运行安全，并且尽可能的利用烟气余热、提高热力系统效率，回收水工质，成为目前掺氢燃气-蒸汽联合循环机组需要解决的新的技术问题。

4、公开号为cn202645658u的实用新型公开了一种燃气-蒸汽-有机工质联合循环发电装置，在现有燃气-蒸汽联合循环热力系统的基础上，将有机朗肯循环系统耦合到原有热力系统当中去，以汽轮机末几级抽汽的形式，将抽汽作为有机朗肯循环的热源，进一步提升了汽轮机乏汽余热资源的回收率，提高了燃气-蒸汽联合循环电站的发电功率。但该实用新型无法解决根据燃料的变化完善蒸汽循环热力系统的动态调控，满足不同掺氢比例下余热锅炉运行安全要求的技术问题。

技术实现思路

1、现有的掺氢燃料的燃气-蒸汽联合循环机组不具备根据燃料的变化完善蒸汽循环热力系统动态调控的设计，烟气余热利用和水工质回收措施也不足，为克服这些缺陷，本发明提供了一种联合循环电站给水控制和烟气余热利用系统，控制给水温度和排烟温度，满足不同掺氢比例下余热锅炉低压省煤器运行安全，并实现烟气余热的利用和水工质回收，既提高联合循环热效率又减少电厂内耗水量。

2、本发明的技术方案是：一种联合循环电站给水控制和烟气余热利用系统，包括与一掺氢天然气供应管线连接的余热锅炉和连接在余热锅炉尾部的烟囱，掺氢天然气供应管线通至联合循环电站的燃气轮机机组，燃气轮机机组输出端与余热锅炉连接，掺氢天然气供应管线上设有在线气相色谱仪，燃气轮机机组上游设有性能加热器，燃气轮机机组与余热锅炉连接部设有第一检测模组，余热锅炉尾部设有第二检测模组，烟囱中设有喷淋装置和收水装置。本发明针对燃机掺氢燃烧的特点，监测和评估烟气成分，动态调整给水参数，利用烟气显热和凝结潜热热量进行余热回收和再利用，同时回收水工质进行循环利用。

3、作为优选，本系统还包括凝结水泵和凝结水给水预热器，凝结水泵与一给水系统供水管并联后接至一凝结水给水预热器，凝结水给水预热器下游连有辅助蒸汽换热器，所述余热锅炉内设有省煤器机组，省煤器机组包括低压省煤器，辅助蒸汽换热器与低压省煤器相连，低压省煤器输出端与一凝结水再循环泵相连，凝结水再循环泵连接至低压省煤器输入端，构成循环回路。给水系统供水管所供的水为凝结水给水，输入余热锅炉内，以满足烟气温度要求，减少烟气余热浪费。凝结水给水温度不宜太低，否则危害换热盘管的安全，为此凝结水给水到达低压省煤器前经过凝结水给水预热器和辅助蒸汽换热器多级升温，达到适合的温度。

4、作为优选，所述省煤器机组还包括与所述低压省煤器连接的低压汽包，所述余热锅炉内还设有高压省煤器和中压省煤器，所述低压汽包与中压省煤器与一中压给水泵相连，低压汽包与一高压给水泵相连，高压给水泵均配置有变频装置，高压给水泵与高压省煤器相连。燃气轮机机组工作后产生并排入余热锅炉的烟气的温度和压力随着距离燃气轮机机组输出端远近的不同而变化，设置高压省煤器、中压省煤器和低压省煤器可在余热锅炉中不同位置上针对不同压力的烟气工作，吸收和利用烟气的余热，提高锅炉的热效率，同时，降低烟气温度、降低综合能耗、节约能源，减少烟气中的有害物质排放，提高锅炉的能源利用效率和环保性能。

5、作为优选，所述第一检测模组和第二检测模组均包括温度、压力传感器和高温烟气湿度测量器，第一检测模组和第二检测模组以及所述在线气相色谱仪均与一控制系统电连接，控制系统通过所述高压给水泵和中压给水泵的变频装置，及一低压再循环管路的调节阀调节系统热量分配，控制所述余热锅炉尾部烟气温度。通过温度、压力传感器和高温烟气湿度测量器获得烟气温度、压力、成分和水蒸气含量信息，通过在线气相色谱仪实时获取掺氢天然气气质分析数据，实现对机组运行工况和燃料组分变化的实时监测，烟气进入烟囱后，根据烟气的温度和成分，控制系统控制喷淋系统工作，烟气中水蒸气经冷却后释放热量，并在收水器凝结后下落收集，收集水进一步进行利用。

6、作为优选，所述凝结水系统供水管与所述性能加热器相连。凝结水系统供水管向余热锅炉内供给凝结水，为避免凝结水给水温度太低，凝结水给水到达低压省煤器前需升温，性能加热器预热掺氢天然气后的给水接入凝结水，汇合后对凝结水进行初次预热。

7、作为优选，所述辅助蒸汽换热器与一辅助蒸汽系统相连。来自给水系统供水管的水流经辅助蒸汽换热器时，如需升温以避免低压省煤器出现水蒸气凝结，辅助蒸汽系统可对凝结水给水提供加热热源。

8、作为优选，所述喷淋装置通过一补给水泵与工业水系统连接获得补水。喷淋装置从工业水系统中取水，成为水循环中的一部分，有利于喷淋装置平稳持续运行。

9、作为优选，所述烟囱底部设有集水池，集水池通过排水泵将集水池内的回收水输送至排水泵下游。烟气中水蒸气经冷却后释放热量，并在收水器上凝结后下落至集水池中进行水工质的回收。

10、作为优选，所述排水泵下游设有三条供水支路:一支路连通至凝结水给水预热器8，对凝结水加热；一支路连通至所述掺氢天然气供应管线，对燃气预加热；多余供水通过另一支路连接至工业水系统，用于补充厂内工业水。

11、作为优选，所述掺氢天然气供应管线上还设有预热换热器，预热换热器位于在线气相色谱仪上游。预热换热器为掺氢天然气在掺氢天然气供应管线中的第一个加热点，同时也是烟囱回收水三条供水支路之一的终点，预热换热器利用回收水的温度对掺氢天然气进行预热，对烟气余热充分利用。

12、作为优选，烟囱中还设有烟气排放连续监测系统。

13、本发明的有益效果是：

14、根据氢气掺混比例灵活调节烟道排烟温度，并在烟囱中回收水蒸气显热和凝结潜热热量，用于燃气和凝结水预热，既可以满足不同燃料成分下余热锅炉排烟温度对凝结水给水温度的要求，提高机组的联合循环热效率，又可以提高机组的联合循环热效率，回收烟气余热，

15、实现水工质的回收再利用，产生节约用水的效果。