一种无NO制造技术

本发明专利技术设计了一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，由布雷顿循环和朗肯循环构成。本发明专利技术主要面向H

【技术实现步骤摘要】
一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法
本专利技术提供了一种基于燃气轮机的无NOx排放的氢能发电及多联产系统，涉及一种氢气的分体式燃气轮机及配套的烟气循环与调控技术，属于氢气燃料的综合利用

技术介绍
氢能是一种清洁的二次能源。随着化石燃料重整制氢的规模化、水解高效制氢技术的成熟，氢能产业链及其各环节技术蓬勃发展。在终端利用方面，氢的利用方式是氢燃料电池技术。但是该技术存在着氢气存储压力高、贵金属消耗、功率密度低，不是非常适合发电领域。氢气也可以作为内燃机(CN107221959A)和转子发动机(CN110509783A)的燃料，但是以上两种装置输出功率小，适合货运车或乘用车领域，不宜用于发电或多联供系统。另外，基于氢气的内燃机和转子发动机会产生NOx排放，部分抵消了H2的清洁优势。燃气轮机遵循布雷顿循环原理，运动部件少，结构简单紧凑，燃烧效率高，功率密度大。通过与朗肯循环结合，构成联合循环系统，具有高效率、低成本低的优点，并可实现热电联产，适合发电和区域综合能源领域。氢气因其高热值、无碳无氮的燃料性质，是燃气轮机的理想替代燃料。但是常规燃气轮机使用空气作为氧化剂，在高温下依然会存在热力型NOx污染物的生成。相较于氢燃料电池技术无NOx排放的特点，这是氢燃气轮机的排放劣势。
技术实现思路
为了实现氢能在发电或综合能源系统中的应用，并避免氢气在燃气轮机燃烧做功过程中产生NOx的问题，本专利技术提供了一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，采用CO2替代N2的氢气联合循环发电及多联产系统及其运行的方法。同时，为了克服空分分离等过程的高能耗，对系统实施了完善有效的能量回收方法，以热电联供的方式实现整体高能量转化效率，或以热电氮联供的方式提高整体的经济效益。本专利技术的技术方案为：一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，以H2或CxHyOz型气液无氮燃料，以空气分离制取的高纯O2为氧化剂，以CO2为替代N2作为循环烟气，一并进入分体式燃气轮机燃烧，做功发电，产生主成分为CO2、O2、H2O的高温烟气，通过余热锅炉(HRSG)回收高温烟气中的热量，并使用朗肯循环进行发电或热电联产，从而提高系统能量利用效率；将余热锅炉排出的烟气进行深度冷却，使其中绝大部分水蒸气冷凝放热和析出分离，获得以CO2和O2为主成分的冷烟气，通过再循环及增压，冷烟气返回分体式燃气轮机，构成闭合循环；另外，利用空气分离产生的高纯高压N2，用作氮原料，或通过膨胀发电机发电，或利用膨胀制冷原理，进行冷电联产，整体构成电-热/冷-N2多联产系统。空气分离出的O2纯度在95％以上，正常运行状态下的制氧量为理论燃烧耗氧量。分体式燃气轮机的燃烧初温1200～1700℃，氧气过剩系数2.0～3.6，燃烧后烟气中O2浓度9.9～22.7mol％，CO2浓度77.3～90.1mol％，排烟温度低于900℃。高温烟气循环使用，主要成分是CO2，浓度范围62.3～87.4mol％，高温烟气循环采用微正压方式，压力不低于500Pa.g。冷凝时压力不低于1kPa.g，温度不高于40℃；同时配备干燥器，对故障工况或特定运行的烟气水分含量精确控制，并保障循环烟气露点比运行状态的最低温度至少低5℃。采用多源CO2补充与存储单元，按启动补充和运行补充两种模式运行对启动或故障阶段的CO2进行快速补充，CO2来源包括四种：外界提供的高纯CO2、就地空气捕集提取的CO2；烟气分离获得的CO2；CxHyOz型气液无氮燃料燃烧生成的CO2。应用于上述方法中的装置，包括氢气燃料调节单元、分体式燃气轮机、空气分离与存储单元、余热锅炉、朗肯循环单元、冷凝换热器、烟气循环与调控单元、CO2再生与存储单元和氮气利用单元；氢气燃料调节单元与分体式燃气轮机的燃烧室连接；按烟气走向，分体式燃气轮机与余热锅炉、冷凝换热器、烟气循环与调控单元、CO2再生与存储单元组成一个闭合回路；分体式燃气轮机的燃烧室与空气分离与存储单元相连；余热锅炉和朗肯循环单元相连，余热锅炉上设有燃料进口；烟气循环与调控单元包括放散风门VE、干燥器DR、第二压气机B和烟气存储及稳压器PFV，并按烟气走向依次连接，第二压气机一路直接与CO2再生与存储单元连接，另一路与分体式燃气轮机的燃烧室连接，烟气存储及稳压器与分体式燃气轮机的燃烧室连接；CO2再生与存储单元包括烟气CO2分离装置CS、高压CO2存储及稳压器CPV和空气提取CO2装置CSA，主要为循环烟气补充和调节CO2浓度，补充点设在第二压气机之前或之后；烟气CO2分离装置与分体式燃气轮机的燃烧室连接，还设置有杂质气体出口，高压CO2存储及稳压器CPV设置二氧化碳进口，同时还与空气分离与存储单元连接；空气分离与存储单元包括第一压气机A，空分制氧装置AS、氧气存储容器OPV；第一压气机与空分制氧装置AS连接，空分制氧装置AS与氧气存储容器OPV连接，空分制氧装置AS还和氮气利用单元连接，为氮气利用单元提供高压空气；空分制氧装置AS与氧气存储容器OPV均与分体式燃气轮机的燃烧室连接；N2利用单元包括N2温度调节器TCN2、膨胀发电机G3和冷量回收器CE，氮气温度调节器、膨胀发电机和冷量回收器按氮气走向连接。第一和第二压气机的驱动同时具备电驱动和机械驱动两种方式；燃气轮机启动时，由外界电力驱动，当燃气轮机运行后，使用燃气轮机轴承通过变速箱直接机械驱动；第二压气机(B)的压比不低于18.1。所述的分体式燃气轮机包括燃烧室、氢气透平及发电机，燃烧室与氢气透平按烟气走向连接，发电机设置在燃烧室端。有益效果1.本专利技术系统能够满足大功率发电领域内的氢能高效利用，实现了基于分体式燃气轮机、无NOx排放的氢燃烧利用，以H2为燃料，以空气分离后得到的高纯O2为氧化剂，以CO2为替代N2的气体主成分，通过燃气轮机做功发电，并产生主成分为CO2、O2、H2O的烟气，完全避免NOx生成问题。2.通过多联产设计，可实现较高的能量转化效率，或者灵活的副产物利用。通过设置余热锅炉(HRSG)，结合朗肯循环，提高发电效率。再对锅炉排烟进行换热冷凝，一方面回收烟气中的CO2和O2，一方面利用水蒸气的相变潜热，进行烟气余热深度利用。同时利用空分产生的高纯N2，构成电-热/冷-N2多联产系统。3.本专利技术冷凝后烟气中含有大量水蒸气，设置冷凝换热器，将多余水分由冷凝器排出循环系统，同时实现烟气余热深度回收。冷凝器压力不低于1kPa.g，温度不高于40℃。同时配备干燥器，对故障工况或特定运行，精确控制并保障循环烟气水分要求。4.本专利技术配备使用分体式燃气轮机，即仅保留传统一体式燃气轮机的燃烧室、透平及发电机。通过设置氧气、烟气和CO2存储及稳压器容器，满足运行工况调整、循环烟气压力维持和调整等变负荷需求。5.为了解决启动充气，动静间隙、接口阀门等可能存在的微量烟气泄露，配备多源CO2补充与存储单元，分为启动补充和运行补充两种模式。CO2补充来源有三种：外界提供的高纯CO2、就地空气捕集CO2；CxHyO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，以H

【技术特征摘要】
1.一种无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，以H2或CxHyOz型气液无氮燃料，以空气分离制取的高纯O2为氧化剂，以CO2为替代N2作为循环烟气，一并进入分体式燃气轮机燃烧，做功发电，产生主成分为CO2、O2、H2O的高温烟气，通过余热锅炉(HRSG)回收高温烟气中的热量，并使用朗肯循环进行发电或热电联产，从而提高系统能量利用效率；将余热锅炉排出的烟气进行深度冷却，使其中绝大部分水蒸气冷凝放热和析出分离，获得以CO2和O2为主成分的冷烟气，通过再循环及增压，冷烟气返回分体式燃气轮机，构成闭合循环；另外，利用空气分离产生的高纯高压N2，用作氮原料，或通过膨胀发电机发电，或利用膨胀制冷原理，进行冷电联产，整体构成电-热/冷-N2多联产系统。


2.根据权利要求1所述的无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，空气分离出的O2纯度在95％以上，正常运行状态下的制氧量为理论燃烧耗氧量。


3.根据权利要求1所述的无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，分体式燃气轮机的燃烧初温1200～1700℃，氧气过剩系数2.0～3.6，燃烧后烟气中O2浓度9.9～22.7mol％，CO2浓度77.3～90.1mol％，排烟温度低于900℃。


4.根据权利要求1所述的无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，高温烟气循环使用，主要成分是CO2，浓度范围62.3～87.4mol％，高温烟气循环采用微正压方式，压力不低于500Pa.g。


5.根据权利要去1所述的无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，冷凝时压力不低于1kPa.g，温度不高于40℃；同时配备干燥器，对故障工况或特定运行的烟气水分含量精确控制，并保障循环烟气露点比运行状态的最低温度至少低5℃。


6.根据权利要求1～5任一所述的无NOx排放的氢燃气轮机联合循环多联产方法，其特征在于，采用多源CO2补充与存储单元，按启动补充和运行补充两种模式运行对启动或故障阶段的CO2进行快速补充，CO2来源包括四种：外界提供的高纯CO2、就地空气捕集提取的CO2；烟气分离获得的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋国辉，崔晓波，张思文，王红艳，郭淑青，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32