本發(fā)明涉及能源技術領域，具體涉及一種燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電裝置及方法。
背景技術：
目前使用水輪發(fā)電機、汽輪機發(fā)電時，均是單獨使用，并未發(fā)現將兩者聯合到一起進行聯合循環(huán)發(fā)電的，單獨采用水輪發(fā)電機、汽輪機發(fā)電，一是發(fā)電效率較低(轉化率40％)，二是水輪發(fā)電機、汽輪機工作后含有熱量的介質都直接排放，造成資源的浪費。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種結構設計合理，能夠進行循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率高且節(jié)省資源的燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電裝置及方法。
本發(fā)明的目的一是提供如下技術方案：
一種燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電裝置，包括水輪發(fā)電機、汽輪機，還包括煤氣發(fā)生爐、空壓機、直燃鍋爐、余熱鍋爐以及第一鍋筒、第二鍋筒；
所述煤氣發(fā)生爐內產生可燃氣體且可燃氣體輸入直燃鍋爐中進行燃燒，所述空壓機吸入外部空氣輸送到直燃鍋爐內與可燃氣體混合燃燒，直燃鍋爐內產生高溫高壓氣體從直燃鍋爐的排出端排出；
所述第一鍋筒、第二鍋筒內分別設置有將鍋筒內部分隔為氣體空間和液體空間的活塞，活塞在各自鍋筒內朝向氣體空間或液體空間進行壓縮運動，所述直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第一鍋筒內的氣體空間或第二鍋筒內的氣體空間中；第一鍋筒的氣體空間、第二鍋筒的氣體空間通過第一管道與余熱鍋爐的煙氣進入端連通，在第一管道上設置有控制第一鍋筒的氣體空間、第二鍋筒的氣體空間內氣體進入余熱鍋爐內的第一控制閥；
所述余熱鍋爐的蒸汽出口端與汽輪機的蒸汽進入端連通，汽輪機的蒸汽排出端與煤氣發(fā)生爐的蒸汽進入端連通；
在第一鍋筒與第二鍋筒之間設置有循環(huán)導流管路，所述循環(huán)導流管路呈交替式對兩個液體空間中的液體進行導流，一種導流狀態(tài)為：將第一鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第二鍋筒內液體空間中；另一種導流狀態(tài)為：將第二鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第一鍋筒內液體空間中。
進一步地，所述循環(huán)導流管路包括連通第一鍋筒液體空間與水輪發(fā)電機輸入端的第二管道，在第二管道上設置有控制第二管道內液體流通的第二控制閥；
以及連通第二鍋筒的液體空間與水輪發(fā)電機輸出端的第三管道，第三管道上設置有控制第三管道內液體流通的第三控制閥；
所述水輪發(fā)電機的輸出端與第一鍋筒的液體空間連通有第四管道，第四管道上設置有控制第四管道內液體流通的第四控制閥；在水輪發(fā)電機的輸入端與第二鍋筒的液體空間中連通有第五管道，第五管道上設置有控制第五管道內液體流通的第五控制閥；
所述第二控制閥、第三控制閥同時開啟和關斷；第四控制閥、第五控制閥同時開啟和關斷。
進一步地，所述汽輪機的排氣端與余熱鍋爐的蒸汽進入端之間設置有凝汽器、軟化水箱、輸送泵，汽輪機的蒸汽排出端與凝汽器的輸入端連通，凝汽器的輸出端與軟化水箱連通，軟化水箱與輸送泵的輸入端連通，輸送泵的輸出端與余熱鍋爐的蒸汽進入端連通。
進一步地，所述直燃鍋爐的氣體排出端通過第六管道與第一鍋筒的氣體空間連通，及通過第七管道與第二鍋筒的氣體空間連通，在第六管道上設置有第六控制閥，在第七管道上設置有第七控制閥，第六控制閥、第七控制閥形成交替開啟和關斷。
采用了上述技術方案，通過向煤氣發(fā)生爐內添加燃料，爐內產生可燃氣體且排入到直燃鍋爐中進行燃燒，燃燒過程中通過空壓機將外部空氣形成壓縮輸送到直燃鍋爐內，這樣從直燃鍋爐中能夠排出高溫高壓的煙氣，高溫高壓煙氣進入第一鍋筒的氣體空間或第二鍋筒的氣體空間，對進入的鍋筒內活塞形成推動，使活塞向液體空間方向運動，以將液體空間中的液體壓出并使壓出的液體經過水輪發(fā)電機，驅使水輪發(fā)電機進行發(fā)電工作，而經過水輪發(fā)電機后的液體能夠進入另一鍋筒的液體空間中；待高溫高壓煙氣完成本次做功后，通過開啟第一控制閥，使含有熱量的煙氣進入余熱鍋爐內，高溫煙氣使進入余熱鍋爐內的液體形成高溫蒸汽，高溫蒸汽進入汽輪機中為汽輪機的發(fā)電提供動力，而經過汽輪機做功后的蒸汽回流到煤氣發(fā)生爐中，進行循環(huán)使用，以實現節(jié)能；本發(fā)電裝置結構設計合理，能夠將水輪發(fā)電機、汽輪機進行聯合發(fā)電，且發(fā)電過程中，流動的液體介質處于封閉的環(huán)境下，能夠避免外界污染且液體介質不會造成損耗且延長設備的使用壽命，保證水輪發(fā)電機的發(fā)電效率；而產生的高溫煙氣能夠進入余熱鍋爐中使余熱鍋爐內的液體形成蒸汽進入汽輪機中，以對高溫煙氣的熱量進行利用，達到節(jié)能目的，為汽輪機的工作動力提供保障；本發(fā)電裝置中直燃鍋爐產生的高溫高壓煙氣交替不斷進入第一鍋筒和第二鍋筒的氣體空間中產生推動力，能夠源源不斷的為水輪發(fā)電機、汽輪機提供發(fā)電動力，以保證水輪發(fā)電機、汽輪機連續(xù)不斷的發(fā)電工作，實現電能的較高轉化效率，本發(fā)電裝置的電能轉化效率高達60％。
本發(fā)明的另一目的是提供如下技術方案：
一種燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電方法，包括如下步驟：
步驟S1，煤氣發(fā)生爐內添加煤料，反應生成含有H2、CO、CH4的氣體，氣體的溫度為570℃-620℃；
步驟S2，煤氣發(fā)生爐排出的氣體進入直燃鍋爐中進行燃燒，燃燒過程中，通過空壓機吸入外部空氣輸送到直燃鍋爐內，產生1MPa—2MPa壓力且溫度上升到1450℃—1550℃，直燃鍋爐排出的高溫高壓的氣體進入第一鍋筒或第二鍋筒的氣體空間中；
步驟S3，當直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第一鍋筒氣體空間時，進入的高溫高壓氣體將第一鍋筒內的活塞向液體空間方向推動，使第一鍋筒內液體空間中的液體流經水輪發(fā)電機進行發(fā)電，并流入第二鍋筒內的液體空間中，做功后的高溫高壓氣體進入余熱鍋爐中使進入余熱鍋爐內的液體形成高溫蒸汽，高溫蒸汽進入汽輪機中為汽輪機提供工作動力，然后循環(huán)進入煤氣發(fā)生爐；
當直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第二鍋筒氣體空間時，進入的高溫高壓氣體將第二鍋筒內的活塞向液體空間方向推動，使第二鍋筒內液體空間中的液體流經水輪發(fā)電機進行發(fā)電，并流入第一鍋筒內的液體空間中，做功后的高溫高壓氣體進入余熱鍋爐中使進入余熱鍋爐內的液體形成高溫蒸汽，高溫蒸汽進入汽輪機中為汽輪機提供工作動力，然后循環(huán)進入煤氣發(fā)生爐；
步驟S4，重復上述步驟S1、S2、S3，循環(huán)往復。
汽輪機排出的部分蒸汽依次經過凝汽器、軟化水箱、從余熱鍋爐的蒸汽進入端回流到余熱鍋爐內。
采用了上述技術方案，煤氣發(fā)生爐產生的氣體能夠全部進入直燃鍋爐中進行燃燒，且通過直燃鍋爐能夠充分燃燒，使氣體得到充分利用；直燃鍋爐內排出的高壓高溫煙氣能夠進入鍋筒內推動活塞向液體空間方向壓縮運動，使液體空間中的液體經過水輪發(fā)電機進行發(fā)電，通過高溫高壓煙氣循環(huán)交替進入兩個鍋筒內的氣體空間中，能夠保證始終有高壓液體進入水輪發(fā)電機中，為水輪發(fā)電機的發(fā)電提供不間斷的動力；而做完功的高溫高壓煙氣中含有較高的溫度，通過進入余熱鍋爐中，對高溫煙氣進行再利用，以將進入汽輪機中的液體介質進行升溫氣化形成蒸汽，從而為汽輪機提供高效的動力。通過上述聯合循環(huán)發(fā)電方法能夠對能源進行充分利用，能夠源源不斷的為水輪發(fā)電機、汽輪機提供發(fā)電動力，以保證水輪發(fā)電機、汽輪機連續(xù)不斷的發(fā)電工作，實現電能的較高轉化效率，其轉化效率高達60％。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中聯合循環(huán)發(fā)電裝置的結構示意圖。
圖中：1為水輪發(fā)電機，2為汽輪機，3為煤氣發(fā)生爐，4為空壓機，5為直燃鍋爐，6為余熱鍋爐，7為第一鍋筒，8為第二鍋筒，9為氣體空間，10為液體空間，11為活塞，12為第一管道，13為第一控制閥，14為分支管道，15為循環(huán)導流管路，16為第二管道，17為第二控制閥，18為第三管道，19為第三控制閥，20為第四管道，21為第四控制閥，22為第五管道，23為第五控制閥，24為第六管道，25為第七管道，26為第六控制閥，27為第七控制閥，28為凝汽器，29為軟化水箱，30為輸送泵。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
參見圖1，一種燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電裝置，包括水輪發(fā)電機1、汽輪機2，還包括煤氣發(fā)生爐3、空壓機4、直燃鍋爐5、余熱鍋爐6以及第一鍋筒7、第二鍋筒8；向煤氣發(fā)生爐內添加煤料，通過煤氣發(fā)生爐的工作能夠在煤氣發(fā)生爐內產生可燃氣體，可燃氣體含有H2、CO、CH4，煤氣發(fā)生爐內產生的可燃氣體輸入直燃鍋爐5中進行直接燃燒，空壓機4吸入外部空氣輸送到直燃鍋爐內與可燃氣體混合燃燒，直燃鍋爐內產生高溫高壓氣體從直燃鍋爐的排出端排出；直燃鍋爐內排出的高溫高壓氣體進入第一鍋筒或第二鍋筒中。
在第一鍋筒、第二鍋筒內分別設置有將鍋筒內部分隔為氣體空間9和液體空間10的活塞11，這里的鍋筒與活塞的結構可以設置與現有的液壓油缸或氣缸相同，活塞的設置要保證氣體空間與液體空間的完全隔絕，避免出現氣體空間與液體空間中的介質相互滲透；活塞在各自鍋筒內通過各自空間內壓力的變化朝向氣體空間或液體空間進行壓縮運動，直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第一鍋筒內的氣體空間或第二鍋筒內的氣體空間中，產生壓力對活塞形成推力；第一鍋筒的氣體空間、第二鍋筒的氣體空間通過第一管道12與余熱鍋爐的煙氣進入端連通，在第一管道上設置有控制第一鍋筒的氣體空間、第二鍋筒的氣體空間內氣體進入余熱鍋爐內的第一控制閥13；具體實施中第一管道連通有兩個分支管道14，分支管一一對應的與兩個鍋筒的氣體空間形成連通，每個分支管上安裝有一個第一控制閥。另外，鍋筒的數量，在本實施例中采用了兩個(第一鍋筒、第二鍋筒)，當然本領域技術人員也可以根據需要來增加鍋筒的數量。
余熱鍋爐6的蒸汽出口端與汽輪機2的蒸汽進入端連通，余熱鍋爐排出的蒸汽能夠進入汽輪機中，為汽輪機提供工作的動力；汽輪機的蒸汽排出端與煤氣發(fā)生爐的蒸汽進入端連通，經過汽輪機的蒸汽進入煤氣發(fā)生爐中，以便于對經過汽輪機的蒸汽進行循環(huán)利用，以達到節(jié)能的目的。
在第一鍋筒與第二鍋筒之間設置有循環(huán)導流管路15，循環(huán)導流管路呈交替式對兩個液體空間中的液體進行導流，一種導流狀態(tài)為：將第一鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第二鍋筒內液體空間中；另一種導流狀態(tài)為：將第二鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第一鍋筒內液體空間中；上述循環(huán)導流管路的設置能夠實現第一鍋筒、第二鍋筒的交互聯動使用，從而達到對水輪發(fā)電機不間斷提供動力的目的。
其中，循環(huán)導流管路包括連通第一鍋筒液體空間與水輪發(fā)電機輸入端的第二管道16，在第二管道上設置有控制第二管道內液體流通的第二控制閥17；以及連通第二鍋筒的液體空間與水輪發(fā)電機輸出端的第三管道18，第三管道上設置有控制第三管道內液體流通的第三控制閥19；水輪發(fā)電機的輸出端與第一鍋筒的液體空間連通有第四管道20，第四管道上設置有控制第四管道內液體流通的第四控制閥21；在水輪發(fā)電機的輸入端與第二鍋筒的液體空間中連通有第五管道22，第五管道上設置有控制第五管道內液體流通的第五控制閥23；第二控制閥、第三控制閥同時開啟和關斷；第四控制閥、第五控制閥同時開啟和關斷。直燃鍋爐的氣體排出端通過第六管道24與第一鍋筒的氣體空間連通，及通過第七管道25與第二鍋筒的氣體空間連通，在第六管道上設置有第六控制閥26，在第七管道上設置有第七控制閥27，第六控制閥、第七控制閥形成交替開啟和關斷。
汽輪機的排氣端與余熱鍋爐的蒸汽進入端之間設置有凝汽器28、軟化水箱29、輸送泵30，汽輪機的蒸汽排出端與凝汽器的輸入端連通，凝汽器的輸出端與軟化水箱連通，軟化水箱與輸送泵的輸入端連通，輸送泵的輸出端與余熱鍋爐的蒸汽進入端連通。這樣經過汽輪機的蒸汽一部分蒸汽經過凝成液體并軟化處理后再次進入余熱鍋爐中，并再次獲得熱量形成蒸汽進入汽輪機中進行發(fā)電，另一部分蒸汽流入煤氣發(fā)生爐中進行循環(huán)利用，使整個系統(tǒng)無限循環(huán)下去，充分的對能源進行利用，以實現節(jié)能減排的目的。
從而將第一鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第二鍋筒內液體空間中的導流狀態(tài)為：第一鍋筒7流出的液體經過第二管道16、水輪發(fā)電機1、第三管道18進入第二鍋筒8的液體空間中。將第二鍋筒內液體空間中的液體介質經過水輪發(fā)電機導引到第一鍋筒內液體空間中的導流狀態(tài)為：第二鍋筒8流出的液體經過第五管道22、水輪發(fā)電機1、第四管道20進入第一鍋筒7的液體空間中。
下面對燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電裝置的工作過程進行描述：
通過向煤氣發(fā)生爐內添加煤料，爐內產生可燃氣體且排入到直燃鍋爐中進行燃燒，燃燒過程中通過空壓機將外部空氣形成壓縮輸送到直燃鍋爐內，這樣從直燃鍋爐中能夠排出高溫高壓的煙氣，當直燃鍋爐排出的高溫高壓煙氣進入第一鍋筒的氣體空間時，第二控制閥17、第三控制閥19、第六控制閥26處于開啟狀態(tài)，第四控制閥21、第五控制閥23、第七控制閥27及連通第一鍋筒氣體空間的分支管道上的第一控制閥處于關斷狀態(tài)，這樣進入第一鍋筒內的高溫高壓煙氣推動活塞向下運動，當第一鍋筒內的高溫高壓煙氣做功完成后，開啟一側的第一控制閥，使煙氣做功后的煙氣進入余熱鍋爐中，對余熱進行回收利用；而第一鍋筒液體空間中的液體由活塞形成壓力并推動液體經過水輪發(fā)電機(水輪發(fā)電機為單向做功，如圖中的箭頭方向所示)中，為水輪發(fā)電機提供發(fā)電的動力，之后再進入第二鍋筒內的液體空間中，此時，開啟第七控制閥27，關斷第六控制閥26，使高溫高壓煙氣進入第二鍋筒8的氣體空間中，第二鍋筒內的活塞受壓向下運動，將液體推出，再開啟第二鍋筒一側的第一控制閥，做功后的煙氣經過第一管道12進入余熱鍋爐6中，與此同時，第二鍋筒內推出的液體經過第五管道22進入水輪發(fā)電機1進行發(fā)電，再通過第四管道20流入第一鍋筒7的液體空間中，這個過程中，第二控制閥17、第三控制閥19處于關斷狀態(tài)，然后重復上述過程，循環(huán)往復，得以實現水輪發(fā)電機的不間斷發(fā)電工作；做功后的高溫煙氣進入余熱鍋爐中，將余熱鍋爐內的液體進行蒸發(fā)換熱形成蒸汽，為汽輪機提供發(fā)電動力，進入余熱鍋爐內的高溫煙氣不間斷，從而也能夠為汽輪機提供不間斷的發(fā)電動力；本發(fā)電裝置的電能轉化效率高達60％。本裝置中的控制閥采用電子控制閥，以及采用控制器對每個控制閥形成開啟或關斷，實現自動化操作。
參見圖1，一種燃氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電方法，包括如下步驟：
步驟S1，煤氣發(fā)生爐3內添加煤料，反應生成含有H2、CO、CH4的氣體，氣體的溫度為570℃或600℃或620℃；
步驟S2，煤氣發(fā)生爐排出的氣體(H2、CO、CH4)進入直燃鍋爐5中進行燃燒，燃燒過程中，通過空壓機4吸入外部空氣輸送到直燃鍋爐內，產生1MPa或1.5MPa或2MPa壓力且溫度上升到1450℃或1500℃或1550℃，直燃鍋爐排出的高溫高壓的氣體進入第一鍋筒7或第二鍋筒8的氣體空間中；
步驟S3，當直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第一鍋筒氣體空間時，進入的高溫高壓氣體將第一鍋筒內的活塞向液體空間方向推動，使第一鍋筒內液體空間中的液體流經水輪發(fā)電機1進行發(fā)電，并流入第二鍋筒內的液體空間中，做功后的高溫高壓氣體(溫度在600℃-700℃之間)進入余熱鍋爐6中使進入余熱鍋爐內的液體形成高溫蒸汽，高溫蒸汽進入汽輪機2中為汽輪機提供工作動力，然后循環(huán)進入煤氣發(fā)生爐3；具體過程為：第二控制閥17、第三控制閥19、第六控制閥26處于開啟狀態(tài)，第四控制閥21、第五控制閥23、第七控制閥27及連通第一鍋筒氣體空間的分支管道上的第一控制閥處于關斷狀態(tài)，這樣進入第一鍋筒內的高溫高壓煙氣推動活塞向下運動，當第一鍋筒內的高溫高壓煙氣做功完成后，開啟一側的第一控制閥，使煙氣做功后的煙氣進入余熱鍋爐中，對余熱進行回收利用；而第一鍋筒液體空間中的液體由活塞形成壓力并推動液體經過水輪發(fā)電機(水輪發(fā)電機為單向做功，如圖中的箭頭方向所示)中，為水輪發(fā)電機提供發(fā)電的動力，之后再進入第二鍋筒內的液體空間中；
當直燃鍋爐排出的高溫高壓氣體進入第二鍋筒8氣體空間時，進入的高溫高壓氣體將第二鍋筒內的活塞向液體空間方向推動，使第二鍋筒內液體空間中的液體流經水輪發(fā)電機1進行發(fā)電，并流入第一鍋筒7內的液體空間中，做功后的高溫高壓氣體進入余熱鍋爐中使進入余熱鍋爐6內的液體形成高溫蒸汽，高溫蒸汽進入汽輪機中為汽輪機提供工作動力，然后循環(huán)進入煤氣發(fā)生爐；具體過程為：開啟第七控制閥27，關斷第六控制閥26，使高溫高壓煙氣進入第二鍋筒的氣體空間中，第二鍋筒內的活塞受壓向下運動，將液體推出，再開啟第二鍋筒一側的第一控制閥，做功后的煙氣經過第一管道進入余熱鍋爐中，與此同時，第二鍋筒內推出的液體經過第五管道22進入水輪發(fā)電機1進行發(fā)電，再通過第四管道20流入第一鍋筒的液體空間中，這個過程中，第二控制閥17、第三控制閥19處于關斷狀態(tài)；
當第一鍋筒內的高溫高壓煙氣做功完成后，便通過第一管道12排入到余熱鍋爐6中，并關斷第一鍋筒氣體空間高溫煙氣的進入，且無間隙的將直燃鍋爐排出的高溫高壓煙氣切換排到第二鍋筒氣體空間中，以保證兩個鍋筒液體空間中的液體無間隙、連續(xù)不斷的流經水輪發(fā)電機，為水輪發(fā)電機提供源源不斷的發(fā)電動力。
步驟S4，重復上述步驟S1、S2、S3，循環(huán)往復。
汽輪機排出的部分蒸汽依次經過凝汽器28、軟化水箱29、從余熱鍋爐的蒸汽進入端回流到余熱鍋爐內。這樣經過汽輪機的蒸汽一部分蒸汽經過凝成液體并軟化處理后再次進入余熱鍋爐中，并再次獲得熱量形成蒸汽進入汽輪機中進行發(fā)電，另一部分蒸汽流入煤氣發(fā)生爐中進行循環(huán)利用，使整個系統(tǒng)無限循環(huán)下去，對能源充分利用充分，以實現節(jié)能減排的目的。