本發(fā)明大體而言涉及通過將生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)與例如天然氣或其它化石燃料燃燒系統(tǒng)等常規(guī)能量系統(tǒng)組合來生成電力的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明針對(duì)于將來自生物質(zhì)燃料循環(huán)的蒸汽輸出與天然氣聯(lián)合循環(huán)或其它化石燃料燃燒發(fā)電設(shè)備的蒸汽輸出組合來生成電力的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
使用生物質(zhì)作為生成電力的手段在紙漿和造紙行業(yè)中是完善確立的。生物質(zhì)也用于獨(dú)立的發(fā)電設(shè)施中。基于蒸汽的生成使用生物質(zhì)作為燃料的發(fā)電技術(shù)的缺陷之一在于，相對(duì)于天然氣或其它化石燃料燃燒發(fā)電設(shè)備的效率，其發(fā)電循環(huán)固有的低效率。使用生物質(zhì)燃料源的發(fā)電的這種低水平的效率是由于兩個(gè)主要缺點(diǎn)。首先，生物質(zhì)燃料的水分含量通常高于40%，這降低了鍋爐的燃燒效率。其次，生物質(zhì)燃料燃燒發(fā)電設(shè)備的大小通常小于50MW，這導(dǎo)致比更大的天然氣或化石燃料燃燒發(fā)電設(shè)備更低效率的蒸汽循環(huán)。本發(fā)明設(shè)法通過將從生物質(zhì)處理所生成的蒸汽與從天然氣或其它化石燃料循環(huán)所生成的蒸汽組合，來克服這些和其它缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)于通過將生物質(zhì)燃料燃燒循環(huán)與天然氣或其它化石燃料燃燒循環(huán)的組合來發(fā)電的系統(tǒng)和方法。一般而言，混合循環(huán)格式利用來自生物質(zhì)鍋爐的蒸汽與來自傳統(tǒng)天然氣或化石燃料燃燒發(fā)電設(shè)備的蒸汽輸出。在替代實(shí)施例中，來自生物質(zhì)鍋爐的蒸汽可以與來自固體燃料鍋爐的蒸汽輸出組合。通過這種組合來克服傳統(tǒng)生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備的低效。將用于從兩個(gè)源生成蒸汽的工藝保持為分離的。將來自生物質(zhì)源的蒸汽與來自天然氣、其它化石燃料循環(huán)或固體燃料循環(huán)的蒸汽組合，并且使其流到共同的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)在將描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在第一示例性實(shí)施例中，使用非燃燒三汽包熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。所組合的蒸汽流通過蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的高壓段。當(dāng)設(shè)備以化石燃料與生物質(zhì)燃燒鍋爐都工作的混合模式工作時(shí)，離開蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的高壓段的組合蒸汽流沿著蒸汽管線傳送到兩個(gè)目的地。首先，蒸汽的一部分沿著冷再熱蒸汽管線傳送到HRSG的再加熱段。來自電力產(chǎn)生循環(huán)的蒸汽在HRSG中再加熱。在離開HRSG的再加熱段時(shí)，該再加熱后的蒸汽與來自HRSG的中壓汽包的蒸汽組合。其次，離開蒸汽渦輪的高壓段的蒸汽流的一部分沿著冷再熱蒸汽管線傳送，以在生物質(zhì)鍋爐中的再加熱段中再加熱。來自HRSG的再加熱段、HRSG的中壓汽包和生物質(zhì)鍋爐再加熱器的輸出然后組合，并且傳送到蒸汽渦輪的中壓段，并且然后膨脹到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的低壓段以生成電力。優(yōu)選地，HRSG還包括連接到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的低壓段的蒸汽管線輸出。蒸汽在低壓段中膨脹以生成電力。離開蒸汽渦輪的低壓段的蒸汽經(jīng)過冷凝器上方，在那里被冷凝為給水。給水從冷凝器被泵送到HRSG和生物質(zhì)鍋爐，以用于再加熱和蒸汽產(chǎn)生。當(dāng)該設(shè)備僅以生物質(zhì)模式工作時(shí)，離開蒸汽渦輪的高壓段的蒸汽流沿著蒸汽管線傳送到僅一個(gè)目的地。來自電力產(chǎn)生循環(huán)的冷再熱蒸汽被傳送到生物質(zhì)鍋爐的再加熱段。來自生物質(zhì)鍋爐再加熱循環(huán)的輸出然后傳送到蒸汽渦輪的中壓段，并且然后膨脹到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的低壓段以生成電力。離開蒸汽渦輪的低壓段的蒸汽經(jīng)過冷凝器上方，在那里被冷凝為給水。給水然后被傳送到生物質(zhì)鍋爐用于加熱和蒸汽產(chǎn)生。在本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例中，使用非燃燒的二汽包HRSG。該HRSG并不具有再加熱能力。來自天然氣循環(huán)和生物質(zhì)鍋爐的組合的蒸汽流被引導(dǎo)至蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的高壓段。蒸汽渦輪的高壓段的蒸汽輸出然后被傳送到生物質(zhì)鍋爐，在那里其被再加熱并且然后傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的低壓段以生成電力。離開蒸汽渦輪的低壓段的蒸汽經(jīng)過冷凝器上方，在那里被冷凝為液態(tài)給水。然后可以將給水傳送到HRSG和生物質(zhì)鍋爐用于加熱和蒸汽產(chǎn)生。在本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例中，可以使用其它化石燃料鍋爐，例如煤鍋爐、或者其它固體燃料鍋爐來代替經(jīng)由HRSG的天然氣處理。附圖說明圖1為本發(fā)明的混合循環(huán)的第一示例性實(shí)施例。圖2為本發(fā)明的混合循環(huán)的第二示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出的是附圖不是按照比例繪制的。還應(yīng)當(dāng)指出的是附圖僅旨在便于描述優(yōu)選實(shí)施例。具體實(shí)施方式本發(fā)明的系統(tǒng)和方法允許從生物質(zhì)燃料更高效地產(chǎn)生能量。通過在混合工藝中將典型的生物質(zhì)燃料循環(huán)與天然氣或化石燃料循環(huán)組合，來實(shí)現(xiàn)本方法的提高的效率。將從生物質(zhì)燃料循環(huán)生成的蒸汽與從天然氣或其它化石燃料循環(huán)生成的蒸汽組合，并且然后使組合的蒸汽流傳送通過蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)。所提出的工藝與天然氣分離地燃燒生物質(zhì)燃料。將燃燒后的氣體保持分離，用于在排放到大氣之前的燃燒后處理。在例如圖1和圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中，生物質(zhì)燃燒鍋爐與聯(lián)合循環(huán)熱回收鍋爐(HRSG)并行地工作。這具有若干效果。首先，生物質(zhì)鍋爐的工作蒸汽壓力不再受到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的大小限制。其次，來自生物質(zhì)鍋爐的蒸汽現(xiàn)在能夠以再加熱(或非再加熱)型朗肯循環(huán)工作。第三，避免了用于生物質(zhì)燃料的單獨(dú)的發(fā)電循環(huán)，從而產(chǎn)生資本節(jié)約和改進(jìn)的效率，并避免了單獨(dú)的工作人員。第四，從生物質(zhì)燃料源產(chǎn)生的蒸汽可以取代天然氣或化石燃料的使用，作為HRSG中的補(bǔ)充燃料。通常，生物質(zhì)工藝限于使用工業(yè)級(jí)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)。在本發(fā)明中描述的循環(huán)的組合允許使用公用級(jí)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)。因?yàn)楣眉?jí)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)比工業(yè)級(jí)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)顯著地更高效，所以使用公用級(jí)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的能力提供了本系統(tǒng)和方法優(yōu)于從生物質(zhì)生成電力的傳統(tǒng)系統(tǒng)的更高的效率。很多種生物質(zhì)產(chǎn)品可以與本公開的發(fā)明一起使用。燃料或原料可以包括可再生的固體燃料中的任何燃料，例如綠樹屑、森林殘留物、庭院廢物、木屑、城市廢木材、拆建廢木材、甘蔗纖維(甘蔗渣)或其它農(nóng)業(yè)廢棄物。本發(fā)明的構(gòu)思還可以與高氯含量的燃料一起使用，諸如城市固體廢棄物(MSW)或垃圾衍生燃料(RDF)。在使用高氯含量燃料的應(yīng)用中，與低氯含量燃料相比，將降低循環(huán)的蒸汽溫度。也可以使用輪胎。本發(fā)明提供了示例性生物質(zhì)能量燃料源，但本發(fā)明的范圍并不限于這些特定示例。相反，可以使用能與天然氣或其它化石燃料循環(huán)兼容的產(chǎn)生蒸汽溫度的任何生物質(zhì)燃料源?？梢岳帽绢I(lǐng)域中已知的任何手段，例如卡車、火車或駁船將生物質(zhì)燃料運(yùn)送到設(shè)備地點(diǎn)，并且以與生物質(zhì)操作中的常規(guī)實(shí)踐相同的方式卸載、儲(chǔ)存和回收利用?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的任何方法從生物質(zhì)燃料生成高壓蒸汽。例如，使用機(jī)械加煤燃燒、鼓泡流化床、循環(huán)流化床技術(shù)等全都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，蒸汽鍋爐操作壓力和溫度將處于當(dāng)前實(shí)踐的高端，使得從生物質(zhì)燃料循環(huán)獲得的蒸汽壓力和溫度與天然氣或化石燃料循環(huán)的蒸汽壓力和溫度處于同一數(shù)量級(jí)。一般而言，用于聯(lián)合循環(huán)的生物質(zhì)燃料部分的蒸汽生成工藝將以與正在進(jìn)行的生物質(zhì)燃料發(fā)電項(xiàng)目相似的方式操作，除了蒸汽并不直接傳送到專用的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)以外。替代地，如將在下文中進(jìn)一步討論的那樣，從生物質(zhì)燃料部分生成的蒸汽與從天然氣或化石燃料循環(huán)生成的蒸汽組合，并且所組合的蒸汽流傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)。從天然氣或化石燃料生成的蒸汽可以本領(lǐng)域中已知的任何手段獲得，并且本發(fā)明并不限于任何特定方法。在圖1中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1描繪了使用新木材作為原料的示例性木材鍋爐102，但如上文所描述的那樣，本發(fā)明的構(gòu)思并不限于使用木材鍋爐或者將新木材用作原料。使用該行業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的并且本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的處理方法，在木材鍋爐102中處理新木材104以產(chǎn)生蒸汽。通過燃?xì)廨啓C(jī)110來處理天然氣108以產(chǎn)生熱氣體112。天然氣108的處理也經(jīng)由發(fā)電機(jī)114產(chǎn)生能量。從燃?xì)廨啓C(jī)110產(chǎn)生熱氣體112。熱氣體112然后進(jìn)入熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)單元116。在圖1的示例性實(shí)施例中，HRSG116為非燃燒的三汽包HRSG。來自HRSG116的高壓蒸汽輸出118與來自木材鍋爐102的蒸汽輸出106組合。然后將所組合的蒸汽流120傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的高壓(HP)段122。在蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的HP段122中膨脹到更低壓力之后，蒸汽126優(yōu)選地進(jìn)入再加熱循環(huán)。如果該系統(tǒng)以天然氣和生物質(zhì)鍋爐都工作的混合模式工作，則蒸汽126可以被傳送到兩個(gè)目的地之一。首先，冷再熱蒸汽126可以傳送到HRSG116用于再加熱。然后再加熱蒸汽128與來自HRSG116的第二蒸汽輸出(中壓)130組合，作為蒸汽管線132的部分。其次，冷再熱蒸汽126的一部分可以沿著蒸汽管線164傳送到生物質(zhì)鍋爐102用于再加熱。在生物質(zhì)鍋爐102中再加熱之后，熱的再熱物沿著蒸汽管線168行進(jìn)以與蒸汽管線132組合。如果該系統(tǒng)僅以生物質(zhì)模式工作，則所有的冷再熱蒸汽126被傳送到生物質(zhì)鍋爐102用于再加熱。在該操作模式中，一旦再加熱，熱的再熱物就沿著蒸汽管線168傳送到蒸汽管線132。再加熱循環(huán)改進(jìn)了蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的性能，并且向本文中所公開的系統(tǒng)和方法提供增加的效率水平。在混合操作模式或者僅生物質(zhì)模式中，蒸汽管線132被傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的中壓段。然后蒸汽膨脹到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的低壓段138以經(jīng)由發(fā)電機(jī)148生成電力。優(yōu)選地，HRSG116還包括低壓進(jìn)入管線140，低壓進(jìn)入管線140向低壓段138提供蒸汽輸入。離開蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)124的低壓段138的蒸汽經(jīng)過冷凝器142上方，在冷凝器142中，蒸汽被冷凝為給水。給水從冷凝器進(jìn)入冷凝液泵143，并且如果系統(tǒng)以混合操作模式工作，則給水被泵送到兩個(gè)目的地。首先，給水經(jīng)由管線144泵送通過HRSG116中的節(jié)能器段，用于預(yù)熱并且然后到達(dá)HRSG的低壓汽包。低壓汽包經(jīng)由鍋爐供給泵184將水供應(yīng)到HRSG的中壓段和高壓段中用于產(chǎn)生蒸汽。其次，給水經(jīng)由管線145通過低壓給水加熱器175，其中從低壓蒸汽渦輪抽汽機(jī)供應(yīng)熱輸入174。給水從低壓給水加熱器175傳送到除氣器176，除氣器176具有從低壓進(jìn)入管線140的供給管線供應(yīng)的熱輸入172。給水在離開除氣器176時(shí)經(jīng)由鍋爐供給泵178通過高壓給水加熱器182泵送到生物質(zhì)鍋爐102。高壓給水加熱器182從中壓蒸汽渦輪抽汽機(jī)177接收熱輸入。然后加熱給水用于在木材鍋爐102中生成蒸汽。如果該系統(tǒng)僅以生物質(zhì)模式工作，則全部給水傳送到生物質(zhì)鍋爐102。在圖2所描繪的第二示例性實(shí)施例中，在燃?xì)廨啓C(jī)210中處理天然氣208以產(chǎn)生熱氣體212。非燃燒的二汽包HRSG216接收熱氣體212，并且形成高壓蒸汽輸出218和低蒸汽壓力蒸汽輸出230。高壓蒸汽輸出218與來自木材鍋爐202的蒸汽輸出206組合，蒸汽輸出206從木材燃料204或其它生物質(zhì)燃料的處理形成。然后將所組合的蒸汽流220傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)224的高壓段。在蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)224的高壓段中膨脹到更低壓力之后，蒸汽進(jìn)入再加熱循環(huán)。冷的再加熱蒸汽管線225將所有蒸汽傳送到木材鍋爐202。然后將鍋爐再熱物268傳送到蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)224的低壓段。蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的低壓段也從HRSG216接收低壓進(jìn)入蒸汽輸出230。然后蒸汽在蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)224的低壓段中膨脹以經(jīng)由發(fā)電機(jī)248生成電力。冷凝器242接收蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)24的低壓段的輸出。離開低壓段的蒸汽被冷凝為給水并且進(jìn)入冷凝液泵243。來自冷凝液泵243的輸出被傳送到低壓加熱器275并且然后通過HRSG216中的節(jié)能器段。低壓加熱器275從低壓抽汽管線245接收熱輸入。在離開HRSG216之后，將給水傳送到除氣器276，除氣器276從低壓進(jìn)入管線接收熱輸入。如果該系統(tǒng)以混合模式工作，則給水從除氣器由鍋爐供給泵278傳送到兩個(gè)目的地。首先，給水被傳送到HRSG節(jié)能器用于加熱和生成高壓蒸汽和低壓蒸汽。其次，給水進(jìn)入高壓加熱器282，并且被傳送到木材鍋爐202以被加熱從而生成蒸汽。高壓加熱器282從低壓蒸汽渦輪抽汽機(jī)255接收熱輸入。如果該系統(tǒng)僅以生物質(zhì)模式操作，則所有給水被引導(dǎo)通過加熱器并且然后到達(dá)木材鍋爐202。圖示的示例在HRSG中并不使用任何補(bǔ)充燃燒。當(dāng)該設(shè)備的生物質(zhì)部分不運(yùn)轉(zhuǎn)以進(jìn)行維護(hù)時(shí)，HRSG中補(bǔ)充燃燒的使用可以用于替代生物質(zhì)蒸汽源。這允許在生物質(zhì)設(shè)備不工作時(shí)維持該設(shè)備的電輸出。各種燃?xì)鉁u輪制造商提供預(yù)先設(shè)計(jì)的基于化石燃料的聯(lián)合循環(huán)包裝，其中(多個(gè))燃?xì)鉁u輪作為用于聯(lián)合循環(huán)的原動(dòng)力。燃?xì)鉁u輪越大，聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)就越復(fù)雜。這種復(fù)雜性的意圖是為了改進(jìn)發(fā)電循環(huán)的總效率。使用上述方案和其它優(yōu)化特征，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)接近50%的發(fā)電效率。另一方面，傳統(tǒng)的可再生的生物質(zhì)燃燒電力設(shè)備以23-25%的效率范圍工作?；旌蠘?gòu)思并不限于任何特定的聯(lián)合循環(huán)布置。對(duì)該示例而言，生物質(zhì)燃燒鍋爐與非燃燒的三汽包HRSG(圖1)或非燃燒的二汽包HRSG(圖2)和具有或不具有蒸汽抽汽機(jī)的單個(gè)三段式(圖1)和兩段式(圖2)凝氣式蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組合。在其它情形下，可以使用固體燃料鍋爐或者可以使用利用蒸汽循環(huán)的其它化石燃料燃燒發(fā)電技術(shù)，例如但不限于煤鍋爐、燃?xì)忮仩t或燃油鍋爐。此外，循環(huán)可以用于熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用中，其中，在聯(lián)合循環(huán)和混合循環(huán)中形成的蒸汽部分地用于工業(yè)目的。而且，混合構(gòu)思并不限于基于再加熱的聯(lián)合循環(huán)。在前述說明書中，參考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，顯然在不脫離本發(fā)明的更廣泛的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種變更和變化。例如，一個(gè)實(shí)施例的每一個(gè)特征可以與在其它實(shí)施例中示出的其它特征混合和匹配。相似地根據(jù)期望可以結(jié)合本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的特征和工藝。作為補(bǔ)充并且顯然，可以根據(jù)期望添加或減去特征。因此，除了根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同物之外，本發(fā)明并不受限制。