一种水循环系统的制作方法

1.本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种水循环系统。

背景技术：

2.相较于传统燃煤电厂，燃气－蒸汽联合循环电厂具有污染小、机组效率高和响应迅速等优点，目前已得到广泛应用，但仍存在着碳排放较高的问题。
3.近年来，氢能因其清洁环保和可持续利用等优点得到快速发展，随着氢气制取、存储和运输等技术的不断完善，氢能具有十分良好的应用及发展前景。
4.但是，在现有的电厂内，通常借助氢气运输车将氢气不断从氢气生产厂家运送至电厂。电厂内的燃机燃烧需要大量的氢气，氢气运输车的运输体积有限，且运输成本高，很难满足电厂内的燃机需要。

技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电厂内的氢气量无法满足电厂内燃机需要的缺陷，基于以上情况，开发一种在电厂内提供大量氢气的系统十分必要。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种水循环系统，包括：
7.燃气轮机，具有第一氢气进口；
8.补燃型余热锅炉，与燃气轮机连接，具有第二氢气进口；燃气轮机输出的水蒸气进入所述补燃型余热锅炉中，与补燃型余热锅炉中由补燃氢气燃烧生成的水蒸气混合，混合均匀后加热补燃型余热锅炉中的循环给水，使循环给水变为水蒸气后进入蒸汽轮机中做功；
9.水电解装置，与燃气轮机、补燃型余热锅炉均连接，用于接收燃气轮机和补燃型余热锅炉排出的液态水，并电解产生氢气，电解产生的氢气经管路再次输送至燃气轮机和补燃型余热锅炉中。
10.可选地，还包括：
11.供热装置，设置于补燃型余热锅炉与水电解装置之间，并与燃气轮机连接；用于接收补燃型余热锅炉排出的液态水，并利用排出的液态水对水电解装置产生的氢气进行预热，预热后的氢气输送至燃气轮机与补燃型余热锅炉中燃烧。
12.可选地，还包括：
13.第一储氢装置，与所述水电解装置连接，用于储存氢气。
14.可选地，还包括：
15.第二储氢装置，与所述第一储氢装置和供热装置均连接。
16.可选地，还包括：
17.与蒸汽轮机连接的凝汽器和冷凝泵；
18.所述冷凝泵还与所述补燃型余热锅炉连接。
19.可选地，还包括：
20.储水罐，与所述燃气轮机、补燃型余热锅炉、供热装置、水电解装置均连接，用于储存燃气轮机和供热装置利用后的液态水，并为所述燃气轮机、补燃型余热锅炉和水电解装置补水。
21.可选地，还包括：
22.水提纯装置，与储水罐连接，用于对进入储水罐的液态水进行提纯；
23.除盐装置，与水提纯装置连接，用于对进入水提纯装置的液态水去除盐分。
24.可选地，还包括：
25.干燥器，与所述水电解装置连接，作为氢气提纯的前序装置，用于除去氢气中夹杂的水分；
26.氢气处理器，与所述干燥器、燃气轮机、补燃型余热锅炉均连接，用于对进入燃气轮机和补燃型余热锅炉中的氢气进行提纯。
27.可选地，还包括：
28.氢气控制模块，与所述燃气轮机、补燃型余热锅炉、水电解装置均连接，用于调节氢气供给的流量、温度和压力。
29.可选地，还包括：
30.水处理器，设于所述补燃型余热锅炉和所述供热装置之间，用于对进入供热装置的液态水进行除盐和过滤。
31.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
32.1.本发明提供的水循环系统，包括：燃气轮机，具有第一氢气进口；补燃型余热锅炉，与燃气轮机连接，具有第二氢气进口；燃气轮机输出的水蒸气进入所述补燃型余热锅炉中，与补燃型余热锅炉中由补燃氢气燃烧生成的水蒸气混合，混合均匀后加热补燃型余热锅炉中的循环给水，使循环给水变为水蒸气并进入蒸汽轮机中做功；水电解装置，与燃气轮机、补燃型余热锅炉均连接，用于接收燃气轮机和补燃型余热锅炉排出的液态水，并电解产生氢气，电解产生的氢气经管路再次输送至燃气轮机和补燃型余热锅炉中；本技术技术方案通过水电解装置电解水，产生氢气，为燃气轮机和补燃型余热锅炉提供燃料，并利用补燃型余热锅炉中的高温水蒸气加热燃气轮机输出的低温水蒸气，再通过热交换使补燃型余热锅炉中的循环给水变为高能工质，推动蒸汽轮机做功；而且通过设置补燃型余热锅炉，可增大水蒸气的流量和提高水蒸气的温度，增强做功能力；同时，通过循环利用氢气及水，为电厂内的燃机和补燃型余热锅炉提供大量氢气，不仅降低碳排放，具有显著的环保效果；而且节约水资源和燃料费用，降低生产成本，提高电厂的经济效益。
33.2.本发明提供的水循环系统，还包括：供热装置，设置于补燃型余热锅炉与水电解装置之间，并与燃气轮机连接；用于接收补燃型余热锅炉排出的液态水，并利用排出的液态水对水电解装置产生的氢气进行预热，预热后的氢气输送至燃气轮机与补燃型余热锅炉；本技术采用上述技术方案，充分利用补燃型余热锅炉排出的高温液态水，提前预热所需的氢气，不仅节省氢气耗量，而且使氢气的燃烧更加充分，提高补燃型余热锅炉与燃气轮机的运行效率。
34.3.本发明提供的水循环系统，还包括：第一储氢装置，与所述水电解装置连接，用于储存氢气；本技术采用上述技术方案，通过设置第一储氢装置，可以存储多余的氢气，为下次燃气轮机和补燃型余热锅炉的运行做准备，提高燃气轮机和补燃型余热锅炉的运行效
率。
35.4.本发明提供的水循环系统，还包括：第二储氢装置，与所述第一储氢装置和供热装置均连接；本技术技术方案通过设置第二储氢装置，可以作为提供氢气的补给或备用。
36.5.本发明提供的水循环系统，还包括：与蒸汽轮机连接的凝汽器和冷凝泵；所述冷凝泵还与所述补燃型余热锅炉连接；本技术通过设置凝汽器和冷凝泵，将蒸汽轮机中的水蒸气冷凝液化为液态水，并将所述液态水输送至补燃型余热锅炉中，继续利用，起到节约水资源的作用。
37.6.本发明提供的水循环系统，还包括：储水罐，与所述燃气轮机、补燃型余热锅炉、供热装置、水电解装置均连接，用于储存燃气轮机和供热装置利用后的液态水，并为所述燃气轮机、补燃型余热锅炉和水电解装置补水；本技术技术方案通过设置储水罐，收集储存水循环系统中的液态水，并为水电解装置提供液态水，在节约水资源的同时，使得整个水循环可以可靠稳定地运行。
38.7.本发明提供的水循环系统，还包括：水提纯装置，与储水罐连接，用于对进入储水罐的液态水进行提纯；除盐装置，与水提纯装置连接，用于对进入水提纯装置的液态水去除盐分；本技术采用上述技术方案，确保水的纯度符合电解水制氢的要求。
39.8.本发明提供的水循环系统，还包括：干燥器，与所述水电解装置连接，作为氢气提纯的前序装置，用于除去氢气中夹杂的水分；氢气处理器，与所述干燥器、燃气轮机、补燃型余热锅炉均连接，用于对进入燃气轮机和补燃型余热锅炉中的氢气进行提纯；本技术采用上述技术方案，确保氢气的纯度满足所述燃气轮机和补燃型余热锅炉的使用要求。
40.9.本发明提供的水循环系统，还包括：氢气控制模块，与所述燃气轮机、补燃型余热锅炉、水电解装置均连接，用于调节氢气供给的流量、温度和压力；本技术采用上述技术方案，通过设置氢气控制模块，根据燃气轮机工况、氢气的进出参数及循环水的进出参数，调节氢气供给的流量、温度和压力等，确保水循环系统的正常运行。
41.10.本发明提供的水循环系统，还包括：水处理器，设于所述补燃型余热锅炉和所述供热装置之间，用于对进入供热装置的液态水进行除盐和过滤；本技术技术方案通过设置水处理器，对液态水进行除盐和过滤，防止液态水堵塞或损坏供热装置，保证供热装置的正常运行和延长供热装置的寿命。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明实施方式中提供的水循环系统的连接结构示意图。
44.附图标记说明：
45.1、燃气轮机；2、补燃型余热锅炉；3、水处理器；4、供热装置；5、除盐装置；6、水提纯装置；7、储水罐；8、水电解装置；9、干燥器；10、氢气处理器；11、第一储氢装置；12、第二储氢装置；13、氢气控制模块；14、凝汽器；15、冷凝泵；16、蒸汽轮机。
具体实施方式
46.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
50.如图1所示的水循环系统的一种具体实施方式，包括：依次连接的燃气轮机1、补燃型余热锅炉2、水处理器3和供热装置4，依次连接的水电解装置8、干燥器9、氢气处理器10、第一储氢装置11和氢气控制模块13，依次连接的除盐装置5、水提纯装置6和储水罐7等。
51.所述燃气轮机1具有第一氢气进口；所述补燃型余热锅炉2具有第二氢气进口；所述燃气轮机1燃烧室输出的高温高压水蒸气推动涡轮做功，带动发电机工作，利用后的水蒸气进入所述补燃型余热锅炉2中，与补燃型余热锅炉2中由补燃氢气燃烧产生的高温水蒸气混合，混合均匀后与所述补燃型余热锅炉2中的循环给水通过换热器进行热交换，使得循环给水受热变为水蒸气后，进入蒸汽轮机16中做功，带动发电机工作；具体的，所述换热器为紧凑式换热器，能够避免补燃型余热锅炉2运行时内部压力过高，防止发生安全事故。
52.所述水电解装置8与燃气轮机1、补燃型余热锅炉2均连接，用于接收燃气轮机1和补燃型余热锅炉2排出的液态水，并电解产生氢气，电解产生的氢气经管路再次输送至燃气轮机1和补燃型余热锅炉2中，作为燃气轮机1和补燃型余热锅炉2的燃料，对于补燃型余热锅炉2，即为补燃氢气。具体的，所述水电解装置8通过依次连接的除盐装置5、水提纯装置6、储水罐7、电磁阀和水泵与燃气轮机1连接，以接收燃气轮机1的液态水。所述补燃型余热锅炉2通过依次连接的水处理器3和供热装置4接入除盐装置5的进水管路，进而再通过依次连接的除盐装置5、水提纯装置6、储水罐7、电磁阀和水泵与水电解装置8连接。具体的，所述水处理器3用于对进入供热装置4的液态水进行除盐和过滤。水提纯装置6可采用膜蒸馏法、过滤法和离子交换法等方法中的一种或多种方法的耦合，确保水的纯度符合电解水制氢的要求。所述氢气处理器10用于提纯氢气，可采取物理或化学吸收法、化学反应法、变压吸附分离法、低温分离法、聚合物膜分离法、低温吸附法和钯膜分离法中的一种或多种方式的耦合，确保氢气纯度满足所述燃气轮机1和补燃型余热锅炉2的使用要求。
53.补燃型余热锅炉2中的高温液态水在供热装置4中利用余热。余热不仅可以预热氢气，而且还可以采用余热供暖，可采用吸收式热泵和压缩式热泵等供热技术，具有良好的节
能效果。
54.经过所述补燃型余热锅炉2加氢补燃后，水循环系统中水蒸气的流量及温度显著增加，能够使循环给水吸收更多热量，增强其做功能力，进而提高所述蒸汽轮机16的发电效率；同时由于水蒸气流量大，所述供热装置4的做功能力也显著提高。
55.所述第一储氢装置11和氢气控制模块13之间的管路经过所述供热装置4，以便对氢气进行预热；具体的，所述第一储氢装置11为储氢罐。所述氢气控制模块13与所述燃气轮机1、补燃型余热锅炉2均连接，用于调节氢气供给的流量、温度和压力。进一步的，在所述第一储氢装置11与供热装置4连接的管路上设置依次连接的减压阀和电磁阀；并在所述第一储氢装置11与供热装置4连接的管路上并联连接三个第二储氢装置12，并在每个第二储氢装置12接入的管路上设置依次连接的减压阀和电磁阀。具体的，所述第二储氢装置12为氢气卸车柱。进一步的，所述供热装置4与燃气轮机1连接后，并接入除盐装置5的进水管路，用于接收燃气轮机1及供热装置4排出的液态水。
56.所述蒸汽轮机16通过依次连接的凝汽器14和冷凝泵15，与所述补燃型余热锅炉2连接。所述储水罐7还通过依次连接的电磁阀和水泵与燃气轮机1连接，用于补充燃气轮机1燃烧室所需的冷却水，避免燃烧温度过高产生过量的热力型氮氧化物；且储水罐7还通过依次连接的电磁阀和水泵与凝汽器14连接，用于补充由于耗散等原因减少的循环给水。
57.本技术所述水循环系统的使用过程简述如下：该水循环系统在首次投产运行时，可由氢气卸车柱提供燃气轮机1及补燃型余热锅炉2燃烧所需的氢气，当水电解装置8生成的氢气足够水循环系统以满负荷连续运行，且储水罐7储存的水足够水循环系统正常运转时，停止氢气卸车柱供氢，只依靠水电解装置8供氢，确保水循环系统能够正常运转；或在首次投运前，主动向储水罐7中提前加入液态水，通过水电解装置8生成足量氢气，供后续使用；此外，也可将上述两种方法结合使用。当日发电任务完成时，可提前通过水电解装置8制取适量氢气并储存于储氢罐中，为水循环系统下次发电做准备。
58.该水循环系统在正常运转时，氢气进入到燃气轮机1中燃烧，产生高温高压水蒸气，并在涡轮中做功，带动发电机发电。经涡轮排出的水蒸气进入到补燃型余热锅炉2中，与补燃氢气燃烧产生的高温水蒸气混合，然后同补燃型余热锅炉2中的循环给水进行充分热交换，使其变为水蒸气并进入到蒸汽轮机16中做功，带动发电机发电。水蒸气在进行热交换后变为高温液态水，经过处理后流至供热装置4中预热氢气，最后利用剩余热量供暖。余热利用完后，供热装置4排出的液态水及燃气轮机1排出的液态水一并收集并进行除盐和提纯操作，然后储存于储水罐7中，用于向补燃型余热锅炉2中补充循环给水、向燃气轮机1燃烧室中补充冷却水和向水电解装置8提供水源等。水电解装置8产生的氢气依次经过干燥器9和氢气处理器10，流入储氢罐中；储氢罐中的氢气依次经过减压阀和电磁阀，流入供热装置4中进行预热；经过预热后的氢气进入氢气控制模块13，再经氢气控制模块13，将氢气分流输送至燃气轮机1和补燃型余热锅炉2中，最终用于燃气轮机1和补燃型余热锅炉2燃烧。当由于耗散等作用使水循环系统中的水量或氢气量略微减少时，可向储水罐7中主动补入适当水量；当水循环系统中的水量或氢气量明显不足且生产任务紧急时，可连续向氢气卸车柱中补入适量氢气，同时向储水罐7中主动补入适当水量，确保水循环系统正常运行。其中，储水罐7、第一储氢装置11和第二储氢装置12等主要储存设备的数量和体积等参数可根据水循环系统规模及使用需求适当调整；水电解装置8、干燥器9、氢气处理器10、除盐装置5和
水提纯装置6等设备的数量、做功能力和连接方式等可根据水循环系统规模及使用需求在水循环系统建设前适当选取。
59.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种水循环系统，其特征在于，包括：燃气轮机(1)，具有第一氢气进口；补燃型余热锅炉(2)，与燃气轮机(1)连接，具有第二氢气进口；燃气轮机(1)输出的水蒸气进入所述补燃型余热锅炉(2)中，与补燃型余热锅炉(2)中由补燃氢气燃烧生成的水蒸气混合，混合均匀后加热补燃型余热锅炉(2)中的循环给水，使循环给水变为水蒸气后进入蒸汽轮机(16)中做功；水电解装置(8)，与燃气轮机(1)、补燃型余热锅炉(2)均连接，用于接收燃气轮机(1)和补燃型余热锅炉(2)排出的液态水，并电解产生氢气，电解产生的氢气经管路再次输送至燃气轮机(1)和补燃型余热锅炉(2)中。2.根据权利要求1所述的水循环系统，其特征在于，还包括：供热装置(4)，设置于补燃型余热锅炉(2)与水电解装置(8)之间，并与燃气轮机(1)连接；用于接收补燃型余热锅炉(2)排出的液态水，并利用排出的液态水对水电解装置(8)产生的氢气进行预热，预热后的氢气输送至燃气轮机(1)与补燃型余热锅炉(2)中燃烧。3.根据权利要求2所述的水循环系统，其特征在于，还包括：第一储氢装置(11)，与所述水电解装置(8)连接，用于储存氢气。4.根据权利要求3所述的水循环系统，其特征在于，还包括：第二储氢装置(12)，与所述第一储氢装置(11)和供热装置(4)均连接。5.根据权利要求1－4任一项所述的水循环系统，其特征在于，还包括：与蒸汽轮机(16)连接的凝汽器(14)和冷凝泵(15)；所述冷凝泵(15)还与所述补燃型余热锅炉(2)连接。6.根据权利要求2－4任一项所述的水循环系统，其特征在于，还包括：储水罐(7)，与所述燃气轮机(1)、补燃型余热锅炉(2)、供热装置(4)、水电解装置(8)均连接，用于储存燃气轮机(1)和供热装置(4)利用后的液态水，并为所述燃气轮机(1)、补燃型余热锅炉(2)和水电解装置(8)补水。7.根据权利要求6所述的水循环系统，其特征在于，还包括：水提纯装置(6)，与储水罐(7)连接，用于对进入储水罐(7)的液态水进行提纯；除盐装置(5)，与水提纯装置(6)连接，用于对进入水提纯装置(6)的液态水去除盐分。8.根据权利要求1－4任一项所述的水循环系统，其特征在于，还包括：干燥器(9)，与所述水电解装置(8)连接，作为氢气提纯的前序装置，用于除去氢气中夹杂的水分；氢气处理器(10)，与所述干燥器(9)、燃气轮机(1)、补燃型余热锅炉(2)均连接，用于对进入燃气轮机(1)和补燃型余热锅炉(2)中的氢气进行提纯。9.根据权利要求1－4任一项所述的水循环系统，其特征在于，还包括：氢气控制模块(13)，与所述燃气轮机(1)、补燃型余热锅炉(2)、水电解装置(8)均连接，用于调节氢气供给的流量、温度和压力。10.根据权利要求2－4任一项所述的水循环系统，其特征在于，还包括：水处理器(3)，设于所述补燃型余热锅炉(2)和所述供热装置(4)之间，用于对进入供热装置(4)的液态水进行除盐和过滤。

技术总结

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种水循环系统，包括：燃气轮机；补燃型余热锅炉与燃气轮机连接；燃气轮机输出水蒸气进入补燃型余热锅炉，与补燃型余热锅炉中水蒸气混合并加热循环给水，使其进入蒸汽轮机做功；水电解装置与燃气轮机、补燃型余热锅炉均连接，用于电解燃气轮机和补燃型余热锅炉排出的液态水产生氢气，并将氢气经管路输送至燃气轮机和补燃型余热锅炉中；本申请通过水电解装置电解水产生氢气，为燃气轮机和补燃型余热锅炉提供燃料；通过氢气补燃，增大水蒸气流量并提高水蒸气温度，增强换热；通过循环利用氢气及水，为电厂内燃机和补燃型余热锅炉提供大量氢气，降低碳排放，具有显著环保效果；节约水资源和燃料，降低成本。降低成本。降低成本。