CN103397943B - 燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明由溴化锂吸收式制冷机、热水余热锅炉、冷却水塔、转轮除湿机和两个气水换热器集成为一个燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统。通过对进气空气除湿、降温、冷却和转轮除湿机的除湿与冷却水塔冷却水温度的协同调控，解决了联合循环与进气冷却系统的气温特性产生不利的交互影响难题和气温变化对联合循环的性能及变工况影响大的缺点，使联合循环的运行更稳定、更安全、更可靠；进一步挖掘了进气冷却对提高联合循环输出功率、效率及经济效益的潜力；有利于基于联合循环的冷热电联供系统的冷热电负荷动态调配、与电力系统协同互补、能源高效梯阶利用及系统安全稳定运行。

Description

燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是一种燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统及方法。

背景技术

燃气轮机性能随大气环境温度变化而变化，由15℃降至-30℃时，输出功率可增加47％，效率提高10.5％(相对值)，由15℃升高至40℃时，输出功率下降23％，效率下降14.4％(相对值)，大气环境温度对燃气轮机的性能影响很大，对输出功率的影响更大，通常情况下燃气轮机进气温度每降低1℃，可提高燃气轮机发电机组的输出功率约为0.6％-0.8％。现有研究表明大气环境温度对燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机的变工况性能影响较大，随着大气环境温度的升高，燃气-蒸汽联合循环效率有较明显的下降。

燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统是一项克服大气环境温度变化对燃气-蒸汽联合循环的性能和变工况特性产生不利影响及提高燃气-蒸汽联合循环输出功率与效率的先进技术。基于燃气-蒸汽联合循环的区域型冷热电联供系统是实现能源高效与梯阶利用的重点技术和分布式能源系统的重要发展方向，因此，燃气-蒸汽联合循环及其进气除湿冷却系统将更加广泛应用。

燃气-蒸汽联合循环的进气冷却系统有喷淋冷却、冰蓄冷、LNG冷能利用、压缩式制冷、废热利用型溴化锂吸收式制冷等形式，废热利用型溴化锂吸收制冷是进气冷却系统的主要应用形式，充分利用了燃气-蒸汽联合循环中蒸汽余热锅炉排出的余热烟气，节约了能源，且经济性好。但现有的基于余热利用的进气冷却系统仍存在以下几个问题有待解决：

1、虽然现有的进气冷却系统对燃气-蒸汽联合循环的输出功率和效率的提高有较好的作用，但未克服燃气-蒸汽联合循环受大气环境温度变化的敏感性，大气环境温度的变化对燃气-蒸汽联合循环的性能和变工况的影响仍然较大，这不利于燃气-蒸汽联合循环的安全稳定运行。

2、在进气冷却系统中溴化锂吸收式制冷机的性能和制冷量受大气环境温度变化的影响也很大，因此进气冷却系统与燃气-蒸汽联合循环在大气环境温度上升时产生相互不利的交互影响，这不利于燃气蒸汽联合循环能源充分梯阶利用和进气冷却系统充分发挥提高燃气-蒸汽联合循环输出功率和效率的作用。

3、在大气环境温度变化时，燃气-蒸汽联合循环中的蒸汽余热锅炉的排烟流量和温度与进气冷却系统中溴化锂吸收式制冷机制冷量的协同调控匹配问题。

4、在燃气-蒸汽联合循环应用于冷热电联供系统时，上述三个有待解决的问题，对冷热电负荷的动态互补、与电力系统协同互补运行、能源高效梯阶利用及安全稳定运行都将产生不利影响。

发明内容

本发明为了解决现有燃气-蒸汽联合循环的进气冷却系统存在的不足，提出一种燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，该系统具有如下几个特点：

1、当大气环境温度升高时，压气机的空气流量下降，空气容纳水蒸气的能力提高，通常情况下空气中的相对湿度增大，由于空气中水蒸汽气化时吸热，导致燃气轮机燃烧室烟气出口温度降低，湿度越大，烟气出口温度下降越大，又由于蒸汽余热锅炉节点温差小，因此蒸汽余热锅炉的排烟流量和温度均下降，导致溴化锂吸收式制冷机制冷量降低。而大气环境温度升高时，进气冷却所需要的制冷量增大，则需要蒸汽余热锅炉的排烟温流量增大排烟温度升高，使溴化锂吸收式制冷机制冷量增大，从而有利于进气温度下降。另外，大气温度上升时，溴化锂吸收式制冷机制冷量下降，在热水温度不变的情况下，热水流量需求增大，同时冷却水塔冷却水温度升高，导致溴化锂吸收式制冷机制冷量下降和热水流量需求增大。因此，大气环境温度升高时，燃气-蒸汽联合循环与进气冷却系统的气温特性产生不利的交互影响。本发明针对这一燃气-蒸汽联合循环与进气冷却系统气温特性产生不利的交互影响问题，首次提出燃气-蒸汽联合循环进气除湿、降温与冷却相结合的集成结构及方法，从而达到大气环境温度升高时提高蒸汽余热锅炉排气流量和温度的目标及克服燃气-蒸汽联合循环与进气冷却系统气温特性产生不利的交互影响的目的。

2、首次提出通过转轮除湿机控制燃气-蒸汽联合循环的进气流量和湿度，并与冷却水温度的调控相结合的进气冷却系统制冷量及进气冷却温度调控模式。使燃气-蒸汽联合循环稳定在设计工况或所需的理想工况下运行，克服大气环境温度的变化对燃气-蒸汽联合循环的变工况影响。

为了解决现有燃气-蒸汽联循环的进气冷却系统的不足和实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，克服大气环境温度的变化对燃气-蒸汽联合循环对其性能和变工况的不利影响，提高燃气-蒸汽联合循环的输出功率、效率、经济效益及安全稳定运行水平。

所述的燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，其所述进气除湿冷却系统。由溴化锂吸收式制冷机、热水余热锅炉、冷却水塔、转轮除湿机、气水换热器I、气水换热器II组成；其特征在于溴化锂吸收式制冷机分别与热水余热锅炉、气水换热器II、冷却水塔连接，转轮除湿机分别与热水余热锅炉、气水换热器I连接，气水换热器I连接气水换热器II，热水余热锅炉与燃气-蒸汽联合循环的蒸汽余热锅炉连接，气水换热器II与燃气-蒸汽联合循环的压气机入口连接。

所述的燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，其所述烟气余热利用。燃气-蒸汽联合循环的蒸汽余热锅炉排除的150℃-200℃烟气，用于进气除湿冷却系统的热水余热锅炉生产120℃-150℃的热水驱动溴化锂吸收式制冷机生产7℃-12℃的冷水；热水余热锅炉排出的110℃-130℃烟气用于转轮除湿机除湿。

所述的燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，其所述进气除湿、降温、冷却。大气空气经转轮除湿机除湿后，由于除湿过程大气空气与转轮除湿机纸芯吸湿剂有一定的热传递，另外，大气空气即进气空气在除湿过程中不断释放热量，即潜热转化为显热，因此进气空气经转轮除湿时温度有所提高，用气水换热器I与自来水交换热量降温，使除湿后的进气空气温度稍低于大气空气温度，减少进气空气冷却时所需的冷量，用于降温的自来水可用于蒸汽或热水余热锅炉的进水，最后进气空气经气水换热器II冷却。转轮除湿机由于用于除湿的烟气温度达120℃左右，除湿效率高，除湿效果好，大气环境温度和湿度的变化对转轮除湿机的影响相对较小，可忽略不计。

所述的燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，其所述在大气环境温度上升时转轮除湿机和冷却水塔协同调控溴化锂吸收式制冷机制冷量。大气空气经转轮除湿机除湿后进气空气质量流量增大，潜热减少，显热增大，通过气水换热器I除去增大的显热，然后经气水换热器II冷却，进气空气质量流量由于冷却降温，密度增大，质量流量进一步增大，也就是说通过燃气轮机燃烧室中的空气质量流量增大，燃气轮机输出功率和效率上升，由于进气空气经过了转轮除湿和冷却除湿，进入燃烧室的空气不会因空气中的水蒸气气化而吸热，燃烧室的烟气出口温度上升，因此，蒸汽余热锅炉的进口烟气温度和流量均上升，尽管蒸汽余热锅炉节点温差小，但进口烟气流量增大了，不会因大气环境温度上升而导致蒸汽余热锅炉排烟温度降低。因此，当大气环境温度上升时蒸汽余热锅炉的排烟温度和流量均上升，通过对进气空气的除湿、降温和冷却，实现了调控大气环境温度上升时，蒸汽余热锅炉的排烟温度和流量均下降而导致溴化锂吸收式制冷机制冷量下降的不利情况。另外，由于大气环境温度上升时，冷却水塔的冷却水温度上升，导致溴化锂吸收式制冷机制冷量下降和进口热水流量需求增大，因此，降低冷却水温度有利于制冷量的增大。如果与进气除湿协同调控可以实现对进气温度的有效控制，从而克服大气环境温度变化对燃气-蒸汽联合循环的性能及变工况影响大的缺点。

本发明的有益效果是，通过对燃气-蒸汽联合循环的压气机进气空气除湿、降温、冷却和转轮除湿机的除湿与冷却水塔冷却水温度的协同调控，解决了燃气-蒸汽联合循环与进气冷却系统的气温特性产生不利的交互影响难题；解决了大气环境温度变化对燃气-蒸汽联合循环的性能及变工况影响大的缺点，使燃气-蒸汽联合循环的运行更稳定、更安全、更可靠；进一步挖掘了进气冷却对提高燃气-蒸汽联合循环输出功率、效率及经济效益的潜力；有利于基于燃气-蒸汽联合循环的冷热电联供系统的冷热电负荷动态调配、与电力系统协同互补、能源高效梯阶利用及系统安全稳定运行。

附图说明

图1是进气除湿冷却系统与燃气-蒸汽联合循环的集成结构图

具体实施方式

本发明提供一种燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，如图1所示。由于进气除湿冷却系统不是一个孤立的系统，需与燃气

-蒸汽联合循环及冷热电联供系统一起考虑其具体实施方式。下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施方式1

夏季实施方式：如图1蒸汽余热锅炉排出的烟气作为热水余热锅炉的热源生产出热水供溴化锂吸收式制冷机生产冷水，用于气水换热器II冷却进气空气；热水余热锅炉排出的烟气用于转轮除湿机对大气空气(进气空气)除湿，除湿后的干空气经气水换热器I降温，用于降温的自来水可以作为蒸汽和热水余热锅炉的进水或其它用途。降温后的干空气经气水换热器II冷却后作为进气空气经压气机进入燃气轮机。夏季实施时由于进气冷却所需的制冷量大，对热水流量需求大，可通过降低冷却水塔的冷却水温度作为提高溴化锂吸收式制冷机制冷量和减小热水流量需求的辅助手段，进气冷却空气温度建议在夏季控制在15℃左右(ISO标准)。

实施方式2

春秋季实施方式：春秋两季由于大气环境温度降低，进气空气的冷却对制冷量的需求相对夏季减小，可将进气冷却空气温度控制在10℃-15℃(ISO标准)进一步提高燃气-蒸汽联合循环的输出功率和效率；也可根据实际热电需求情况，确定进气冷却温度，多余的热水可用于冷热电联供系统的生活热水供应。

实施方式3

冬季实施方式：在大气环境温度高于15℃时，可以将进气冷却温度降到10℃以下，但冷水温度必须控制在5℃以上，防止溴化锂溶液结晶；也可以将进气冷却温度控制在15℃(ISO标准)，热水用于冷热电联供系统供热。在大气环境温度低于15℃时，可以停止进气除湿冷却系统运行，将用于转轮除湿机的烟气回注热水余热锅炉，增大热水流量，热水用于冷热电联供系统供热。

以上只是本发明的实施方式原则和典型实施方式，本领域的技术人员可以参照实施方式原则和实施方式根据气候情况确定进气冷却温度，一般情况下建议进气冷却温度控制在15℃(ISO标准)，因为在设计冷热电联供系统时一般以ISO标准工况的参数为依据，这样有利于冷热电负荷的动态匹配和与电力系统的协同互补运行。

Claims (2)

1.一种燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，由溴化锂吸收式制冷机、热水余热锅炉、冷却水塔、转轮除湿机、气水换热器I、气水换热器II组成；其特征在于溴化锂吸收式制冷机分别与热水余热锅炉、气水换热器II、冷却水塔连接，转轮除湿机分别与热水余热锅炉、气水换热器I连接，气水换热器I连接气水换热器II，热水余热锅炉与燃气-蒸汽联合循环的蒸汽余热锅炉连接，气水换热器II与燃气-蒸汽联合循环的压气机入口连接。

2.如权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环的进气除湿冷却系统，其特征在于燃气-蒸汽联合循环的压气机进气除湿、降温与冷却工作流程，燃气-蒸汽联合循环的蒸汽余热锅炉排出的中温烟气作为热水余热锅炉生产热水的热源，热水余热锅炉的热水驱动溴化锂吸收式制冷机向气水换热器II提供冷水，冷却压气机进气空气；热水余热锅炉排出的低温烟气流经转轮除湿机除去压气机进气空气中的水蒸汽，产生的干空气经气水换热器I与自来水进行热交换降温，除去除湿时增大的显热。