CN103939215A - 利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，将导热油循环系统和以高温有机介质为工质的有机朗肯循环进行组合。由于采用上述技术方案，先利用具有特定的高温导热油循环系统回收燃气轮机余热，再通过在蒸发器里的热交换，将热量传递给高温有机介质，有机介质蒸气在透平机内的膨胀过程中，从高压到低压始终保持干的状态，消除了形成湿气的可能性以及高速液滴冲击汽轮机叶片时将会产生严重的腐蚀损坏。它具有系统相对简单、结构简单、部分负荷运行、占地空间较小，而且便于操作和维护等特点。

Description

利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置
技术领域：
本发明涉及余热发电设备领域，具体涉及一种利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置。
背景技术：
简单循环燃气轮机是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，它可以看成是能够连续不断地产生具有一定压力和温度燃气的单元。通常，简单循环燃气轮机装置的排气温度较高，而且燃气工质的流量又非常大，这股排气蕴储的能量是很大的。于是，又开始把注意力转到复杂循环燃气轮机的发展上，将以水为工质的朗肯循环（蒸汽轮机循环）与燃气轮机循环结合在一起，组成一个燃-蒸联合循环装置，使燃气轮机的排气余热在余热锅炉中被充分地利用，锅炉水在余热锅炉中吸收了大量热量而转变成过热蒸汽，具有较高温度和压力的过热蒸汽进入蒸汽轮机内膨胀做功，驱动发电机进行发电。但是水蒸汽在膨胀过程中是由过热蒸汽状态向饱和蒸汽状态的过渡，湿度是逐渐增大，当水蒸汽中的高速液滴冲击汽轮机的叶片时将会产生严重的腐蚀性损坏，所以蒸汽轮机要求水蒸汽必须具有较高的过热度。这就使得燃-蒸联合循环电站具有系统较为复杂、结构庞大、操作复杂、占地面积大等不足。
发明内容：
本发明专利的任务是提供一种利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，它是由导热油循环系统和有机朗肯循环组合的发电装置，它不仅系统相对简单、结构简单、占地空间较小，而且便于操作和维护。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，包括由压气机、燃烧室和涡轮组成的燃气轮机，燃气轮机的排气管上安装有余热换热器，余热换热器的另一组换热流道串接导热油循环系统；
导热油循环系统包括蒸发器、余热换热器、油泵和导热油管路，通过导热油管路组成了闭式的导热油循环系统，导热油循环系统中的工质为高温导热油，蒸发器的另一组换热流道串接有机朗肯循环系统；
有机朗肯循环系统包括透平机、回热器、冷凝器、流体泵、发电机和管路，蒸发器的工质出口管连接透平机的工质进口，透平机的工质出口连接回热器的一组换热流道，其出口管路连接冷凝器和流体泵，流体泵的出口管路连接回热器的另一组换热流道，其出口管路与蒸发器的工质进口管路连接构成闭式的有机朗肯循环系统，有机朗肯循环系统内的工质为高温有机介质，透平机连接到发电机。
本发明具有如下有益效果：由于采用上述技术方案，将导热油循环系统和有机朗肯循环组合在一起，实现了利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，有机介质蒸气在透平机内的膨胀过程中，从高压到低压始终保持干的状态，消除了形成湿气的可能性以及高速液滴冲击汽轮机叶片时将会产生严重的腐蚀损坏。它具有系统相对简单、结构简单、部分负荷运行、占地空间较小，而且便于操作和维护等特点。
附图说明：
图1是现有燃-蒸联合循环装置的工作原理图；
图2利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置的工作原理图。
箭头   表示流动方向
图中  1-压气机，2-燃烧室，3-涡轮，4-发电机，5-余热锅炉，6-蒸汽轮机，7-循环水泵，8-冷凝器，9-余热换热器，10-透平机，11-回热器，12-流体泵，13-油泵，14-蒸发器，15-导热油循环系统，16-有机朗肯循环系统。  
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1结合图2所示，利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，包括由压气机1、燃烧室2和涡轮3组成的燃气轮机，燃气轮机的排气管连接余热换热器9的进气管，余热换热器9的另一组换热管路串接导热油循环系统15；
导热油循环系统15包括蒸发器14、余热换热器9、油泵13和导热油管路，通过导热油管路组成了闭式的导热油循环系统15，导热油循环系统15中的工质为特定的高温导热油，其受到工作温度的限制，蒸发器14的另一组换热流道串接有机朗肯循环系统16；
蒸发器14的工质出口管连接透平机10的工质进口，透平机10的工质出口连接回热器11的一组换热流道，其出口管路连接冷凝器8和流体泵12，流体泵12的出口管路连接回热器11的另一组换热流道，其出口管路与蒸发器14的工质进口管路连接构成了闭式的有机朗肯循环系统16，有机朗肯循环系统16中的工质为高温有机介质，透平机10连接到发电机4。
将导热油循环系统15和以有机介质为工质的有机朗肯循环系统16进行组合，导热油循环系统15是由油泵13、余热换热器9和蒸发器14组成，以高温导热油为工质，由油泵13将导热油送入余热换热器9中，吸收燃气轮机排气的余热，导热油带走大量的热量流入蒸发器14中，在此高温的导热油与有机介质进行换热，有机介质吸收大量的热能由液态转变成气态，被冷却的导热油流入油泵13进行循环；以高温有机介质为工质的有机朗肯循环是由透平机10、回热器11、冷凝器8、发电机4和流体泵12组成，由流体12泵抽取冷凝器8中的液态有机介质经过加压送到回热器11中，与透平机10中流出的有机介质进行热交换，回收有机介质中的部分热能，加热后的液态有机介质被送到蒸发器14中，与加热后的导热油进行热交换，将液态有机介质转变成具有一定温度和压力的有机介质蒸气，该蒸气被进入透平机中进行膨胀做功，驱动发电机进行发电，从透平机中10排出的有机介质流入回热器11中，被流体泵12泵出的液态有机介质冷却后流回到冷凝器8里，在此有机介质被水或环境空气进行再次冷却，最后变成液态的有机介质。
图1是现有燃-蒸联合循环装置的工作原理示意图，它是由以水为工质的朗肯循环（蒸汽轮机循环）和燃气轮机循环组成的发电装置，燃气轮机循环是由压气机1、燃烧室2和涡轮3三大部件组成，以空气为工质，空气进入压气机1中经过压缩，具有一定的压力和温度的空气流入燃烧室2中，在燃烧室2内与燃料混合后燃烧，从燃烧室2中流出的高温燃气是以一定的速度流入涡轮3中进行膨胀做功，驱动发电机发电；以水为工质的朗肯循环则是由余热锅炉5、蒸汽轮机6、冷凝器8、发电机4和循环水泵7组成，由循环水泵7抽冷凝器8中的水加压送到余热锅炉5中，在此水与燃气轮机的排气进行热交换，将水变成具有一定温度和压力的过热蒸汽，该过热蒸汽进入蒸汽轮机6中进行膨胀做功，在膨胀过程中过热质蒸汽从高压到低压逐渐变成湿的蒸汽，驱动发电机4进行发电，从蒸汽轮机6中排出的蒸汽流入冷凝器8中，在冷凝器8中与水或环境空气进行热交换，最后又变成冷凝水。
图2是利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置的工作原理图，它是由以高温有机介质为工质的有机朗肯循环和导热油循环系统组合的发电装置，燃气轮机循环是由压气机1、燃烧室2和涡轮3三大部件组成，以空气为工质，空气进入压气机1中经过压缩，具有一定的压力和温度的空气流入燃烧室2中，在燃烧室2内与燃料混合后燃烧，从燃烧室2中流出的高温燃气是以一定的速度流入涡轮3中进行膨胀，这时单位质量的燃气对涡轮转子产生动量矩，驱动发电机发电；导热油循环系统是由油泵13、余热换热器9和蒸发器14组成，以高温导热油为工质，由油泵13将导热油送入余热换热器9中，与燃气轮机排气进行热交换，导热油带走大量的热量流入蒸发器14中，在此高温的导热油与有机介质进行换热，有机介质吸收大量的热能由液态转变成气态，被冷却的导热油流入油泵13进行循环；以高温有机介质为工质的有机朗肯循环是由透平机10、回热器11、冷凝器8、发电机4和流体泵12组成。由流体泵12抽取冷凝器8中的液态有机介质进行加压，送到回热器(11)中，与透平机(10)中流出的热有机介质进行热交换，回收热有机介质中的部分热能，加热后的液态有机介质被送到蒸发器14中，与加热后的导热油进行热交换，将液态有机介质转变成具有一定温度和压力的有机介质蒸气，该蒸气进入透平机10中进行膨胀做功，驱动发电机4进行发电，从透平机10中排出的有机介质流入回热器11中，被流体泵12泵出的液态有机介质冷却后流回到冷凝器8里，在此有机介质被水或环境空气进行再次冷却，最后变成液态的有机介质。

Claims (1)

1.一种利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，包括由压气机(1)、燃烧室(2)和涡轮(3)组成的燃气轮机，其特征在于：在燃气轮机的排气管上安装有余热换热器(9)，余热换热器(9)的另一组换热流道串接导热油循环系统(15)；
导热油循环系统（15）包括蒸发器(14)、余热换热器(9)、油泵(13)和导热油管路，通过导热油管路组成了闭式的导热油循环系统（15），导热油循环系统（15）中的工质为高温导热油，蒸发器(14)的另一组换热流道串接有机朗肯循环系统（16）；
有机朗肯循环系统（16）包括透平机(10)、回热器(11)、冷凝器(8)、流体泵(12)、发电机(4)和管路，蒸发器(14)的工质出口管连接透平机(10)的工质进口，透平机(10)的工质出口连接回热器(11)的一组换热流道，其出口管路连接冷凝器(8)和流体泵(12)，流体泵(12)的出口管路连接回热器(11)的另一组换热流道，其出口管路与蒸发器(14)的工质进口管路连接构成闭式的有机朗肯循环系统（16），有机朗肯循环系统（16）中的工质为高温有机介质，透平机(10)连接到发电机(4)。
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