CN104389683A - 紧凑型回热器 - Google Patents

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刘伟
李东明
董斌
李名家
杨正薇
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Abstract

本发明提出紧凑型回热器。在简单循环燃气轮机的排气管路上增加一个紧凑型回热器，这种回热器采用板翅式换热器型式，采用逆流方式换热，压缩空气被燃气轮机排出的高温燃气进行加热，提高回热器的换热效率，结构紧凑，介质在回热器内的压力损失较小，具有较高的可靠性和抗疲劳性。有紧凑型回热器的回热循环燃气轮机，它不仅利用回热器来回收燃气轮机的排气余热，这样对压缩空气预热后，减少了燃料的消耗，而且还提高简单燃气轮机的效率和比功，从而提高简单燃气轮机的性能。

Description

紧凑型回热器
技术领域：
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地说是一种紧凑型回热器。
背景技术：
无论是作为机械驱动用燃气轮机，还是作为发电用燃气轮机，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，它可以被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，由于从燃气轮机涡轮排出的燃气温度较高，使得大量的燃气轮机余热被白白地浪费掉了，为了提高简单循环燃气轮机的效率，增大其比功，通过选择最佳压比和尽可能地提高温比的方法，只能使燃气轮机的效率和比功达到一定的程度，所以要进一步提高其效率和比功就必须从根本上通过改变其热力循环来实现，其中之一的方法就是：为了减少供热量，利用回热器来回收燃气轮机的排气余热，由此得到了一种回热循环燃气轮机，由压气机压缩的空气在进入燃烧室之前，先在回热器内由涡轮排出的高温燃气进行加热，这样对压缩空气预热后，就可以减少燃料的消耗，从而起到提高燃气轮机热效率的作用，实际上，回热器是一个压缩空气与高温燃气进行热交换的热交换器，由于燃气轮机排气温度较高，排气管路受到的热应力非常大，而且热变形也较大，这给燃气轮机用回热器的结构设计带来很多的困难。根据回热循环燃气轮机的总体要求，回热器应采用紧凑型换热器，它不仅具有较高的换热效率、较小的压力损失、结构紧凑和良好的加工工艺性，而且要具有较高的可靠性和抗疲劳性，目前，紧凑型换热器的结构型式有管翅式换热器、一次表面式换热器、板式换热器、螺旋板换热器和板翅式换热器等，管翅式换热器的加工工艺成熟，但其换热效率较低，而且结构庞大，不适于作为燃气轮机回热器的选型；一次表面式换热器具有换热效率高，结构紧凑，但由于其加工工艺较为复杂，大尺寸结构的可靠性较差，只能作为微型燃气轮机和小型燃气轮机回热器的优选结构；板翅式换热器具有换热效率高，加工工艺较为成熟，但由于其结构设计不合理，具有较低的可靠性和抗疲劳性。
发明内容： 
本发明专利的任务是提供一种紧凑型回热器，安装在燃气轮机排气管路上，将压气机压缩的空气在进入燃烧室之前先在回热器内由燃气轮机排出的高温燃气进行加热，这样对压缩空气预热后，就可以减少燃料的消耗，从而起到提高燃气轮机热效率的作用。
本发明的技术方案是：在简单循环燃气轮机的排气管路上增加一个紧凑型回热器，这种回热器采用板翅式换热器型式，采用逆流方式换热，压缩空气被燃气轮机排出的高温燃气进行加热，提高回热器的换热效率，结构紧凑，介质在回热器内的压力损失较小，具有较高的可靠性和抗疲劳性；
紧凑型回热器，包括前端板和后端板，前端板、后端板和设置在两个端板之间的若干个空气侧换热翅片和燃气侧换热翅片间隔叠加组成的若干单元装配，用钎焊材料进行钎焊，空气侧换热翅片和燃气侧换热翅片之间垫有隔板，空气侧换热翅片和空气侧导流片的外侧的两个隔板之间的空隙填充由包围在空气侧换热翅片和空气侧导流片外围的空气隔圈，燃气侧换热翅片和燃气侧导流片的两侧，两个隔板之间的空隙由封条填充；
空气侧换热翅片、燃气侧换热翅片、隔板和前端板和后端板叠加组成的合体外侧套在外壳内，外壳为上下法兰的筒体结构，前端板的上侧向外延穿过外壳伸出一个空气进口管，前端板的下侧向外延穿过外壳伸出一个空气出口管，空气进口管和空气出口管的中心位置，前端板和隔板上开有与空气进口管同直径的通孔，靠近后端板的隔板上不开此通孔，空气进口管和空气出口管的中心位置上，燃气侧换热翅片和燃气侧导流片之间的空隙上由燃气隔圈填充；
紧凑型回热器是采用板翅式换热器的结构，由多层燃气工质流道和多层压缩空气工质流道叠加钎焊而成，每一层燃气工质小流道是由两层隔板、燃气侧换热翅片、封条、燃气侧导流片和两个燃气隔圈所围成，每一层空气工质小流道是由两层隔板、空气侧换热翅片、空气侧导流片和空气隔圈所围成，每两层之间的流道用隔板隔开。
外壳内壁上在空气进口管上侧和空气出口管下侧位置分别设有加强筋。
空气从空气进口管8进入，由空气出口管7流出，燃气由外壳13下部进入回热器，由外壳13上部流出。
所述的换热单元，替换为多个小型换热单元叠加。
本发明具有如下有益效果：由于采用上述技术方案，实现了带有紧凑型回热器的回热循环燃气轮机，它不仅利用回热器来回收燃气轮机的排气余热，这样对压缩空气预热后，减少了燃料的消耗，而且还提高简单燃气轮机的效率和比功，从而提高简单燃气轮机的性能。
附图说明：
图1是本发明的横向剖面图；
附图2是附图1的C-C剖面图；
附图3是附图1的A-A剖面图；
附图4是附图1的B-B剖面图。
图中1-前端板，2-隔板，3-空气侧换热翅片，4-燃气侧换热翅片，5-空气侧导流片，6-燃气侧导流片，7-空气出口管，8-空气进口管，9-封条，10-空气隔圈，11-加强筋，12-燃气隔圈，13-外壳，14-后端板。
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～图4所示，紧凑型回热器，包括前端板1和后端板14，前端板1、后端板14和设置在两个端板之间的若干个空气侧换热翅片3和燃气侧换热翅片4间隔叠加组成的若干单元装配，用钎焊材料进行钎焊，空气侧换热翅片3和燃气侧换热翅片4之间垫有隔板2，空气侧换热翅片3和空气侧导流片5的外侧的两个隔板2之间的空隙填充由包围在空气侧换热翅片3和空气侧导流片5外围的空气隔圈10，空气隔圈10保证空气流道与燃气侧流道分隔开，燃气侧换热翅片4和燃气侧导流片6的两侧，两个隔板2之间的空隙由封条9填充；
空气侧换热翅片3、燃气侧换热翅片4、隔板2和前端板1和后端板14叠加组成的合体外侧套在外壳13内，外壳13为上下法兰的筒体结构，前端板1的上侧向外延穿过外壳13伸出一个空气进口管8，前端板1的下侧向外延穿过外壳13伸出一个空气出口管7，空气进口管8和空气出口管7的中心位置，前端板1和隔板2上开有与空气进口管8同直径的通孔，靠近后端板14的隔板2上不开此通孔，空气进口管8和空气出口管7的中心位置上，燃气侧换热翅片4和燃气侧导流片6之间的空隙上由燃气隔圈12填充，燃气隔圈12将空气和燃气分隔开；
外壳13内壁上在空气进口管7上侧和空气出口管8下侧位置分别设有加强筋11。
紧凑型回热器是采用板翅式换热器的结构，由多层燃气工质流道和多层压缩空气工质流道叠加钎焊而成，每一层燃气工质小流道是由两层隔板2、燃气侧换热翅片4、封条9、燃气侧导流片6和两个燃气隔圈12所围成，每一层空气工质小流道是由两层隔板2、空气侧换热翅片3、空气侧导流片5和空气隔圈10所围成，每两层之间的流道用隔板2隔开。
空气从空气进口管8进入，由空气出口管7流出，燃气由外壳13下部进入回热器，由外壳13上部流出。
由于紧凑型回热器采用板翅式换热器结构，燃气轮机排出的高温燃气与压缩后的空气采取逆流方式换热，提高回热器的换热效率，且结构紧凑，减少压缩空气在回热器内的压力损失，提高简单燃气轮机的效率和比功，从而提高简单燃气轮机的性能。

Claims (4)

1.一种紧凑型回热器，包括前端板(1)和后端板(14)，其特征在于：前端板(1)、后端板(14)和设置在两个端板之间的若干个空气侧换热翅片(3)和燃气侧换热翅片(4)间隔叠加组成的若干单元装配，用钎焊材料进行钎焊，空气侧换热翅片(3)和燃气侧换热翅片(4)之间垫有隔板(2)，空气侧换热翅片(3)和空气侧导流片(5)的外侧的两个隔板(2)之间的空隙填充由包围在空气侧换热翅片(3)和空气侧导流片(5)外围的空气隔圈(10)，燃气侧换热翅片(4)和燃气侧导流片(6)的两侧，两个隔板(2)之间的空隙由封条(9)填充；
空气侧换热翅片(3)、燃气侧换热翅片(4)、隔板(2)和前端板(1)和后端板(14)叠加组成的合体外侧套在外壳(13)内，外壳(13)为上下法兰的筒体结构，前端板(1)的上侧向外延穿过外壳(13)伸出一个空气进口管(8)，前端板(1)的下侧向外延穿过外壳(13)伸出一个空气出口管(7)，空气进口管(8)和空气出口管(7)的中心位置，前端板(1)和隔板(2)上开有与空气进口管(8)同直径的通孔，靠近后端板(14)的隔板(2)上不开此通孔，空气进口管(8)和空气出口管(7)的中心位置上，燃气侧换热翅片(4)和燃气侧导流片(6)之间的空隙上由燃气隔圈(12)填充；
紧凑型回热器是采用板翅式换热器的结构，由多层燃气工质流道和多层压缩空气工质流道叠加钎焊而成，每一层燃气工质小流道是由两层隔板(2)、燃气侧换热翅片(4)、封条(9)、燃气侧导流片(6)和两个燃气隔圈(12)所围成，每一层空气工质小流道是由两层隔板(2)、空气侧换热翅片(3)、空气侧导流片(5)和空气隔圈(10)所围成，每两层之间的流道用隔板(2)隔开。
2.根据权利要求1所述的紧凑型回热器，其特征在于：紧凑型回热器外侧固定连接外壳(13)，外壳(13)内壁上在空气进口管(7)上侧和空气出口管(8)下侧位置分别设有加强筋(11)。
3. 根据权利要求1所述的紧凑型回热器，其特征在于：所述的换热单元，替换为多个小型换热单元叠加。
4. 根据权利要求1所述的紧凑型回热器，其特征在于：空气从空气进口管(8)进入，由空气出口管(7)流出，燃气由外壳(13)下部进入回热器，由外壳(13)上部流出。
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