CN104675521A - 一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，包括有燃气轮机循环部分和蒸汽轮机冷热电联合循环部分，所述的燃气轮机循环部分包括有：对空气进行预热和升压的气气换热器和空气压缩机，燃烧室的高温燃气用于驱动燃气轮机发电，所述燃气轮机的排气连接余热锅炉的燃气入口端，所述余热锅炉的燃气排气依次连接气水换热器和气气换热器；所述的蒸汽轮机冷热电联合循环部分包括有用于驱动汽机发电机的蒸汽轮机，所述蒸汽轮机的出气口端连接三通阀和四通阀用于调节供冷和供热的比例。本发明将燃气循环和蒸汽循环联合进行发电，并在蒸汽循环发电基础上加上供热机组和溴化锂吸收式制冷机组，使能源得到了梯级利用，效率得到了提高。

Description

一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统
技术领域
本发明涉及一种循环冷热电联供系统。特别是涉及一种在燃气-蒸汽联合循环系统的燃气蒸汽二级发电机组的基础上，增加制冷和供热机组的新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统。
背景技术
在现今阶段，利用非可再生能源煤炭进行火力发电仍然是我国电力来源的重要方式，但由于其效率较低(一般在40％左右)，并且随着我国能源的不断衰竭，环境污染的不断加剧，如何提高机组热效率和能源利用率成为了我们急需解决的难题。在单机设备效率提高越来越困难的情况下,要提高热力系统的效率,就必须做到能源梯级利用,以充分利用各品位的热能,提高整个系统的效率。在这种背景下就开始出现了各种联合循环方案。燃气-蒸汽联合循环是较大幅度提高火力发电厂的热效率，并使环境污染问题获得解决的重要途径之一，因此，燃气-蒸汽联合循环越来越引起人们的重视。
燃气轮机循环是以压缩空气和压缩天然气(Compressed Natural Gas,CNG)为工质的热机，工质混合后在燃烧室燃烧，产生的燃气推动燃气轮机做功发电；蒸汽轮机循环是由高温高压水蒸汽推动蒸汽轮机做功发电。燃气-蒸汽联合循环能有效提高各个机组循环热效率，充分提高燃料利用率，并且由于燃烧的是天然气，燃烧污染物很少，对减少空气污染，提高环境质量起到重要的意义。
为了进一步提高燃气-蒸汽联合循环机组热效率以及燃料利用率，在原有燃气蒸汽二级发电基础上添加了供热和吸收式制冷机组，从而能够进一步吸收燃气轮机烟气余热和蒸汽轮机排汽余热，进而使整个机组的各品位能源得到合理利用，效率得到提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使能源得到了梯级利用，效率得到了提高的新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统。
本发明所采用的技术方案是：一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，包括有燃气轮机循环部分和蒸汽轮机冷热电联合循环部分，所述的燃气轮机循环部分包括有：用于对空气进行预热的气气换热器，所述气气换热器的热空气出口通过管路连接空气压缩机，所述空气压缩机的压缩空气出口端通过管路连接以压缩天然气为燃料的燃烧室，所述燃烧室的高温燃气出口端通过管路连接用于驱动燃机发电机的燃气轮机的高温燃气进气口端，所述燃气轮机的出气口端连接余热锅炉的燃气入口端，所述余热锅炉的燃气出口端连接气水换热器的燃气入口端，所述气水换热器的燃气出口端连接所述气气换热器的燃气入口端，所述气气换热器的燃气出口端连接外部大气；所述的蒸汽轮机冷热电联合循环部分包括有：通过管路与所述的余热锅炉的水蒸气出口端相连接用于驱动汽机发电机的蒸汽轮机，所述蒸汽轮机的出气口端连接三通阀，所述三通阀的第一出口通过管路连接四通阀的第一进气口，所述三通阀的第二出口通过冷凝器连接四通阀的第二进气口，所述四通阀的第一出口通过吸收式制冷机组连接工质泵的入口端，所述四通阀的第二出口直接通过管路连接工质泵的入口端，所述工质泵的出口端通过管路连接所述气水换热器的回水入口端，所述气水换热器的回水出口端通过管路连接所述的余热锅炉的回水入口端。
连接在所述余热锅炉的水蒸气出口端和蒸汽轮机的入口端之间的管路上设置有用于调节水蒸气流量的第一节流阀，在所述余热锅炉的水蒸气出口端和三通阀入口端之间设置有相连通的管路，所述管路上设置有用于调节水蒸气流量的第二节流阀。
所述的余热锅炉采用双压余热锅炉。
所述吸收式制冷机组所采用的热交换介质为溴化锂水溶液。
所述的冷凝器用于热交换的冷源采用冷却水。
所述的三通阀的第一出口和第二出口的开度均为大小能够调整的结构。
所述的四通阀的第一出口和第二出口的开度均为大小能够调整的结构。
本发明的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，将燃气循环和蒸汽循环联合进行发电，并在蒸汽循环发电基础上加上供热机组和溴化锂吸收式制冷机组，使能源得到了梯级利用，效率得到了提高。本发明具有如下有益效果：
(1)系统采用的燃料是天然气，运输方便，燃烧充分，且产生污染物很少，对改善环境，提高空气质量有显著效果。
(2)安装气气换热器7，进一步降低了烟气温度，提高了进入空气压缩机的空气温度，减少了压缩机耗功，增大了整个机组的效率。
(3)系统添加了蒸汽轮机循环部分的旁路系统，设置节流阀8和节流阀9，用于机组启停需要，避免了蒸汽轮机汽蚀的危害。
(4)三通阀12和四通阀14的设置，使系统的供冷和供热部分可以按用户需求调节，也可以根据系统负荷和季节特点进行调节，提高了系统灵活性。
(5)气水换热器6的设置不仅降低了烟气温度，还提高了锅炉回水温度，提高了蒸汽轮机循环部分的热效率，使整个机组效率得到了提高。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中
1：空气压缩机                    2：燃烧室
3：燃气轮机                      4：燃机发电机
5：余热锅炉                      6：气水换热器
7：气气换热器                    8：第一节流阀
9：第二节流阀                    10：蒸汽轮机
11：汽机发电机                   12：三通阀
13：冷凝器                       14：四通阀
15：吸收式制冷机组               16：工质泵
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，包括有燃气轮机循环部分和蒸汽轮机冷热电联合循环部分。
所述的燃气轮机循环部分包括有：用于对空气进行预热的气气换热器7，所述气气换热器7的热空气出口通过管路连接空气压缩机1，所述空气压缩机1吸入被气气换热器7预热后的空气(AIR)，消耗电能W将其压缩并送入燃烧室2。即所述空气压缩机1的压缩空气出口端通过管路连接以压缩天然气CNG为燃料的燃烧室2，所述燃烧室2吸入高压空气和压缩天然气CNG混合并进行燃烧，产生的高温燃气(1350℃左右)进入燃气轮机3并带动与之相连的燃机发电机4发电；即所述燃烧室2的高温燃气出口端通过管路连接用于驱动燃机发电机4的燃气轮机3的高温燃气进气口端，所述燃气轮机3排出的高温燃气(450-630℃)进入余热锅炉5用于加热产生水蒸汽。即所述燃气轮机3的出气口端连接余热锅炉5的燃气入口端，所述的余热锅炉5采用双压余热锅炉。所述余热锅炉5排出的烟气(100℃以上)通过气水换热器6加热余热锅炉5的锅炉回水，使烟气温度得到进一步降低；所述余热锅炉5的燃气出口端连接气水换热器6的燃气入口端。所述气水换热器6排出的废气仍含有一定的温度，此时可将其通入气气换热器7，用于预热进入空气压缩机1的空气，完成整个燃气轮机部分循环。即所述气水换热器6的燃气出口端连接所述气气换热器7的燃气入口端，所述气气换热器7的燃气出口端连接外部大气。
所述的蒸汽轮机冷热电联合循环部分包括有：通过管路与所述的余热锅炉5的水蒸气出口端相连接用于驱动汽机发电机11的蒸汽轮机10，在连接在所述余热锅炉5的水蒸气出口端和蒸汽轮机10的入口端之间的管路上还可设置有用于调节水蒸气流量的第一节流阀8，使所述余热锅炉5产生的高温高压水蒸汽通过节流阀8，进入蒸汽轮机10并带动与之相连的汽机发电机11发电；所述蒸汽轮机10排出的蒸汽仍含有很高的温度，所以所述蒸汽轮机10的出气口端连接三通阀12，所述三通阀12的第一出口a通过管路连接四通阀14的第一进气口c，所述三通阀12的第二出口b通过冷凝器13连接四通阀14的第二进气口f，所述的冷凝器13用于热交换的冷源采用冷却水。所述四通阀14的第一出口d通过吸收式制冷机组15连接工质泵16的入口端，所述吸收式制冷机组15所采用的热交换介质为溴化锂水溶液。所述四通阀14的第二出口e直接通过管路连接工质泵16的入口端，通过调节三通阀12和四通阀14，系统可以实现热电联供，冷电联供，冷热电联供三种运行模式。所述工质泵16的出口端通过管路连接所述气水换热器6的回水入口端，所述气水换热器6的回水出口端通过管路连接所述的余热锅炉5的回水入口端。所述工质泵16将余热锅炉5回水送入气水换热器6进行预热，预热后的工质温度得到提高，进入余热锅炉5完成蒸汽轮机部分循环和冷热部分联合循环。在所述余热锅炉5的水蒸气出口端和三通阀12入口端之间设置有相连通的管路，所述管路上设置有用于调节水蒸气流量的第二节流阀9。
所述的三通阀12的第一出口a和第二出口b的开度均为大小能够调整的结构。所述的四通阀14的第一出口d和第二出口e的开度均为大小能够调整的结构。从而使系统的供冷和供热部分即，冷凝器13和吸收式制冷机组15可以按用户需求调节，也可以根据系统负荷和季节特点进行调节，提高了系统灵活性。
本发明的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统的工作过程如下：
空气压缩机1吸入被气气换热器7预热后的空气进行压缩，使其升温升压，空气压缩机耗功既可以由电能提供，也可以由燃气轮机3或蒸汽轮机10来拖动。高温高压气体和CNG混合并在燃烧室2中燃烧，产生高温燃气，一般温度可达1350-1500℃，进入燃气轮机3并带动与之相连的燃机发电机4进行发电。燃气轮机排出的废气温度一般为450-630℃，这部分热量通过余热锅炉5来吸收，余热锅炉采用双压的，余热利用后的烟气排出时温度仍在100℃以上，将其通过气水换热器6进行换热降温，给余热锅炉回水升温，提高余热锅炉的热效率，然后再将排气通入气气换热器7给需要通入燃烧室的空气预热升温，使烟气温度进一步降低，并排出，在烟气温度得到降低的同时，空气温度得到提高，空气压缩机1的耗功减少，燃气轮机循环部分的效率得到提高。
在蒸汽轮机循环部分，安装了第一节流阀8和第二节流阀9用于系统的启停需要，减少汽轮机的波动和汽蚀。当系统启动或停止阶段处于非额定状况时，关闭第一节流阀8，打开第二节流阀9；当达到额定工况时，打开第一节流阀8，关闭第二节流阀9，这样既保证了系统的正常运行，又避免了蒸汽轮机10的汽蚀，提高了汽轮机寿命。蒸汽进入蒸汽轮机10并带动与之相连的汽机发电机11发电，其排汽温度较高，将其通入三通阀12用于完成供热供冷部分循环。
三通阀12分为a,b两个方向端口，a端口直接连接四通阀14的c端入口，b端口连接冷凝器13用于供热，可以根据供热负荷和用户需求通过调节b端口大小来改变供热量，当流入冷凝器的排汽量增大时，供热量增大，反之则减小；流出冷凝器13的流体温度较低，当不满足吸收式制冷机组15的热量需求时，走四通阀14的f-e的虚线管路，而未经过冷凝器13的流体由于热量较大，则走四通阀14的c-d的虚线管路，然后进入制冷机组完成制冷循环。由于吸收式制冷机所需要的热量较少，所以当供热后的流体温度仍然比较高时，可以在四通阀14处从d端口流出也用于供冷，提高能源的利用率。供热供冷后的工质通过工质泵16，流经气水换热器6升温后送入余热锅炉5从而完成整个循环。

Claims (7)

1.一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，包括有燃气轮机循环部分和蒸汽轮机冷热电联合循环部分，其特征在于，所述的燃气轮机循环部分包括有：用于对空气进行预热的气气换热器(7)，所述气气换热器(7)的热空气出口通过管路连接空气压缩机(1)，所述空气压缩机(1)的压缩空气出口端通过管路连接以压缩天然气(CNG)为燃料的燃烧室(2)，所述燃烧室(2)的高温燃气出口端通过管路连接用于驱动燃机发电机(4)的燃气轮机(3)的高温燃气进气口端，所述燃气轮机(3)的出气口端连接余热锅炉(5)的燃气入口端，所述余热锅炉(5)的燃气出口端连接气水换热器(6)的燃气入口端，所述气水换热器(6)的燃气出口端连接所述气气换热器(7)的燃气入口端，所述气气换热器(7)的燃气出口端连接外部大气；所述的蒸汽轮机冷热电联合循环部分包括有：通过管路与所述的余热锅炉(5)的水蒸气出口端相连接用于驱动汽机发电机(11)的蒸汽轮机(10)，所述蒸汽轮机(10)的出气口端连接三通阀(12)，所述三通阀(12)的第一出口(a)通过管路连接四通阀(14)的第一进气口(c)，所述三通阀(12)的第二出口(b)通过冷凝器(13)连接四通阀(14)的第二进气口(f)，所述四通阀(14)的第一出口(d)通过吸收式制冷机组(15)连接工质泵(16)的入口端，所述四通阀(14)的第二出口(e)直接通过管路连接工质泵(16)的入口端，所述工质泵(16)的出口端通过管路连接所述气水换热器(6)的回水入口端，所述气水换热器(6)的回水出口端通过管路连接所述的余热锅炉(5)的回水入口端。
2.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，连接在所述余热锅炉(5)的水蒸气出口端和蒸汽轮机(10)的入口端之间的管路上设置有用于调节水蒸气流量的第一节流阀(8)，在所述余热锅炉(5)的水蒸气出口端和三通阀(12)入口端之间设置有相连通的管路，所述管路上设置有用于调节水蒸气流量的第二节流阀(9)。
3.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，所述的余热锅炉(5)采用双压余热锅炉。
4.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，所述吸收式制冷机组(15)所采用的热交换介质为溴化锂水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，所述的冷凝器(13)用于热交换的冷源采用冷却水。
6.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，所述的三通阀(12)的第一出口(a)和第二出口(b)的开度均为大小能够调整的结构。
7.根据权利要求1所述的一种新型燃气-蒸汽联合循环冷热电联供系统，其特征在于，所述的四通阀(14)的第一出口(d)和第二出口(e)的开度均为大小能够调整的结构。
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