CN104727942A - 一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，包括顺次连接的空气过滤器(1)、燃气轮机发电机组(2)、双压余热锅炉(3)和蒸汽轮机发电机组(4)，还包括通过管路顺次连接的太阳能集热器(5)、集热系统换热器(6)、贮热水箱(7)和吸收式制冷机(8)，其中贮热水箱(7)通过管路与双压余热锅炉(3)的尾部换热器侧连接，吸收式制冷机(8)与空气过滤器(1)连接。本发明采用太阳能吸收式制冷对燃气轮机进气进行冷却，提高了燃气轮机出力及效率，节省了燃料成本，同时将燃气、蒸汽联合循环的余热进行充分利用，提高了系统的经济性，达到了可再生能源与燃气分布式供能系统优势互补及节能环保的目的。

Description

一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，属于能源利用技术领域。

背景技术

燃气分布式能源系统是相对于传统的集中式能源生产与供应模式(主要代表形式是大电厂加大电网)而言的，是靠近用户端直接向用户提供各种形式的能量的中小型终端供能系统。其便于实现能源综合梯级利用，在具有更高能源利用率的同时还具有更高供能安全性以及更好的环保性能。燃气分布式能源原动机通常有燃气内燃机及燃气轮机，其本质为余热的高效利用。燃气轮机分布式能源系统适合于具有一定规模和较高品位余热产品为主的情况，常常应用于具有一定规模的工业园区或具有较为稳定的冷热需求且规模较大建筑群体；内燃机分布式能源适合有较低品位需求的冷热产品场合，例如规模较小的建筑空调的冷热需求及生活热水需求。由于中国发达地区具有人口密度大，工业与居民生活区距离近，具有冬季采暖和夏季制冷并存的特点，即具有工业蒸汽负荷需求，又具有一定规模的建筑冷热负荷，较为适合发展具有一定规模容量的区域分布式能源站，即燃气轮机分布式能源系统。

但燃气轮机分布式能源在推广应用中仍存在如下瓶颈问题：系统集成性能差，动力余热缺乏有效的利用手段，低温余热利用不充分，尚未有效体现能的梯级利用思想，同时系统变工况运行时冷热电负荷不匹配，能源利用效率低，缺乏有效调控手段。因此普遍存在节能率不高，甚至经济性不佳的问题。

另外，由于燃气轮机的出力与建厂的环境温度、空气湿度以及海拔高度密切相关，同型号机组在我国炎热的南方和寒冷的北方，因其环境温湿度的不同，其出力可相差10～25％，同时效率的下降，运行经济性也受到较大的影响。天然气分布式能源项目开发的重点区域是经济发达、电价、热(冷)价承受能力较强的我国东南部沿海地区、部分直辖市，主要包括江苏、浙江、广东、北京、上海等地区。这些地区具有夏季环境温度高、持续时间长等气候特点。由于燃机以大气为工质，其功率和效率随环境条件变化而变化，当大气压力降低、温度升高时，因大气的密度降低，燃机空气流量、压力、无因次转速和比功下降，其功率和效率随之下降，热耗率上升；气温的升高对高压比的轻型燃机的影响更为明显。因此对燃机进口空气进行冷却，是消除环境温度升高影响，改善燃机性能，提高燃机输出功率和效率的有效途径。

燃机进口空气冷却技术经过二十年的发展，在国内外的不同气候条件、不同机型上已有多种不同的冷却技术被应用，但传统的进气冷却往往采用电制冷或燃气驱动的吸收式机组，使高品位的能源直接制取低品位的冷能，从能源利用角度采用的驱动能源直接或间接的均为化石能源，进气冷却的运行成本高，能源利用率低，环保效益低。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源。在太阳能热利用领域中，不仅有太阳能热水和太阳能采暖，而且还有太阳能制冷空调。太阳能空调的最大优点在于季节适应性强，从节能环保的角度考虑，用太阳能替代或部分替代常规能源驱动空调系统，正日益受到世界各国的重视。太阳能吸收式制冷是目前各种太阳能制冷中发展最快的一种。所谓太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需要的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的，但由于太阳能资源自身具有不稳定性、不连续性等特点，单纯的太阳能吸收式制冷并未得到广泛推广。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，通过采用太阳能吸收式制冷，对燃气轮机进气进行冷却，提高了燃气轮机出力及效率，节省了燃料成本，同时将燃气、蒸汽联合循环的余热进行充分利用，提高了系统的经济性，达到了可再生能源与燃气分布式供能系统优势互补及节能环保的目的。

本发明的技术方案：一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，包括顺次连接的空气过滤器、燃气轮机发电机组、双压余热锅炉和蒸汽轮机发电机组，还包括通过管路顺次连接的太阳能集热器、集热系统换热器、贮热水箱和吸收式制冷机，其中贮热水箱通过管路与双压余热锅炉的尾部换热器侧连接，吸收式制冷机与空气过滤器连接。

前述的这种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统中，所述燃气轮机发电机组包括燃气轮机、燃气发电机和天然气进气调压器，燃气轮机的压缩机进气系统与空气过滤器连接，燃气轮机的天然气进气管道与天然气进气调压器连接，燃气轮机还与燃气发电机和双压余热锅炉连接。

前述的这种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统中，蒸汽轮机发电机组包括蒸汽轮机、蒸汽轮机发电机和冷凝器，蒸汽轮机分别与双压余热锅炉、蒸汽轮机发电机和冷凝器连接，冷凝器通过凝结水泵与双压余热锅炉连接。

前述的这种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统中，贮热水箱与吸收式制冷机的连接管路还通过分支管路与热水用户连接。

前述的这种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统中，蒸汽轮机还通过蒸汽管道与蒸汽用户连接。

前述的这种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统中，太阳能集热器采用真空管太阳能集热器或平板型太阳能集热器。

与现有技术相比，本发明将太阳能吸收式制冷作为燃气轮机进气冷却的冷源供应方式，利用夏季太阳能能量充足的优势，不仅克服了燃气轮机夏季出力低的缺点，节省了系统运行成本，提高了能源利用率及运行经济性，也将可再生能源与燃气分布式供能系统结合，提高了太阳能的利用效率，实现了多能源互补，从经济性及环保性能均得到了提升。

本发明不仅可以对燃气轮机进气进行冷却，在冬季极端天气还可以提供热水加热燃气轮机进气，防止温度过低，保护机组安全运行。

本发明不仅提高了燃气轮机的出力及效率，同时节省了冷源部分的燃料成本，提高了系统的经济性，将可再生能源与燃气分布式供能系统的互补结合，也达到了较好的节能环保效益。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

附图中的标记为：1-空气过滤器，2-燃气轮机发电机组，3-双压余热锅炉，4-蒸汽轮机发电机组，5-太阳能集热器，6-集热系统换热器，7-贮热水箱，8-吸收式制冷机，9-燃气轮机，10-燃气发电机，11-天然气进气调压器，12-蒸汽轮机，13-蒸汽轮机发电机，14-冷凝器，15-凝结水泵，16-热水用户，17-蒸汽用户。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的实施例1：如图1所示，一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，包括顺次连接的空气过滤器1、燃气轮机发电机组2、双压余热锅炉3和蒸汽轮机发电机组4，还包括通过管路顺次连接的太阳能集热器5、集热系统换热器6、贮热水箱7和吸收式制冷机8，其中贮热水箱7通过管路与双压余热锅炉3的尾部换热器侧连接，吸收式制冷机8与空气过滤器1连接。太阳能集热器5采用真空管太阳能集热器。

所述燃气轮机发电机组2包括燃气轮机9、燃气发电机10和天然气进气调压器11，燃气轮机9的压缩机进气系统与空气过滤器1连接，燃气轮机9的天然气进气管道与天然气进气调压器11连接，燃气轮机9还与燃气发电机10和双压余热锅炉3连接。

蒸汽轮机发电机组4包括蒸汽轮机12、蒸汽轮机发电机13和冷凝器14，蒸汽轮机12分别与双压余热锅炉3、蒸汽轮机发电机13和冷凝器14连接，冷凝器14通过凝结水泵15与双压余热锅炉3连接。

贮热水箱7与吸收式制冷机8的连接管路还通过分支管路与热水用户16连接。蒸汽轮机12还通过蒸汽管道与蒸汽用户17连接。

本发明的实施例2：如图1所示，一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，包括顺次连接的空气过滤器1、燃气轮机发电机组2、双压余热锅炉3和蒸汽轮机发电机组4，还包括通过管路顺次连接的太阳能集热器5、集热系统换热器6、贮热水箱7和吸收式制冷机8，其中贮热水箱7通过管路与双压余热锅炉3的尾部换热器侧连接，吸收式制冷机8与空气过滤器1连接。太阳能集热器5采用平板型太阳能集热器。

所述燃气轮机发电机组2包括燃气轮机9、燃气发电机10和天然气进气调压器11，燃气轮机9的压缩机进气系统与空气过滤器1连接，燃气轮机9的天然气进气管道与天然气进气调压器11连接，燃气轮机9还与燃气发电机10和双压余热锅炉3连接。

蒸汽轮机发电机组4包括蒸汽轮机12、蒸汽轮机发电机13和冷凝器14，蒸汽轮机12分别与双压余热锅炉3、蒸汽轮机发电机13和冷凝器14连接，冷凝器14通过凝结水泵15与双压余热锅炉3连接。

贮热水箱7与吸收式制冷机8的连接管路还通过分支管路与热水用户16连接。蒸汽轮机12还通过蒸汽管道与蒸汽用户17连接。

本发明充分利用了太阳能季节性特点并与燃气轮机分布式供能系统优势互补，即充分利用了全年的太阳能资源，也实现了余热的梯级利用，提升了燃气轮机的出力及效率，提高了系统能源利用效率。

下面结合一个具体实施案例来说明，南方某地有丰富的太阳能资源及天然气资源，同时环境平均温度高于20℃的时间长达12个月，有利于采用本发明提供的太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统。现将采用本发明的系统前后效果进行比较，采用本系统后，将燃气轮机工况冷却至标准工况15℃，燃气轮机全年的出力及效率参数如表1所示。

表1 采用进气冷却系统后的燃机性能参数

根据表中结果可以看出，采用本系统可以明显提高燃机出力及效率，同时由于采用了太阳能制冷提供冷源，与传统的用电制冷来冷却的方式相比，若按进气系统每年运行3600h计算，燃机可多发约1000万度电，太阳能制冷系统大约可节省330万度电(综合COP按4.0)，折算为燃气消耗可以节省约93万立方(天然气低位热值按33760kJ/Nm³)，年均能源利用效率可提高2个百分点。由此可得，本发明提供的系统提高了系统的经济性，将可再生能源与燃气分布式供能系统的互补结合，也达到了较好的节能环保效益。

附图中的标记为：1-空气过滤器，2-燃气轮机发电机组，3-双压余热锅炉，4-蒸汽轮机发电机组，5-太阳能集热器，6-集热系统换热器，7-贮热水箱，8-吸收式制冷机，9-燃气轮机，10-燃气发电机，11-天然气进气调压器，12-蒸汽轮机，13-蒸汽轮机发电机，14-冷凝器，15-凝结水泵，16-热水用户，17-蒸汽用户。

本发明的工作原理：天然气经天然气进气调压器11调压后进入燃气轮机9的燃烧室与经过空气过滤器1被太阳能制冷系统提供的冷源冷却的空气混合燃烧后做功，一部分用于燃气发电机10产生电量，同时排出高温烟气进入双压余热锅炉3，然后双压余热锅炉3产生高压及低压蒸汽，高压蒸汽驱动蒸汽轮机12带动蒸汽轮机发电机13发电，同时为蒸汽用户17提供工业蒸汽，余热锅炉低压蒸汽既可以用于提供蒸汽用户17的工业蒸汽，还可以在供汽过量的情况下作为蒸汽轮机12的补汽汽源来发电，既提高了机组发电量，同时余热得到了充分利用；最后蒸汽轮机12的末端排汽进入冷凝器14进行冷却后变为凝结水，然后通过凝结水泵15为双压余热锅炉3提供循环给水，节省了水量。

在夏季，被太阳能集热器5加热的热水首先进入贮热水箱7，当热水温度达到一定值时，从贮热水箱7向吸收式制冷机8提供热媒水，吸收式制冷机8产生7～12℃冷媒水进入空气过滤器1降低进气温度；从吸收式制冷机8流出的热媒水回水再流回到贮热水箱7，由太阳能集热器5继续加热成高温热水，达到循环利用；当阴天或夜间太阳能不足以提供高温的热媒水时，可由双压余热锅炉3的低温烟气余热产生的90～120℃热水补充热量；在冬季，环境温度降低，燃气轮机进气无需冷却，但需要防止进气温度过低进行加热，同样先将太阳能集热器5加热的热水进入贮热水箱7，当热水温度达到一定值时，从贮热水箱7直接提供给空气过滤器1，当太阳能不足以提供高温的热媒水时，可由双压余热锅炉3的尾部烟气余热产生的90～120℃热水补充热量。在夏季、冬季或过渡季时，当进气冷却或加热所需冷负荷较小时，贮热水箱7及双压余热锅炉3低温烟气产生的热水均可以提供给热水用户。

Claims (6)

1.一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，包括顺次连接的空气过滤器(1)、燃气轮机发电机组(2)、双压余热锅炉(3)和蒸汽轮机发电机组(4)，其特征在于：还包括通过管路顺次连接的太阳能集热器(5)、集热系统换热器(6)、贮热水箱(7)和吸收式制冷机(8)，其中贮热水箱(7)通过管路与双压余热锅炉(3)的尾部换热器侧连接，吸收式制冷机(8)与空气过滤器(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，其特征在于：所述燃气轮机发电机组(2)包括燃气轮机(9)、燃气发电机(10)和天然气进气调压器(11)，燃气轮机(9)的压缩机进气系统与空气过滤器(1)连接，燃气轮机(9)的天然气进气管道与天然气进气调压器(11)连接，燃气轮机(9)还与燃气发电机(10)和双压余热锅炉(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，其特征在于：蒸汽轮机发电机组(4)包括蒸汽轮机(12)、蒸汽轮机发电机(13)和冷凝器(14)，蒸汽轮机(12)分别与双压余热锅炉(3)、蒸汽轮机发电机(13)和冷凝器(14)连接，冷凝器(14)通过凝结水泵(15)与双压余热锅炉(3)连接。

4.根据权利要求3所述的一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，其特征在于：贮热水箱(7)与吸收式制冷机(8)的连接管路还通过分支管路与热水用户(16)连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，其特征在于：蒸汽轮机(12)还通过蒸汽管道与蒸汽用户(17)连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统，其特征在于：太阳能集热器(5)采用真空管太阳能集热器或平板型太阳能集热器。