CN105114936A - 联合循环低温烟气余热最大化利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
联合循环低温烟气余热最大化利用系统及方法，包括余热锅炉尾部的给水加热器，增加给水加热器的受热面，给水加热器的出口除连接除氧器外，还连接第一热网加热器热侧入口，再连通凝结水系统，第一热网加热器冷侧出口连接第二热网加热器冷侧入口，第二热网加热器热侧入口汽轮机中压排汽连通，第二热网加热器冷侧出口连接热网供水；通过增加给水加热器的受热面，进一步降低余热锅炉的排烟温度，使给水加热器产生更多的热水，除供给联合循环发电用外，多余热水用于集中供热；本发明具有清洁、高效、技术成熟，回收余热量大，兼具回收烟气冷凝水的特点；且在夏季用电高峰期，可利用给水加热器产生的热水驱动吸收式制冷机冷却燃气轮机入口空气，有效改善压气机效率与燃气轮机输出功率降低的现象。
Description
技术领域
本发明属于联合循环集中供热技术领域，具体涉及一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统及方法。
背景技术
近年来，我国多地遭遇了严重的雾霾天气影响，空气重度污染，部分城市空气污染指数突破可吸入颗粒物浓度上限值，尤其是京津冀地区。冬季为雾霾天气的频发期，说明雾霾天气的形成与冬季采暖有着密切的关系。为治理大气污染，缓解严重雾霾天气造成的危害，政府提出了空气治理目标和相应的政策措施。治理的办法包括削减燃煤，提高电力、天然气等清洁能源的供应力度，推动天然气联合循环热电联产代替燃煤热电联产。城市电源建设应与热源建设相结合，保持一定比例的电源容量，因此使用天然气的联合循环热电联产集中供热成为了必须的选择。
天然气作为低碳高效的宝贵清洁能源，在我国市场需求日益旺盛，多地出现过天然气荒现象，天然气相对于煤的高价格也使供热实际成本呈大幅度增长趋势，因此，以天然气为主的热电联产集中供热的情况会造成城市供热运行成本和产业成本将越来越大。天然气联合循环作为纯的发电系统时，其热力系统设计依据能量梯级利用的原则，经过优化后，能源利用效率趋于合理，基本做到了能量的最大化利用，如三压再热汽水系统。而天然气联合循环作为热电联产系统后，余热锅炉排烟温度通常为90℃，热用户与余热锅炉排烟之间仍然存在较大的温差。余热锅炉可以进一步降低排烟温度，利用烟气余热，提高热力系统的能量使用效率。
天然气燃烧后的烟气中含大量水蒸气，这部分水蒸气的汽化潜热占天然气高位发热量的比例达到10％～11％。水蒸气随烟气直接排入大气，既造成巨大的能量损失，同时又会因为水蒸气冷凝，形成冒白烟现象，造成城市景观污染。
另一方面，天然气联合循环电站在夏季用电高峰期存在效率降低、输出功率减小的问题。主要是由于燃气轮机入口空气温度高，压气机的压缩效率降低。降低燃气轮机入口空气温度能有效改善压气机效率与燃气轮机出力降低的现象。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统及方法，具有清洁、高效、技术成熟，回收余热量大，兼具回收烟气冷凝水的特点；且在夏季用电高峰期，可利用给水加热器产生的热水驱动吸收式制冷机冷却燃气轮机入口空气，有效改善压气机效率与燃气轮机输出功率降低的现象。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉4尾部的给水加热器19，增加所述给水加热器19的受热面，所述给水加热器19的冷侧出口除连接除氧器10外，还连接第一热网换热器24热侧入口，热水在第一热网加热器24中放热降温后，再连通凝结水系统，所述第一热网换热器(24)冷侧出口连接第二热网换热器(23)冷侧入口，第二热网换热器(23)热侧入口还与汽轮机中压排汽连通，第二热网换热器(23)冷侧出口连接热网供水；通过增加给水加热器19的受热面，进一步降低余热锅炉4的排烟温度，使给水加热器19产生更多的热水，除供给联合循环发电用外，多余热水用于集中供热。
上述所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，所述给水加热器19产生的多余热水在第一热网换热器(24)中加热热网回水后，送回凝结水系统；被加热的热网回水在第二热网换热器(23)中继续加热后，送入热网。
一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉4尾部的给水加热器19，增加所述给水加热器19的受热面，所述余热锅炉4尾部连接直接接触式烟气冷凝式换热器20热侧入口，直接接触式烟气冷凝式换热器20冷侧出口连接吸收式热泵21冷端入口，吸收式热泵21热端入口连通热网回水，吸收式热泵21热端出口连接第二热网换热器23冷侧入口，第二热网加热器23热侧入口还与汽轮机中压排汽连通，第二热网加热器23冷侧出口连接热网供水。
上述所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，所述给水加热器19产生的多余热水还驱动吸收式热泵21；烟气在余热锅炉4受热面降温后，进入直接接触式烟气冷凝式换热器20进一步降温，直接接触式烟气冷凝式换热器20产生另一股较低温度的热水，吸收式热泵21提取这部分较低温度热水中的热量，用于加热热网回水；热网回水随后在第二热网加热器23中由汽轮机中压排汽进一步升温至热网输送需要的温度，送入热网。
一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉4尾部的给水加热器19，增加所述给水加热器19的受热面，所述给水加热器19的出口除连接除氧器10外，还连接吸收式热泵21驱动端入口，吸收式热泵21冷端出口连接换热器25冷侧入口，换热器25热侧连接燃气轮机压气机1入口。
上述所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，利用所述给水加热器19产生的多余热水，驱动吸收式热泵21(此时作为吸收式制冷机使用)产生冷冻水，冷冻水在换热器25中用于降低燃气轮机压气机1入口的空气温度；吸收式热泵21热端产生的热水在电厂冷却系统(如湿式冷却塔、机力通风塔、空冷器等)中冷却，冷却后返回吸收式热泵21热端入口。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明将联合循环集中供热系统中的低品位热量依据能量梯级利用的原则，实现了烟气余热的精细利用，减小损失，提高了能源利用率，改善经济性。
2、本发明烟气冷凝式换热器可采用直接接触式换热，减少了换热材料的使用，降低了设备成本，同时提高了设备可靠性。
3、本发明进一步挖掘联合循环热电站的供热潜力，大幅度提高能源利用效率，提高联合循环热电站的热电比，烟气中的水蒸气后冷凝，避免了烟囱冒“白烟”现象。
4、本发明可以利用余热锅炉排烟余热产生的多余热水，驱动吸收式制冷机，在夏季用电高峰期，降低燃气轮机的入口温度，有效提高燃气轮机的效率与输出功率。
本发明可以广泛用于天然气供应紧缺、天然气供热成本高、城市空气污染严重、有热电联产需求的城市周边。
附图说明
图1为常规天然气联合循环热电系统流程图。
图2为实施例一联合循环低温烟气余热最大化利用系统流程图。
图3为实施例二联合循环低温烟气余热最大化利用系统流程图。
图4为实施例三联合循环低温烟气余热最大化利用系统流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，为常规天然气联合循环热电系统，空气在燃气轮机压气机1中压缩后与天然气在燃气轮机燃烧室2燃烧，产生的高温、高压烟气进入燃气轮机透平3做功；燃气轮机带动发电机15发电；燃气轮机透平3排出的较高温度的烟气排入余热锅炉4，经过各换热面降温后，排入大气；余热锅炉4产生的高压过热蒸汽、中压过热蒸汽、以及低压过热蒸汽分别在汽轮机高压缸5、汽轮机中压缸6、汽轮机低压缸7做功，汽轮机带动发电机14发电；汽轮机低压缸7排汽进入凝汽器8，冷却为凝结水；凝结水经凝结水泵8加压后，送入余热锅炉尾部的给水加热器19；凝结水在给水加热器19预热后，送入除氧器10；从除氧器10中引出三路给水，经过高压给水泵11、中压给水泵12、低压给水泵13加压后，送入余热锅炉4的高、中、低压受热面，分别在高压汽包16、中压汽包17、低压汽包18中完成蒸发；从汽轮机中压缸6中抽取部分蒸汽，在第二热网加热器23中加热热网回水，冷凝后的蒸汽送入凝结水系统。
实施例一
如图2所示，本实施例一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，在图1的基础上，通过增加余热锅炉的给水加热器19的受热面，进一步降低余热锅炉排烟温度，使给水加热器19产生更多的热水，除供给联合循环发电用外，多余热水可以用于集中供热。给水加热器19产生的多余热水在第一热网换热器24中加热热网回水后，送回凝结水系统；被加热的热网水在第二热网加热器23中继续加热后，送入热网。
实施例二
如图3所示，本实施例一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，在图1的基础上，通过增加余热锅炉的给水加热器19的受热面，给水加热器产生的多余热水还可驱动吸收式热泵21。烟气在余热锅炉受热面降温后，进入直接接触式烟气冷凝式换热器20进一步降温，直接接触式烟气冷凝式换热器20产生另一股较低温度的热水，吸收式热泵21提取这部分较低温度热水中的热量，用于加热热网回水。热网回水随后在第二热网加热器23中由汽轮机中压排汽进一步升温至热网输送需要的温度，送入热网。
实施例三
如图4所示，本实施例一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，夏季工况时，由于燃气轮机入口空气温度高，压气机的压缩效率降低，燃气轮机的总出力降低。降低入口空气温度能有效改善压气机效率与燃气轮机出力降低的现象。在图1的基础上，通过增加余热锅炉的给水加热器19的受热面，利用余热锅炉给水加热器19产生的多余热水，驱动吸收式热泵21(此时用作制冷功能)，产生冷冻水，冷冻水在换热器25中用于降低燃气轮机压气机1入口空气温度。吸收式热泵21热端产生的热水在电厂冷却系统(如湿式冷却塔、机力通风塔、空冷器等)中冷却，冷却后返回吸收式热泵21热端入口。
Claims (6)
1.一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉(4)尾部的给水加热器(19)，其特征在于：增加所述给水加热器(19)的受热面，所述给水加热器(19)的冷侧出口除连接除氧器(10)外，还连接第一热网加热器(24)热侧入口，热水在第一热网加热器(24)中放热降温后，再连通凝结水系统，返回凝结水系统，所述第一热网加热器(24)冷侧出口连接第二热网加热器(23)冷侧入口，第二热网加热器(23)热侧入口与汽轮机中压排汽连通，第二热网加热器(23)冷侧出口连接热网供水；通过增加给水加热器(19)的受热面，进一步降低余热锅炉(4)的排烟温度，使给水加热器(19)产生更多的热水，除供给联合循环发电用外，多余热水用于集中供热。
2.一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉(4)尾部的给水加热器(19)，其特征在于：增加所述给水加热器(19)的受热面，所述余热锅炉(4)尾部连接直接接触式烟气冷凝式换热器(20)热侧的入口，直接接触式烟气冷凝式换热器(20)冷侧的出口连接吸收式热泵(21)冷端入口，吸收式热泵(21)热端入口连通热网回水，吸收式热泵(21)热端出口连接第二热网加热器(23)冷侧入口，第二热网加热器(23)热侧入口与汽轮机中压排汽连通，第二热网加热器(23)冷侧出口连接热网供水。
3.一种联合循环低温烟气余热最大化利用系统，包括余热锅炉(4)尾部的给水加热器(19)，其特征在于：增加所述给水加热器(19)的受热面，所述给水加热器(19)的出口除连接除氧器(10)外，还连接吸收式热泵(21)驱动端入口，吸收式热泵(21)冷端出口连接换热器(25)冷侧入口，换热器(25)热侧连接燃气轮机压气机(1)入口。
4.权利要求1所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，其特征在于：所述给水加热器(19)产生的多余热水在第一热网换热器(24)中加热热网回水后，送回凝结水系统；被加热的热网回水在第二热网加热器(23)中继续加热后，送入热网。
5.权利要求2所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，其特征在于：所述给水加热器(19)产生的多余热水还驱动吸收式热泵(21)；烟气在余热锅炉(4)受热面降温后，进入直接接触式烟气冷凝式换热器(20)进一步降温，直接接触式烟气冷凝式换热器(20)产生另一股较低温度的热水，吸收式热泵(21)提取这部分较低温度热水中的热量，用于加热热网回水；热网回水随后在第二热网加热器(23)中由汽轮机中压排汽进一步升温至热网输送需要的温度，送入热网。
6.权利要求3所述联合循环低温烟气余热最大化利用系统的低温烟气余热最大化利用方法，其特征在于：利用所述给水加热器(19)产生的多余热水，驱动吸收式热泵(21)此时作为吸收式制冷机使用，产生冷冻水，冷冻水在换热器(25)中用于降低燃气轮机压气机(1)入口的空气温度；吸收式热泵(21)热端产生的热水在电厂冷却系统中冷却，冷却后返回吸收式热泵(21)热端入口。
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