CN105464809B - 燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提供一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法，燃气蒸汽联合系统包括：燃气轮机、蒸汽循环回路、吸收式热泵、吸收式制冷机、前置换热器、以及切换装置，切换装置分别与吸收式热泵、吸收式制冷机、以及前置换热器之间对接，用于切换吸收式制冷机投入使用或退出使用。蒸汽轮机中的部分水蒸气从抽汽口进入制热驱动通道内作为吸收式热泵的驱动力，使循环工质在第二换热通道内被升温，并且冷却水在第一换热通道内降温；升温后的循环工质对流经第四换热通道的空气预热，或驱动吸收式制冷机对空气预冷，从而调节进入燃气轮机的空气温度，使整个燃气蒸汽联合系统的效率最佳。
Description
技术领域
本发明属于能源领域，具体涉及一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法。
背景技术
燃气蒸汽联合系统的运行工况是根据其负荷状态实时调整的，由于负荷的变化，燃气蒸汽联合系统往往不能满负荷发电，低负荷时燃气蒸汽联合系统效率相对较低。
目前提高蒸汽循环效率主要途径为增加蒸汽轮机的进汽参数从而提高蒸汽轮机的做功效率，然而，选择更高压力和更高温度的蒸汽轮机和余热锅炉，大幅度增加了电厂初投资，回收期较长，无论是新建机组还是老机组改造，都不利于推广。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法，热效率高，设备造价低。
其技术方案如下：
一种燃气蒸汽联合系统，包括：燃气轮机；蒸汽循环回路，所述蒸汽循环回路上设有余热锅炉、蒸汽轮机、以及凝汽器，所述蒸汽轮机上设有抽汽口；吸收式热泵，所述吸收式热泵具有相配合的第一换热通道、第二换热通道、以及制热驱动通道；吸收式制冷机，所述吸收式制冷剂具有制冷通道、以及制冷驱动通道；前置换热器，所述前置换热器具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；切换装置，切换装置分别与吸收式热泵、吸收式制冷机、以及前置换热器之间对接，用于切换吸收式制冷机投入使用或退出使用；其中，所述制热驱动通道的进口与所述抽汽口对接，所述制热驱动通道的出口与所述凝汽器的疏水进口对接；所述第一换热通道的进口与所述凝汽器的冷却水出水口对接，所述第一换热通道的出口与冷源或冷却塔对接；所述第三换热通道的进口、以及所述制冷驱动通道的进口分别与所述第二换热通道的出口对接；所述第三换热通道的出口、以及所述制冷驱动通道的出口与所述第二换热通道的进口对接；所述第三换热通道的进口与所述制冷通道的出口对接，所述第三换热通道的出口与所述制冷通道的进口对接；所述第四换热通道的进口与空气源对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口对接。
在其中一个实施例中，所述切换装置包括供水阀和回水阀，所述第三换热通道的进口和所述第二换热通道的出口之间的管路为供水母管，所述制冷通道的出口与所述供水母管对接，所述制冷通道的出口与所述第二换热通道的出口之间设有所述供水阀；所述第三换热通道的出口和所述第二换热通道的进口之间的管路为回水母管，所述制冷通道的进口与所述回水母管对接，所述制冷通道的进口与所述第二换热通道的进口之间设有所述回水阀。
在其中一个实施例中，所述切换装置包括制冷进口阀和制冷出口阀，所述制冷通道的进口与所述回水母管对接，并且对接处位于所述回水阀和所述第三换热通道的出口之间，所述制冷通道的进口与所述回水母管之间设有所述制冷进口阀；所述制冷通道的出口与所述供水母管对接，并且对接处位于所述供水阀和所述第三换热通道的进口之间，所述制冷通道的出口与所述供水母管之间设有所述制冷出口阀。
在其中一个实施例中，所述切换装置包括制冷驱动进口阀和制冷驱动出口阀，所述制冷驱动通道的进口与所述供水母管对接，并且对接处位于所述供水阀和所述第二换热通道的出口之间，所述制冷驱动通道的进口与所述供水母管之间设有所述制冷驱动进口阀；所述制冷驱动通道的出口与所述回水母管对接，并且对接处位于所述回水阀和所述第二换热通道的进口之间，所述制冷驱动通道的出口与所述回水母管之间设有所述制冷驱动出口阀。
在其中一个实施例中，所述第三换热通道的进口管路上设有流量控制阀。
在其中一个实施例中，所述燃气轮机的空气进口设有温度传感器。
一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：燃料和空气进入燃气轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉内，对余热锅炉的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气经过凝汽器被冷却为给水回流至余热锅炉；凝汽器的部分冷却水进入第一换热通道，蒸汽轮机中的部分水蒸气从抽汽口进入吸收式热泵的制热驱动通道内作为吸收式热泵的驱动力，使第一换热通道内的冷却水降温，并且使流经第二换热通道的循环工质升温，水蒸气在吸收式热泵降温后回流至凝汽器；升温后的循环工质对进入燃气轮机的空气预热或预冷：切换装置使吸收式制冷机退出使用时，对进入燃气轮机的空气预热：升温后的循环工质进入第三换热通道，使流经第四换热通道的空气升温；切换装置使吸收式制冷机投入使用时，对进入燃气轮机的空气预冷：升温后的循环工质进入吸收式制冷机的制冷驱动通道作为吸收式制冷机的驱动力，使制冷通道内的循环工质降温，降温后的循环工质进入前置换热器的第三换热通道内，使流经第四换热通道的空气降温，循环工质在前置换热器中升温后回流至制冷通道内。
在其中一个实施例中，燃气蒸汽联合系统效率最佳的空气温度为空气的预设温度，当环境温度高于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机投入使用；当环境温度低于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机退出使用。
在其中一个实施例中，切换使吸收式制冷机投入使用时，关断供水阀和回水阀，开通制冷驱动进口阀、制冷驱动出口阀、制冷进口阀、以及制冷出口阀；切换使吸收式制冷机退出使用时，开通供水阀和回水阀，关断制冷驱动进口阀、制冷驱动出口阀、制冷进口阀、以及制冷出口阀。
在其中一个实施例中，当吸收式制冷机投入使用时：当温度传感器检测到空气温度高于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大；当温度传感器检测到空气温度低于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小；当吸收式制冷机退出使用时：当温度传感器检测到空气温度高于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小；当温度传感器检测到空气温度低于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大。
本发明的有益效果在于：
蒸汽轮机中的部分水蒸气从抽汽口进入制热驱动通道内作为吸收式热泵的驱动力，使循环工质在第二换热通道内被升温，并且冷却水在第一换热通道内降温；升温后的循环工质对流经第四换热通道的空气预热，或驱动吸收式制冷机对空气预冷，从而调节进入燃气轮机的空气温度。空气温度高对提高蒸汽轮机的出力和效率有利，空气温度低对提高燃气轮机的出力和效率有利，通过预热或预冷调节进入燃气轮机的空气温度，使整个燃气蒸汽联合系统的效率最佳。
凝汽器的冷却水被降温后排放，降低排水温度，利用冷却水的低品位能量，提高燃气蒸汽循环的热效率，并且低温排水对环境生态友好，减小对环境的影响。
另一方面，无需改变蒸汽循环回路的蒸汽运行参数，不需要采用耐温耐压性更好的材料，在提高热效率的同时避免大幅提高整个系统的造价。
附图说明
图1为本发明实施例的燃气蒸汽联合系统的结构示意图。
附图标记说明：
100、燃气轮机，210、余热锅炉，220、蒸汽轮机，230、凝汽器，310、吸收式热泵，320、吸收式制冷机，330、前置换热器，401、制冷驱动进口阀，402、制冷驱动出口阀，501、供水阀，502、回水阀，601、制冷进口阀，602、制冷出口阀，701、流量控制阀。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，燃气蒸汽联合系统，包括：燃气轮机100；蒸汽循环回路，蒸汽循环回路上设有余热锅炉210、蒸汽轮机220、以及凝汽器230，蒸汽轮机220上设有抽汽口；吸收式热泵310，吸收式热泵310具有相配合的第一换热通道、第二换热通道、以及制热驱动通道；吸收式制冷机320，吸收式制冷剂具有制冷通道、以及制冷驱动通道；前置换热器330，前置换热器330具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；切换装置，切换装置分别与吸收式热泵310、吸收式制冷机320、以及前置换热器330之间对接，用于切换吸收式制冷机320投入使用或退出使用；其中，制热驱动通道的进口与抽汽口对接，制热驱动通道的出口与凝汽器230的疏水进口对接；第一换热通道的进口与凝汽器230的冷却水出水口对接，第一换热通道的出口与冷源或冷却塔对接；第三换热通道的进口、以及制冷驱动通道的进口分别与第二换热通道的出口对接；第三换热通道的出口、以及制冷驱动通道的出口与第二换热通道的进口对接；第三换热通道的进口与制冷通道的出口对接，第三换热通道的出口与制冷通道的进口对接；第四换热通道的进口与空气源对接，第四换热通道的出口与燃气轮机100的空气进口对接。凝汽器230具有冷却水通道、蒸汽循环通道以及疏水通道。其中，蒸汽轮机排出的水蒸气在蒸汽循环通道内冷凝为液体，重新送入余热锅炉210内加热，冷却水通道的进口、出口分别与冷源对接，冷源的低温液体流经冷却水通道对的蒸汽循环通道的水蒸气进行降温冷凝；疏水通道与蒸汽循环通道对接，制热驱动通道送出的工质(从蒸汽轮机抽取的水蒸气在制热驱动通道中可能部分或全部冷凝为液态水，此处所述工质可以是水蒸气、水蒸气与液态水的混合物、或者液态水)经过疏水通道重新进入蒸汽循环回路中。
燃料和空气进入燃气轮机100中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉210内，对余热锅炉210的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机220做功，做功后的水蒸气经过凝汽器230被冷却为给水回流至余热锅炉210；凝汽器230的部分冷却水进入第一换热通道，蒸汽轮机220中的部分水蒸气从抽汽口进入吸收式热泵310的制热驱动通道内作为吸收式热泵310的驱动力，使第一换热通道内的冷却水降温，并且使流经第二换热通道的循环工质升温，水蒸气在吸收式热泵310降温后回流至凝汽器230；升温后的循环工质对进入燃气轮机100的空气预热或预冷：切换装置使吸收式制冷机320退出使用时，对进入燃气轮机100的空气预热：升温后的循环工质进入第三换热通道，使流经第四换热通道的空气升温；切换装置使吸收式制冷机320投入使用时，对进入燃气轮机100的空气预冷：升温后的循环工质进入吸收式制冷机320的制冷驱动通道作为吸收式制冷机320的驱动力，使制冷通道内的循环工质降温，降温后的循环工质进入前置换热器330的第三换热通道内，使流经第四换热通道的空气降温，循环工质在前置换热器330中升温后回流至制冷通道内。
蒸汽轮机220中的部分水蒸气从抽汽口进入制热驱动通道内作为吸收式热泵310的驱动力，使循环工质在第二换热通道内被升温，并且冷却水在第一换热通道内降温；升温后的循环工质对流经第四换热通道的空气预热，或驱动吸收式制冷机320对空气预冷，从而调节进入燃气轮机100的空气温度。空气温度高对提高蒸汽轮机220的出力和效率有利，空气温度低对提高燃气轮机100的出力和效率有利，通过预热或预冷调节进入燃气轮机100的空气的温度，使整个燃气蒸汽联合系统的效率最佳。凝汽器230的冷却水被降温后排放，降低排水温度，利用冷却水的低品位能量，提高燃气蒸汽循环的热效率，并且低温排水对环境生态友好，减小对环境的影响。另一方面，无需改变蒸汽循环回路的蒸汽运行参数，不需要采用耐温耐压性更好的材料，在提高热效率的同时避免大幅提高整个系统的造价。
切换装置包括供水阀501和回水阀502，第三换热通道的进口和第二换热通道的出口之间的管路为供水母管，制冷通道的出口与供水母管对接，制冷通道的出口与第二换热通道的出口之间设有供水阀501；第三换热通道的出口和第二换热通道的进口之间的管路为回水母管，制冷通道的进口与回水母管对接，制冷通道的进口与第二换热通道的进口之间设有回水阀502。
切换装置包括制冷进口阀601和制冷出口阀602，制冷通道的进口与回水母管对接，并且对接处位于回水阀502和第三换热通道的出口之间，制冷通道的进口与回水母管之间设有制冷进口阀601；制冷通道的出口与供水母管对接，并且对接处位于供水阀501和第三换热通道的进口之间，制冷通道的出口与供水母管之间设有制冷出口阀602。
切换装置包括制冷驱动进口阀401和制冷驱动出口阀402，制冷驱动通道的进口与供水母管对接，并且对接处位于供水阀501和第二换热通道的出口之间，制冷驱动通道的进口与供水母管之间设有制冷驱动进口阀401；制冷驱动通道的出口与回水母管对接，并且对接处位于回水阀502和第二换热通道的进口之间，制冷驱动通道的出口与回水母管之间设有制冷驱动出口阀402。
供水阀501、回水阀502、制冷驱动进口阀401、制冷驱动出口阀402、制冷进口阀601、以及制冷出口阀602分别与燃气蒸汽联合系统的控制器电性连接，可以是无线连接也可以是有线连接，通过控制供水阀501、回水阀502、制冷驱动进口阀401、制冷驱动出口阀402、制冷进口阀601、以及制冷出口阀602的开通或关断，可以切换吸收式制冷机320投入使用或退出使用。切换使吸收式制冷机320投入使用时，关断供水阀501和回水阀502，开通制冷驱动进口阀401、制冷驱动出口阀402、制冷进口阀601、以及制冷出口阀602；切换使吸收式制冷机320退出使用时，开通供水阀501和回水阀502，关断制冷驱动进口阀401、制冷驱动出口阀402、制冷进口阀601、以及制冷出口阀602。优选的，制冷驱动进口阀401本身为流量调节阀，可以调节进入制冷驱动通道的工质流量，从而调节吸收式热泵310与吸收式制冷机320之间的热交换量，从而控制吸收式制冷机320的工作状态；但不限于此，也可以与制冷驱动进口阀401串联设置独立的流量调节阀。
吸收式制冷机320投入使用时，吸收式制冷机320与前置换热器330之间构成封闭循环，吸收式制冷机320退出使用时，吸收式热泵310与前置换热器330之间构成封闭循环，汽水损失小，节水节能。吸收式热泵310将凝汽器230排出的冷却水的低品位热能吸收利用，回收废热驱动吸收式热泵310和吸收式制冷剂，不需要消耗额外的能源，做到能量的梯级利用，减少电厂的运行成本，提高经济效益。
进入燃气轮机100的空气温度受到燃气蒸汽联合系统所在环境的环境温度的影响，在与环境充分换热后，可认为空气源的温度与环境温度一致。燃气蒸汽联合系统效率最佳的空气温度为空气的预设温度，当环境温度高于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机320投入使用，对空气进行预冷降温；当环境温度低于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机320退出使用，吸收式热泵310对空气进行预热升温。使进入燃气轮机100的空气的温度与预设温度一致，保证燃气蒸汽联合系统的效率始终处于预设的最高效状态。
第三换热通道的进口管路上设有流量控制阀701。燃气轮机100的空气进口设有温度传感器。流量控制阀701与温度传感器分别与燃气蒸汽联合系统的控制器电性连接。当吸收式制冷机320投入使用时：当温度传感器检测到空气温度高于预设温度时，调节流量控制阀701，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大，增大空气在第四换热通道内吸收的热量，使空气温度升高；当温度传感器检测到空气温度低于预设温度时，调节流量控制阀701，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小，减小空气在第四换热通道内吸收的热量，使空气温度降低；当吸收式制冷机320退出使用时：当温度传感器检测到空气温度高于预设温度时，调节流量控制阀701，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小，减小空气在第四换热通道内吸收的热量，使空气温度降低；当温度传感器检测到空气温度低于预设温度时，调节流量控制阀701，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大，增大空气在第四换热通道内吸收的热量，使空气温度升高。
当吸收式制冷机320投入使用，制冷驱动进口阀401本身为流量调节阀时，综合调节流量调节阀701、制冷驱动进口阀401，可以调节进入第三换热通道的循环工质的流量、以及循环工质的载冷量，从而控制空气的温度。
制冷通道的出口与第三换热通道的进口之间设有升压泵，升压泵为循环工质在吸收式制冷机320与前置换热器330之间的循环提供动力。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种燃气蒸汽联合系统，其特征在于，包括：
燃气轮机；
蒸汽循环回路，所述蒸汽循环回路上设有余热锅炉、蒸汽轮机、以及凝汽器，所述蒸汽轮机上设有抽汽口；
吸收式热泵，所述吸收式热泵具有相配合的第一换热通道、第二换热通道、以及制热驱动通道；
吸收式制冷机，所述吸收式制冷剂具有制冷通道、以及制冷驱动通道；
前置换热器，所述前置换热器具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；
切换装置，切换装置分别与吸收式热泵、吸收式制冷机、以及前置换热器之间对接，用于切换吸收式制冷机投入使用或退出使用；
其中，所述制热驱动通道的进口与所述抽汽口对接，所述制热驱动通道的出口与所述凝汽器的疏水进口对接；
所述第一换热通道的进口与所述凝汽器的冷却水出水口对接，所述第一换热通道的出口与冷源或冷却塔对接；
所述第三换热通道的进口、以及所述制冷驱动通道的进口分别与所述第二换热通道的出口对接；所述第三换热通道的出口、以及所述制冷驱动通道的出口与所述第二换热通道的进口对接；所述第三换热通道的进口与所述制冷通道的出口对接，所述第三换热通道的出口与所述制冷通道的进口对接；
所述第四换热通道的进口与空气源对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口对接。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述切换装置包括供水阀和回水阀，所述第三换热通道的进口和所述第二换热通道的出口之间的管路为供水母管，所述制冷通道的出口与所述供水母管对接，所述制冷通道的出口与所述第二换热通道的出口之间设有所述供水阀；
所述第三换热通道的出口和所述第二换热通道的进口之间的管路为回水母管，所述制冷通道的进口与所述回水母管对接，所述制冷通道的进口与所述第二换热通道的进口之间设有所述回水阀。
3.根据权利要求2所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述切换装置包括制冷进口阀和制冷出口阀，所述制冷通道的进口与所述回水母管对接，并且对接处位于所述回水阀和所述第三换热通道的出口之间，所述制冷通道的进口与所述回水母管之间设有所述制冷进口阀；
所述制冷通道的出口与所述供水母管对接，并且对接处位于所述供水阀和所述第三换热通道的进口之间，所述制冷通道的出口与所述供水母管之间设有所述制冷出口阀。
4.根据权利要求2所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述切换装置包括制冷驱动进口阀和制冷驱动出口阀，所述制冷驱动通道的进口与所述供水母管对接，并且对接处位于所述供水阀和所述第二换热通道的出口之间，所述制冷驱动通道的进口与所述供水母管之间设有所述制冷驱动进口阀；
所述制冷驱动通道的出口与所述回水母管对接，并且对接处位于所述回水阀和所述第二换热通道的进口之间，所述制冷驱动通道的出口与所述回水母管之间设有所述制冷驱动出口阀。
5.根据权利要求1至4任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述第三换热通道的进口管路上设有流量控制阀。
6.根据权利要求1至4任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述燃气轮机的空气进口设有温度传感器。
7.一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，包括：
燃料和空气进入燃气轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉内，对余热锅炉的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气经过凝汽器被冷却为给水回流至余热锅炉；
凝汽器的部分冷却水进入第一换热通道，蒸汽轮机中的部分水蒸气从抽汽口进入吸收式热泵的制热驱动通道内作为吸收式热泵的驱动力，使第一换热通道内的冷却水降温，并且使流经第二换热通道的循环工质升温，水蒸气在吸收式热泵降温后回流至凝汽器；
升温后的循环工质对进入燃气轮机的空气预热或预冷：
切换装置使吸收式制冷机退出使用时，对进入燃气轮机的空气预热：升温后的循环工质进入第三换热通道，使流经第四换热通道的空气升温；
切换装置使吸收式制冷机投入使用时，对进入燃气轮机的空气预冷：升温后的循环工质进入吸收式制冷机的制冷驱动通道作为吸收式制冷机的驱动力，使制冷通道内的循环工质降温，降温后的循环工质进入前置换热器的第三换热通道内，使流经第四换热通道的空气降温，循环工质在前置换热器中升温后回流至制冷通道内。
8.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，燃气蒸汽联合系统效率最佳的空气温度为空气的预设温度，当环境温度高于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机投入使用；当环境温度低于预设温度时，切换装置切换使吸收式制冷机退出使用。
9.根据权利要求8所述的燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，切换使吸收式制冷机投入使用时，关断供水阀和回水阀，开通制冷驱动进口阀、制冷驱动出口阀、制冷进口阀、以及制冷出口阀；
切换使吸收式制冷机退出使用时，开通供水阀和回水阀，关断制冷驱动进口阀、制冷驱动出口阀、制冷进口阀、以及制冷出口阀。
10.根据权利要求8所述的燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，当吸收式制冷机投入使用时：当温度传感器检测到空气温度高于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大；当温度传感器检测到空气温度低于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小；
当吸收式制冷机退出使用时：当温度传感器检测到空气温度高于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量减小；当温度传感器检测到空气温度低于所述预设温度时，调节流量控制阀，使流经第三换热通道的循环工质的流量增大。
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