CN105484813B - 燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法 - Google Patents

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    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner

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，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、以及驱动热源通道；预热换热器，所述预热换热器具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；蒸汽轮机中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机的空气或燃料温度升高。

Description

燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法
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、以及驱动热源通道；预热换热器，所述预热换热器具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；其中，所述驱动热源通道的进口与所述抽汽口对接，所述驱动热源通道的出口与所述凝汽器的蒸汽进口对接；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；所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口对接，所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口对接；所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口之间设有所述预热循环泵，或者所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口之间设有所述预热循环泵。所述第四换热通道的进口与空气源或燃料源对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口或燃料进口对接。在其中一个实施例中，所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口之间设有流量控制阀；或者，所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口之间设有流量控制阀。
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；或/和，所述燃气轮机的燃料进口设有温度传感器。
在其中一个实施例中，还包括有燃料加热器，所述燃料加热器具有相配合的第五换热通道、以及第六换热通道，所述余热锅炉上设有抽水口，所述第五换热管路的进口与所述抽水口对接，所述第五换热通道的出口与所述余热锅炉的给水进口对接，所述第六换热通道的进口与所述第四换热通道的出口对接，所述第六换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口对接。
在其中一个实施例中，所述第六换热通道的出口的燃料温度为175℃至185℃。
在其中一个实施例中，所述抽水口至所述第五换热通道的进口之间设有流量调节阀；或者，所述第五换热通道的出口至所述余热锅炉的给水进口之间设有流量调节阀。
在其中一个实施例中，所述第四换热通道的出口的燃料温度或空气温度为100℃至120℃。
在其中一个实施例中，所述第一换热通道的出口的冷却水温度为25℃至35℃。
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，给水被加热为水蒸汽进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸汽经过凝汽器被冷却为给水回流至余热锅炉；凝汽器的冷却水进入第一换热通道，循环工质在第二换热通道、第三换热通道内循环，蒸汽轮机中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机的空气或燃料温度升高。
在其中一个实施例中，根据温度传感器检测到的燃气轮机空气进口处空气的温度或燃料进口处燃料的温度，调节流量控制阀，控制在第二换热通道和第三换热通道内的循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机的燃料或空气的温度。
本发明的有益效果在于：
蒸汽轮机中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机的空气或燃料温度升高。升温后的空气和燃料进入燃气轮机燃烧做功，升温后的空气和燃料燃烧更稳定，并且燃气轮机的排气温度更高，此时增加蒸汽循环回路的给水流量，使其与燃气轮机排放的更高温度的烟气换热得到更大的蒸汽量，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机做功。此时的蒸汽维持原来蒸汽压力和温度基本等蒸汽运行参数不变，这些更多的蒸汽进入蒸汽轮机做功获得更大的出力，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。
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，从蒸汽轮机抽取部分水蒸汽、循环工质在第二换热通道和第三换热通道内循环，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为本发明实施例一的燃气蒸汽联合系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二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，300、吸收式热泵，310、预热换热器，320、流量控制阀，330、预热循环泵，410、燃料加热器，420、流量调节阀，500、冷却塔。
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。
实施例一
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、吸收式热泵300、以及预热换热器310。其中，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300具有相配合的第一换热通道、第二换热通道、以及驱动热源通道；预热换热器310具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；驱动热源通道的进口与抽汽口对接，驱动热源通道的出口与凝汽器230的蒸汽进口对接；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500对接；第二换热通道的进口与第三换热通道的出口对接，第二换热通道的出口与第三换热通道的进口对接；所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口之间设有所述预热循环泵330，或者所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口之间设有所述预热循环泵330；第四换热通道的进口与空气源或燃料源对接，第四换热通道的出口与燃气轮机100的空气进口或燃料进口对接。
蒸汽轮机220中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源通道内作为吸收式热泵300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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机100的空气或燃料温度升高。升温后的空气和燃料进入燃气轮机100燃烧做功，升温后的空气和燃料燃烧更稳定，并且燃气轮机100的排气温度更高，此时增加蒸汽循环回路的给水流量，使其与燃气轮机100排放的更高温度的烟气换热得到更大的蒸汽量，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机220做功。此时的蒸汽维持原来蒸汽压力和温度基本等蒸汽运行参数不变，这些更多的蒸汽进入蒸汽轮机220做功获得更大的出力，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。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，减小对环境温度的影响。通过吸收式热泵300，可以利用凝汽器230排放的冷却水的低品位热能，大幅提高热效率。另一方面，从蒸汽机抽取部分水蒸汽、循环工质在第二换热通道和第三换热通道内循环，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。
第二换热通道的出口与第三换热通道的进口之间设有流量控制阀320。不限于本实施例，也可以是，第二换热通道的进口与第三换热通道的出口之间设有流量控制阀320。通过调节流量控制阀320可以调节第二换热通道与第三换热通道中循环工质的流量，从而调节燃料或空气在预热换热器310中获得的热量，进而控制进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度。
燃气轮机100的空气进口设有温度传感器，或者燃气轮机100的燃料进口设有温度传感器。第四换热通道的出口的燃料温度或空气温度为100℃至120℃。第一换热通道的出口的冷却水温度为25℃至35℃。燃气蒸汽联合系统还具有控制器，设置于燃气轮机100的空气进口或燃料进口的温度传感器、流量控制阀320均与控制器电性连接，控制器根据温度传感器检测到的进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度，调节流量控制阀320，控制第二换热通道和第三换热通道内循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机100中的燃料温度或空气温度。
进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度受环境温度的影响，随环境温度的变化而改变，将进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度作为控制信号：当温度传感器检测到燃气轮机100空气温度或燃料温度大于设定值时，控制器控制流量控制阀320减小第二换热通道和第三换热通道内循环工质的流量，即减少与空气或燃气进行换热的循环工质流量，使燃料或空气获得的热量减小，从而降低燃料或空气进入燃气轮机100的温度；反之，当温度传感器检测到的空气温度或燃料温度小于设定值时，控制器控制流量控制阀320增大第二换热通道和第三换热通道内循环工质的流量，即增加与燃料或空气进行换热的循环工质流量，使燃料或空气获得的热量增大，从而提高燃料或空气进入燃气轮机100的温度；如此反复调节，最终使得进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度达到理论计算使燃气蒸汽联合系统效率最高的设定温度值。
燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：
A、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，对余热锅炉的给水进行加热，给水被加热为水蒸汽进入蒸汽轮机220做功，做功后的水蒸汽经过凝汽器230被冷却为给水回流至余热锅炉210；
凝汽器230的冷却水进入第一换热通道，循环工质在第二换热通道、第三换热通道内循环，蒸汽轮机220中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源通道内作为吸收式热泵300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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机100的空气或燃料温度升高。
B、根据温度传感器检测到的燃气轮机100空气进口处空气的温度或燃料进口处燃料的温度，调节流量控制阀320，控制在第二换热通道和第三换热通道内的循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机100的燃料或空气的温度。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于：
如图2所示，吸收式热泵不与冷却塔对接，而是直接与江河等环境冷源对接。由于经过吸收式热泵对凝汽器冷却水的低品位能量的利用，使得对外排放的冷却水的温度降低至25℃至35℃，对环境生态影响小，可以直接排放。
第四换热通道的进口与燃料源对接，预热换热器310对进入燃气轮机100的燃料进行加热。
燃气蒸汽联合系统还包括有燃料加热器410，燃料加热器410具有相配合的第五换热通道、以及第六换热通道，余热锅炉上设有抽水口，第五换热管路的进口与抽水口对接，第五换热通道的出口与余热锅炉的给水进口对接，第六换热通道的进口与第四换热通道的出口对接，第六换热通道的出口与燃气轮机100的燃料进口对接。经过预热换热器310第一次加热后的燃料在燃料加热器410中第二次被加热，进一步提高进入燃气轮机100的燃料的温度。抽水口至第五换热通道的进口之间设有流量调节阀420；但不限于此，根据需要，也可以是，第五换热通道的出口至余热锅炉的给水进口之间设有流量调节阀420。第六换热通道的出口的燃料温度为175℃至185℃。
所述抽水口至所述第五换热通道的进口之间设有流量调节阀420；但不限于此，也可以是，所述第五换热通道的出口至所述余热锅炉的给水进口之间设有流量调节阀420。通过调节流量调节阀420，可以控制从抽水口进入燃料加热器410的给水流量，从而控制被燃料加热器410加热后的燃料温度。在燃气轮机100的燃料进口设有温度传感器，根据温度传感器检测到的燃料温度，调节流量调节阀420与流量控制阀320的调节类似，联合调节流量控制阀320和流量调节阀420，使得进入燃气轮机100的燃料温度或空气温度达到理论计算使燃气蒸汽联合系统效率最高的设定温度值。
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 (9)

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、以及驱动热源通道；
预热换热器，所述预热换热器具有相配合的第三换热通道、以及第四换热通道；
预热循环泵；
其中，所述驱动热源通道的进口与所述抽汽口对接，所述驱动热源通道的出口与所述凝汽器的蒸汽进口对接；
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对接；
所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口对接，所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口对接；
所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口之间设有所述预热循环泵，或者所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口之间设有所述预热循环泵；
所述第四换热通道的进口与空气源或燃料源对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口或燃料进口对接；
所述第二换热通道的出口与所述第三换热通道的进口之间设有流量控制阀；或者，所述第二换热通道的进口与所述第三换热通道的出口之间设有流量控制阀。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述燃气轮机的空气进口设有温度传感器；或，所述燃气轮机的燃料进口设有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，还包括有燃料加热器，所述燃料加热器具有相配合的第五换热通道、以及第六换热通道，所述余热锅炉上设有抽水口，所述第五换热管路的进口与所述抽水口对接，所述第五换热通道的出口与所述余热锅炉的给水进口对接，所述第六换热通道的进口与所述第四换热通道的出口对接，所述第六换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口对接。
4.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述第六换热通道的出口的燃料温度为175℃至185℃。
5.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述抽水口至所述第五换热通道的进口之间设有流量调节阀；或者，所述第五换热通道的出口至所述余热锅炉的给水进口之间设有流量调节阀。
6.根据权利要求1至2任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述第四换热通道的出口的燃料温度或空气温度为100℃至120℃。
7.根据权利要求1至5任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述第一换热通道的出口的冷却水温度为25℃至35℃。
8.一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，给水被加热为水蒸汽进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸汽经过凝汽器被冷却为给水回流至余热锅炉；
凝汽器的冷却水进入第一换热通道，循环工质在第二换热通道、第三换热通道内循环，蒸汽轮机中的部分水蒸汽从抽汽口进入驱动热源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；升温后的循环工质加热流经第四换热通道的空气或燃料，使进入燃气轮机的空气或燃料温度升高；
通过调节流量控制阀调节第二换热通道与第三换热通道中循环工质的流量。
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，根据温度传感器检测到的燃气轮机空气进口处空气的温度或燃料进口处燃料的温度，调节流量控制阀，控制在第二换热通道和第三换热通道内的循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机的燃料或空气的温度。
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