CN105649693B - 燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统:系统集成燃气轮机、余热锅炉、背压式蒸汽轮机、背压供热切换回路、供热管网、有机朗肯循环机组、吸收式机组等能源设备;组建能联网远程管理集成系统分季节平衡背压供热量与发电/供热/制冷所需耗热量:冬季实现燃气蒸汽二级循环发电+背压供热的电热联产效率90%,春秋季实现燃气蒸汽有机三级循环发电效率65%,夏季实现燃气蒸汽二级循环发电+背压制冷的电冷联产效率85%。

Description

燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统
(一)技术领域
本发明涉及分布式能源系统中一种燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统。
(二)背景技术
在燃气蒸汽联合循环发电装置中,电能分别在两级发电循环中产生:
(1)燃气轮机第一级循环发电,燃气与空气混合后燃烧,生成的高压、高温烟气送入燃气透平中膨胀、做功,推动叶轮旋转并带动发电机转子旋转而产生第一级电力;排出的低压、高温烟气则引入余热锅炉中,回收烟气显热而产生高压、高温的过热水蒸汽。
(2)蒸汽轮机第二级循环发电,过热水蒸汽送入蒸汽轮机中膨胀、做功,推动叶轮旋转并带动发电机转子旋转而产生第二级电力。
因此燃气蒸汽联合循环发电装置的技术优势为:(1)发电效率提高至60%,超过任何单级循环发电效率的最高值40%;因此是目前最高效率发电装置;(2)提高装置的发电效率,即降低二氧化碳和氮氧化物排放量;(3)为可再生能源发电装置的电压波动,提供可靠、灵活的电力支持。
然而,上述蒸汽轮机循环发电方式如下:
(1)凝汽式蒸汽轮机发电循环:只发电不供热,凝汽热量通过冷却塔中循环水份的蒸发而排放环境,因此消耗水资源并造成环境热、湿污染;同时使装置复杂、投资增加、可靠性降低、运行费增加,导致不节能且经济性差。
(2)抽凝式蒸汽轮机热电循环:既发电又供热,但夏季凝汽热量仍通过冷却塔中循环水份的蒸发而排放环境,因此仍消耗水资源并仍造成环境热、湿污染;只是当冬季有供热负荷时,由蒸汽轮机中间级抽汽供热,同时减少发电量,不会影响燃气轮机的循环发电以避免燃气放散。然而导致装置复杂、投资增加、可靠性降低、运行费增加、不节能、经济性差。
(3)背压式蒸汽轮机热电循环:既发电又供热,冬季提高背压而使凝汽热量通过热水循环供热,无需冷却塔,不消耗水资源,无环境热、湿污染;因此装置简单、投资降低、运行可靠、运行费低、节能显著、经济性优异。但该循环以热定电,春夏秋三季无供热负荷时,蒸汽轮机停止运行,进而影响燃气轮机发电循环,导致燃气放散。
综上所述,在燃气蒸汽联合循环发电装置中,第二级如采用背压式蒸汽轮机热电循环,冬季既发电又供热,热电联供效率可接近90%,因此节能效果显著,经济性优异,无环境热、湿污染;然而春夏秋三季无供热负荷使蒸汽轮机停止运行。因此,如何提高第二级背压式蒸汽轮机热电循环的全年利用率,就有待热能科技工作者解决。
(三)发明内容
本发明目的是构建一种燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统:在燃气蒸汽联合循环发电装置基础上,第二级采用背压式蒸汽轮机热电循环,分季节平衡背压供热量与供热/发电/制冷等设备耗热量:冬季驱动供热管网实现燃气蒸汽二级循环发电+背压供热,春秋季驱动有机朗肯循环机组实现燃气蒸汽有机三级循环发电,夏季驱动吸收式机组实现燃气蒸汽二级循环发电+背压制冷;从而在维持燃气轮机第一级循环发电条件下,梯级利用热能,分季节切换实现发电、制热、制冷联产,实现联产效率比联合循环提高36%。
按照附图1所示的燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统,其由1-压气机;1-1-进气过滤器;1-2-进气消声器;2-燃烧室;3-二通阀;4-燃气透平;4-1-单轴;5-发电机;6-余热锅炉;6-1-除氧汽包;6-2-除氧蒸发器;6-3-省煤器;6-4-汽包;6-5-蒸发器;6-6-过热器;6-7-烟囱;7-过滤器;8-循环泵;9-止回阀;10-蒸汽透平;11-凝汽器;12-再热器;13-有机朗肯循环机组;13-1-蒸发器;13-2-膨胀机;13-3-回热器;13-4-冷凝器;13-5-储液罐;13-6-工质泵;13-7-有机工质;14-冷却塔;15-吸收式机组;15-1-再生器;15-2-蒸发器;15-3-吸收器;15-4-冷凝器;16-传感器数据采集交换模块;17-互联网终端电脑控制器;18-膨胀水箱等组成,其特征在于:
压气机1、燃烧室2、燃气透平4,组成燃气轮机;
压气机1、燃气透平4、发电机5,通过单轴4-1连接为整体并共用底座,组成燃气轮机第一级循环发电及压气装置;
燃气管道连接燃烧室2的燃气进口,组成燃气支路;
空气管道连接进气过滤器1-1、进气消声器1-2、压气机1、燃烧室2的空气进口,组成空气支路;
空气管道连接二通阀3、压气机1的出口端,组成空气控制支路;
燃烧室2的烟气出口通过管道连接燃气透平4、余热锅炉6的烟气进口、过热器6-6、蒸发器6-5、省煤器6-3、除氧蒸发器6-2、烟囱6-7,组成烟气回路;
凝汽器11的凝结水侧底部通过管道连接二通阀3、三通,与再热器12的凝结水侧底部通过管道连接二通阀3、三通而相互并联连接,再通过三通、二通阀3与除盐水补充管道并联连接,最后串联连接至除氧汽包6-1的凝结水进口,组成凝结水回路;
除氧汽包6-1及其循环管道连接的除氧蒸发器6-2、过滤器7、循环泵8、止回阀9、省煤器6-3、汽包6-4及其循环管道连接的蒸发器6-5、过热器6-6,组成余热锅炉6的过热水蒸汽制取回路;
除氧蒸发器6-2、省煤器6-3、蒸发器6-5的底部集管,分别通过管道连接二通阀3,再并联连接至排出管,组成余热锅炉6的排污支路;
过热器6-6出口通过管道连接三通、三通、二通阀3,组成提供过热水蒸汽支路;
过热器6-6出口通过管道连接三通、三通、二通阀3、再热器12的过热水蒸汽侧,组成再热支路;
过热器6-6出口通过管道连接三通、二通阀3、蒸汽透平10、凝汽器11的过热水蒸汽侧,组成蒸汽轮机支路;
蒸汽透平10、发电机5,组成蒸汽轮机第二级循环发电装置;
回水管连接三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、再热器12的热水侧、供水管网、用户末端、回水管网、二通阀3、三通,组成背压供热驱动采暖循环切换回路;
回水管连接三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、蒸发器13-1的热水侧、二通阀3、三通、三通,组成背压供热驱动发电循环切换回路;
工质管连接蒸发器13-1工质侧、二通阀3、膨胀机13-2、回热器13-3放热侧、冷凝器13-4工质侧、储液罐13-5、工质泵13-6、二通阀3、回热器13-3吸热侧,组成有机朗肯循环回路;
膨胀机13-2、发电机5,组成膨胀机第三级循环发电装置;
冷却塔14的底部积水盘通过管道连接过滤器7、循环泵8、止回阀9、三通、冷凝器13-4的冷却水侧、二通阀3、三通、冷却塔14的上部喷嘴,组成有机朗肯循环冷却水循环回路;
回水管连接三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、再生器15-1的热水侧、二通阀3、三通、三通,组成背压供热驱动制冷循环切换回路;
冷回水管连接过滤器7、循环泵8、止回阀9、蒸发器15-2的冷水侧,组成提供空调冷水循环回路;
冷却塔14的底部积水盘通过管道连接过滤器7、循环泵8、止回阀9、三通、串联连接的吸收器15-3和冷凝器15-4的冷却水侧、二通阀3、三通、冷却塔14的上部喷嘴,组成吸收式机组冷却水循环回路;
在集成系统中的燃气输送管道、空气输送管道、各种循环回路的过滤器7进口、蒸汽透平10的进汽口、各级发电机5的输电线、过热水蒸汽输出管、采暖热水输出管、除盐水补水管,均设置传感器数据采集交换模块16,并分别通过有线或无线方式,与互联网终端电脑控制器17之间相互通讯连接,并交换信息,以组建成能量管理互联网络--能联网;
膨胀水箱18底部出口通过管道连接到过滤器7入口前的三通,组成背压供热切换回路的定压膨胀支路。
蒸发器13-1是干式蒸发器或满液式蒸发器或降膜式蒸发器。
冷凝器13-4是管壳式冷凝器或板式冷凝器或套管式冷凝器或板翅式冷凝器或盘管式冷凝器。
有机工质13-7为R134a或R245fa。
本发明的工作原理结合附图1说明如下:
1、烟气驱动燃气透平4第一级循环发电并带动压气机1:经过净化处理与压缩的燃气流经传感器数据采集交换模块16送入燃烧室2中,与经过进气过滤器1-1的净化、进气消声器1-2的消声、传感器数据采集交换模块16的检测、压气机1的加压而送入燃烧室2的空气,混合后燃烧并生成高压、高温烟气,由进气口送入燃气透平4中膨胀而输出机械功,以推动叶轮旋转,并通过单轴4-1带动发电机5的转子以及压气机1的叶轮共同旋转,从而一方面经过传感器数据采集交换模块16而输出第一级电能,另一方面压缩来自消声器1-2的空气。
2、余热锅炉6回收烟气余热:燃气透平4出口的低压、高温烟气流入余热锅炉6中,经由过热器6-6、蒸发器6-5、省煤器6-3、除氧蒸发器6-2,而逐级回收烟气显热;并以逆流方式梯级加热余热锅炉回水,在最终产生过热水蒸汽,而回热降温后的尾气则由烟囱6-7高空排放。
3、余热锅炉6制取过热水蒸汽:凝汽器11的底部凝结水经二通阀3、三通,与再热器12的底部凝结水经二通阀3、三通而相互混合,再与经传感器数据采集交换模块16、二通阀3、三通而补入的除盐水再次混合,而流入除氧汽包6-1及其循环管道连接的除氧蒸发器6-2中,以虹吸循环加热、分离、排除氧气,再经除氧汽包6-1、传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、省煤器6-3而被加热升温至饱和状态,然后流入汽包6-4及其循环管道连接的蒸发器6-5中,以虹吸循环加热,产生并分离出饱和水蒸汽,最后流经汽包6-4、过热器6-6而被继续加热成为过热水蒸汽;污水则由除氧蒸发器6-2、省煤器6-3、蒸发器6-5的底部集管,分别通过管道和二通阀3汇流至排出管排入下水道。
4、过热水蒸汽供热、再热以及驱动蒸汽透平10第二级循环发电:过热器6-6的出口过热水蒸汽:(1)流经三通、三通、二通阀3、传感器数据采集交换模块16,而提供过热水蒸汽;(2)流经三通、三通、二通阀3、传感器数据采集交换模块16、再热器12的过热水蒸汽侧,而再次加热热水后凝结;(3)流经三通、二通阀3、传感器数据采集交换模块16,由进汽口送入蒸汽透平10中膨胀而输出机械功,推动叶轮旋转,并通过单轴4-1带动发电机5的转子旋转,以经过传感器数据采集交换模块16而输出第二级电能,同时蒸汽透平10的出口乏汽流入凝汽器11的水蒸汽侧,以加热循环回水并凝结。
5、背压供热切换驱动供热管网的采暖热水循环:回水流经三通、传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、再热器12的热水侧、传感器数据采集交换模块16、供水管网、用户末端、回水管网、二通阀3、三通,以切换完成背压供热驱动采暖热水循环。
6、背压供热切换驱动有机朗肯循环机组的第三级发电循环:回水流经三通、传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、传感器数据采集交换模块16、蒸发器13-1的热水侧、二通阀3、三通、三通,以切换完成背压供热驱动第三级发电循环;使得蒸发器13-1工质侧的低沸点有机工质13-7吸收背压热量而气化成有压气体,再流经二通阀3驱动膨胀机13-2旋转做功而降压,并带动发电机5的转子旋转,以经过传感器数据采集交换模块16而输出第三级电能;经回热器13-3放热降温形成的气液两相流,流经冷凝器13-4工质侧时向循环冷却水放热,以凝结成液体并流入储液罐13-5,最后由工质泵13-6驱动,流经二通阀3及回热器13-3吸热升温后,重回蒸发器13-1工质侧,从而完成有机朗肯循环。冷却塔14底部积水盘中的冷却供水流经传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、三通,而进入冷凝器13-4冷却水侧,以被工质冷凝加热升温,再流经二通阀3、三通而被送回冷却塔14上部的喷嘴中喷淋、蒸发、冷却,最后依重力作用经中部填料而落入底部积水盘中,以通过冷却水的循环蒸发,而向环境排放冷凝热量。
7、背压供热切换驱动吸收式制冷循环以提供空调冷水循环:回水流经三通、传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、传感器数据采集交换模块16、再生器15-1管内、二通阀3、三通、三通,以切换完成背压供热驱动吸收式制冷循环,加热管外溶液,蒸发出水蒸汽而自身被浓缩成吸收液,再由吸收液泵驱动,而滴淋在吸收器15-3管外;水蒸汽则流经冷凝器15-4管外,放热并冷凝为冷剂水,再经管路减压而降温,并依重力流入蒸发器15-2中,再由冷剂泵驱动而循环滴淋在蒸发器15-2管外,以吸收空调循环回水热量而蒸发成水蒸汽,然后流经吸收器15-3管外,被滴淋的吸收液吸收而成为稀溶液并释放出溶解热,然后再由溶液泵驱动,重新送回再生器15-1管外,最后经吸热而蒸发,从而完成吸收式制冷循环。空调循环回水流经传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9而进入蒸发器15-2管内,被管外所滴淋的冷剂水蒸发吸热而自身降温,以完成空调冷水循环。冷却塔14底部积水盘中的冷却供水流经传感器数据采集交换模块16、过滤器7、循环泵8、止回阀9、三通,而进入串联连接的吸收器15-3和冷凝器15-4的管内冷却水侧,以被管外溶液吸收的溶解放热和水蒸汽的冷凝放热而先后加热升温,再流经二通阀3、三通而被送回冷却塔14上部的喷嘴中喷淋、蒸发、冷却,最后依重力作用经中部填料而落入底部积水盘中,以通过冷却水的循环蒸发,而向环境排放溶解热和冷凝热。
因此与现有燃气蒸汽联合循环发电装置相比较,本发明特点如下:
1、燃气蒸汽有机三级循环发电+制热+制冷三联产:通过系统集成燃气轮机、余热锅炉、背压式蒸汽轮机、有机朗肯循环机组、供热管网、吸收式机组等能源设备与用能设备,以分布式高效利用一次能源,实现燃气蒸汽有机三级循环发电+制热+制冷三联产。
2、通过回路切换使背压供热量平衡发电+制热+制冷三联产耗热量:
(1)冬季驱动供热管网,提供采暖热水循环,实现燃气蒸汽二级循环发电+背压供热的电热联产效率90%,且避免环境热、湿污染;
(2)春秋季驱动有机朗肯循环机组,提供第三级循环发电,实现燃气蒸汽有机三级循环发电效率65%,达世界最高,且使环境放热量降至25%,达世界最低;
(3)夏季驱动吸收式机组,提供空调冷水循环,实现燃气蒸汽二级循环发电+背压制冷的电冷联产效率85%,达世界最高。
因此,集成系统全年不仅维持背压式蒸汽轮机的进汽量与第二级循环发电量,而且维持燃气轮机的进气量与第一级循环发电量;以避免燃气放散;同时一次能源全年综合利用率提高36%。
3、有机朗肯循环机组与吸收式机组共用冷却塔:以减少集成系统投资成本。
4、减少冷却塔全年运行时间:以减少水资源消耗、环境热、湿污染,以及集成系统年运行费,使其节能效果显著、经济性优异。
5、组建能联网:在集成系统的燃气输送管道、空气输送管道、各种循环回路的过滤器7进口、蒸汽透平10的进汽口、各级发电机5的输电线、过热水蒸汽输出管、采暖热水输出管、除盐水补水管,均设置传感器数据采集交换模块16,并分别通过有线或无线方式,与互联网终端电脑控制器17之间相互通讯连接,并交换信息,以组建成能量管理互联网络--能联网。
6、能联网远程管理集成系统的三级发电三联产:通过能联网一方面远程管理集成系统的一次能源输入量,另一方面分季节、连续性输出发电量+制热量+制冷量。
7、实现工业发电4.0:“互联网+三级循环发电三联产”就是工业发电4.0,它将推动中国工业发电,向中国创造转型,是整个中国时代性的革命。其特征如下:
(1)互联:通过互联网+(传感器、集成系统、分布式能源需求);
(2)数据:通过能联网连接传感器、集成系统、研发制造、工业链、运营管理、分布式能源需求等大数据;
(3)集成:把传感器、嵌入式终端、智能控制、通信设施等组建成为智能网络,再由其形成人-人、人-机器、机器-机器、服务-服务的能联网,实现横向、纵向与终端的高度集成;
(4)创新:三级循环发电三联产的系统集成创新、能联网管理创新、商业模式创新、产业形态创新;
(5)转型:从现有燃气蒸汽联合循环发电三联产的分布式能源系统,演变为燃气蒸汽有机三级循环发电三联产的分布式能源系统,实现一次能源利用的多极化、高效化。
8、节能与环保并举:集成系统降低发电、制热、制冷三联产的驱动能耗、环境放热、输送损失、系统投资,实现节能与环保并举。为分布式能源用户提供更高品质的网络化清洁能源服务。
因此与燃气蒸汽联合循环发电的分布式能源系统相比较,本发明技术优势如下:系统集成燃气轮机、余热锅炉、背压式蒸汽轮机、背压供热切换回路、供热管网、有机朗肯循环机组、吸收式机组等能源设备;组建能联网远程管理集成系统分季节平衡背压供热量与发电/供热/制冷所需耗热量:冬季实现燃气蒸汽二级循环发电+背压供热的电热联产效率90%,春秋季实现燃气蒸汽有机三级循环发电效率65%,夏季实现燃气蒸汽二级循环发电+背压制冷的电冷联产效率85%。发电/供热/制冷联产效率比联合循环提高36%。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
如附图1所示,其中:1-压气机;1-1-进气过滤器;1-2-进气消声器;2-燃烧室;3-二通阀;4-燃气透平;4-1-单轴;5-发电机;6-余热锅炉;6-1-除氧汽包;6-2-除氧蒸发器;6-3-省煤器;6-4-汽包;6-5-蒸发器;6-6-过热器;6-7-烟囱;7-过滤器;8-循环泵;9-止回阀;10-蒸汽透平;11-凝汽器;12-再热器;13-有机朗肯循环机组;13-1-蒸发器;13-2-膨胀机;13-3-回热器;13-4-冷凝器;13-5-储液罐;13-6-工质泵;13-7-有机工质;14-冷却塔;15-吸收式机组;15-1-再生器;15-2-蒸发器;15-3-吸收器;15-4-冷凝器;16-传感器数据采集交换模块;17-互联网终端电脑控制器;18-膨胀水箱。
(五)具体实施方式
本发明提出的燃气蒸汽有机三级循环发电、制热、制冷联产系统实施例如附图1所示,现说明如下:其由(压比16.8∶1的)压气机1、(容积160L的不锈钢)燃烧室2、发电量15MW的燃气透平4,组成燃气轮机;
压气机1、燃气透平4、(额定功率15MW、额定电压10.5kV、额定电流1031A、额定频率50Hz、额定转速1500r/min、功率因数0.8的同步)发电机5,通过(直径75mm的不锈钢)单轴4-1连接为整体并共用底座,组成(热效率34.8%的)燃气轮机第一级循环发电及压气装置;
(直径400mm、壁厚4mm的不锈钢)燃气管道连接燃烧室2的燃气进口,组成(焦炉煤气的流量7989Nm3/h、热值16.72MJ/Nm3、温度50℃、压力2.6MPa、过滤精度40μm的)燃气支路;
(直径400mm、壁厚4mm的不锈钢)空气管道连接进气过滤器1-1、进气消声器1-2、压气机1、燃烧室2的空气进口,组成(流量150000Nm3/h、温度50℃、压损100mmH2O、过滤效率99.9%的)空气支路;
(直径60mm、壁厚2mm的不锈钢)空气管道连接二通阀3、压气机1的出口端,组成空气控制气动切断阀支路;
燃烧室2的烟气出口通过(直径600mm、壁厚6mm的不锈钢)管道连接燃气透平4、(自除氧、自然循环、参数3.82MPa/450℃,产汽量16.8t/h、卧式结构的)余热锅炉6的(流量39.4kg/s、温度555℃的)烟气进口、(换热面积120m2的)过热器6-6、(换热面积220m2的)蒸发器6-5、(换热面积140m2的)省煤器6-3、(换热面积120m2的)除氧蒸发器6-2、(直径800mm、壁厚8mm的不锈钢)烟囱6-7的出口烟气温度126℃,组成烟气回路;
(换热面积280m2、循环热水流量800t/h、循环热水设计压力0.3MPa、循环热水水阻5mH2O、额定背压压力0.5MPa的)凝汽器11的凝结水侧底部通过(直径40mm、壁厚2mm的不锈钢)管道连接二通阀3、三通,与再热器12的凝结水侧底部通过(直径40mm、壁厚2mm的不锈钢)管道连接二通阀3、三通而相互并联连接,再通过三通、二通阀3与(流量10t/h、直径40mm、壁厚2mm的不锈钢)除盐水补充管道并联连接,最后串联连接至除氧汽包6-1的凝结水进口,组成凝结水回路;
(容积200L的除氧汽包6-1)及其(直径20mm、壁厚2mm的不锈钢)循环管道连接的除氧蒸发器6-2、(接口直径200mm、壁厚2mm的不锈钢)过滤器7、(流量16.8t/h、扬程150mH2O的)循环泵8、(接口直径200mm、壁厚2mm的不锈钢)止回阀9、省煤器6-3、汽包6-4及其(直径20mm、壁厚2mm的不锈钢)循环管道连接的蒸发器6-5、过热器6-6,组成余热锅炉6的过热水蒸汽制取回路;
除氧蒸发器6-2、省煤器6-3、蒸发器6-5的底部集管,分别通过(直径20mm、壁厚2mm的不锈钢)管道连接二通阀3,再并联连接至(直径40mm、壁厚3mm的不锈钢)排出管,组成余热锅炉6(的流量0.7t/h、温度250℃的)排污支路;
过热器6-6出口通过(直径200mm、壁厚2mm的不锈钢)管道连接三通、三通、二通阀3,组成提供(6.1t/h的)过热水蒸汽支路;
过热器6-6出口通过管道连接三通、三通、二通阀3、(换热面积15m2的)再热器12的过热水蒸汽侧,组成再热支路;
过热器6-6出口通过管道连接三通、二通阀3、(额定进汽流量16.8t/h、额定进汽压力3.43MPa、额定背压压力0.50MPa、额定进汽温度435℃、给定功率3.76MW、额定转速5600r/min、旋转方向顺汽流方向看为顺时针的)蒸汽透平10、凝汽器11的过热水蒸汽侧,组成背压式蒸汽轮机支路;
蒸汽透平10、(额定功率3.76MW、额定电压10.5kV、额定频率50Hz、额定转速5600r/min、功率因数0.8的同步)发电机5,组成蒸汽轮机第二级循环发电装置;
(直径200mm、壁厚2mm的碳钢)回水管连接三通、过滤器7、(流量800t/h、扬程50mH2O的)循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、再热器12的热水侧、供水管网、用户末端、回水管网、二通阀3、三通,组成背压供热驱动采暖循环切换回路;
回水管连接三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、(换热面积100m2的干式板式)蒸发器13-1的热水侧、二通阀3、三通、三通,组成背压供热驱动发电循环切换回路;
(直径100mm、壁厚1mm的紫铜)工质管连接蒸发器13-1工质侧、二通阀3、(额定工质流量6.0t/h、额定进口压力1.8MPa、额定进口温度130℃、给定功率1.56MW、额定转速5600r/min、旋转方向顺工质流动方向看为顺时针的半封闭透平式)膨胀机13-2、(换热面积32m2、接口直径50mm的)回热器13-3放热侧、(换热面积120m2的管壳式)冷凝器13-4工质侧、(容积80L的不锈钢、接口直径50mm的)储液罐13-5、(额定工质流量6.0t/h、额定扬程150mH2O的)工质泵13-6、(接口直径50mm的)二通阀3、回热器13-3吸热侧,组成有机朗肯循环回路;
膨胀机13-2、(额定功率1.56MW、额定电压380V、额定频率50Hz、额定转速5600r/min、功率因数0.8的异步)发电机5,组成膨胀机第三级循环发电装置;
(环境放热量7MW的)冷却塔14的底部积水盘中温度20℃的冷却水通过(直径250mm、壁厚2mm的碳钢)管道连接过滤器7、(额定冷却水流量800t/h、额定扬程15mH2O的)循环泵8、止回阀9、三通、冷凝器13-4的冷却水侧、二通阀3、三通、冷却塔14的上部50个喷嘴,组成有机朗肯循环冷却水循环回路;
回水管连接三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、凝汽器11的热水侧、三通、三通、(换热面积100m2的)再生器15-1的热水侧、二通阀3、三通、三通,组成背压供热驱动制冷循环切换回路;
(直径100mm、壁厚2mm的碳钢)冷回水管连接过滤器7、(流量400t/h、扬程35mH2O的)循环泵8、止回阀9、(换热面积100m2的)蒸发器15-2的冷水侧,组成提供空调冷水循环回路;
冷却塔14的底部积水盘中温度20℃的冷却水通过管道连接过滤器7、循环泵8、止回阀9、三通、串联连接的(换热面积100m2的)吸收器15-3和(换热面积100m2的)冷凝器15-4的冷却水侧、二通阀3、三通、冷却塔14的上部喷嘴,组成吸收式机组冷却水循环回路;
在集成系统中的燃气输送管道、空气输送管道、各种循环回路的过滤器7进口、蒸汽透平10的进汽口、各级发电机5的输电线、过热水蒸汽输出管、采暖热水输出管、除盐水补充管,均设置(流量、温度、压力、电流、电压、频率)传感器数据采集交换模块16,并分别通过有线或无线方式,与互联网终端电脑控制器17之间相互通讯连接,并交换信息,以组建成能量管理互联网络--能联网;
(容积150m3、壁厚6mm的不锈钢)膨胀水箱18底部出口通过(直径25mm、壁厚2mm的不锈钢)管道连接到过滤器7入口前的三通,组成背压供热切换回路的定压膨胀支路。
有机工质13-7为R245fa。
本发明实施例通过回路切换使背压供热量9.38MW,分季节平衡发电、制热、制冷三联产耗热量:
(1)冬季驱动供热管网,提供采暖热水循环,实现燃气蒸汽二级循环发电量18.76MW+背压供热量9.38MW,电热联产效率90%,达世界最高,且避免环境热、湿污染;
(2)春秋季驱动有机朗肯循环机组,提供第三级循环发电量1.56MW,实现燃气蒸汽有机三级循环发电量20.32MW,发电效率65%,达世界最高;且使环境放热量降至7.50MW,放热率25%,达世界最低;
(3)夏季驱动吸收式机组,提供空调冷水循环,实现燃气蒸汽二级循环发电量18.76MW+背压制冷量7.50MW,电冷联产效率85%,达世界最高。
因此,集成系统全年不仅维持背压式蒸汽轮机的进汽量与第二级循环发电量,而且维持燃气轮机的进气量与第一级循环发电量;以避免燃气放散;同时一次能源全年综合利用率提高36%。

Claims (2)

1.一种燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统,其由压气机(1)、进气过滤器(1-1)、进气消声器(1-2)、燃烧室(2)、二通阀(3)、燃气透平(4)、单轴(4-1)、发电机、余热锅炉(6)、除氧汽包(6-1)、除氧蒸发器(6-2)、省煤器(6-3)、汽包(6-4)、第一蒸发器(6-5)、过热器(6-6)、烟囱(6-7)、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、蒸汽透平(10)、凝汽器(11)、再热器(12)、有机朗肯循环机组(13)、冷却塔(14)、吸收式机组(15)、传感器数据采集交换模块(16)、互联网终端电脑控制器(17)和膨胀水箱(18)组成;所述有机朗肯循环机组(13)由第二蒸发器(13-1)、膨胀机(13-2)、回热器(13-3)、第一冷凝器(13-4)、储液罐(13-5)、工质泵(13-6)和有机工质组成;所述吸收式机组(15)由再生器(15-1)、第三蒸发器(15-2)、吸收器(15-3)和第二冷凝器(15-4)组成;
其特征在于:压气机(1)、燃烧室(2)、燃气透平(4),组成燃气轮机;
压气机(1)、燃气透平(4)、第一发电机,通过单轴(4-1)连接为整体并共用底座,组成燃气轮机第一级循环发电装置;
燃气管道连接燃烧室(2)的燃气进口,组成燃气支路;
空气管道连接进气过滤器(1-1)、进气消声器(1-2)、压气机(1)、燃烧室(2)的空气进口,组成空气支路;
空气管道连接二通阀(3)、压气机(1)的出口端,组成空气控制支路;
燃烧室(2)的烟气出口通过管道连接燃气透平(4)、余热锅炉(6)的烟气进口、过热器(6-6)、第一蒸发器(6-5)、省煤器(6-3)、除氧蒸发器(6-2)、烟囱(6-7),组成烟气回路;
凝汽器(11)的凝结水侧底部通过管道连接二通阀(3)、凝水三通,与再热器(12)的凝结水侧底部通过管道连接二通阀(3)、凝水三通而相互并联连接,再通过补水三通、二通阀(3)与除盐水补充管道并联连接,最后串联连接至除氧汽包(6-1)的凝结水进口,组成凝结水回路;
除氧汽包(6-1)及其循环管道连接的除氧蒸发器(6-2)、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、省煤器(6-3)、汽包(6-4)及其循环管道连接的第一蒸发器(6-5)、过热器(6-6),组成余热锅炉(6)的过热水蒸汽制取回路;除氧蒸发器(6-2)、省煤器(6-3)、第一蒸发器(6-5)的底部集管,分别通过管道连接二通阀(3),再并联连接至排出管,组成余热锅炉(6)的排污支路;过热器(6-6)出口通过管道连接出口三通、再热三通、二通阀(3),组成提供过热水蒸汽支路;过热器(6-6)出口通过管道连接出口三通、再热三通、二通阀(3)、再热器(12)的过热水蒸汽侧,组成再热支路;过热器(6-6)出口通过管道连接出口三通、二通阀(3)、蒸汽透平(10)、凝汽器(11)的过热水蒸汽侧,组成蒸汽轮机支路;蒸汽透平(10)、第二发电机,组成蒸汽轮机第二级循环发电装置;
回水管连接回水三通、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、凝汽器(11)的热水侧、供水三通、再热器(12)的热水侧、供水管网、用户末端、回水管网、二通阀(3)、回水三通,组成背压供热驱动采暖循环切换回路;
回水管连接回水三通、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、凝汽器(11)的热水侧、供水三通、分流三通、第二蒸发器(13-1)的热水侧、二通阀(3)、汇流三通、回水三通,组成背压供热驱动发电循环切换回路;工质管连接第二蒸发器(13-1)工质侧、二通阀(3)、膨胀机(13-2)、回热器(13-3)放热侧、第一冷凝器(13-4)工质侧、储液罐(13-5)、工质泵(13-6)、二通阀(3)、回热器(13-3)吸热侧,组成有机朗肯循环回路;膨胀机(13-2)、第三发电机,组成膨胀机第三级循环发电装置;
冷却塔(14)的底部积水盘通过管道连接过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、三通、第一冷凝器(13-4)的冷却水侧、二通阀(3)、三通、冷却塔(14)的上部喷嘴,组成有机朗肯循环冷却水循环回路;
回水管连接回水三通、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、凝汽器(11)的热水侧、供水三通、分流三通、再生器(15-1)的热水侧、二通阀(3)、汇流三通、回水三通,组成背压供热驱动制冷循环切换回路;冷回水管连接过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、第三蒸发器(15-2)的冷水侧,组成提供空调冷水循环回路;冷却塔(14)的底部积水盘通过管道连接过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、三通、串联连接的吸收器(15-3)和第二冷凝器(15-4)的冷却水侧、二通阀(3)、三通、冷却塔(14)的上部喷嘴,组成吸收式机组冷却水循环回路;
在燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统中的燃气输送管道、空气输送管道、各种循环回路的过滤器(7)进口、蒸汽透平(10)的进汽口、各级发电机的输电线、过热水蒸汽输出管、采暖热水输出管、除盐水补水管,均设置传感器数据采集交换模块(16),并分别通过有线或无线方式,与互联网终端电脑控制器(17)之间相互通讯连接,并交换信息,以组建成能量管理互联网络--能联网;
第二蒸发器(13-1)是干式蒸发器或满液式蒸发器或降膜式蒸发器;第一冷凝器(13-4)是管壳式冷凝器或板式冷凝器或套管式冷凝器或板翅式冷凝器或盘管式冷凝器。
2.按照权利要求1所述的燃气蒸汽有机三级循环发电制热制冷联产系统,其特征在于:有机工质(13-7)为R134a或R245fa。
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