CN105715382A - 蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的蒸发冷却?吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，包括有蒸发冷却?吸收式制冷复合进气冷却机组和外置水箱；蒸发冷却?吸收式制冷复合进气冷却机组的送风口与燃气轮机的进气口连接，燃气轮机的排气口处设置有发生器，发生器依次与气液分离器、溶液热交换器连接构成闭合回路，形成气?液处理系统；蒸发冷却?吸收式制冷复合进气冷却机组与气?液处理系统连接。本发明的燃气轮机冷却再利用系统，对燃气轮机进口空气进行梯级降温，用以提高燃气轮机功率输出；利用燃气轮机排气废热驱动吸收式制冷机冷却进气，不仅能有效利用燃气轮机的排气废热，还能提升燃气轮机的性能。

Description

蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统
技术领域
本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统。
背景技术
燃气轮机与活塞式内燃机、汽轮机动力装置相比，具有重量轻、体积小、设备简单、启动加速快、高效率、低噪音及低排放等诸多优点。然而，燃气轮机的发电功率、效率与空气进气温度密切相关，随着大气温度升高,空气密度降低,导致流经燃气轮机进气道的空气质量流量减少,引起燃气轮机发电功率下降，通常这种发电功率的减小恰恰发生在电力负荷较大的时候。据研究，环境温度升高1℃，最大可导致燃气轮机额定发电能力下降1％。另外，压气机的耗功量随吸入空气的热力学温度成正比，即大气温度升高时，压气机的耗功量也会增加。值得注意的是：燃气轮机排气有大量高温废热，若没有在排气处布置余热锅炉或吸收式制冷机，废气将直接排放，不仅会浪费能源和污染环境，而且不利于节能。
基于以上的弊端，对燃气轮机加装进气冷却装置，即将蒸发冷却技术与吸收式制冷相结合，对燃气轮机进口空气进行梯级降温能提高燃气轮机功率输出，利用燃气轮机排气废热驱动吸收式制冷机冷却进气，不但能有效利用燃气轮机的排气废热，还能提升燃气轮机的性能，是一种非常好的废热利用方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，对燃气轮机进口空气进行梯级降温，用以提高燃气轮机功率输出；利用燃气轮机排气废热驱动吸收式制冷机冷却进气，不仅能有效利用燃气轮机的排气废热，还能提升燃气轮机的性能。
本发明所采用的技术方案是，蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，包括有蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组和外置水箱；蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组的送风口与燃气轮机的进气口连接，燃气轮机的排气口处设置有发生器，发生器依次与气液分离器、溶液热交换器连接构成闭合回路，形成气-液处理系统；蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组与气-液处理系统连接。
本发明的特点还在于：
外置水箱连接有排水管。
排水管上分别设置有阀门b、流量表b。
蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有进风口、送风口；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有空气过滤器、蒸发冷却器、挡水板a、蒸发-过冷器联合单元及送风机；蒸发冷却器上方依次设置有挡水板b、吸收-冷凝器联合单元及二次排风机；二次排风机上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口；气液处理系统与蒸发-过冷器联合单元、吸收-冷凝器联合单元之间通过水管网连接，构成吸收式制冷机。
挡水板a呈倾斜设置；蒸发冷却器采用管式间接蒸发冷却器。
管式间接蒸发冷却器，包括有换热管组，换热管组的上方设置有布水管，布水管上均匀设置有多个面向换热管组喷淋的喷嘴，布水管通过供水管外接直流水供水管；换热管组的下方与机组壳体底部之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次风进风口。
换热管组由多根水平设置的换热管组成；供水管上分别设置有流量表a、阀门a。
蒸发-过冷器联合单元由通过循环水管连接的蒸发器和过冷器组成，形成闭合回路；吸收-冷凝器联合单元由吸收器和冷凝器组成；过冷器通过第三水管与吸收器连接，过冷器还通过第五水管与冷凝器连接；吸收器通过第一水管与气液分离器连接；冷凝器依次通过第二水管、第七水管与溶液热交换器连接，第七水管上设置有节流阀；冷凝器还依次通过第四水管、第六水管与溶液热交换器连接，第六水管上设置有溶液泵。
吸收器采用空冷型吸收器。
冷凝器采用风冷式冷凝器。
本发明的有益效果还在于：
1.本发明的燃气轮机冷却再利用系统，将蒸发冷却技术与吸收式制冷技术相结合，通过对燃气轮机进口空气进行梯级降温，大大提高了燃气轮机的发电功率和效率。
2.在本发明的燃气轮机冷却再利用系统中，吸收式制冷机的运行全部由燃气轮机的高温排气废热驱动，具有节约能源及经济环保的优点。
3.在本发明的燃气轮机冷却再利用系统中，管式间接蒸发冷却器中的用水采用的是直流水，能够大大减小系统结垢的风险，并且直流水是经过全膜法处理后的水，保证了水质的清洁度；经蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组后的水再回收用于其他用途，有效避免能量的浪费。
4.在本发明的燃气轮机冷却再利用系统中，挡水板呈倾斜放置，增大了空气与挡水板的接触面积和时间，空气与水蒸气的混合物流向下游的挡水板，其中的小水滴和部分水雾在挡水板上凝结成大水滴，并在重力的作用下落入水箱，降低了进气的携水率，减少了压气机因进气空气水量增加而导致的负荷消耗；同时空气中的微小尘埃也随水滴落入水箱，淋洒下来的水对空气还起到了水洗除尘的辅助效果，避免了进气中的微量杂质对冷凝器和吸收器的腐蚀。
5.本发明的燃气轮机冷却再利用系统是干空气能和余热废热这些低品位能源与天然气这种常规能源的完美结合，有效的发展了常规能源，同时也开发利用了低品位能源。
6.在本发明的燃气轮机冷却再利用系统中，管式间接蒸发冷却器的二次排风能带走吸收式制冷机中吸收器和冷凝器的热量，提高了吸收式制冷机的运行效率，也是对管式间接蒸发冷却器二次排风中能量的回收再利用。
附图说明
图1是本发明燃气轮机冷却再利用系统的结构示意图。
图中，1.进风口，2.空气过滤器，3.换热管，4.布水管，5.挡水板a，6.供水管，7.外置水箱，8.吸收器，9.蒸发器，10.冷凝器，11.过冷器，12.送风机，13.送风口，14.燃气轮机，15.排气口，16.发生器，17.气液分离器，18.溶液泵，19.节流阀，20.溶液热交换器，21.流量表a，22.阀门a，23.阀门b，24.流量表b，25.排水管，26.二次排风机，27.二次排风口，28.挡水板b，29.二次风进风口，30.第一水管，31.第二水管，32.第三水管，33.第四水管，34.第五水管，35.第六水管，36.第七水管，37.循环水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，其结构如图1所示，包括有蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组和外置水箱7；蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组的送风口13与燃气轮机14的进气口连接，燃气轮机14的排气口15处设置有发生器16，发生器16依次与气液分离器17、溶液热交换器20连接构成闭合回路，形成气-液处理系统；蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组与气-液处理系统连接。
外置水箱7位于蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组的外部，外置水箱7连接有排水管25；排水管25上分别设置有阀门b23、流量表b24。
蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组，如图1所示，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有进风口1、送风口13；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有空气过滤器2、蒸发冷却器、挡水板a5、蒸发-过冷器联合单元及送风机12；蒸发冷却器上方依次设置有挡水板b28、吸收-冷凝器联合单元及二次排风机26；二次排风机26上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口27；气液处理系统与蒸发-过冷器联合单元、吸收-冷凝器联合单元之间通过水管网连接，构成吸收式制冷机。
蒸发冷却器采用管式间接蒸发冷却器。挡水板a5呈倾斜设置。送风口13内设置有风量控制阀门。
管式间接蒸发冷却器，其结构如图1所示，包括有换热管组，换热管组的上方设置有布水管4，布水管4上均匀设置有多个面向换热管组喷淋的喷嘴，布水管4通过供水管6外接直流水供水管；换热管组的下方与机组壳体底部之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次风进风口29。
换热管组由多根水平设置的换热管3组成。供水管6上分别设置有流量表a21、阀门a22。
气液处理系统、蒸发-过冷器联合单元、吸收-冷凝器联合单元之间的水管网结构具体如下：
蒸发-过冷器联合单元由通过循环水管37连接的蒸发器9和过冷器11组成，形成闭合回路；吸收-冷凝器联合单元由吸收器8和冷凝器10组成；过冷器11通过第三水管32与吸收器8连接，过冷器11还通过第五水管34与冷凝器10连接；吸收器8通过第一水管30与气液分离器17连接；冷凝器10依次通过第二水管31、第七水管36与溶液热交换器20连接，第七水管36上设置有节流阀19；冷凝器10还依次通过第四水管33、第六水管35与溶液热交换器20连接，第六水管35上设置有溶液泵18。
冷凝器10采用风冷式冷凝器；吸收器8采用空冷型吸收器。
本发明蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，其工作过程具体如下：
1.风系统工作过程具体如下：
a.室外新风由进风口1进入机组壳体内，经空气过滤器2过滤后，进入管式间接蒸发冷却器的换热管组内，在换热管组内实现等湿降温，经挡水板a5脱水后，通过吸收式制冷机内的蒸发器9，实现等湿冷却，经两次等湿降温后的空气在送风机12的作用下经送风口13进入燃气轮机14内，燃气轮机14的排气通过排气口15进入发生器16中，将排气废热作为其驱动热源。
b.经二次进风口29进入管式间接蒸发冷却器的二次空气与换热管3表面的均匀水膜(直流水经布水管4上的喷嘴喷淋在换热管3表面形成水膜)发生热湿交换，二次空气经过充分的热湿交换，降温加湿后经挡水板b28脱水，同时带走吸收式制冷机内冷凝器10和吸收器8热量后，在二次排风机26的作用下，经二次排风口27排出室外。
2.水系统工作过程具体如下：
打开供水管6上的阀门a22，经全膜法处理后的水经供水管6输送至换热管3上部的布水管4内，由布水管4上设置的多个喷嘴将水均匀地喷洒在换热管3的表面，由于重力作用水自上往下如水帘般落入外置水箱7中，其中部分水因吸收空气的显热汽化蒸发后变成水蒸气，未蒸发的水流回外置水箱7，经排水管25排出后用于其他用途；而空气与水蒸气的混合物流向倾斜设置的挡水板a5，其中的小水滴和部分水雾在挡水板a5上凝结成大水滴，并在重力的作用下落入外置水箱7中。
3.吸收式制冷机工作过程具体如下：
利用燃气轮机14排气废热作为驱动热源，发生器16中R124-DMAC浓溶液经加热分离出制冷剂(R124)蒸气；然后过热的制冷剂蒸气在冷凝器10(风冷式冷凝器)中冷凝成液相R124制冷剂液体；液相R124制冷剂液体流入过冷器11中，与从蒸发器9中流出的R124气相制冷剂进行换热，此时有较高过冷度的液相R124制冷剂再经节流阀19进行等焙降压；降低至蒸发压力后变成气液两相的R124制冷剂进入蒸发器9中蒸发冷却燃气轮机14的进气；蒸发器9内产生的低压制冷剂蒸气经过冷器11加热后，与发生器16发生过后分离出来，并在溶液热交换器20中进行冷却降温，经节流阀19等焙降压后的R124-DMAC稀溶液进入吸收器8(空冷型吸收器)中进行降膜吸收；吸收后产生的R124-DMAC浓溶液经溶液泵18升压、溶液热交换器20升温后进入发生器16中，再次被燃气轮机14排气废热加热，进入下一次循环。
本发明蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，将间接蒸发冷却技术与吸收式制冷技术结合，经协调配合，实现了对燃气轮机14进气进行梯级冷却的同时也对其废热进行了回收再利用。对燃气轮机14进气口空气进行梯级降温，吸收式制冷机的运行全部由燃气轮机14的高温排气废热驱动；管式间接蒸发冷却器内采用直流水能大大减小系统结垢的风险，并且直流水是经过全膜法处理后的冷却水，保证了水的清洁度，而且经蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组使用后的水可以被回收用于其他用途，避免了能量的浪费；采用倾斜放置的挡水板a5，降低了进气的携水率，避免了进气中的微量杂质对燃气轮机14叶片的腐蚀；回收再利用管式间接蒸发冷却器的二次排风，用其带走吸收式制冷机中吸收器8和冷凝器10的热量，提高吸收式制冷机的运行效率；本发明蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统有效的发展了天然气这种常规能源，同时也开发利用了干空气能和余热废热这些低品位能源。
本发明蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，解决了由于环境温度升高导致燃气轮机14额定发电能力下降，燃气轮机14废气直接排放导致能源浪费和环境污染的问题。

Claims (10)

1.蒸发冷却-吸收式制冷结合的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，包括有蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组和外置水箱(7)；所述蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组的送风口(13)与燃气轮机(14)的进气口连接，燃气轮机(14)的排气口(15)处设置有发生器(16)，所述发生器(16)依次与气液分离器(17)、溶液热交换器(20)连接构成闭合回路，形成气-液处理系统；所述蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组与气-液处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述外置水箱(7)连接有排水管(25)。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述排水管(25)上分别设置有阀门b(23)、流量表b(24)。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述蒸发冷却-吸收式制冷复合进气冷却机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有进风口(1)、送风口(13)；
所述机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有空气过滤器(2)、蒸发冷却器、挡水板a(5)、蒸发-过冷器联合单元及送风机(12)；所述蒸发冷却器上方依次设置有挡水板b(28)、吸收-冷凝器联合单元及二次排风机(26)；
所述二次排风机(26)上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口(27)；
所述气液处理系统与蒸发-过冷器联合单元、吸收-冷凝器联合单元之间通过水管网连接，构成吸收式制冷机。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述挡水板a(5)呈倾斜设置；
所述蒸发冷却器采用管式间接蒸发冷却器。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述管式间接蒸发冷却器，包括有换热管组，所述换热管组的上方设置有布水管(4)，所述布水管(4)上均匀设置有多个面向换热管组喷淋的喷嘴，所述布水管(4)通过供水管(6)外接直流水供水管；
所述换热管组的下方与机组壳体底部之间形成二次风流道，所述二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次风进风口(29)。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述换热管组由多根水平设置的换热管(3)组成；
所述供水管(6)上分别设置有流量表a(21)、阀门a(22)。
8.根据权利要求4所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述蒸发-过冷器联合单元由通过循环水管(37)连接的蒸发器(9)和过冷器(11)组成，形成闭合回路；
所述吸收-冷凝器联合单元由吸收器(8)和冷凝器(10)组成；
所述过冷器(11)通过第三水管(32)与吸收器(8)连接，所述过冷器(11)还通过第五水管(34)与冷凝器(10)连接；
所述吸收器(8)通过第一水管(30)与气液分离器(17)连接；
所述冷凝器(10)依次通过第二水管(31)、第七水管(36)与溶液热交换器(20)连接，所述第七水管(36)上设置有节流阀(19)；
所述冷凝器(10)还依次通过第四水管(33)、第六水管(35)与溶液热交换器(20)连接，所述第六水管(35)上设置有溶液泵(18)。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述吸收器(8)采用空冷型吸收器。
10.根据权利要求8所述的燃气轮机冷却再利用系统，其特征在于，所述冷凝器(10)采用风冷式冷凝器。
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