CN105822431B - 可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统，包括：烟气‑热水换热器、空气‑水换热器、膨胀水箱、管道泵、低温热源热水型溴化锂制冷机以及阀门；所述低温热源热水型溴化锂制冷机和空气‑水换热器所利用热源均为余热锅炉尾部烟气余热；在低温季节，该系统能够加热压气机进气，防止空气中水滴结冰，提高机组的运行安全性和热经济性；在高温季节，该系统能够冷却压气机进气，提高机组的调峰能力和热经济性；所述系统以余热锅炉排烟余热为热源，实现压气机进气温度平抑功能，通过阀门的启闭能够进行压气机进气加热和冷却功能的切换，具有提高机组安全性和经济性的双重效益。
Description
技术领域：
本发明涉及一种可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统，该系统以余热锅炉排烟余热为热源，集成了进气冷却和进气加热两项功能，能够在高温季节有效降低进入燃气轮机的空气温度，在低温季节有效提高燃气轮机的进气温度，具有提高机组安全性和经济性的双重效益；本发明属于能源利用技术领域。
背景技术：
燃气轮机是高速旋转的动力机械，燃气轮机联合循环机组的运行安全性和热力性能(出力、热效率)均与大气温度密切相关。
空气由进气通道进入压气机是一个降压增速过程，据研究会有5℃的温降，当环境温度较低时，空气中的水滴容易结冰，使运行中的压气机易发生“吞冰”危险，造成压气机叶片被打伤或打断的恶性事故。因此，在压气机进气通道内配备进气加热系统，能够防止低温季节温度较低的情况下空气中水滴结冰，提高联合循环机组的运行安全性。
联合循环机组的出力随大气温度的增加而降低，导致高温季节用电高峰时段机组的调峰能力不足，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％。因此有必要在高温季节采取降低燃气轮机进气温度的措施，以提高机组的出力，改善机组的调峰性能。
大气温度过低或过高均对联合循环机组热效率不利，因此采用适当措施在低温季节提高进气温度，在高温季节降低进气温度，有利于提高联合循环机组的热效率。
目前燃气轮机及其联合循环机组的进气加热和冷却系统主要利用汽轮机供热抽汽或低压主蒸汽，如公布日为2014年7月2日，公布号为CN203685935U的中国专利，公开了一种用于燃气轮机进气加热与冷却的集成系统，该装置在高温季节利用汽轮机供热抽汽或低压主蒸汽作为溴化锂制冷机的热源制取冷媒水，作为进气冷却的冷源；在低温季节利用电厂闭式冷却水回水作为进气加热的热源，实现了进气冷却和加热两大系统的整合。但以汽轮机抽汽或者余热锅炉主蒸汽等高品位汽源作为热媒会对机组出力和热效率产生不利影响。
联合循环机组的排烟会带走大量热能，如F级联合循环机组余热锅炉排烟温度能超过90℃，排烟流量超过2000t/h，烟气余热不仅具有很高的利用潜力，其直接排放还会造成环境的热污染；天然气燃烧后烟气的酸露点在60-70℃左右，且其含尘量小，不易造成换热器腐蚀和阻塞，因此联合循环机组的烟气余热利用具有必要性和可行性。
目前尚没有一种系统设计合理，可平抑压气机高/低进气温度并提高性能的联合循环机组余热利用系统。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种系统设计合理，可平抑压气机高/低进气温度并提高性能的联合循环机组余热利用系统；该系统通过在余热锅炉尾部烟道设置烟气-热水换热器，并在压气机进气通道内设置空气-水换热器，以烟气余热为热源，系统低温季节加热进气、高温季节冷却进气，并实现进气加热和冷却运行模式的灵活切换。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统，包括位于余热锅炉尾部烟道中的烟气-热水换热器、位于压气机进气通道内的空气-水换热器、膨胀水箱以及低温热源热水型溴化锂制冷机；其中，
所述空气-水换热器水侧低温季节流入热媒水加热通道内空气，热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器所产生热水；空气-水换热器水侧高温季节流入冷媒水冷却通道内空气，冷媒水来自低温热源热水型溴化锂制冷机，低温热源热水型溴化锂制冷机的热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器所产生热水；
所述烟气-热水换热器的水侧出口分别连接至空气-水换热器的水侧入口和低温热源热水型溴化锂制冷机的热源水入口；
所述膨胀水箱入口分别连接至空气-水换热器的水侧出口和低温热源热水型溴化锂制冷机热媒水出口；所述膨胀水箱出口连接至烟气-热水换热器水侧入口。
本发明进一步的改进在于，所述余热锅炉为单压或多压，有再热或无再热型式。
本发明进一步的改进在于，还包括燃气透平、烟囱和压气机进气通道，其中，所述压气机入口连接至压气机进气通道；燃气透平的排气连接至余热锅炉，所述余热锅炉排气连接至烟囱。
本发明进一步的改进在于，还包括汽轮机和凝汽器，所述的余热锅炉蒸汽排汽口连接至汽轮机；所述汽轮机排汽口连接至凝汽器。
本发明进一步的改进在于，所述烟气-热水换热器的水侧出口通过第一阀门和第三阀门分别连接至空气-水换热器的水侧入口和低温热源热水型溴化锂制冷机的热源水入口，所述膨胀水箱入口分别通过第二阀门和第四阀门连接至空气-水换热器的水侧出口和低温热源热水型溴化锂制冷机热媒水出口；所述膨胀水箱出口通过第一管道泵和第十阀门连接至烟气-热水换热器水侧入口；
所述低温热源热水型溴化锂制冷机上设置的冷却水进口和出口分别通过第九阀门和第八阀门连接至电厂循环水管路；低温热源热水型溴化锂制冷机设有冷媒水进口和出口，冷媒水出口通过第五阀门、第二管道泵和第七阀门连接于空气-水换热器水侧入口，且冷媒水经过所述空气-水换热器后通过第六阀门返回至低温热源热水型溴化锂制冷机的冷媒水进口。
本发明的有益效果是：
在低温季节较冷情况下投运进气加热系统，不仅能够防止压气机入口所吸入的空气温度低于其露点温度，造成空气内所含的水分结冰而威胁机组的安全运行，还能够提高机组满负荷时的净效率，如将9FA燃气轮机的进气温度从-5.6℃加热至15℃，联合循环机组的净效率增加约0.5个百分点；在高温季节较热情况下投运进气冷却系统，可以增加联合循环机组出力和热效率，提高机组的调峰性能，如将9FA燃气轮机的进气温度从40℃冷却至30℃，联合循环机组净出力增加约20MW，净效率提高约0.2个百分点；由于本发明需要在压气机进气通道和余热锅炉尾部加装换热器，会使系统空气侧和烟气侧产生一定的阻力损失，针对某F级联合循环机组初步测算，压气机进气阻力损失不超过1.5kPa，余热锅炉排烟阻力损失不超过0.5kPa，系统阻力损失很小，且通过优化设计能够进一步降低换热器阻力，因此并不会改变系统整体性能优化的趋势。
附图说明：
图1是本发明所述一种可平抑压气机高/低进气温度并提高性能的联合循环机组余热利用系统的结构原理示意图。
图中的标号有：1为压气机，2为燃气透平，3为汽轮机，4为余热锅炉，5为烟气-热水换热器，6为烟囱，7为压气机进气通道，8为空气-水换热器，9为凝汽器，10为膨胀水箱，11为第一管道泵，12为第二管道泵，13为低温热源热水型溴化锂制冷机，101至110分别为第一阀门至第十阀门。
具体实施方式：
下面将结合附图及实施例对本发明作详细的介绍：
如图1所示，本发明所述一种可平抑压气机高/低进气温度并提高性能的联合循环机组余热利用系统，它主要包括：位于余热锅炉4尾部烟道中的烟气-热水换热器5、位于压气机进气通道内的空气-水换热器8、膨胀水箱10、第一管道泵11、第二管道泵12、低温热源热水型溴化锂制冷机13以及第一至第十阀门101-110；所述系统中空气-水换热器8水侧低温季节流入热媒水加热通道内空气，热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器5所产生热水；所述系统中空气-水换热器8水侧高温季节流入冷媒水冷却通道内空气，冷媒水来自低温热源热水型溴化锂制冷机13，低温热源热水型溴化锂制冷机13的热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器5所产生热水；
所述烟气-热水换热器5的水侧出口至少通过第一阀门101和第三阀门103分别连接至空气-水换热器8的水侧入口和低温热源热水型溴化锂制冷机13的热源水入口；
所述膨胀水箱10入口分别至少通过第二阀门102和第四阀门104连接至空气-水换热器8的水侧出口和低温热源热水型溴化锂制冷机13热媒水出口；所述膨胀水箱10出口至少通过第一管道泵11和第十阀门110连接至烟气-热水换热器5水侧入口。
本发明所述的余热锅炉4可为单压或多压，有再热或无再热型式。
本发明所述的压气机1入口连接至压气机进气通道7；燃气透平2的排气连接至余热锅炉4，所述余热锅炉4排气连接至烟囱6。
本发明所述的余热锅炉4产生蒸汽并连接至汽轮机3；所述汽轮机3排汽口连接至凝汽器9。
本发明所述的烟气-热水换热器5将入口温度为60-70℃的低温水加热至温度为75-85℃的高温热水。
本发明所述的低温热源热水型溴化锂制冷机13上设置的冷却水进口和出口分别通过第九阀门109和第八阀门108连接至电厂循环水管路；低温热源热水型溴化锂制冷机13设有冷媒水进口和出口，冷媒水出口通过第五阀门105、第二管道泵12和第七阀门107连接于空气-水换热器8水侧入口，且冷媒水经过所述空气-水换热器8后至少通过第六阀门106返回至低温热源热水型溴化锂制冷机13的冷媒水进口。
实施例：
联合循环进气加热系统中采用电厂余热锅炉尾部烟气余热作为空气加热的热源，在烟气排入烟囱前将烟气-热水换热器5内的低温水加热至高温，高温水经过第一阀门101后接至空气-水换热器8的水侧入口，在空气-水换热器8内与低温空气换热后形成低温水，通过第二阀门102返回至膨胀水箱10，膨胀水箱10内的低温水经过第一管道泵11和第10阀门110后进入烟气-热水换热器5。
联合循环进气冷却系统中低温热源热水型溴化锂制冷机13所用驱动热源为余热锅炉尾部烟气-热水换热器5产生的高温水，高温水经过第三阀门103后进入低温热源热水型溴化锂制冷机13，高温水经冷却后形成的低温水经过第四阀门104后返回至膨胀水箱10，膨胀水箱10内的低温水经过第一管道泵11和第10阀门110后进入烟气-热水换热器5。低温热源热水型溴化锂制冷机13的冷却水采用电厂的循环冷却水，从循环水泵出口引出一路冷却水经过第九阀门109后与低温热源热水型溴化锂制冷机13相连，冷却水回水经过第八阀门108返回至主循环水回水管道。低温热源热水型溴化锂制冷机13产生的冷媒水经过第五阀门105并通过第二管道泵12，经过第七阀门107后进入空气-水换热器8中，与压气机进气通道7内的热空气进行热交换后经第六阀门106返回至低温热源热水型溴化锂制冷机13。
本发明的工作过程如下：
联合循环进气加热与冷却的运行模式切换采用阀门组来控制。进气加热系统投运时，第一阀门101、第二阀门102、第十阀门110开启，第三阀门103至第九阀门109均关闭；进气冷却系统投运时，第一阀门101和第二阀门102关闭，第三阀门103至第十阀门110开启。
联合循环进气加热过程，利用余热锅炉尾部的烟气余热加热介质，将烟气-热水换热器5内的低温水加热至高温，高温水经过第一阀门101进入空气-水换热器8内，与压气机进气通道7内的低温空气换热后形成低温水，通过第二阀门102返回至膨胀水箱10，膨胀水箱10内的低温水经过第一管道泵11和第10阀门110后进入烟气-热水换热器5重新加热。
联合循环进气冷却过程，低温热源热水型溴化锂制冷机13所用驱动热源为余热锅炉尾部烟气-热水换热器5产生的高温水，高温水经过第三阀门103后进入低温热源热水型溴化锂制冷机13，高温水经冷却后形成低温水经过第四阀门104后返回至膨胀水箱10，膨胀水箱10内的低温水经过第一管道泵11和第10阀门110后返回烟气-热水换热器5重新加热。低温热源热水型溴化锂制冷机13产生的冷媒水经过第五阀门105并通过第二管道泵12，经过第七阀门107后进入空气-水换热器8中，与压气机进气通道7内的热空气进行热交换后经第六阀门106返回至低温热源热水型溴化锂制冷机13。低温热源热水型溴化锂制冷机13的冷却水采用电厂的循环冷却水，从循环水泵出口引出一路冷却水经过第九阀门109后与低温热源热水型溴化锂制冷机13相连，冷却水回水经过第八阀门108返回至主循环水回水管道。
Claims (2)
1.可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统，其特征在于，包括位于余热锅炉（4）尾部烟道中的烟气-热水换热器（5）、位于压气机（1）进气通道内的空气-水换热器（8）、膨胀水箱（10）以及低温热源热水型溴化锂制冷机（13）；其中，
所述空气-水换热器（8）水侧低温季节流入热媒水加热通道内空气，热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器（5）所产生热水；空气-水换热器（8）水侧高温季节流入冷媒水冷却通道内空气，冷媒水来自低温热源热水型溴化锂制冷机（13），低温热源热水型溴化锂制冷机（13）的热媒水来自余热锅炉烟气-热水换热器（5）所产生热水；
所述烟气-热水换热器（5）的水侧出口分别连接至空气-水换热器（8）的水侧入口和低温热源热水型溴化锂制冷机（13）的热源水入口；
所述膨胀水箱（10）入口分别连接至空气-水换热器（8）的水侧出口和低温热源热水型溴化锂制冷机（13）热媒水出口；所述膨胀水箱（10）出口连接至烟气-热水换热器（5）水侧入口；
还包括燃气透平（2）、烟囱（6）和压气机进气通道（7），其中，所述压气机（1）入口连接至压气机进气通道（7）；燃气透平（2）的排气连接至余热锅炉（4），所述余热锅炉（4）排气连接至烟囱（6）；
还包括汽轮机（3）和凝汽器（9），所述的余热锅炉（4）蒸汽排汽口连接至汽轮机（3）；所述汽轮机（3）排汽口连接至凝汽器（9）；
所述余热锅炉（4）为单压或多压，有再热或无再热型式。
2.根据权利要求1所述的可平抑压气机高/低进气温度的联合循环余热利用系统，其特征在于，所述烟气-热水换热器（5）的水侧出口通过第一阀门（101）和第三阀门（103）分别连接至空气-水换热器（8）的水侧入口和低温热源热水型溴化锂制冷机（13）的热源水入口，所述膨胀水箱（10）入口分别通过第二阀门（102）和第四阀门（104）连接至空气-水换热器（8）的水侧出口和低温热源热水型溴化锂制冷机（13）热媒水出口；所述膨胀水箱（10）出口通过第一管道泵（11）和第十阀门（110）连接至烟气-热水换热器（5）水侧入口；
所述低温热源热水型溴化锂制冷机（13）上设置的冷却水进口和出口分别通过第九阀门（109）和第八阀门（108）连接至电厂循环水管路；低温热源热水型溴化锂制冷机（13）设有冷媒水进口和出口，冷媒水出口通过第五阀门（105）、第二管道泵（12）和第七阀门（107）连接于空气-水换热器（8）水侧入口，且冷媒水经过所述空气-水换热器（8）后通过第六阀门（106）返回至低温热源热水型溴化锂制冷机（13）的冷媒水进口。
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