CN105937754B - 一种燃气轮机内环水余热利用系统及方法 - Google Patents

一种燃气轮机内环水余热利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃气轮机内环水余热利用系统及方法。现有的燃气轮机内环水余热利用系统难以充分利用低品质热量。本发明包括燃气轮机，其特点是：还包括余热锅炉、热交换器、软化水处理装置和蒸汽热交换器，燃气轮机的烟气出口通过烟气余热利用管道与余热锅炉的烟气进口连接，热交换器的高温水侧出口通过内环水回流管道与燃气轮机的内环水进口连接，热交换器的低温水侧出口通过出水管道与软化水处理装置的进水口连接，软化水处理装置的出水口通过补水管道与余热锅炉的补水口连接，原水旁路截止阀的进口与原水管道连接，蒸汽热交换器的水侧出口通过旁路出水管道与软化水处理装置进水口连接。本发明能充分利用低品质热量，经济效益好。

Description

一种燃气轮机内环水余热利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机内环水余热利用系统及方法，是一种能够充分利用低品质余热的系统，属于余热利用技术领域。
背景技术
随着我国对燃气轮机技术的日渐重视，燃气轮机电站逐渐推广和应用开来，电站内的相关技术改造也日益变得重要。如[学位论文] 马文通， 2009 - 上海交通大学：动力机械及工程，公开的燃气轮机及燃气-蒸汽联合循环在部分工况下的仿真研究，记载了燃气轮机电站的相关情况。燃气轮机的发电机系统、润滑油系统、燃油泵等部位需要进行冷却，通常是采用闭式循环冷却水系统，将产生的废热通过循环水带出机组，保证燃气轮机工作在合理温度范围内。如燃气轮机排气量为1500t/h时，产生的内环水大约在200t/h左右，温度约为45℃，这部分热量品质低，难以利用。反渗透水处理装置在我国电站锅炉补水系统中应用广泛，反渗透膜的最佳工作温度为25-35℃之间，温度太低则出水率下降，温度太高则容易损坏反渗透膜，为了保证反渗透水处理装置的工作效率，电厂一般都是使用蒸汽对原水进行加热，将原水提高至适宜温度后送往反渗透水处理装置。
发明内容
本发明的目的在于可以有效解决燃气轮机电站内存在的两个问题：一是反渗透水处理系统使用蒸汽加热原水存在“高质低用”的现象，二是燃气轮机内环水废热无法有效利用的问题。本发明提供的燃气轮机内环水余热利用系统及方法能够有效地利用燃气轮机内环水所提供的低品质热源，通过热交换器对原水进行加热，保证了反渗透水处理装置的出水效率，有效利用了原本排放到环境中的废热，消除了以往存在的热量“高质低用”的现象，减少了热污染，提高了经济效益。同时系统是使用内环水余热利用系统和蒸汽旁路系统两套系统进行工作，在余热利用系统检修或出现故障时，仍能保证反渗透水处理装置的出水效率。此余热利用系统能充分利用低品质热量，经济效益好，能够很好地提高燃气轮机电站的能源利用效率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该燃气轮机内环水余热利用系统包括燃气轮机，其结构特点在于：还包括烟气余热利用管道、余热锅炉、废气排出管道、内环水排出管道、内环水余热利用阀、热交换器、内环水回流管道、原水管道、原水管道截止阀、出水管道、软化水处理装置、补水管道、原水旁路截止阀、原水旁路管道、蒸汽热交换器、旁路出水管道、蒸汽管道、蒸汽球阀和凝水排出管道，所述燃气轮机的烟气出口通过烟气余热利用管道与余热锅炉的烟气进口连接，所述余热锅炉的烟气出口连接废气排出管道，所述燃气轮机的内环水出口通过内环水排出管道与内环水余热利用阀的进口连接，所述内环水余热利用阀的出口与热交换器的高温水侧进口连接，所述热交换器的高温水侧出口通过内环水回流管道与燃气轮机的内环水进口连接，所述原水管道与原水管道截止阀的进口连接，所述原水管道截止阀的出口与热交换器的低温水侧进口连接，所述热交换器的低温水侧出口通过出水管道与软化水处理装置的进水口连接，所述软化水处理装置的出水口通过补水管道与余热锅炉的补水口连接，所述原水旁路截止阀的进口与原水管道连接，所述原水旁路截止阀的出口通过原水旁路管道与蒸汽热交换器的水侧进口连接，所述蒸汽热交换器的水侧出口通过旁路出水管道与软化水处理装置的进水口连接，所述余热锅炉的抽汽接口通过蒸汽管道与蒸汽球阀的进口连接，所述蒸汽球阀的出口与蒸汽热交换器的汽侧进口连接，所述蒸汽热交换器的汽侧出口与凝水排出管道连接。
作为优选，本发明还包括内环水散热阀、冷却塔和冷却水旁路管道，所述内环水散热阀的进口与内环水排出管道连接，所述内环水散热阀的出口与冷却塔的冷却水进口连接，所述冷却塔的冷却水出口通过冷却水旁路管道连接到内环水回流管道。
作为优选，本发明所述软化水处理装置为反渗透软化水处理装置。
作为优选，本发明所述冷却塔为闭式循环冷却塔。
作为优选，本发明能够在内环水余热利用系统和蒸汽加热系统间进行切换，保证了燃气轮机内环水散热系统的可靠性，提高了软化水处理装置的全周期效率。
一种燃气轮机内环水余热利用方法，其特点在于：采用燃气轮机内环水余热利用系统进行，所述燃气轮机内环水余热利用方法的步骤如下：
（1）当系统正常工作时，内环水余热利用阀和原水管道截止阀打开，内环水散热阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀关闭，燃气轮机输送烟气供余热锅炉工作，燃气轮机的内环水不停的进行循环，带出的热量由热交换器传递给原水，原水加热到适宜温度后由热交换器排出，进入软化水处理装置进行处理，为余热锅炉提供足够的补水；
（2）当热交换器出现故障或需要维护时，内环水余热利用阀和原水管道截止阀关闭，内环水散热阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀打开，原水通过原水旁路管道进入蒸汽热交换器，与来自余热锅炉的抽汽进行热量交换，原水温度达标后送入软化水处理装置进行处理；
（3）当锅炉补水量较小时，为保持燃气轮机的内环水回水温度在合理范围内，此时需打开内环水余热利用阀、原水管道截止阀和内环水散热阀，关闭原水旁路截止阀和蒸汽球阀，燃气轮机的内环水多余的热量通过冷却塔排走，保证燃气轮机安全工作；
（4）当锅炉补水量较大时，内环水余热利用阀、原水管道截止阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀打开，内环水散热阀关闭，使原水通过热交换器和蒸汽热交换器进行换热，保证软化水补水装置有充足的适宜温度的原水。
作为优选，本发明包括以下通道：燃气轮机的烟气通过烟气余热利用管道进入余热锅炉，随后通过废气排出管道排走形成燃气轮机烟气利用管道；燃气轮机的内环水通过内环水排出管道进入内环水余热利用阀，随后进入热交换器，再由内环水回流管道流回燃气轮机形成余热利用通道；燃气轮机的内环水通过内环水排出管道进入内环水散热阀，随后进入冷却塔，再经冷却水旁路管道流入内环水回流管道形成内环水散热通道；原水由原水管道进入原水管道截止阀，随后进入热交换器，再通过出水管道进入软化水处理装置，最后通过补水管道进入余热锅炉形成余热加热原水通道；原水由原水管道进入原水旁路截止阀随后通过原水旁路管道进入蒸汽热交换器再通过旁路出水管道进入软化水处理装置，最后通过补水管道进入余热锅炉形成原水蒸汽加热通道；余热锅炉通过蒸汽管道和蒸汽球阀进入蒸汽热交换器，随后通过凝水排出管道排出形成蒸汽放热通道。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）可以有效利用燃气轮机内环水的低品质废热，避免了热量的浪费；（2）节约了反渗透装置传统工艺所需的蒸汽，消除了热量“高质低用”的现象；（3）大大降低了燃气轮机内环水系统的冷却塔风机耗电量，提高了系统的经济效益；（4）内环水温度较低，不易出现原水加热后水温过高，损坏反渗透膜的现象；（5）以内环水余热利用系统为主，辅之以蒸汽加热系统，保证了系统的可靠性；（6）结构设计合理，构思独特，运行平稳，可靠性好。
附图说明
图1是本发明实施例中燃气轮机内环水余热利用系统的结构示意图。
图中：1、燃气轮机；2、烟气余热利用管道；3、余热锅炉；4、废气排出管道；5、内环水排出管道；6、内环水余热利用阀；7、热交换器；8、内环水回流管道；9、内环水散热阀；10、冷却塔；11、冷却水旁路管道；12、原水管道；13、原水管道截止阀；14、出水管道；15、软化水处理装置；16、补水管道；17、原水旁路截止阀；18、原水旁路管道；19、蒸汽热交换器；20、旁路出水管道；21、蒸汽管道；22、蒸汽球阀；23、凝水排出管道。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中的燃气轮机内环水余热利用系统包括燃气轮机1、烟气余热利用管道2、余热锅炉3、废气排出管道4、内环水排出管道5、内环水余热利用阀6、热交换器7、内环水回流管道8、内环水散热阀9、冷却塔10、冷却水旁路管道11、原水管道12、原水管道截止阀13、出水管道14、软化水处理装置15、补水管道16、原水旁路截止阀17、原水旁路管道18、蒸汽热交换器19、旁路出水管道20、蒸汽管道21、蒸汽球阀22和凝水排出管道23，其中，软化水处理装置15可以为反渗透软化水处理装置，冷却塔10可以为闭式循环冷却塔。
本实施例中的燃气轮机1的烟气出口通过烟气余热利用管道2与余热锅炉3的烟气进口连接，余热锅炉3的烟气出口连接废气排出管道4，燃气轮机1的内环水出口通过内环水排出管道5与内环水余热利用阀6的进口连接，内环水余热利用阀6的出口与热交换器7的高温水侧进口连接，热交换器7的高温水侧出口通过内环水回流管道8与燃气轮机1的内环水进口连接。
本实施例中的原水管道12与原水管道截止阀13的进口连接，原水管道截止阀13的出口与热交换器7的低温水侧进口连接，热交换器7的低温水侧出口通过出水管道14与软化水处理装置15的进水口连接，软化水处理装置15的出水口通过补水管道16与余热锅炉3的补水口连接。
本实施例中的原水旁路截止阀17的进口与原水管道12连接，原水旁路截止阀17的出口通过原水旁路管道18与蒸汽热交换器19的水侧进口连接，蒸汽热交换器19的水侧出口通过旁路出水管道20与软化水处理装置15的进水口连接。
本实施例中的余热锅炉3的抽汽接口通过蒸汽管道21与蒸汽球阀22的进口连接，蒸汽球阀22的出口与蒸汽热交换器19的汽侧进口连接，蒸汽热交换器19的汽侧出口与凝水排出管道23连接。
本实施例中的内环水散热阀9的进口与内环水排出管道5连接，内环水散热阀9的出口与冷却塔10的冷却水进口连接，冷却塔10的冷却水出口通过冷却水旁路管道11连接到内环水回流管道8。
本实施例中的燃气轮机内环水余热利用系统包括以下通道：燃气轮机1的烟气通过烟气余热利用管道2进入余热锅炉3，随后通过废气排出管道4排走形成燃气轮机烟气利用管道；燃气轮机1的内环水通过内环水排出管道5进入内环水余热利用阀6，随后进入热交换器7，再由内环水回流管道8流回至燃气轮机1形成余热利用通道；燃气轮机1的内环水通过内环水排出管道5进入内环水散热阀9，随后进入冷却塔10，再经冷却水旁路管道11流入内环水回流管道8形成内环水散热通道；原水由原水管道12进入原水管道截止阀13，随后进入热交换器7，再通过出水管道14进入软化水处理装置15，最后通过补水管道16进入余热锅炉3形成余热加热原水通道；原水由原水管道12进入原水旁路截止阀17随后通过原水旁路管道18进入蒸汽热交换器19再通过旁路出水管道20进入软化水处理装置15，最后通过补水管道16进入余热锅炉3形成原水蒸汽加热通道；余热锅炉3通过蒸汽管道21和蒸汽球阀22进入蒸汽热交换器19，随后通过凝水排出管道23排出形成蒸汽放热通道。
本实施例中的燃气轮机内环水余热利用方法的运行步骤如下。
（1）当燃气轮机内环水余热利用系统正常工作时，内环水余热利用阀6和原水管道截止阀13打开，内环水散热阀9、原水旁路截止阀17和蒸汽球阀22关闭，燃气轮机1输送烟气供余热锅炉3工作，燃气轮机1的内环水不停的进行循环，带出的热量由热交换器7传递给原水，原水加热到适宜温度后由热交换器7排出，进入软化水处理装置15进行处理，为余热锅炉3提供足够的补水。
（2）当热交换器7出现故障或需要维护时，内环水余热利用阀6和原水管道截止阀13关闭，内环水散热阀9、原水旁路截止阀17和蒸汽球阀22打开，原水通过原水旁路截止阀17和原水旁路管道18进入蒸汽热交换器19，与来自余热锅炉3的抽汽进行热量交换，原水温度达标后送入软化水处理装置15进行处理。
（3）当锅炉补水量较小时，为保持燃气轮机1的内环水回水温度在合理范围内，此时需打开内环水余热利用阀6、内环水散热阀9和原水管道截止阀13，关闭原水旁路截止阀17和蒸汽球阀22，燃气轮机1的内环水多余的热量通过冷却塔10排走，保证燃气轮机1安全工作。对于本领域技术人员而言，燃气轮机1的内环水回水温度的合理范围的具体温度数值是公知常识。
（4）当锅炉补水量较大时，内环水余热利用阀6、原水管道截止阀13、原水旁路截止阀17和蒸汽球阀22打开，内环水散热阀9关闭，使原水通过热交换器7和蒸汽热交换器19进行换热，保证软化水补水装置15有充足的适宜温度的原水。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种燃气轮机内环水余热利用系统，包括燃气轮机，其特征在于：还包括烟气余热利用管道、余热锅炉、废气排出管道、内环水排出管道、内环水余热利用阀、热交换器、内环水回流管道、原水管道、原水管道截止阀、出水管道、软化水处理装置、补水管道、原水旁路截止阀、原水旁路管道、蒸汽热交换器、旁路出水管道、蒸汽管道、蒸汽球阀和凝水排出管道，所述燃气轮机的烟气出口通过烟气余热利用管道与余热锅炉的烟气进口连接，所述余热锅炉的烟气出口连接废气排出管道，所述燃气轮机的内环水出口通过内环水排出管道与内环水余热利用阀的进口连接，所述内环水余热利用阀的出口与热交换器的高温水侧进口连接，所述热交换器的高温水侧出口通过内环水回流管道与燃气轮机的内环水进口连接，所述原水管道与原水管道截止阀的进口连接，所述原水管道截止阀的出口与热交换器的低温水侧进口连接，所述热交换器的低温水侧出口通过出水管道与软化水处理装置的进水口连接，所述软化水处理装置的出水口通过补水管道与余热锅炉的补水口连接，所述原水旁路截止阀的进口与原水管道连接，所述原水旁路截止阀的出口通过原水旁路管道与蒸汽热交换器的水侧进口连接，所述蒸汽热交换器的水侧出口通过旁路出水管道与软化水处理装置的进水口连接，所述余热锅炉的抽汽接口通过蒸汽管道与蒸汽球阀的进口连接，所述蒸汽球阀的出口与蒸汽热交换器的汽侧进口连接，所述蒸汽热交换器的汽侧出口与凝水排出管道连接。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机内环水余热利用系统，其特征在于：还包括内环水散热阀、冷却塔和冷却水旁路管道，所述内环水散热阀的进口与内环水排出管道连接，所述内环水散热阀的出口与冷却塔的冷却水进口连接，所述冷却塔的冷却水出口通过冷却水旁路管道连接到内环水回流管道。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机内环水余热利用系统，其特征在于：所述软化水处理装置为反渗透软化水处理装置。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机内环水余热利用系统，其特征在于：所述冷却塔为闭式循环冷却塔。
5.一种燃气轮机内环水余热利用方法，其特征在于：采用如权利要求1～4任一权利要求中的燃气轮机内环水余热利用系统进行，所述燃气轮机内环水余热利用方法的步骤如下：
（1）当系统正常工作时，内环水余热利用阀和原水管道截止阀打开，内环水散热阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀关闭，燃气轮机输送烟气供余热锅炉工作，燃气轮机的内环水不停的进行循环，带出的热量由热交换器传递给原水，原水加热到适宜温度后由热交换器排出，进入软化水处理装置进行处理，为余热锅炉提供足够的补水；
（2）当热交换器出现故障或需要维护时，内环水余热利用阀和原水管道截止阀关闭，内环水散热阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀打开，原水通过原水旁路管道进入蒸汽热交换器，与来自余热锅炉的抽汽进行热量交换，原水温度达标后送入软化水处理装置进行处理；
（3）当锅炉补水量较小时，为保持燃气轮机的内环水回水温度在合理范围内，此时需打开内环水余热利用阀、原水管道截止阀和内环水散热阀，关闭原水旁路截止阀和蒸汽球阀，燃气轮机的内环水多余的热量通过冷却塔排走，保证燃气轮机安全工作；
（4）当锅炉补水量较大时，内环水余热利用阀、原水管道截止阀、原水旁路截止阀和蒸汽球阀打开，内环水散热阀关闭，使原水通过热交换器和蒸汽热交换器进行换热，保证软化水补水装置有充足的适宜温度的原水。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机内环水余热利用方法，其特征在于：包括以下通道：燃气轮机的烟气通过烟气余热利用管道进入余热锅炉，随后通过废气排出管道排走形成燃气轮机烟气利用管道；燃气轮机的内环水通过内环水排出管道进入内环水余热利用阀，随后进入热交换器，再由内环水回流管道流回燃气轮机形成余热利用通道；燃气轮机的内环水通过内环水排出管道进入内环水散热阀，随后进入冷却塔，再经冷却水旁路管道流入内环水回流管道形成内环水散热通道；原水由原水管道进入原水管道截止阀，随后进入热交换器，再通过出水管道进入软化水处理装置，最后通过补水管道进入余热锅炉形成余热加热原水通道；原水由原水管道进入原水旁路截止阀随后通过原水旁路管道进入蒸汽热交换器再通过旁路出水管道进入软化水处理装置，最后通过补水管道进入余热锅炉形成原水蒸汽加热通道；余热锅炉通过蒸汽管道和蒸汽球阀进入蒸汽热交换器，随后通过凝水排出管道排出形成蒸汽放热通道。
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