CN106150700B - 海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，包括：燃气轮机（1）、余热锅炉（2）、汽轮机（3）、蒸汽型溴冷机（4）、蒸汽减温器（5）、表冷器（6）、大温差海水换热器（7）、离心式电制冷机（8）、海水源（9）、冷却水泵（10）、冷水泵（11）、海水泵（13）、减压阀门（14），这些设备与相关管道连接并受专用控制系统控制调节。利用海边联合循环电厂汽轮机（3）抽汽驱动溴冷机（配高温冷却水）产生高温冷水、组合大冷量的离心式电制冷机（配低温冷却水）产生的低温冷水形成大温差冷水、冷却燃机进气、提升电厂发电功率及效率。具有综合能耗低、进气温降大、造价省、占地少等优点，在海边大型联合循环电厂高温季节节能、增效领域应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却装置，具体涉及一种海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，属于燃气轮机节能、增效设备技术领域。
背景技术
燃机进气冷却技术是解决燃机高温季节出力不足、效率下降的有效手段,对于海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站，传统的以蒸汽驱动的燃机进气冷却装置，一般包括燃气轮机，余热锅炉，汽轮机，蒸汽型制冷机等结构，虽能缓解高温时段燃机出力不足的问题，但同时存三大主要问题：1.燃机进气冷却装置综合能耗高，对于海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站，传统的以蒸汽驱动的燃机进气冷却装置虽然采用做过功的汽轮机抽汽来制冷，在制冷环节一次性能源消耗不大，但由于常规的蒸汽型溴冷机冷水温差小、一般不超过10℃，使得冷水泵的输送功率大；冷却水温差小（一般不超过6℃）、冷凝热大，冷却水及海水循环泵的输送功率更大，尤其是电厂离海边较远（有的达数公里或数十公里远）时，海水泵的输送功率极大。故燃机进气冷却装置综合能耗高。2.燃机进气冷却装置投资大，对于海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站，传统的以蒸汽驱动的燃机进气冷却装置由于冷水、冷却水、海水循环都采用小温差方式，故冷水、冷却水、海水管道及泵的投资很大；加上蒸汽型溴冷机的单机制冷量不能做得很大，一般不超过500万大卡/小时（此种容量还要分体运输、现场组装），单位冷量的造价高；以上两因素也导致项目在土建投资增大，整个燃机进气冷却装置投资偏高。3.燃机进气冷却装置占地面积大，对于海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站，传统的以蒸汽驱动的燃机进气冷却装置由于蒸汽型溴冷机的体积、尺寸偏大，机房占地面积大，在某些厂房面积紧张的地区很难找到足够大的地方布置制冷机房。
以上三方面的缺陷，极大地降低了项目的经济性,影响了海边大型燃气-蒸汽联合循环电站高温季节燃机进气冷却技术的推广前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有海水冷却、燃气轮机进气冷却装置主要缺点，设计一种综合能源效率高、投资省、占地少的的高效燃机进气冷却装置。该装置进气降温幅度大、大温差产冷、大温差排热、适合在海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站中采用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下，一种海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置,其特征在于，所述海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置包括燃气轮机、余热锅炉、汽轮机、蒸汽型溴冷机、蒸汽减温器、表面式空气冷却器、大温差海水换热器、离心式电制冷机、海水源、冷却水泵、冷水泵、凝水泵、海水泵、减压阀，所述蒸汽型溴冷机冷水入口通过管道、冷水泵与表面式空气冷却器冷水出口相连，蒸汽型溴冷机冷水出口通过管道与电制冷机的冷水入口相连；蒸汽型溴冷机凝水出口通过管道、凝水泵、减压阀门与余热锅炉的除氧器入口相连，蒸汽型溴冷机蒸汽入口通过管道与蒸汽减温器的饱和蒸汽出口相连；蒸汽减温器的过热蒸汽入口通过管道与汽轮机的过热蒸汽抽汽口相连，蒸汽减温器的凝水入口通过管道与凝水泵出口相连；蒸汽型溴冷机冷却水出口通过管道、冷却水泵与大温差海水换热器的冷却水入口相连，蒸汽型溴冷机冷却水入口通过管道与电制冷机的冷却水出口相连；大温差海水换热器的冷却水出口通过管道与电制冷机的冷却水入口相连；大温差海水换热器的海水出口通过管道、海水泵与海水源的海水入口相连；大温差海水换热器的海水入口通过管道与海水源的海入出口相连；电制冷机的冷水出口通过管道与表面式空气冷却器的冷水入口相连。
作为本发明的一种改进，所述蒸汽型溴冷机是一种以溴化锂溶液为工质、水为制冷剂、蒸汽为驱动能源的溴化锂吸收式制冷机，包括蒸汽单效溴冷机和蒸汽双效溴冷机，蒸汽单效溴冷机包括蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器，所述蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器依次连接，所述蒸汽双效溴冷机包括蒸发器、吸收器、高压发生器、低压发生器以及冷凝器，其中蒸发器通过吸收器、高压发生器和低压发生器与冷凝器连接。
作为本发明的一种改进，所述离心式电制冷机是一种以电能驱动、氟利昂类制冷剂为工质的压缩式制冷机，主要由蒸发器、冷凝器、离心压缩机和节流阀四大部件组成。
作为本发明的一种改进，所述表面式空气冷却器是一种低温冷水与热空气进行间接换热的换热设备，通常采用管翅铜管加铝翅片式换热器，管内流的是冷水、管外流的是热空气。
作为本发明的一种改进，所述大温差海水换热器是一种海水与制冷机冷却水换热的换热设备，通常采用高效板式换热器。考虑到海水的腐蚀性，一般采用钛合金等耐腐蚀材料。
作为本发明的一种改进，所述蒸汽减温器是一种通过向过热蒸汽里加入凝水变为饱和蒸汽的蒸汽温度调节器。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明的海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，主要是在现有的海水冷却、蒸汽型溴冷机驱动的燃机进气冷却装置的基础上，增设高效率的离心式电制冷机、将普通的海水换热器改为大温差海水换热器，并在蒸汽型溴冷机与离心式电制冷机的系统管路连接方式上进行优化，即冷水串联流程，蒸汽型溴冷机承担高温冷水的制取，离心式电制冷机承担低温水的制取；冷却水串联流程，蒸汽型溴冷机采用高温冷却水冷却，离心式电制冷机采用低温冷却水冷却；多台燃机进气冷却装置可以共用1台离心式电制冷机。由于蒸汽型溴冷机在冷水温度高时制冷效率高、体积小，而离心式电制冷机在冷水温度低时能效优势明显、在大冷量需求时尺寸、重量优势明显，这样的组合方式实现了进气冷却装置综合能耗低、性价比高、燃机进气温降大的独特优势，最适合在海边的大型燃气-蒸汽联合循环电站高温季节节能增效领域应用。
附图说明
图1 是本发明海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置的结构示意图；
图1.1 是多台（如4台）燃机进气冷却装置冷水系统流程图；
图1.2 是多台（如4台）燃机进气冷却装置冷却水系统流程图；
图2 是蒸汽单效溴冷机工作原理图；
图3是蒸汽双效溴冷机工作原理图；
图4 是离心式电制冷机工作原理图。
具体实施方式
为了加深对本发明认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明和介绍。
实施例1：
参见图1，一种海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，具体包括：燃气轮机1、余热锅炉2、汽轮机3、蒸汽型溴冷机4、蒸汽减温器5、表面式空气冷却器6、大温差海水换热器7、离心式电制冷机8、海水源9、冷却水泵10、冷水泵11、凝水泵12、海水泵13、减压阀14，这些设备与相关管道连接并受专用控制系统控制调节。所述蒸汽型溴冷机4冷水入口4-1-1通过管道、冷水泵11与表面式空气冷却器6冷水出口6-2相连，蒸汽型溴冷机4冷水出口4-1-2通过管道与电制冷机8的冷水入口8-1-1相连；蒸汽型溴冷机4凝水出口4-2-2通过管道、凝水泵12、减压阀门14与余热锅炉2的除氧器入口2-1相连，蒸汽型溴冷机4蒸汽入口4-2-1通过管道与减温器5的饱和蒸汽出口5-3相连；减温器5的过热蒸汽入口5-1通过管道与汽轮机3的过热蒸汽抽汽口3-1相连，减温器5的凝水入口5-2通过管道与凝水泵12出口相连；蒸汽型溴冷机4冷却水出口4-3-2通过管道、冷却水泵10与大温差海水换热器7的冷却水入口7-1相连，蒸汽型溴冷机4冷却水入口4-3-1通过管道与电制冷机8的冷却水出口8-3-2相连；大温差海水换热器7的冷却水出口7-2通过管道与电制冷机8的冷却水入口8-3-1相连；大温差海水换热器7的海水出口7-4通过管道、海水泵13与海水源9的海水入口9-1相连；大温差海水换热器7的海水入口7-1通过管道与海水源9的海入出口9-2相连；电制冷机8的冷水出口8-1-2通过管道与表面式空气冷却器6的冷水入口6-1相连。
实施例2：作为本发明的一种改进，参见图3，所述蒸汽型溴冷机4是一种以溴化锂溶液为工质、水为制冷剂、蒸汽为驱动能源的溴化锂吸收式制冷机，包括蒸汽单效溴冷机和蒸汽双效溴冷机，蒸汽单效溴冷机包括蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器，所述蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器依次连接，所述蒸汽双效溴冷机包括蒸发器、吸收器、高压发生器、低压发生器以及冷凝器，其中蒸发器通过吸收器、高压发生器和低压发生器与冷凝器连接。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例3：参见图4，作为本发明的一种改进，离心式电制冷机8是一种以电能驱动、氟利昂类制冷剂为工质的压缩式制冷机，主要由蒸发器、冷凝器、离心压缩机和节流阀四大部件组成。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例4： 参见图1，作为本发明的一种改进，表面式空气冷却器6是一种低温冷水与热空气进行间接换热的换热设备，通常采用管翅（铜管加铝翅片）式换热器，管内流的是冷水、管外流的是热空气；其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例5：参见图1，作为本发明的一种改进，大温差海水换热器7是一种海水与制冷机冷却水换热的换热设备，通常采用高效板式换热器，考虑到海水的腐蚀性，一般采用钛合金等耐腐蚀材料。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例6：参见图1，作为本发明的一种改进，蒸汽减温器5是一种通过向过热蒸汽里加入凝水变为饱和蒸汽的蒸汽温度调节器。其余结构和优点与实施例1完全相同。
特别说明：以上连接方式是针对一套燃机的进气冷却装置，若电厂有多台（比如4台）燃机，则电制冷机（8）可以作为4套燃机进气冷却装置的共用制冷机提供低温冷水，其冷水系统连接方式见图1.1，其冷却水系统连接方式见图1.2。
工作原理：参见图1-图4，本发明的进气冷却装置在额定高温工况（如将燃机进气温度42℃冷却到15℃）、海水温度为31℃、蒸汽压力0.4Mpa，温度300℃时，各主要设备的工作状况为：
来自汽轮机3抽汽口3-1压力0.4Mpa，温度300℃的蒸汽在蒸汽减温装置5里被注入90℃的蒸汽凝水温度降为144℃的饱和水蒸汽；压力0.4Mpa，温度144℃的饱和水蒸汽驱动蒸汽（单效，若蒸汽压力达到0.6Mpa以上则为双效）型溴冷机4将来自表面式空气冷却器6的25℃的冷水冷却至16℃；自身变为90℃蒸汽凝水，一部分蒸汽凝水被凝水泵打入蒸汽减温器5冷却过热蒸汽，另一部分通过减压阀14送入余热锅炉2的除氧器继续蒸发；蒸汽型溴冷机4的排热被来自离心式电制冷机8的38℃冷却水带着，温度升高至52℃送入大温差海水换热器7。
蒸汽型溴冷机4产生的16℃冷水进入离心式电制冷机8进行进一部降温，温度降至7℃进入表面式空气冷却器6，离心式电制冷机8的排热被来自大温差海水换热器7的33℃冷却水带着，冷却水温度升至38℃后进入蒸汽型溴冷机4。
在大温差海水冷却器7里，来自海水源9的31℃海水与来自蒸汽型溴冷机52℃冷却水进行换热，海水被加热至49℃回到海水源9，冷却水温度降为33℃进入离心式电制冷机8进行冷却。
在表面式空气冷却器6里42℃的热空气与7℃低温冷水进行间接换热，热空气降为15℃进入燃气轮机1的压气机，7℃冷水被加热至25℃冷水回到蒸汽型溴冷机4进行冷却。
周而复始，通过以上过程，在过热蒸汽和电能共同驱动下实现了高效、高出力燃气轮机2所需要的低温冷却空气。
综上说明可知，本发明设计的如图1所示的海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置较传统的海水冷却、蒸汽型溴冷机为冷源的燃机进气冷却装置具有：具有综合能耗低、进气温降大、造价省、占地少等优点，在海边大型联合循环电厂高温季节节能、增效领域应用前景广阔。
本发明还可以将实施例2、3、4、5、6所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (3)
1.海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置,其特征在于，所述海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置包括燃气轮机（1）、余热锅炉（2）、汽轮机（3）、蒸汽型溴冷机（4）、蒸汽减温器（5）、表面式空气冷却器（6）、大温差海水换热器（7）、离心式电制冷机（8）、海水源（9）、冷却水泵（10）、冷水泵（11）、凝水泵（12）、海水泵（13）、减压阀（14），所述蒸汽型溴冷机（4）冷水入口4-1-1通过管道、冷水泵（11）与表面式空气冷却器（6）冷水出口（6-2）相连，蒸汽型溴冷机（4）冷水出口（4-1-2）通过管道与电制冷机（8）的冷水入口(8-1-1)相连；蒸汽型溴冷机（4）凝水出口（4-2-2）通过管道、凝水泵（12）、减压阀（14）与余热锅炉（2）的除氧器入口（2-1）相连，蒸汽型溴冷机（4）蒸汽入口4-2-1通过管道与蒸汽减温器（5）的饱和蒸汽出口（5-3）相连；蒸汽减温器（5）的过热蒸汽入口（5-1）通过管道与汽轮机（3）的过热蒸汽抽汽口（3-1）相连，蒸汽减温器（5）的凝水入口（5-2）通过管道与凝水泵（12）出口相连；蒸汽型溴冷机（4）冷却水出口（4-3-2）通过管道、冷却水泵（10）与大温差海水换热器（7）的冷却水入口（7-1）相连，蒸汽型溴冷机（4）冷却水入口（4-3-1）通过管道与电制冷机（8）的冷却水出口（8-3-2）相连；大温差海水换热器（7）的冷却水出口（7-2）通过管道与电制冷机（8）的冷却水入口（8-3-1）相连；大温差海水换热器（7）的海水出口（7-4）通过管道、海水泵（13）与海水源（9）的海水入口（9-1）相连；大温差海水换热器（7）的海水入口（7-1）通过管道与海水源（9）的海入出口（9-2）相连；电制冷机（8）的冷水出口（8-1-2）通过管道与表面式空气冷却器（6）的冷水入口（6-1）相连；所述蒸汽型溴冷机（4）是一种以溴化锂溶液为工质、水为制冷剂、蒸汽为驱动能源的溴化锂吸收式制冷机，包括蒸汽单效溴冷机和蒸汽双效溴冷机，蒸汽单效溴冷机包括蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器，所述蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器依次连接，所述蒸汽双效溴冷机包括蒸发器、吸收器、高压发生器、低压发生器以及冷凝器，其中蒸发器通过吸收器、高压发生器和低压发生器与冷凝器连接，所述离心式电制冷机（8）主要由蒸发器、冷凝器、离心压缩机和节流阀四大部件组成，所述蒸发器和冷凝器之间设置有节流阀，所述表面式空气冷却器（6）采用管翅式换热器，管内流的是冷水、管外流的是热空气，所述大温差海水换热器（7）采用高效板式换热器。
2.根据权利要求1所述的海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，其特征在于，所述蒸汽减温器（5）是一种通过向过热蒸汽里加入凝水变为饱和蒸汽的蒸汽温度调节器。
3.根据权利要求2所述的海水冷却、混合冷源的高效燃机进气冷却装置，其特征在于，所述凝水泵（12）具有耐高温性，不低于150℃。
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