发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统及方法,以解决现有燃气轮机夏季高温期间出力受限问题,并能够在冬季回收排烟余热供热,提高机组能源利用效率。
本发明提供了一种燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统,包括进气冷却器、烟气-水换热器、制冷装置及冷却塔;
制冷装置通过第一冷冻水循环管路与进气冷却器连接;
制冷装置通过第二冷冻水循环管路与烟气-水换热器连接;
制冷装置通过第一冷却水循环管路与冷却塔连接;
制冷装置通过第二冷却水循环管路与热网管道连接;
制冷装置由余热锅炉产生的蒸汽、余热锅炉排烟产生的热水或电能驱动,在环境温度较高时,使产生的较低温度冷冻水仅通过第一冷冻水循环管路进入进气冷却器对燃气轮机进气进行循环冷却,使产生的冷却水通过第一冷却水循环管路进入冷却塔进行循环冷却;
在环境温度较低时,使产生的较高温度冷冻水仅通过所述第二冷冻水循环管路进入烟气-水换热器与余热锅炉输出的烟气进行循环换热,使产生的较高温度冷却水通过第二冷却水循环管路进入热网管道。
进一步地,制冷装置由余热锅炉产生的蒸汽、余热锅炉排烟产生的热水或电能驱动,在环境温度较低时,还包括:
使产生的较高温度冷冻水通过第二冷冻水循环管路进入烟气-水换热器与余热锅炉输出的烟气进行换热后,使进气冷却器流回的冷冻水与从烟气-水换热器流出的冷冻水混合后进入制冷装置冷却,使冷却后的冷冻水再次进入烟气-水换热器,如此循环;
并使产生的较高温度冷冻水通过第一冷冻水循环管路进入进气冷却器加热燃气轮机进气,使进气冷却器回流的冷冻水与烟气-水换热器的冷冻水混合后进入制冷装置冷却,使冷却后的冷冻水再次进入进气冷却器,如此循环;以及,
使制冷装置产生的较高温度冷却水通过第二冷却水循环管路进入热网管道。
进一步地,该系统还包括燃气轮机装置、余热锅炉、烟囱、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、疏水泵,制冷装置为溴化锂机组;
进气冷却器与燃气轮机装置连接,燃气轮机装置与余热锅炉连接,余热锅炉与烟气-水换热器连接,烟气-水换热器与烟囱连接,余热锅炉与汽轮机连接,汽轮机通过凝汽器及凝结水泵与余热锅炉连接;
溴化锂机组第一出口管道分为两路,一路经第一阀门与进气冷却器入口相连,另一路经第二阀门与烟气-水换热器入口相连;
溴化锂机组第一入口管道分为两路,一路经第三阀门与进气冷却器出口相连,另一路经第四阀门与所述烟气-水换热器出口相连;
溴化锂机组第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门与冷却塔入口相连,另一路经第七阀门与热网供水管道相连;
溴化锂机组第二入口管道分为两路,一路经第五阀门与冷却塔出口相连,另一路经第八阀门与热网回水管道相连;
溴化锂机组第三入口管道与汽轮机的抽汽管道相连,通过汽轮机输出的蒸汽提供动力,溴化锂机组第三出口管道通过疏水泵与凝结水泵出口管道相连。
进一步地,该系统还包括燃气轮机装置、余热锅炉、烟囱、疏水泵、换热器,制冷装置为溴化锂机组;
进气冷却器与燃气轮机装置连接,燃气轮机装置与余热锅炉连接,余热锅炉与换热器连接,换热器与烟气-水换热器连接,烟气-水换热器与烟囱连接;
溴化锂机组第一出口管道分为两路,一路经第一阀门与进气冷却器入口相连,另一路经第二阀门与烟气-水换热器入口相连;
溴化锂机组第一入口管道分为两路,一路经第三阀门与进气冷却器出口相连,另一路经第四阀门与烟气-水换热器出口相连;
溴化锂机组第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门与冷却塔入口相连,另一路经第七阀门与热网供水管道相连;
溴化锂机组第二入口管道分为两路,一路经第五阀门与冷却塔出口相连,另一路经第八阀门与热网回水管道相连;
溴化锂机组第三入口管道与换热器热水出口管道相连,通过换热器输出的热水提供动力,溴化锂机组第三出口管道通过疏水泵与凝结水泵出口管道相连。
进一步地,该系统还包括燃气轮机装置、余热锅炉、烟囱,制冷装置为电驱动制冷机;
进气冷却器与燃气轮机装置连接,燃气轮机装置与余热锅炉连接,余热锅炉与烟气-水换热器连接,烟气-水换热器与烟囱连接;
电驱动制冷机第一出口管道分为两路,一路经第一阀门与进气冷却器入口相连,另一路经第二阀门与烟气-水换热器入口相连;
电驱动制冷机第一入口管道分为两路,一路经第三阀门与进气冷却器出口相连,另一路经第四阀门与烟气-水换热器出口相连;
电驱动制冷机第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门与冷却塔入口相连,另一路经第七阀门与热网供水管道相连;
电驱动制冷机第二入口管道分为两路,一路经第五阀门与冷却塔出口相连,另一路经第八阀门与热网回水管道相连。
进一步地,烟气-水换热器为表面式换热器或接触式换热器。
本发明还提供了一种燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却方法,包括:
在环境温度较高时,通过余热锅炉产生的蒸汽、余热锅炉排烟产生的热水或电能驱动制冷装置,使制冷装置产生的较低温度冷冻水通过冷冻水循环管路进入进气冷却器对燃气轮机进气进行循环冷却,使制冷装置产生的冷却水通过冷却水循环管路进入冷却塔进行循环冷却;
在环境温度较低时,通过余热锅炉产生的蒸汽、余热锅炉排烟产生的热水或电能驱动制冷装置,使制冷装置产生的较高温度冷冻水通过冷冻水循环管路进入烟气-水换热器与余热锅炉输出的烟气进行循环换热,使制冷装置产生的较高温度冷却水通过冷却水循环管路进入热网管道。
进一地,该方法还包括:
在环境温度较低时,通过余热锅炉产生的蒸汽、余热锅炉排烟产生的热水或电能驱动制冷装置,
使制冷装置产生的较高温度冷冻水通过冷冻水循环管路进入烟气-水换热器与余热锅炉输出的烟气进行换热后,使进气冷却器流回的冷冻水与从烟气-水换热器流出的冷冻水混合后进入制冷装置冷却,使冷却后的冷冻水再次进入烟气-水换热器,如此循环;
并使制冷装置产生的较高温度冷冻水通过第一冷冻水循环管路进入进气冷却器加热燃气轮机进气,使进气冷却器回流的冷冻水与烟气-水换热器的冷冻水混合后进入制冷装置冷却,使冷却后的冷冻水再次进入进气冷却器,如此循环;以及,
使制冷装置产生的较高温度冷却水通过冷却水循环管路进入热网管道。
进一步地,制冷装置为溴化锂机组或电驱动制冷机,溴化锂机组由余热锅炉产生的蒸汽或余热锅炉排烟产生的热水驱动,电驱动制冷机由电能驱动。
借由上述方案,通过燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统及方法,实现了燃机进气冷却和烟气余热回收利用,燃机夏季出力可达额定负荷,并提高了燃气轮机联合循环的能源利用效率,彻底解决了燃机进气冷却投资经济性差、冷却效果有限的不足,整个机组的经济性得到提高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参图1所示,本实施例提供的集合燃机进气冷却和烟气余热回收的燃气轮机联合循环系统,包括进气冷却器1、燃气轮机装置2、余热锅炉3、烟气-水换热器4、烟囱5、汽轮机6、凝汽器7、凝结水泵8、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12、冷却塔13、第五阀门14、第六阀门15、第七阀门16、第八阀门17、溴化锂机组18、疏水泵19,溴化锂机组18第一出口管道分为两路,一路经第一阀门9与进气冷却器1入口相连,另一路经第二阀门10与烟气-水换热器4入口相连;溴化锂机组18第一入口管道分为两路,一路经第三阀门11与进气冷却器1出口相连,另一路经第四阀门12与烟气-水换热器4出口相连;溴化锂机组18第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门15与冷却塔13入口相连,另一路经第七阀门16与热网供水管道相连;溴化锂机组18第二入口管道分为两路,一路经第五阀门14与冷却塔13出口相连,另一路经第八阀门17与热网回水管道相连;溴化锂机组18第三入口管道与汽轮机6的抽汽管道相连,溴化锂机组18第三出口管道与凝结水泵8的出口管道相连;烟气-水换热器4可以为表面式换热器也可以是直接接触式换热器。
夏季工作时,阀门9、11、14、15开启,阀门10、12、16、17关闭,进气冷却器1和冷却塔13同时投入使用,烟气-水换热器4和热网管道关闭。空气经进气冷却器1进行冷却,送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热,产生的蒸汽通入汽轮机6做功,并抽出部分蒸汽驱动溴化锂机组18运行;冷冻水通过冷却水进行冷却,冷却水在冷却塔13中冷却;从余热锅炉出来的烟气通过烟气-水换热器4、烟囱5排出。
冬季工作时,阀门10、12、16、17开启,阀门9、11、14、15关闭,烟气-水换热器4和热网管道同时投入使用,进气冷却器1和冷却塔13关闭。空气经过进气冷却器1送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热,产生的蒸汽通入汽轮机6做功,并抽出部分蒸汽驱动溴化锂机组18运行;从余热锅炉3出来的烟气通入烟气-水换热器4换热,回收烟气余热,通过热网管道进行供热,换热后的烟气通过烟囱5排出。
如图2所示,本实施例提供的燃气轮机联合循环排烟余热回收和进气冷却集成系统,其不同之处在于溴化锂机组18由烟气余热产生的较高温度的热水驱动。该系统包括进气冷却器1、燃气轮机装置2、余热锅炉3、烟气-水换热器4、烟囱5、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12、冷却塔13、第五阀门14、第六阀门15、第七阀门16、第八阀门17、溴化锂机组18、疏水泵19、换热器20,溴化锂机组18第一出口管道分为两路,一路经第一阀门与进气冷却器1入口相连,另一路经第二阀门10与烟气-水换热器4入口相连;溴化锂机组18第一入口管道分为两路,一路经第三阀门11与进气冷却器1出口相连,另一路经第四阀门12与烟气-水换热器4出口相连;溴化锂机组18第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门15与冷却塔13入口相连,另一路经第七阀门16与热网供水管道相连;溴化锂机组18第二入口管道分为两路,一路经第五阀门14与冷却塔13出口相连,另一路经第八阀门17与热网回水管道相连;溴化锂机组18第三入口管道与换热器20热水出口管道相连,溴化锂机组18第三出口管道与换热器20入口管道相连;烟气-水换热器4可以为表面式换热器也可以是直接接触式换热器。
夏季工作时,阀门9、11、14、15开启,阀门10、12、16、17关闭,进气冷却器1和冷却塔13同时投入使用,烟气-水换热器4和热网管道关闭。空气经进气冷却器1进行冷却,送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热,产生的蒸汽通入热水换热器20进行换热,并利用热水来驱动溴化锂机18组运行;冷冻水通过冷却水进行冷却,冷却水在冷却塔13中冷却;从换热器20出来的烟气通过烟气-水换热器4、烟囱5排出。
冬季工作时,阀门10、12、16、17开启,阀门9、11、14、15关闭,烟气-水换热器4和热网管道同时投入使用,进气冷却器1和冷却塔13关闭。空气经过进气冷却器1送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热,产生的蒸汽通入热水换热器20进行换热,并利用热水来驱动溴化锂机组18运行;从换热器20出来的烟气通入烟气-水换热器4换热,回收烟气余热,通过热网管道进行供热,换热后的烟气通过烟囱5排出。
如图3所示,本实施例提供的以电驱动制冷机为核心设备的燃气轮机联合循环排烟余热回收和进气冷却集成系统,包括进气冷却器1、燃气轮机装置2、余热锅炉3、烟气-水换热器4、烟囱5、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12、冷却塔13、第五阀门14、第六阀门15、第七阀门16、第八阀门17、电驱动制冷机21(如压缩式制冷机组),所述电驱动制冷机21第一出口管道分为两路,一路经第一阀门9与进气冷却器1入口相连,另一路经第二阀门与烟气-水换热器4入口相连;电驱动制冷机21第一入口管道分为两路,一路经第三阀门与进气冷却器1出口相连,另一路经第四阀门与烟气-水换热器4出口相连;电驱动制冷机21第二出口管道分为两路,一路通过第六阀门15与冷却塔13入口相连,另一路经第七阀门16与热网供水管道相连;电驱动制冷机21第二入口管道分为两路,一路经第五阀门14与冷却塔13出口相连,另一路经第八阀门17与热网回水管道相连;烟气-水换热器4可以为表面式换热器也可以是直接接触式换热器。
夏季工作时,阀门9、11、14、15开启,阀门10、12、16、17关闭,进气冷却器1和冷却塔13同时投入使用,烟气-水换热器4和热网管道关闭。空气经进气冷却器1进行冷却,送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热;冷冻水通过冷却水进行冷却,冷却水在冷却塔13中冷却;从余热锅炉3出来的烟气通过烟气-水换热器4、烟囱5排出。
冬季工作时,阀门10、12、16、17开启,阀门9、11、14、15关闭,烟气-水换热器4和热网管道同时投入使用,进气冷却器1和冷却塔13关闭。空气经过进气冷却器1送到燃气轮机2燃烧,产生高温高压气体通入余热锅炉3进行换热;从余热锅炉3出来的烟气通入烟气-水换热器4换热,回收烟气余热,通过热网管道进行供热,换热后的烟气通过烟囱5排出。
本实施例提供的燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统,通过将溴化锂机组冷冻水管道分两路,分别与进气冷却器和烟气-水换热器相连,将溴化锂机组冷却水管道分为两路,分别与冷却塔和热网管道相连。由余热锅炉产生的蒸汽驱动或由余热锅炉排烟产生的热水驱动溴化锂机组,当环境温度较高时,使溴化锂机组产生的冷冻水只进入进气冷却器,溴化锂机组的较低温度冷却水只进入冷却塔向大气散热;当环境温度较低期间,使溴化锂机组产生的冷冻水只进入烟气-水换热器,冷却水只进入热网管道。其运行方式具体包括以下几种:
1)当燃机出力因环境温度较高而受限时,关闭第二阀门10、第四阀门12、第七阀门16和第八阀门17,开启第一阀门9、第三阀门11、第五阀门14和第六阀门15。从余热锅炉3或汽轮机6来的蒸汽驱动溴化锂机组18产生的冷冻水(夏季冷冻水通常7℃)经第一阀门9进入进气冷却器1将燃气轮机进气冷却至一定温度,提高燃机出力;随后吸热后温度升高的冷冻水经第三阀门11进入溴化锂机组18被冷却,最后再次进入进气冷却器1,如此循环;溴化锂机组18的冷却水经第六阀门15进入冷却塔13被冷却,而后经第五阀门14流回溴化锂机组,系数热量升温后再次经第六阀门15进入冷却塔被冷却,如此循环。
2)当天气较冷机组供热期间时,关闭第一阀门9、第三阀门11、第五阀门14和第六阀门15,开启第二阀门10、第四阀门12、第七阀门16和第八阀门17;调整溴化锂机组18冷冻水出水温度至较高值(通常30℃上下),从余热锅炉3或汽轮机6来的蒸汽驱动溴化锂机组18产生的冷冻水经第二阀门10进入烟气-水换热器4,吸收烟气余热被加热以后,经第四阀门12流回溴化锂机组18,被冷却后再度经过第二阀门10进入烟气-水换热器4,如此循环。供热回水经第八阀门17后进入溴化锂机组18,吸收冷冻水和来自汽轮机6的蒸汽热量后,经第七阀门16后,进入热网,随后在热网中放热后,再度经第八阀门17流回溴化锂机组吸热,如此往复。
3)在冬季环境温度较低的供热期间,燃机部分负荷时,开启第一阀门9、第三阀门11、第二阀门10、第四阀门12、第七阀门16和第八阀门17,关闭第五阀门14和第六阀门15。调整溴化锂机组18冷冻水出水温度至较高值(通常30℃上下),从余热锅炉3或汽轮机6来的蒸汽驱动溴化锂机组18产生的冷冻水分为两部分,一部分经第二阀门10进入烟气-水换热器4,吸收烟气余热被加热以后,经第四阀门12流回,与从进气冷却器1流回的冷冻水混合后进入溴化锂机组18,被冷却后再度经过第二阀门10进入烟气-水换热器18,如此循环。另一部分经第一阀门9进入进气冷却器1加热燃气轮机进气,然后经过第三阀门11与从烟气-水换热器18回水混合,进入溴化锂机组18,被冷却后再度经过第一阀门9进入进气冷却器1,如此循环。供热回水经第八阀门17后进入溴化锂机组18,吸收冷冻水和来自汽轮机的蒸汽热量后,经第七阀门16后,进入热网,随后在热网中放热后,再度经第八阀门17流回溴化锂机组18吸热,如此往复。
该系统解决了夏季燃气轮机出力下降、效率降低的问题,同时实现冬季烟气余热回收供热,实现能源的高效利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。