CN109083773A - 用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，包括第一换热器和第二换热器；第一换热器设有烟气流道和第一介质流道，烟气流道用于与燃机排气通道中的旁路烟囱连通；第二换热器设有燃气流道和第二介质流道，第一介质流道的出口与第二介质流道的入口连通，第一介质流道的入口与第二介质流道的出口连通，燃气流道用于与进入燃机的燃气管道连通；通过第一换热器和第二换热器的配合能够利用旁路烟囱中烟气的余热对进入燃机的燃气进行加热，使进入燃机的燃气能够产生更多的热量，进而提高能源的转化率。

Description

用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统

技术领域

本发明涉及燃机技术领域，特别是涉及一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统。

背景技术

随着太阳能、风能及水能并入电网能量的增多，燃机发电并入电网的能量逐渐减少。尤其是在一些太阳能、风能充足的地方，太阳能和风能成了向电网输送电能的主力，在太阳能、风能供电不足时，燃机用于向电网补充供电。

一般的燃机供电系统均具备燃机单循环和联合循环的天然气加热系统。但随着并入电网能源的增多，一般燃机单循环和联合循环的天然气加热系统已不具备显著的节能优势。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，用于提高节能效果。

一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，包括第一换热器和第二换热器；所述第一换热器设有烟气流道和第一介质流道，所述烟气流道用于与燃机排气通道中的旁路烟囱连通，所述烟气流道与第一介质流道用于使烟气流道的烟气和第一介质流道内的导热介质发生热交换；所述第二换热器设有燃气流道和第二介质流道，所述第一介质流道的出口与第二介质流道的入口连通，所述第一介质流道的入口与第二介质流道的出口连通，所述燃气流道用于与进入燃机的燃气管道连通，所述燃气流道和第二介质流道用于使燃气流道内的燃气和第二介质流道内的导热介质发生热交换。

上述用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统：使用中，导热介质在第一介质流道和第二介质流道内循环流动，导热介质在流经第一介质流道时，导热介质吸收烟气流道内的外排烟气的热量，导热介质在流经第二介质流道时，导热介质将热量释放给燃气流道内的燃气。在风能、太阳能并入电网能量增多时，本申请的燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机单循环天然气加热系统，通过第一换热器和第二换热器的配合能够利用旁路烟囱中烟气的余热对进入燃机的燃气进行加热，使进入燃机的燃气能够产生更多的热量，进而提高能源的转化率。

在其中一实施例中，所述第一介质流道的出口与第二介质流道的入口之间设有第一调节阀，所述第一调节阀的一端与第一介质流道的出口连通，第一调节阀的另一端与第二介质流道的入口连通。第一调节阀可调节从第一介质流道出口流向第二介质流道入口的导热介质的流量，通过控制导热介质的流量来实现控制导热介质与燃气之间的热交换，进而控制燃气的温度。对燃气温度的控制能防止进入燃机的燃气温度变化过快，进而避免燃机出现跳机。

在其中一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括控制器、第一温度传感器、第二温度传感器，所述第一温度传感器用于检测烟气流道内的烟气温度，所述第二温度传感器用于检测燃气流道内的燃气温度；所述控制器与第一温度传感器、第二温度传感器及第一调节阀电性连接，所述控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度差调节流经第一调节阀的导热介质的流量。当第一温度传感器检测到的烟气温度大于第二温度传感器检测到的燃气温度时，控制器控制第一调节阀减小流入第二介质流道内的导热介质，提高燃气温度；当第一温度传感器检测到的烟气温度小于第二温度传感器检测到的燃气温度时，控制器控制第一调节阀增大流入第二介质流道内的导热介质，减小燃气温度；如此能使燃气温度在一定范围内变化，进而避免了进入燃机的燃气温度变化过快，保证了燃机的正常工作运行。

在其中一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括加热器，所述加热器与控制器电性连接，所述加热器用于对从第一介质流道出口和第二介质流道入口之间的导热介质进行加热，所述控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度差调节加热器。在通过第一调节阀难以控制进入燃机的燃气温度变化速度时，控制器控制加热器对导热介质进行加热，如此来控制进入燃机的燃气温度变化。

在其中一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管的一端与第一介质流道的出口连通，第一连接管的另一端与第二介质流道的入口连通；所述第二连接管的一端与第一介质流道的入口连通，第二连接管的另一端与第二介质流道的出口连通。第一连接管和第二连接管的设置，方便了调整第一换热器和第二换热器的相对位置，进而能够通过调整第一换热器和第二换热器的相对位置，实现第一换热器和第二换热器的合理空间布局。

在其中一实施例中，所述第一连接管和第二连接管的管外设有隔热层。隔热层能防止导热介质通过第一连接管和第二连接管向外部散发热量，提高了热量的利用率。

在其中一实施例中，所述第一介质流道的入口与第二介质流道的出口之间设有第一闸阀，所述第一闸阀的一端与第一介质流道的入口连通，第一闸阀的另一端与第二介质流道的出口连通。检修时，通过第一闸阀能阻隔导热介质在第一介质流道和第二介质流道内的循环流动，如此方便了检修维护。

在其中一实施例中，所述第一介质流道与第一闸阀串联形成第一循环支路，所述第一循环支路的一端与第二介质流道的入口连通，第一循环支路的另一端与第二介质流道的出口连通；还包括余热锅炉和第二闸阀，所述余热锅炉与第二闸阀串联形成第二循环支路，所述第二循环支路的一端与第二介质流道的入口连通，所述第二循环支路的另一端与第二介质流道的出口连通，余热锅炉设置于主烟囱中。在风能、太阳能并入电网能量减小时，通过停止第一循环支路，开启第二循环支路的方式使燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机联合循环的天然气加热系统，如此使燃机处于稳定供电的状态，进而保障用户能从电网获取到足够的能量，以保证用户的正常生活不受影响。在风能、太阳能并入电网能量增大时，通过停止第二循环支路，开启第一循环支路的方式使燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机单循环的天然气加热系统，如此使燃机能够处于灵活供电的状态，进而为用户能提供太阳能、风能不足的能量，以保证用户的正常生活不受影响。

在其中一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括疏水阀，所述疏水阀的一端与第二介质流道的出口连通，疏水阀的另一端与第一闸阀连通。疏水阀能将蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳气体尽快排出，同时最大限度地自动防止蒸汽的泄漏。

在其中一实施例中，所述疏水阀有两个，两个疏水阀分别连接在第一循环支路和第二循环支路中。两个疏水阀分别连接在第一循环支路和第二循环支路中，如此能使第一循环支路和第二循环支路能够独立正常运行。

附图说明

图1为一实施例所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统的结构示意图；

图2为一实施例所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统的电路原理图。

附图标记说明：100、第一循环支路，110、第一换热器，111、烟气流道，112、第一介质流道，120、第一闸阀，130、第一调节阀，140、加热器，210、第二换热器，211、燃气流道，212、第二介质流道，310、控制器，320、第一温度传感器，330、第二温度传感器，350、疏水阀，400、第二循环支路，410、余热锅炉，420、第二闸阀。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

结合图1所示，一实施例提供一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，包括第一换热器110和第二换热器210；所述第一换热器110设有烟气流道111和第一介质流道112，所述烟气流道111用于与燃机排气通道中的旁路烟囱连通，所述烟气流道111与第一介质流道112用于使烟气流道111的烟气和第一介质流道112内的导热介质发生热交换；所述第二换热器210设有燃气流道211和第二介质流道212，所述第一介质流道112的出口与第二介质流道212的入口连通，所述第一介质流道112的入口与第二介质流道212的出口连通，所述燃气流道211用于与进入燃机的燃气管道连通，所述燃气流道211和第二介质流道212用于使燃气流道211内的燃气和第二介质流道212内的导热介质发生热交换。

上述用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统：使用中，导热介质在第一介质流道112和第二介质流道212内循环流动，导热介质在流经第一介质流道112时，导热介质吸收烟气流道111内的外排烟气的热量，导热介质在流经第二介质流道212时，导热介质将热量释放给燃气流道211内的燃气。在风能、太阳能并入电网能量增多时，本申请的燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机单循环天然气加热系统，通过第一换热器110和第二换热器210的配合能够利用旁路烟囱中烟气的余热对进入燃机的燃气进行加热，使进入燃机的燃气能够产生更多的热量，进而提高能源的转化率。

需要说明的是，燃机联合循环加热燃气的运行模式具有经济性高的特点，但是由于对燃机发电需求量的减少，对燃机发电提出了运行灵活、供电调节能力强的需求。而燃机单循环运行模式具有响应迅速，调节灵活的特点，但是其经济性不好。

一实施例中，所述第一介质流道112的出口与第二介质流道212的入口之间设有第一调节阀130，所述第一调节阀130的一端与第一介质流道112的出口连通，第一调节阀130的另一端与第二介质流道212的入口连通。第一调节阀130可调节从第一介质流道112出口流向第二介质流道212入口的导热介质的流量，通过控制导热介质的流量来实现控制导热介质与燃气之间的热交换，进而控制燃气的温度。对燃气温度的控制能防止进入燃机的燃气温度变化过快，进而避免燃机出现跳机。

结合图2所示，一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括控制器310、第一温度传感器320、第二温度传感器330，所述第一温度传感器320用于检测烟气流道111内的烟气温度，所述第二温度传感器330用于检测燃气流道211内的燃气温度；所述控制器310与第一温度传感器320、第二温度传感器330及第一调节阀130电性连接，所述控制器310根据第一温度传感器320和第二温度传感器330检测到的温度差调节流经第一调节阀130的导热介质的流量。当第一温度传感器320检测到的烟气温度大于第二温度传感器330检测到的燃气温度时，控制器310控制第一调节阀130减小流入第二介质流道212内的导热介质，提高燃气温度；当第一温度传感器320检测到的烟气温度小于第二温度传感器330检测到的燃气温度时，控制器310控制第一调节阀130增大流入第二介质流道212内的导热介质，减小燃气温度；如此能使燃气温度在一定范围内变化，进而避免了进入燃机的燃气温度变化过快，保证了燃机的正常工作运行。

一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括加热器140，所述加热器140与控制器310电性连接，所述加热器140用于对从第一介质流道112出口和第二介质流道212入口之间的导热介质进行加热，所述控制器310根据第一温度传感器320和第二温度传感器330检测到的温度差调节加热器140。在通过第一调节阀130难以控制进入燃机的燃气温度变化速度时，控制器310控制加热器140对导热介质进行加热，如此来控制进入燃机的燃气温度变化。

需要说明的是，加热器140用于对导热介质进行加热，其主要目的是调控进入燃机的燃气温度，使进入燃机的燃气温度在允许的变化幅度内变化，避免因为燃气温度变化过快出现跳机现象。加热器140的使用越少越好，这样能避免因为外部能源加热燃气。

当然，在一些特定的场景或使用环境中，也可以是为了使进入燃机的燃气温度在一定范围内，而利用加热器140。通过加热器140既实现温度变化速度的控制又保证燃气热转化的效率。

一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括第一连接管和第二连接管(图中未标记)，所述第一连接管的一端与第一介质流道112的出口连通，第一连接管的另一端与第二介质流道212的入口连通；所述第二连接管的一端与第一介质流道112的入口连通，第二连接管的另一端与第二介质流道212的出口连通。第一连接管和第二连接管的设置，方便了调整第一换热器110和第二换热器210的相对位置，进而能够通过调整第一换热器110和第二换热器210的相对位置，实现第一换热器110和第二换热器210的合理空间布局。

一实施例中，所述第一连接管和第二连接管的管外设有隔热层。隔热层能防止导热介质通过第一连接管和第二连接管向外部散发热量，提高了热量的利用率。

一实施例中，所述第一介质流道112的入口与第二介质流道212的出口之间设有第一闸阀120，所述第一闸阀120的一端与第一介质流道112的入口连通，第一闸阀120的另一端与第二介质流道212的出口连通。检修时，通过第一闸阀120能阻隔导热介质在第一介质流道112和第二介质流道212内的循环流动，如此方便了检修维护。

一实施例中，所述第一介质流道112与第一闸阀120串联形成第一循环支路100，所述第一循环支路100的一端与第二介质流道212的入口连通，第一循环支路100的另一端与第二介质流道212的出口连通；还包括余热锅炉410和第二闸阀420，所述余热锅炉410与第二闸阀420串联形成第二循环支路400，所述第二循环支路200的一端与第二介质流道212的入口连通，所述第二循环支路200的另一端与第二介质流道212的出口连通，余热锅炉410设置于主烟囱中。在风能、太阳能并入电网能量减小时，以燃机发电为主，通过停止第一循环支路100，开启第二循环支路200的方式使燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机联合循环的天然气加热系统，如此使燃机处于稳定供电的状态，进而保障用户能从电网获取到足够的能量，以保证用户的正常生活不受影响。在风能、太阳能并入电网能量增大时，以燃机发电为辅，通过停止第二循环支路400，开启第一循环支路100的方式使燃机单循环和联合循环的天然气加热系统采用燃机单循环的天然气加热系统，如此使燃机能够处于灵活供电的状态，进而为用户能提供太阳能、风能不足的能量，以保证用户的正常生活不受影响。

结合图1所示，一实施例中，第一调节阀130及加热器140均连接在第一循环支路100中。

进一步，一实施例中，前述的加热器140连接在第一调节阀130和第一换热器110之间，加热器140可对流入第一调节阀130的导热介质进行加热。

在其中一实施例中，所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统还包括疏水阀350，所述疏水阀350的一端与第二介质流道212的出口连通，疏水阀350的另一端与第一闸阀120连通。疏水阀350能将蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳气体尽快排出，同时最大限度地自动防止蒸汽的泄漏。

一实施例中，所述疏水阀350有两个，两个疏水阀350分别连接在第一循环支路100和第二循环支路200中。两个疏水阀350分别连接在第一循环支路100和第二循环支路200中，如此能使第一循环支路100和第二循环支路200能够独立正常运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，包括第一换热器和第二换热器；

所述第一换热器设有烟气流道和第一介质流道，所述烟气流道用于与燃机排气通道中的旁路烟囱连通，所述烟气流道与第一介质流道用于使烟气流道的烟气和第一介质流道内的导热介质发生热交换；

所述第二换热器设有燃气流道和第二介质流道，所述第一介质流道的出口与第二介质流道的入口连通，所述第一介质流道的入口与第二介质流道的出口连通，所述燃气流道用于与进入燃机的燃气管道连通，所述燃气流道和第二介质流道用于使燃气流道内的燃气和第二介质流道内的导热介质发生热交换。

2.根据权利要求1所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，所述第一介质流道的出口与第二介质流道的入口之间设有第一调节阀，所述第一调节阀的一端与第一介质流道的出口连通，第一调节阀的另一端与第二介质流道的入口连通。

3.根据权利要求2所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，还包括控制器、第一温度传感器、第二温度传感器，所述第一温度传感器用于检测烟气流道内的烟气温度，所述第二温度传感器用于检测燃气流道内的燃气温度；所述控制器与第一温度传感器、第二温度传感器及第一调节阀电性连接，所述控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度差调节流经第一调节阀的导热介质的流量。

4.根据权利要求3所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，还包括加热器，所述加热器与控制器电性连接，所述加热器用于对从第一介质流道出口和第二介质流道入口之间的导热介质进行加热，所述控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度差调节加热器。

5.根据权利要求1所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，还包括第一连接管和第二连接管，

所述第一连接管的一端与第一介质流道的出口连通，第一连接管的另一端与第二介质流道的入口连通；

所述第二连接管的一端与第一介质流道的入口连通，第二连接管的另一端与第二介质流道的出口连通。

6.根据权利要求5所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，所述第一连接管和第二连接管的管外设有隔热层。

7.根据权利要求1所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，所述第一介质流道的入口与第二介质流道的出口之间设有第一闸阀，所述第一闸阀的一端与第一介质流道的入口连通，第一闸阀的另一端与第二介质流道的出口连通。

8.根据权利要求7所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，所述第一介质流道与第一闸阀串联形成第一循环支路，所述第一循环支路的一端与第二介质流道的入口连通，第一循环支路的另一端与第二介质流道的出口连通；

还包括余热锅炉和第二闸阀，所述余热锅炉与第二闸阀串联形成第二循环支路，所述第二循环支路的一端与第二介质流道的入口连通，所述第二循环支路的另一端与第二介质流道的出口连通，余热锅炉设置于主烟囱中。

9.根据权利要求7或8所述的用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，还包括疏水阀，所述疏水阀的一端与第二介质流道的出口连通，疏水阀的另一端与第一闸阀连通。

10.根据权利要求9所述用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于，所述疏水阀有两个，两个疏水阀分别连接在第一循环支路和第二循环支路中。