CN109899123A - 一种相变控温的燃气轮机余热增效装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种相变控温的燃气轮机余热增效装置，包括依次连接的燃气轮机接口、控温管道和余热锅炉接口，所述控温管道连接余热锅炉接口的一端向外扩张，所述的控温管道具有内外两层管壁形成夹层，夹层内设有隔板，将夹层分割为第一夹层和第二夹层；所述第一夹层位于控温管道连接燃气轮机接口的一端，第一夹层内设有第一类相变材料；所述第二夹层位于控温管道连接余热锅炉接口的一端，第二夹层内设有第二类相变材料。与现有技术相比，本发明可有效地解决燃气轮机排气温度波动大导致余热锅炉热效率较低和运行不稳定的问题，从而可显著提高燃气‑蒸汽联合循环的整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其是涉及一种相变控温的燃气轮机余热增效装置。
背景技术
现阶段，余热锅炉利用燃气轮机的高温排气加热循环工质，形成过热蒸汽推动蒸汽轮机发电，成为燃气-蒸汽联合循环提高热效率的主流技术。基于燃气轮机在额定负荷状态下的排气温度所设定的参考值决定了余热锅炉的蒸汽发生器存在最佳工作温度范围。维持燃气轮机稳定的排气温度是保证机组安全和经济运行的前提。但目前由于燃气轮机多作为调峰机组，负荷变化频繁，导致燃机的排气温度变化幅度大。
当燃机排气温度高于额定排气温度范围时，会导致余热锅炉里的蒸汽发生器超温，降低金属许用应力，影响机组的安全运行，同时必须向蒸汽发生器内喷减温水，喷水减温不仅响应慢，还将降低整套燃气轮机的热效率；当燃气轮机的排气温度低于额定排气温度时，余热锅炉的蒸汽发生器达不到最佳温度，使锅炉的效率下降。
由此，目前在不变动燃机运行负荷的前提下，解决蒸汽发生器过热的唯一方法就是向发生器里喷减温水，而燃气轮机低的排气温度则无法有效提高，使得余热锅炉的蒸汽发生器无法发挥最佳的工作效率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种相变控温的燃气轮机余热增效装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种相变控温的燃气轮机余热增效装置，包括依次连接的燃气轮机接口、控温管道和余热锅炉接口，所述控温管道连接余热锅炉接口的一端向外扩张，所述的控温管道具有内外两层管壁形成夹层，夹层内设有隔板，将夹层分割为第一夹层和第二夹层；
所述第一夹层位于控温管道连接燃气轮机接口的一端，第一夹层内设有第一类相变材料；
所述第二夹层位于控温管道连接余热锅炉接口的一端，第二夹层内设有第二类相变材料。
进一步地，所述第一类相变材料的相变温度范围分别为610～660℃，所述第二类相变材料的相变温度范围分别为560～610℃。
进一步地，所述的燃气轮机接口和余热锅炉接口均与控温管道可拆卸式连接。
进一步地，所述的控温管道外部包裹有保温层。
进一步地，所述控温管道的外层管壁上设有密封盖。
进一步地，所述控温管道为双层环形高导热合金圆筒。
进一步地，所述控温管道的长度为4～16m。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过设计具有夹层的控温管道，其内部中空管道为燃气轮机排气的通道，夹层内填充两种相变材料，当燃机排气经过控温管道时，高温排气的热量将被相变材料吸收并储存；低温排气将被相变材料储存的热量加热升温。由此，燃机排气经过控温管道后，进入余热锅炉的温度维持在蒸汽发生器最佳运行温度范围内，明显提高燃气-蒸汽联合循环的热效率。
2、通过渐扩管道，燃机排气流速稍微变慢，使得热量交换时间更充裕，同时排气能够更均匀地分布在余热锅炉里。
3、夹层内的两种相变材料采用阶梯式的相变温度范围设置，能够更合理地保证燃机排气与相变材料的充分换热，使换热和相变的过程更加稳定。
4、本发明在控温管道的外部包裹有保温层，减少管道与外界换热，确保相变材料的保温储热能力，进一步提高其对管道内部燃机排气的换热效果。
5、本发明通过可拆卸式的燃气轮机接口和余热锅炉接口能够针对不同型号的燃气轮机和余热锅炉进行接口的替换，增强了装置的便利性和适用性。
综上所述，本发明可以有效地解决燃机排气温度波动大导致余热锅炉热效率降低和运行不稳定的问题，装置整体结构简单、安全高效、实用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视示意图。
附图标记：1、燃汽轮机接口，2、控温管道，21、第一夹层，22、第二夹层，23、隔板，24、保温层，3、余热锅炉接口，4、第一类相变材料，5、第二类相变材料，6、密封盖，7、燃汽轮机，8、余热锅炉，81、蒸汽发生器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种相变控温的燃气轮机余热增效装置，包括依次连接的燃气轮机接口1、控温管道2和余热锅炉接口3。其中，燃气轮机接口1用于连接燃气轮机7的尾部，余热锅炉接口3用于连接内设蒸汽发生器81的余热锅炉8。控温管道2两端分别通过法兰盘或卡扣等方式可拆卸式连接燃气轮机接口1和余热锅炉接口3，使得本装置能够针对不同型号的燃气轮机7和余热锅炉8进行接口的替换，增强了装置的便利性和适用性。
控温管道2连接余热锅炉接口3的一端向外扩张，形成圆锥状，燃气轮机的排气通过渐扩管道，排气流速稍微变慢，热量交换时间更充裕，同时使得排气能够更均匀地分布在余热锅炉里。
控温管道2采用双层环形高导热合金圆筒，其内外两层管壁形成夹层，夹层内设有隔板23，将夹层分割为第一夹层21和第二夹层22。隔板23采用隔热材料，设置在控温管道2的向外扩散处的前端。左侧为第一夹层21，内部设有相变温度范围分别为610～660℃区间的第一类相变材料4。右侧为第二夹层22，内部设有相变温度范围分别为560～610℃区间的第二类相变材料5。
控温管道2的长度一般为4～16m，在本实施例中采用7m；控温管道2的夹层厚度和控温管道2的内层管壁的半径之比一般为1/3～1/9，本实施例采用1/5，因此，夹层厚度为1m，用以保障夹层内留出充足的容积填充相变材料，保证燃机排气与相变材料充分换热。
在控温管道2的外部包裹有保温材料形成的保温层24，减少管道与外界换热，确保相变材料的保温储热能力，进一步提高其对管道内部燃机排气的换热效果。在控温管道2的外层管壁上还设有密封盖6，该密封盖6设置在第一夹层21和第二夹层22的连接处，通过法兰盘或卡扣等可拆卸方式安装，能够用于更换和补充相变材料。
本实施例的工作原理为：
燃气轮机7的排气经过燃气轮机接口1进入控温管道2，高温排气的热量将被相变材料吸收并储存，低温排气将被相变材料储存的热量加热升温。
具体的说，当燃气轮机7排气温度过高时，经过第一类相变材料4处理后，将温度降至610～660℃范围内，然后再次经过第二类相变材料5控温后，将排气温度进一步控制在560-610℃范围内，之后经锅炉入口排入余热锅炉8，与蒸汽发生器81换热；当燃气轮机7排气温度过低时，排气经过第一类相变材料4加热后，将温度提高至较高温度，然后再次经过第二类相变材料5控温后，将烟气温度控制在最佳范围内，之后经锅炉入口排入余热锅炉8，与蒸汽发生器81换热，从而在不同温度状态下达到最佳的控温效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，包括依次连接的燃气轮机接口(1)、控温管道(2)和余热锅炉接口(3)，所述控温管道(2)连接余热锅炉接口(3)的一端直径扩张，所述的控温管道(2)具有内外两层管壁形成夹层，夹层内设有隔板(23)，将夹层分割为第一夹层(21)和第二夹层(22)；
所述第一夹层(21)位于控温管道(2)连接燃气轮机接口(1)的一端，第一夹层(21)内设有第一类相变材料(4)；
所述第二夹层(22)位于控温管道(2)连接余热锅炉接口(3)的一端，第二夹层(22)内设有第二类相变材料(5)。
2.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述第一类相变材料(4)的相变温度范围分别为610～660℃，所述第二类相变材料(5)的相变温度范围分别为560～610℃。
3.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述的燃气轮机接口(1)和余热锅炉接口(3)均与控温管道(2)可拆卸式连接。
4.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述的控温管道(2)外部包裹有保温层(24)。
5.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述控温管道(2)的外层管壁上设有密封盖(6)。
6.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述控温管道(2)为双层环形高导热合金圆筒。
7.根据权利要求1所述的相变控温的燃气轮机余热增效装置，其特征在于，所述控温管道(2)的长度为4～16m。
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