CN112664918B - 一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置及供热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供热技术领域，尤其涉及一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置，包括：燃气轮机和余热锅炉，以及第一热交换区域和第二热交换区域，蒸汽出口与热交换区域之间的蒸汽管路上设置有两供气分支，一个分支与蒸汽轮机连接，高温蒸汽在蒸汽轮机中做功发电，另一分支参与热交换，且设置有流量调节阀；还包括水温检测单元，用于对热力站来水在经过至少一次热交换后的水温进行检测，流量调节阀和水温检测单元均与控制系统连接，流量调节阀的开度根据水温检测单元的检测结果调节。本发明有效的提升了供热效率，以热交换后的水温作为蒸汽两供气分支供气比例的调节，有效的实现了热电比的控制，节省了天然气用量，降低环境污染，且提升了供热安全性。

Description

一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置及供热方法

技术领域

本发明涉及供热技术领域，尤其涉及一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置及供热方法。

背景技术

每年冬季，北方城市需要燃烧大量煤炭来供暖，导致雾霾十分严重，极大地影响了人们的工作和生活。近年来，为了解决冬季雾霾这一严重问题，北京、天津等大城市正结合自身特点发展“煤改气”技术，用燃气-蒸汽联合循环系统替代传统燃煤机组，燃气-蒸汽联合循环机组具有热效率高、耗水量低、占地面积小、自动化程度高、环境友好等优点。

在目前的燃气-蒸汽联合循环系统中的燃气轮机和蒸汽轮机一次发电效率高，但却导致热电比较小，这意味着供热效率较低，为了满足供热负荷，需要消耗大量的天然气，这不仅会造成环境污染，而且对供热安全性造成影响。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置及供热方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明中提供了一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置，有效的解决了背景技术中的问题，同时，本发明中还提供了对应的燃气蒸汽联合循环集中供热方法，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置，包括：

燃气轮机，设置有烟气供给端，用于供给高温烟气；

余热锅炉，设置有烟气入口、烟气出口、蒸汽出口和回水口；

所述烟气入口接收来自所述烟气供给端的高温烟气，所述烟气出口供对锅炉给水加热完成且具有余热的烟气排出；

所述蒸汽出口供锅炉给水被加热后而产生的蒸汽排出，所述回水口供蒸汽凝水返回所述余热锅炉内作为所述锅炉给水；

第一热交换区域和第二热交换区域，分别提供与热力站来水进行热交换的两位置，在二者之一位置处实现所述烟气出口排出的烟气与热力站来水的一次热交换，另一者位置处实现自所述蒸汽出口排出的蒸汽与热力站来水的一次热交换；

所述蒸汽出口与热交换区域之间的蒸汽管路上设置有两供气分支，其中一个供气分支与蒸汽轮机连接，高温蒸汽在所述蒸汽轮机中做功发电，另一供气分支参与热交换，且设置有流量调节阀；

还包括水温检测单元，用于对热力站来水在经过至少一次热交换后的水温进行检测，所述流量调节阀和水温检测单元均与控制系统连接，且所述流量调节阀的开度根据所述水温检测单元的检测结果进行调节。

进一步地，所述第一热交换区域，提供自所述烟气出口排出的烟气与热力站来水进行第一次热交换的第一位置；所述第二热交换区域，提供自所述蒸汽出口排出的蒸汽与在所述第一位置被加热后的来水进行第二次热交换的第二位置。

进一步地，所述第二热交换区域包括热交换通道和凝汽器；

所述热交换通道供热力站来水管道贯穿，且与所述来水管道之间形成供蒸汽流通的环形区域，其中，蒸汽自所述环形区域顶部一端进入，且自所述环形区域底部另一端流出，所述凝汽器设置于所述热交换通道底部，在将蒸汽冷凝成水后导入所述余热锅炉中。

进一步地，所述水温检测单元设置有两个，分别设置于所述第一热交换区域和第二热交换区域之间，以及所述第二热交换区域之后的供水管路上。

一种燃气蒸汽联合循环集中供热方法，包括以下步骤：

按照设定比例和设定流速向燃气轮机进行空气和燃气供给，从而产生设定量的高温烟气；

将所述高温烟气导入余热锅炉内对锅炉给水进行加热，从而产生高温蒸汽；

分别通过高温烟气和高温蒸汽与热力站来水进行热交换，从而对所述热力站来水进行加热；

对热交换完成的所述热力站来水进行温度检测，且根据检测结果对参与热交换的高温蒸汽量进行调节，所产生的其他多余的高温蒸汽通过蒸汽轮机进行发电。

进一步地，所述高温烟气的热交换先于所述高温蒸汽的热交换进行。

进一步地，所述高温蒸汽的热交换通过对热力站来水管道的包覆实现，且热交换后的蒸汽通过自上而下的方式进入冷凝区域，并在冷凝完成后返回余热锅炉作为锅炉给水。

进一步地，对热交换完成的所述热力站来水的温度检测分别在一次热交换和两次热交换后进行。

进一步地，所述水温检测单元的检测按照设定时间段间隔且持续进行。

进一步地，参与热交换的高温蒸汽量的调节过程如下：

T_bn为第二次热交换后第n次水温检测的结果，其中，n为大于等于2的正整数：

持续间隔的对第一次热交换后的水温进行检测，分别获得检测结果T_a1、 T_a2……T_an，T_an为第一次热交换后第n次水温检测的结果；

按照与第一次热交换后的水温进行检测的时间点对第二次热交换后的水温进行对应检测，分别获得检测结果T_b1、T_b2……T_bn；

当

时，参与热交换的高温蒸汽量保持不变，其中，α为常数，根据调节的精度具体设定，且0＜α＜1；

时，减少参与热交换的高温蒸汽量；

当

时，增大参与热交换的高温蒸汽量；

当T_bn大于设定温度时：切断参与热交换的高温蒸汽量。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

在本发明中，通过两次热交换有效的提升了供热效率，以热交换后的水温作为蒸汽两供气分支供气比例的调节，有效的实现了热电比的控制，节省了天然气用量，在降低环境污染的同时，有效提升了供热安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为燃气蒸汽联合循环集中供热装置的框架图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为水温检测单元和流量调节阀与控制系统的连接示意图；

图4为第二热交换区域的局部剖视图；

图5为燃气蒸汽联合循环集中供热方法的流程图；

附图说明：

1、燃气轮机；2、余热锅炉；3、第一热交换区域；4、第二热交换区域； 41、热交换通道；42、凝汽器；5、蒸汽轮机；6、流量调节阀；7、水温检测单元；8、来水管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～4所示，一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置，包括：燃气轮机1，设置有烟气供给端，用于供给高温烟气；余热锅炉2，设置有烟气入口、烟气出口、蒸汽出口和回水口；烟气入口接收来自烟气供给端的高温烟气，烟气出口供对锅炉给水加热完成且具有余热的烟气排出；蒸汽出口供锅炉给水被加热后而产生的蒸汽排出，回水口供蒸汽凝水返回余热锅炉2内作为锅炉给水；第一热交换区域3和第二热交换区域4，分别提供与热力站来水进行热交换的两位置，在二者之一位置处实现烟气出口排出的烟气与热力站来水的一次热交换，另一者位置处实现自蒸汽出口排出的蒸汽与热力站来水的一次热交换；蒸汽出口与热交换区域之间的蒸汽管路上设置有两供气分支，其中一个供气分支与蒸汽轮机5连接，高温蒸汽在蒸汽轮机5中做功发电，另一供气分支参与热交换，且设置有流量调节阀6；还包括水温检测单元7，用于对热力站来水在经过至少一次热交换后的水温进行检测，流量调节阀6和水温检测单元7均与控制系统连接，且流量调节阀6的开度根据水温检测单元7的检测结果进行调节。

在本发明中，通过两次热交换有效的提升了供热效率，以热交换后的水温作为蒸汽两供气分支供气比例的调节，有效的实现了热电比的控制，节省了天然气用量，在降低环境污染的同时，有效提升了供热安全性。

具体地，在实施过程中，按照设定的空气和燃气供给量向燃气轮机1进行气体供给，天然气和空气在燃气轮机1的燃烧室混合后燃烧产生高温烟气，高温烟气流入燃气轮机1的燃气透平中进行膨胀做功，并带动发电机进行发电；工作后的烟气通过烟气供给端进入烟气入口，从而进入余热锅炉2，在余热锅炉2中通过热交换加热锅炉给水，使得余热锅炉2中产生高温的蒸汽，本发明中，并不对上述过程中的烟气热交换进行技术上的改进，为了保证热交换的充分进行，会通过现有技术中增加热交换的时间及面积等方式来提高此部分的热交换效率，从而尽可能的降低烟气的排放温度；较为重要的是，本发明将蒸汽管路设置两个分支，其中，通过流量调节阀6开度的控制有效的实现了参与热交换的蒸汽量的控制，使得参与到热交换的蒸汽量更加符合最终对热力站来水的加热需求。

在燃气轮机1的工作稳定时，燃气和蒸汽的供给量都相对稳定，但由于热力站来水情况的不同而使得最终的加热结果存在较大波动，本发明中有效的对上述波动情况进行了适应，在实际生产的过程中，用于热交换的蒸汽量和用于发电的蒸汽量的比例调整仅仅通过流量调节阀6的调整即可实现，因为高温蒸汽的压力较大，当流量调节阀6的开度增大时，会自然的从高压侧向低压侧流通，因此，当流量调节阀6的开度释放时，蒸汽会在无需动力的情况下自然去参与热交换，其他的蒸汽量则会去参与蒸汽轮机5的发电，本发明中以最终的热交换效果为目的进行热交换过程的控制，保证了热电比的有效控制。

作为上述实施例的优选，第一热交换区域3提供自烟气出口排出的烟气与热力站来水进行第一次热交换的第一位置；第二热交换区域4提供自蒸汽出口排出的蒸汽与在第一位置被加热后的来水进行第二次热交换的第二位置。烟气在经过热交换后需要排放到大气中，因此本发明中将其设在第一次热交换中，从而使得全部烟气充分的进行热量的交换。

作为上述实施例的优选，第二热交换区域4包括热交换通道41和凝汽器 42；热交换通道41供热力站来水管道8贯穿，且与来水管道8之间形成供蒸汽流通的环形区域，其中，蒸汽自环形区域顶部一端进入，且自环形区域底部另一端流出，凝汽器42设置于热交换通道底部，在将蒸汽冷凝成水后导入余热锅炉2中。

在本优选方案中，环形区域的设置使得来水管道8可在各个方向形成均匀的热交换，在热交换过程中所产生的冷凝水会向下直接流通至下方的凝汽器中，多余的蒸汽也会进入凝汽器中通过热交换而形成冷凝水从而再次参与到锅炉给水中，当然，还需要设置其他的供水渠道，从而保证锅炉给水量的稳定性。

其中，水温检测单元7设置有两个，分别设置于第一热交换区域3和第二热交换区域4之间，以及第二热交换区域4之后的供水管路上。本优选方案中，通过两个水温检测单元7的共同工作，进一步提升了供热系统的供热安全性。

如图5所示，一种燃气蒸汽联合循环集中供热方法，包括以下步骤：

S1：按照设定比例和设定流速向燃气轮机1进行空气和燃气供给，从而产生设定量的高温烟气；

S2：将高温烟气导入余热锅炉2内对锅炉给水进行加热，从而产生高温蒸汽；

S3：分别通过高温烟气和高温蒸汽与热力站来水进行热交换，从而对热力站来水进行加热；

S4：对热交换完成的热力站来水进行温度检测，且根据检测结果对参与热交换的高温蒸汽量进行调节，所产生的其他多余的高温蒸汽通过蒸汽轮机5进行发电。

作为上述实施例的优选，高温烟气的热交换先于高温蒸汽的热交换进行。且为了实现更为均匀的热交换，高温蒸汽的热交换通过对热力站来水管道8的包覆实现，且热交换后的蒸汽通过自上而下的方式进入冷凝区域，并在冷凝完成后返回余热锅炉2作为锅炉给水。

通过本发明中的燃气蒸汽联合循环集中供热方法所能够实现的技术效果与上述燃气蒸汽联合循环集中供热装置所能够实现的技术效果相同，此处不再赘述。

其中，对热交换完成的热力站来水的温度检测分别在一次热交换和两次热交换后进行，为了控制难度，水温检测单元7的检测按照设定时间段间隔且持续进行，其中，作为上述实施例的优选，间隔获得检测结果使得参与热交换的高温蒸汽量的调节过程如下，具体地，调节过程主要分为两种情况：

情况一，当T_bn小于等于设定温度时，其中，T_bn为第二次热交换后第n次水温检测的结果，n为大于等于2的正整数，热力站回水温度在设定的极限值以内，例如以极限值为80℃为例：

持续间隔的对第一次热交换后的水温进行检测，分别获得检测结果T_a1、 T_a2……T_an，T_an为第一次热交换后第n次水温检测的结果；

按照与第一次热交换后的水温进行检测的时间点对第二次热交换后的水温进行对应检测，分别获得检测结果T_b1、T_b2……T_bn；

当

时，参与热交换的高温蒸汽量保持不变，其中，α为常数，根据调节的精度具体设定，且0＜α＜1；此种情况下，表示在设定的温度范围内，两次热交换过程对热力站来水温度变化的影响趋势是相对一致的，表示热交换过程相对稳定且有效，无需通过消耗更多的燃气而使得过多的烟气参与到热交换中，热电比较为稳定；

当

时，减少参与热交换的高温蒸汽量，此种情况下第一次热交换对最终热力站来水温度的变化影响减小，因此需要适当减少参与热交换的高温蒸汽量，当然，在完成上述蒸汽量的比例调节后，此种情况下需要适当提高燃气和空气的供给量，从而在保持稳定的热电比的同时保证最终热交换后的水温；

当

时，增大参与热交换的高温蒸汽量，此种情况下第一次热交换对最终热力站来水温度的变化影响较大，从而在空气和燃气量不变的情况，蒸汽量也会相对较大，因此可适当增加高温蒸汽的热交换参与比例，当然，在完成上述蒸汽量的比例调节后，此种情况下需要适当减少燃气和空气的供给量，从而在保持稳定的热电比的同时减少燃气的使用量。

情况二：当T_bn大于设定温度时，切断参与热交换的高温蒸汽量，同时可适当增大热力站来水的供水速度，从而减小热交换时间，以及适当减少空气和燃气的供给量，节省燃气用量。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种燃气蒸汽联合循环集中供热装置，其特征在于，包括：

燃气轮机，设置有烟气供给端，用于供给高温烟气；

余热锅炉，设置有烟气入口、烟气出口、蒸汽出口和回水口；

所述烟气入口接收来自所述烟气供给端的高温烟气，所述烟气出口供对锅炉给水加热完成且具有余热的烟气排出；

所述蒸汽出口供锅炉给水被加热后而产生的蒸汽排出，所述回水口供蒸汽凝水返回所述余热锅炉内作为所述锅炉给水；

第一热交换区域和第二热交换区域，分别提供与热力站来水进行热交换的两位置，在二者之一位置处实现所述烟气出口排出的烟气与热力站来水的一次热交换，另一者位置处实现自所述蒸汽出口排出的蒸汽与热力站来水的一次热交换；

所述蒸汽出口与热交换区域之间的蒸汽管路上设置有两供气分支，其中一个供气分支与蒸汽轮机连接，高温蒸汽在所述蒸汽轮机中做功发电，另一供气分支参与热交换，且设置有流量调节阀；

还包括水温检测单元，用于对热力站来水在经过至少一次热交换后的水温进行检测，所述流量调节阀和水温检测单元均与控制系统连接，且所述流量调节阀的开度根据所述水温检测单元的检测结果进行调节；

所述第一热交换区域提供自所述烟气出口排出的烟气与热力站来水进行第一次热交换的第一位置；所述第二热交换区域提供自所述蒸汽出口排出的蒸汽与在所述第一位置被加热后的来水进行第二次热交换的第二位置；

所述水温检测单元设置有两个，分别设置于所述第一热交换区域和第二热交换区域之间，以及所述第二热交换区域之后的供水管路上。

2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环集中供热装置，其特征在于，所述第二热交换区域包括热交换通道和凝汽器；

所述热交换通道供热力站来水管道贯穿，且与所述来水管道之间形成供蒸汽流通的环形区域，其中，蒸汽自所述环形区域顶部一端进入，且自所述环形区域底部另一端流出，所述凝汽器设置于所述热交换通道底部，在将蒸汽冷凝成水后导入所述余热锅炉中。

3.一种燃气蒸汽联合循环集中供热方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照设定比例和设定流速向燃气轮机进行空气和燃气供给，从而产生设定量的高温烟气；

将所述高温烟气导入余热锅炉内对锅炉给水进行加热，从而产生高温蒸汽；

分别通过对锅炉给水加热完成且具有余热的烟气和高温蒸汽与热力站来水进行热交换，从而对所述热力站来水进行加热；

对热交换完成的所述热力站来水进行温度检测，且根据检测结果对参与热交换的高温蒸汽量进行调节，所产生的其他多余的高温蒸汽通过蒸汽轮机进行发电；

所述高温烟气的热交换先于所述高温蒸汽的热交换进行；对热交换完成的所述热力站来水的温度检测分别在一次热交换和两次热交换后进行；水温检测单元的检测按照设定时间段间隔且持续进行。

4.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合循环集中供热方法，其特征在于，所述高温蒸汽的热交换通过对热力站来水管道的包覆实现，且热交换后的蒸汽通过自上而下的方式进入冷凝区域，并在冷凝完成后返回余热锅炉作为锅炉给水。

5.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合循环集中供热方法，其特征在于，参与热交换的高温蒸汽量的调节过程如下：

当T_bn小于等于设定温度时，其中，T_bn为第二次热交换后第n次水温检测的结果，n为大于等于2的正整数：

持续间隔的对第一次热交换后的水温进行检测，分别获得检测结果T_a1、T_a2……T_an，T_an为第一次热交换后第n次水温检测的结果；

按照与第一次热交换后的水温进行检测的时间点对第二次热交换后的水温进行对应检测，分别获得检测结果T_b1、T_b2……T_bn；

当

时，参与热交换的高温蒸汽量保持不变，其中，α为常数，根据调节的精度具体设定，且0＜α＜1；

当

时，减少参与热交换的高温蒸汽量；

当

时，增大参与热交换的高温蒸汽量；

当T_bn大于设定温度时，切断参与热交换的高温蒸汽量。

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