CN116136367A - 一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，包括：LNG气化系统，与LNG冷能利用系统采用并联方式驳接；LNG冷能利用系统，通过两级换热系统回收LNG气化的冷能，并将该部分冷能用于降低外来水的水温；余热锅炉尾部烟气余热利用系统，从余热锅炉尾部省煤器抽出一股热水，输送至空冷塔喷雾系统的喷雾热水储罐中；空冷塔喷雾系统：夏季高温情况下，将喷雾冷水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾冷却；冬季极端低温情况下，通过将喷雾热水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾加热。本发明实现了利用LNG冷能提高空冷塔在夏季高温条件下喷雾冷却能力、利用余热锅炉尾部烟气余热在冬季极端低温情况下用于空冷塔进气加热。

Description

一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统

技术领域

本发明属于电站冷却系统与余热利用领域，具体涉及一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统。

背景技术

随着工业化、城市化以及人口的继续增长，水资源稀缺的问题变得更加突出。在湿冷塔中，冷却水主要通过蒸发散热的方式将废热直接传递给空气，这将造成大量的水资源的消耗。而在空冷塔中，空气和冷却水通过空冷散热器进行热交换，冷却水通过对流换热的方式将废热传递给空气，避免了冷却水与空气直接接触换热所造成的水资源消耗。因此，考虑到用水的限制，在缺水地区建设联合循环机组，空冷塔可成为一个非常有竞争力的选择。

但是，空冷塔面临的一个较大问题是：由于空气与冷却水是通过对流换热，而不是蒸发散热的方式进行热交换，因此换热效率不如湿冷塔。尤其是在夏季高温情况下，随着环境空气干球温度的升高，空冷塔换热性能显著下降，使用空冷塔的机组的凝汽器压力将显著增大，机组出力将大幅下降，而夏季高温情况下又是居民用电的高峰期，提高空冷塔在夏季高温情况下的换热性能，对于提高机组的经济收益是有较大的实际意义的。因此，在夏季高温情况下，利用喷雾系统对空冷塔进气进行喷雾降温，实现空冷塔换热性能提升，并进一步提高联合循环机组出力，对于提高联合循环机组运行经济性有较大好处。而在冬季极端低温情况下，空冷塔受到环境温度的影响，易出现空冷散热器冻结、破裂、泄露等事故，严重时可使循环水中断，出现机组停运等情况。因此，在冬季极端低温情况下，可利用喷雾系统对对空冷塔入口空气进行加热，防止空冷散热器冻伤甚至冻坏，保护空冷塔的正常运行。

LNG是天然气经过脱水脱硫处理，通过低温工艺冷冻液化形成的低温液体混合物，温度为-162℃。LNG不仅可以作为燃料使用，同时自身携带大量高品位冷能。LNG气化过程中的冷能达到约830kJ/kg(包括LNG的气化潜热和升温至环境温度的显热)。目前，电站在使用LNG作为燃料时，通常需要先对其气化升温。在该过程中，LNG携带的冷量通常被自来水带走。通过回收利用LNG冷能不仅对天然气燃料本身没有消耗，而且不会产生附加的环境污染，具有较好的经济效益和社会效益。而目前余热锅炉尾部烟气余热一般为90℃左右，如电厂使用天然气成分中含硫较少或甚至不含硫，理论上余热锅炉烟气可降至的极限温度为约60℃，因此，余热锅炉的尾部烟气拥有较大的余热利用空间。

发明内容

本发明的目的是针对夏季高温情况下空冷塔换热效率较低，而冬季极端低温情况下空冷散热器易冻坏的情况，提供了一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，包括：

LNG气化系统，与LNG冷能利用系统采用并联方式驳接，发生紧急情况时，通过自控系统将LNG冷能利用系统的LNG流量降低，LNG将该LNG气化系统进行气化；

LNG冷能利用系统，通过两级换热系统回收LNG气化的冷能，并将该部分冷能用于降低外来水的水温，冷却后的冷水进入空冷塔喷雾系统的喷雾冷水储罐中；

余热锅炉尾部烟气余热利用系统，从余热锅炉尾部省煤器抽出一股热水，通过水泵及供水管道输送至空冷塔喷雾系统的喷雾热水储罐中；

空冷塔喷雾系统：夏季高温情况下，将喷雾冷水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾冷却；冬季极端低温情况下，通过将喷雾热水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾加热。

本发明进一步的改进在于，LNG气化系统包括高压水浴式气化器，当LNG冷能利用时，部分LNG进入高压水浴式气化器中气化后，作为燃料进入燃气轮机中，并通过与空气燃烧后，将高温烟气在燃气轮机中驱动透平做功后，排出燃气轮机进入余热锅炉中。

本发明进一步的改进在于，LNG冷能利用系统两级换热系统，每级换热系统都包括：换热器、冷媒、冷媒储罐和冷媒泵，一级换热系统的冷媒储罐中的冷媒经过一级换热系统的冷媒泵进入一级换热系统的换热器中与LNG换热、降温后，再送入二级换热系统的换热器中；换热、升温后的LNG进入辅热器中加热，再作为燃料进入燃气轮机中；二级换热系统的外来水储罐中的水经过二级换热系统的水泵进入二级换热系统的换热器与冷媒换热，降温后进入喷雾系统的喷雾冷水储罐中。

本发明进一步的改进在于，换热、升温后的冷媒再次进入一级换热系统中进行换热循环。

本发明进一步的改进在于，余热锅炉尾部烟气余热利用系统包括余热锅炉尾部省煤器和输送热水水泵，从余热锅炉尾部省煤器抽出一股热水经输送热水水泵输送至空冷塔喷雾系统的喷雾热水储罐中。

本发明进一步的改进在于，为补充热水，将除盐水经除盐水输送管道送入尾部省煤器中，形成循环。

本发明进一步的改进在于，空冷塔喷雾系统包括喷雾水储罐、水泵、喷嘴和圆环板，夏季高温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门开启而控制喷雾加热系统的阀门关闭，从喷雾冷水储罐来的喷雾水经过水泵、喷雾系统内部的连通水管后进入喷嘴；喷嘴布置在圆环板的下端，圆环板呈水平布置，并紧贴空冷塔外壁；在冬季极端低温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门关闭而控制喷雾加热系统的阀门开启，从喷雾热水储罐来的喷雾水经过水泵、喷雾系统内部的连通水管后进入喷嘴。

本发明进一步的改进在于，一部分喷嘴采用水平顺流布置、另一部分采用逆流布置以及其余部分采用30°角的倾斜布置。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

考虑到夏季高温情况下空冷塔换热效率较低，而冬季极端低温情况下空冷散热器易冻坏的情况，本发明提出一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统。该系统适用于使用LNG作为燃料，且使用空冷塔作为冷却方式的联合循环电厂。通过使用该系统，在夏季高温情况下，将LNG气化过程中释放的冷能用于降低喷雾装置的喷雾水温，可提高喷雾水与空气间的换热效果，显著降低进入空冷塔的空气干球温度，提高塔的换热性能，在冬季极端低温情况下，利用余热锅炉尾部烟气余热制成热水并送至喷雾装置，显著提升进入空冷塔的空气干球温度，保护空冷散热器的安全运行。

附图说明

图1为本发明的整体系统示意图。

图2为LNG冷能利用系统示意图。

图3为余热锅炉尾部烟气余热利用系统示意图。

图4为空冷塔喷雾系统示意图。

图5为空冷塔喷雾系统的喷嘴布置示意图。

附图标记说明：

1为LNG储罐；2为高压水浴式气化器；3为LNG气化系统；3A为一级换热系统的换热器；3B为一级换热系统的冷媒储罐；3C为一级换热系统的冷媒泵；3D为二级换热系统的换热器；3E为二级换热系统的水泵；3F为二级换热系统的外来水储罐；4为辅热器；5为燃气轮机；6为余热锅炉尾部烟气余热利用系统；6A为尾部省煤器；6B为除盐水输送管道；6C为输送热水水泵；7为空冷塔喷雾系统；7A为喷雾系统内部的连通水管；7B为圆环板；7C为喷嘴；7D为输送冷水的水泵；7E为喷雾冷水储罐；7F为控制喷雾冷却系统的阀门；7G为输送热水的水泵；7H为控制喷雾加热系统的阀门；7I为喷雾热水储罐；8为空冷散热器；9为空冷塔外壁。

具体实施方式

下面将结合附图及实例对本发明专利作详细的介绍：

如图1所示，本发明提供的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，包括：

布置在LNG储罐旁的LNG气化系统。该LNG气化系统与LNG冷能利用系统3采用并联方式驳接。当LNG冷能利用时，部分LNG进入高压水浴式气化器2中气化后，作为燃料进入燃气轮机5中，并通过与空气燃烧后，将高温烟气在燃气轮机5中驱动透平做功后，排出燃气轮机5进入余热锅炉中。

LNG冷能利用系统3。如图2所示，该系统包括两级换热系统。在正常运行情况下，一级换热系统的冷媒储罐3B中的冷媒经过一级换热系统的冷媒泵3C进入一级换热系统的换热器3A中与LNG换热、降温后，再送入二级换热系统的换热器3D中。换热、升温后的LNG进入辅热器4中加热，再作为燃料进入燃气轮机5中。二级换热系统的外来水储罐3F中的水经过二级换热系统的水泵3E进入二级换热系统的换热器3D与冷媒换热，降温后进入喷雾系统的喷雾冷水储罐7E中；换热、升温后的冷媒再次进入一级换热系统中进行换热循环。

余热锅炉尾部烟气余热利用系统6。如图3所示，从余热锅炉尾部省煤器6A抽出一股热水经输送热水水泵6C输送至空冷塔喷雾系统7的喷雾热水储罐7I中；为补充热水，将除盐水经除盐水输送管道6B送入尾部省煤器6A中，形成循环。

空冷塔喷雾系统7。如图4所示，夏季高温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门7F开启而控制喷雾加热系统的阀门7H关闭，从喷雾冷水储罐7E来的喷雾水经过水泵7D、喷雾系统内部的连通水管7A后进入喷嘴7C。喷嘴7C布置在圆环板7B的下端，并尽量远离空冷塔，以增加水滴运行距离，增强冷却效果，并保证水滴完全蒸发，不腐蚀空冷散热器8。圆环板7B呈水平布置，并紧贴空冷塔外壁9。如图5所示，一部分喷嘴7C采用水平顺流布置、另一部分采用逆流布置以及其余部分采用30°角的倾斜布置，喷雾冷水从喷嘴喷出后，形成喷雾，在圆环板下完全蒸发，不腐蚀空冷散热器8，并取得较好的冷却效果。在冬季极端低温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门7F关闭而控制喷雾加热系统的阀门7H开启，从喷雾热水储罐7I来的喷雾水经过水泵7G、喷雾系统内部的连通水管7A后进入喷嘴7C。喷雾热水从喷嘴喷出后，加热进入空冷散热器的空气，防止空冷塔出现因极端低温引起的空冷散热器冻结、破裂、泄露等事故。

与未安装空冷塔提效防冻系统的联合循环机组相比，该系统可在夏季高温情况下，利用LNG冷能利用系统3回收LNG气化过程中的冷能，并用于降低空冷塔喷雾系统7的喷雾水温，进而显著提升喷雾水与空气间的换热效果，进一步降低进入空冷塔的空气干球温度，显著提高塔的换热性能，提升联合循环机组的发电出力。在冬季极端低温情况下，利用余热锅炉尾部烟气余热利用系统6回收余热锅炉尾部烟气余热，并用于提高进入空冷塔的空气干球温度，防止空冷塔出现因极端低温引起的空冷散热器冻结、破裂、泄露等事故。

Claims (8)

1.一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，包括：

LNG气化系统，与LNG冷能利用系统采用并联方式驳接，发生紧急情况时，通过自控系统将LNG冷能利用系统的LNG流量降低，LNG将该LNG气化系统进行气化；

LNG冷能利用系统，通过两级换热系统回收LNG气化的冷能，并将该部分冷能用于降低外来水的水温，冷却后的冷水进入空冷塔喷雾系统的喷雾冷水储罐中；

余热锅炉尾部烟气余热利用系统，从余热锅炉尾部省煤器抽出一股热水，通过水泵及供水管道输送至空冷塔喷雾系统的喷雾热水储罐中；

空冷塔喷雾系统：夏季高温情况下，将喷雾冷水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾冷却；冬季极端低温情况下，通过将喷雾热水储罐中的喷雾水送入优化布置好的喷嘴中，进行喷雾加热。

2.根据权利要求1所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，LNG气化系统包括高压水浴式气化器，当LNG冷能利用时，部分LNG进入高压水浴式气化器中气化后，作为燃料进入燃气轮机中，并通过与空气燃烧后，将高温烟气在燃气轮机中驱动透平做功后，排出燃气轮机进入余热锅炉中。

3.根据权利要求1所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，LNG冷能利用系统两级换热系统，每级换热系统都包括：换热器、冷媒、冷媒储罐和冷媒泵，一级换热系统的冷媒储罐中的冷媒经过一级换热系统的冷媒泵进入一级换热系统的换热器中与LNG换热、降温后，再送入二级换热系统的换热器中；换热、升温后的LNG进入辅热器中加热，再作为燃料进入燃气轮机中；二级换热系统的外来水储罐中的水经过二级换热系统的水泵进入二级换热系统的换热器与冷媒换热，降温后进入喷雾系统的喷雾冷水储罐中。

4.根据权利要求3所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，换热、升温后的冷媒再次进入一级换热系统中进行换热循环。

5.根据权利要求1所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，余热锅炉尾部烟气余热利用系统包括余热锅炉尾部省煤器和输送热水水泵，从余热锅炉尾部省煤器抽出一股热水经输送热水水泵输送至空冷塔喷雾系统的喷雾热水储罐中。

6.根据权利要求5所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，为补充热水，将除盐水经除盐水输送管道送入尾部省煤器中，形成循环。

7.根据权利要求1所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，空冷塔喷雾系统包括喷雾水储罐、水泵、喷嘴和圆环板，夏季高温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门开启而控制喷雾加热系统的阀门关闭，从喷雾冷水储罐来的喷雾水经过水泵、喷雾系统内部的连通水管后进入喷嘴；喷嘴布置在圆环板的下端，圆环板呈水平布置，并紧贴空冷塔外壁；在冬季极端低温情况下，控制喷雾冷却系统的阀门关闭而控制喷雾加热系统的阀门开启，从喷雾热水储罐来的喷雾水经过水泵、喷雾系统内部的连通水管后进入喷嘴。

8.根据权利要求7所述的一种联合循环机组空冷塔提效防冻系统，其特征在于，一部分喷嘴采用水平顺流布置、另一部分采用逆流布置以及其余部分采用30°角的倾斜布置。

Images