CN117418933A - 一种用于燃气轮机发电站的增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机发电系统技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机发电站的增压系统，包括：发电机、驱动所述发电机发电的燃气轮机、储存多余电量的蓄电池、发雾冷却的发雾装置、回收所述燃气轮机排气中热能的热回收装置。本发明的一种用于燃气轮机发电站的增压系统不仅通过第二涡轮组将燃气轮机排出的尾气中的热能进行利用，还通过热回收装置、发雾装置、吸收式热泵、余热锅炉等对燃气轮机的热气进行利用，降低燃气轮机的进气温度，同时升高或降低燃气轮机机体温度降低燃气轮机的进气温度，并并降低涡轮叶片的温度，并回收多余的余热。

Description

一种用于燃气轮机发电站的增压系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机发电系统技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机发电站的增压系统。

背景技术

燃气轮机发电站是一种使用燃气轮机进行发电的发电站，燃气轮机发电站进行热回收的原因是回收燃气轮机废气中的热量，将其转换为其他介质所需的热量，例如获取蒸汽、热水等，以供日常生活需求的热水、采暖等。通过对燃气发动机废气余热进行回收，可以减少废气热量的排放，达到节能减排的目的同时，也保护环境，为生产和生活提供热能，创造显著的经济效益；另外，由于燃气轮机做功效率跟燃气轮机的增压比、温度息息相关，温度越低、增压比越高则燃气轮机的做功效率更高，因此需要对燃气轮机发电站进行增压及降温。

申请号为CN201610857080.1的发明公开了一种微型燃气轮机发电站，属于发电设备领域。该发电站主要包括数字电力控制器、发电机和微型燃气轮机；其中，微型燃气轮机上设有板翅式回热器，并板翅式回热器围绕在微型燃气轮机的外部；数字电力控制器包括可控升压整流系统，逆变并网系统和中央控制系统；微型燃气轮机与发电机同轴挠性连接；发电机、可控升压整流系统和逆变并网系统依次通过线缆连接，且可控升压整流系统和逆变并网系统均与中央控制系统通过线缆连接。该发电站噪音小、尾气便于回收利用，维修成本低，且所述发电站应用范围广，有效的克服了现有柴油机发电设备“拉缸”现象而导致发电站在不能在分布式供电领域应用的问题。

虽然能够对尾气回收，却无法对会后的尾气进行再利用，造成了不必要的能源损耗，同时也无法对燃气轮机排气中的热能进行利用。

因此，有必要提供一种新的技术方案以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的一种用于燃气轮机发电站的增压系统。

为达到本发明之目的，采用如下技术方案：

一种用于燃气轮机发电站的增压系统，包括：发电机、驱动所述发电机发电的燃气轮机、储存多余电量的蓄电池、发雾冷却的发雾装置、回收所述燃气轮机排气中热能的热回收装置；

所述燃气轮机包括：压气机、燃烧室以及涡轮组件；所述涡轮组件包括：第一涡轮组、第二涡轮组，所述第一涡轮组安装在所述燃烧室的排气管路上，所述第二涡轮组安装在所述第一涡轮组的排气管路上；所述涡轮叶片采用中空叶片，且所述涡轮叶片的近压力面区域开设有气膜冷却孔，所述涡轮叶片中间开设有通风的导流管；

热回收装置：通过热回收管路与所述第二涡轮组的排气管路连通，吸收所述第二涡轮组排出的热气；

吸收式热泵：其进水口与所述热回收装置的出水口连通，并通过水循环管路分别连通所述燃气轮机、所述发雾装置；

余热锅炉：所述余热锅炉通过余热回收管路与所述第二涡轮组的排气管连通；

控制模块，包括：采集所述涡轮叶片转速的第一采集单元、采集环境温度的第二采集单元、阈值单元、控制单元；将所述转速与所述环境温度分别代入到阈值区间内进行比较，所述控制单元根据比较结果控制热气流向所述热回收管路或流向所述水循环管路，并控制所述吸收式热泵将冷水或热水排向所述燃气轮机和/或所述发雾装置。

进一步的，所述水循环管路包括：冷水循环管路、热水循环管路一、热水循环管路二；所述冷水循环管路与所述燃气轮机的水冷管路、所述发雾装置的进水口连通；所述热水循环管路一与所述余热锅炉的进水口连通；所述热水循环管路二与所述燃气轮机的热水管路连通。

进一步的，所述控制单元控制所述吸收式热泵将热水排向所述余热锅炉或所述燃气轮机的水冷管路。

进一步的，所述水循环管路安装在所述燃气轮机机体表面，并分别连通所述燃气轮机的进气口、所述发雾装置的进水口；所述水循环管路上安装有向所述喷头朝向所述燃气轮机机体喷水的第一喷头、向所述燃气轮机的进气口喷水的第二喷头；所述燃气轮机的进气口还设置有高压风扇。

进一步的，所述余热回收管路、所述热回收管路、所述水循环管路上设置有保温层。

进一步的，所述燃气轮机外侧设置有防护罩，所述防护罩在压气机的进气口方向设置有罩门，所述罩门上可拆卸的安装有滤网；所述防护罩内侧设置有降噪槽；所述降噪槽表面设置有隔热层；所述隔热层表面设置有吸水层；所述吸水层底部设置有废水回收管路；所述防护罩上设置有通风

进一步的，设所述环境温度t处于低温区间时为-1、处于常温区间时为0、处于高温区间时为1，所述转速n分为起动转速区间-1、过渡转速区间0、高速转速区间1；

当t+n＜0时，所述控制单元控制所述吸收式热泵制热，并给所述燃气轮机供热水；

当t+n＝0时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水；

当t+n＞1时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水，并控制所述发雾装置发雾；

当t+n＞2时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水；并控制所述发雾装置发雾；还控制所述高压风扇对所述燃气轮机的进气口吹风。

进一步的，所述燃气轮机起动前，所述控制单元控制所述热循环管路二向所述燃气轮机的热水管路供应热水。

进一步的，所述起动转速区间为0-3000转/分钟、所述过渡转速区间为3000-5000转/分钟、所述高速转速区间为大于5000转/分钟。

进一步的，所述水冷管路还向所述导流管供应冷水。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的一种用于燃气轮机发电站的增压系统不仅通过第二涡轮组将燃气轮机排出的尾气中的热能进行利用，还通过热回收装置、发雾装置、吸收式热泵、余热锅炉等对燃气轮机的热气进行利用，降低燃气轮机的进气温度，同时升高或降低燃气轮机机体温度，并并降低涡轮叶片的温度，并回收多余的余热。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明一种用于燃气轮机发电站的增压系统的示意图。

图中：1、发电机；2、燃气轮机；3、发雾装置；4、热回收装置；5、吸收式热泵；6、余热锅炉；7、高压风扇；8、水循环管路；9、余热回收管路；81、冷水循环管路；82、热水循环管路一；83、热水循环管路二。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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保护范围的限制。当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。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。

如图1所示，本发明一种用于燃气轮机发电站的增压系统，包括：发电机1、驱动发电机1发电的燃气轮机2、储存多余电量的蓄电池、发雾冷却的发雾装置3、回收燃气轮机2排气中热能的热回收装置4。

燃气轮机2包括：压气机、燃烧室以及涡轮组件，燃烧室设置有空气入口、燃气入口和排气口，压气机的出气口与燃烧室的空气入口连通，涡轮组件安装在燃烧室的排气管路上，通过燃烧室中燃料燃烧获得的能量，带动涡轮组件中的涡轮叶片转动；其中涡轮组件包括：第一涡轮组、第二涡轮组，第一涡轮组安装在燃烧室的排气管路上，第二涡轮组安装在第一涡轮组的排气管路上，从而通过燃烧室的排气带动第一涡轮组，并同时通过第一涡轮组的排气和燃烧室的排气带动第二涡轮组，从而对排气二次利用；涡轮叶片采用中空叶片，且涡轮叶片的近压力面区域开设有气膜冷却孔，涡轮叶片中间开设有通风的导流管，通过将涡轮叶片设置为中空叶片，便于空气从涡轮叶片中流通，设置气膜冷却孔便于在空气高速流动时形成气膜保护涡轮叶片，导流管用于引导空气流向。

热回收装置4与第二涡轮组的排气管路连通，用于吸收第二涡轮组排出的热气，并加以利用。

吸收式热泵5的进水口与热回收装置4的出水口连通，通过热回收装置4给吸收式热泵5提供水蒸气，并通过水循环管路8分别连通燃气轮机2、发雾装置3，吸收式热泵5用于给燃气轮机2供冷水以对燃气轮机2水冷降温，并向发雾装置3供冷水，以使发雾装置3喷出的雾气为低温雾气；吸收式热泵5还用于给燃气轮机2供热水，以提高燃气轮机2的环境温度或将热水排向余热锅炉6；控制单元控制吸收式热泵5将热水排向余热锅炉6，或者控制吸收式热泵5将冷水或热水排入燃气轮机2的水冷管路或热水管路，从而实现热量回收、以及对燃气轮机2升温或降温；发雾装置3用于喷射微小的水雾来降低燃气轮机2的进气温度，从而降低燃气轮机2的燃料消耗和排放。

其中，水循环管路8包括：冷水循环管路81、热水循环管路一82、热水循环管路二83；冷水循环管路81分别与燃气轮机2的水冷管路、发雾装置3的进水口连通，通过冷水循环管路81供应冷水；控制单元控制向水冷管路供水或发雾装置3供冷水或供热水，或同时向水冷管路和发雾装置3供冷水或供热水；热水循环管路一82与余热锅炉6的进水口连通、热水循环管路二83与燃气轮机2的热水管路连通，控制单元控制向余热锅炉6供水或燃气轮机2的热水管路供应热水，或同时供应热水，从而根据实际情况对燃气轮机2排出的尾气中的热能充分利用；其中向水冷管路供水可以在需要降温时供冷水，以及在需要升温时供热水，而向余热锅炉6只供应热水。

水循环管路8分别连通燃气轮机2机体、燃气轮机2的进气口和发雾装置3的进水口，通过水循环管路8分别进行供水；水循环管路8上安装有向喷头朝向燃气轮机2机体喷水的第一喷头，用于对燃气轮机2机体本水冷降温；水循环管路8上还安装有向燃气轮机2的进气口喷水的第二喷头，用于对燃气轮机2的进气进行降温；水冷管路还向导流管供应冷水，以对涡轮叶片进行降温；水循环管路8还给发雾装置3供水，从而使发雾装置3发雾装置3发射冷水或热水，以提高对燃气轮机2进气口的空气降温的效果；燃气轮机2的进气口还设置有高压风扇7，通过高压风扇7将第一喷头、发雾装置3发出的冷却雾气吹向燃气轮机2，对燃气轮机2进气口的空气进行降温、对燃气轮机2机体降温，同时增加燃气轮机2的进气压力。

余热锅炉6通过余热回收管路9与第二涡轮组的排气管连通；控制单元控制第二涡轮组的排气排向余热回收管路9或热回收管路。

余热回收管路9、热回收管路、水循环管路8上设置有保温层，通过保温层保温；燃气轮机2外侧设置有防护罩，用于通过防护罩防止水份流到发电机1上，防护罩在压气机的进气口方向设置有罩门，便于进入防护罩中；罩门上可拆卸的安装有滤网，同时可以起到对空气的初步过滤作用，减少空气中的灰尘进入燃气轮机2内对涡轮叶片、燃气轮机2造成磨损；防护罩内侧设置有降噪槽，用于减少噪音；降噪槽表面设置有隔热层，用于隔热，隔热层的表面设置吸水层，用于吸水；防护罩底部设置有废水回收管路，用于收集废水，并将废水排入下水道；防护罩上设置有通风扇，在防止防护罩内的温度较高时打开通风扇通风降温，通风扇优选与热回收管路连通，且管路上设置单向阀。

从以上描述中可以看出，本发明不仅可以通过第二涡轮组将燃气轮机2排出的尾气中的热能进行利用，还通过热回收装置4、发雾装置3、吸收式热泵5、余热锅炉6等对燃气轮机2的热气进行利用，降低燃气轮机2的进气温度，同时升高或降低燃气轮机2机体温度，并并降低涡轮叶片的温度，并回收多余的余热

控制模块，包括：采集涡轮叶片转速的第一采集单元、采集环境温度的第二采集单元、阈值单元、控制单元；将转速与环境温度分别代入到阈值区间内进行比较，控制单元根据比较结果控制气流向热回收管路或流向出气管路，并控制吸收式热泵5将冷水排向燃气轮机2和/或发雾装置3。

控制单元的具体控制方式如下：当起动燃气轮机2的环境温度为低温环境时，燃气轮机2起动前，控制单元控制热循环管路二向燃气轮机2的热水管路供应热水；设环境温度t处于低温区间时为-1、处于常温区间时为0、处于高温区间时为1，转速n分为起动转速区间-1、过渡转速区间0、高速转速区间1；其中，起动转速区间为0-3000转/分钟、过渡转速区间为3000-5000转/分钟、高速转速区间为大于5000转/分钟；本实施例中，环境温度区间优选为低温区间为15度以下，常温区间为15-30度，高温区间为30度以上；需要注意的是，环境温度区间需要根据不同地域的燃气轮机2起动情况进行调整；

当t+n＜0时，控制单元控制吸收式热泵5制热，并给燃气轮机2的热水管路供热水，以对燃气轮机2进行预热，提高起动成功率；

当t+n＝0时，控制单元控制吸收式热泵5制冷，给燃气轮机2供冷水，同时给余热锅炉6供应热水；当需要吸收式热泵5同时制冷和制热时，需要使用两台不同的吸收式热泵5分别工作从而实现，两台不同的吸收式热泵5既可以从一台热回收装置4中吸收水蒸气，也可以从两台不同的热回收装置4中吸收水蒸气；

当t+n＞1时，控制单元控制吸收式热泵5制冷，给燃气轮机2供冷水，同时给余热锅炉6供应热水，还控制发雾装置3进行发雾，从而进一步提高冷却效果；

当t+n＞2时，控制单元控制吸收式热泵5制冷，给燃气轮机2供冷水，同时给余热锅炉6供应热水，控制发雾装置3发雾，还控制高压风扇7对燃气轮机2的进气口吹风；控制单元可以采用变频控制的方法进行控制。热水循环管路一82热水循环管路一82

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，包括：

发电机、驱动所述发电机发电的燃气轮机、储存多余电量的蓄电池、发雾冷却的发雾装置、回收所述燃气轮机排气中热能的热回收装置；

所述燃气轮机包括：压气机、燃烧室以及涡轮组件；所述涡轮组件包括：第一涡轮组、第二涡轮组，所述第一涡轮组安装在所述燃烧室的排气管路上，所述第二涡轮组安装在所述第一涡轮组的排气管路上；所述涡轮叶片采用中空叶片，且所述涡轮叶片的近压力面区域开设有气膜冷却孔，所述涡轮叶片中间开设有通风的导流管；

热回收装置：通过热回收管路与所述第二涡轮组的排气管路连通，吸收所述第二涡轮组排出的热气；

吸收式热泵：其进水口与所述热回收装置的出水口连通，并通过水循环管路分别连通所述燃气轮机、所述发雾装置；

余热锅炉：所述余热锅炉通过余热回收管路与所述第二涡轮组的排气管连通；

控制模块，包括：采集所述涡轮叶片转速的第一采集单元、采集环境温度的第二采集单元、阈值单元、控制单元；将所述转速与所述环境温度分别代入到阈值区间内进行比较，所述控制单元根据比较结果控制热气流向所述热回收管路或流向所述水循环管路，并控制所述吸收式热泵将冷水或热水排向所述燃气轮机和/或所述发雾装置。

2.如权利要求1所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述水循环管路包括：冷水循环管路、热水循环管路一、热水循环管路二；所述冷水循环管路与所述燃气轮机的水冷管路、所述发雾装置的进水口连通；所述热水循环管路一与所述余热锅炉的进水口连通；所述热水循环管路二与所述燃气轮机的热水管路连通。

3.如权利要求2所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述控制单元控制所述吸收式热泵将热水排向所述余热锅炉或所述燃气轮机的水冷管路。

4.如权利要求3所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述水循环管路安装在所述燃气轮机机体表面，并分别连通所述燃气轮机的进气口、所述发雾装置的进水口；所述水循环管路上安装有向所述喷头朝向所述燃气轮机机体喷水的第一喷头、向所述燃气轮机的进气口喷水的第二喷头；所述燃气轮机的进气口还设置有高压风扇。

5.如权利要求3任意一项所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述余热回收管路、所述热回收管路、所述水循环管路上设置有保温层。

6.如权利要求5任意一项所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述燃气轮机外侧设置有防护罩，所述防护罩在压气机的进气口方向设置有罩门，所述罩门上可拆卸的安装有滤网；所述防护罩内侧设置有降噪槽；所述降噪槽表面设置有隔热层；所述隔热层表面设置有吸水层；所述吸水层底部设置有废水回收管路；所述防护罩上设置有通风扇。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，设所述环境温度t处于低温区间时为-1、处于常温区间时为0、处于高温区间时为1，所述转速n分为起动转速区间-1、过渡转速区间0、高速转速区间1；

当t+n＜0时，所述控制单元控制所述吸收式热泵制热，并给所述燃气轮机供热水；

当t+n＝0时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水；

当t+n＞1时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水，并控制所述发雾装置发雾；

当t+n＞2时，所述控制单元控制一所述吸收式热泵制冷，给所述燃气轮机供冷水，同时控制另一所述吸收式热泵给所述余热锅炉供应热水；并控制所述发雾装置发雾；还控制所述高压风扇对所述燃气轮机的进气口吹风。

8.如权利要求7所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述控制单元根据环境温度控制所述热循环管路二向所述燃气轮机的热水管路供应热水。

9.如权利要求8所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述起动转速区间为0-3000转/分钟、所述过渡转速区间为3000-5000转/分钟、所述高速转速区间为大于5000转/分钟。

10.如权利要求9所述的一种用于燃气轮机发电站的增压系统，其特征在于，所述水冷管路还向所述导流管供应冷水。