CN203655442U - 余热为动力的燃气轮机进气冷却装置 - Google Patents

余热为动力的燃气轮机进气冷却装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，包括空冷器或冷却塔、表冷器、冷水罐和至少一级余热制冷机，所述余热制冷机的低温水两端经阀门与表冷器连接和/或经阀门和冷水罐与表冷器连接，余热制冷机的冷却水两端与冷却塔的冷却水两端连接，余热制冷机的高温烟气输入端与燃气轮机的余热烟气管连接，表冷器的冷气出口与燃气轮机的进气口连接。利用烟气、蒸汽、甚至废热水等热源做动力，以溴化锂或者氨溶液做载体，在真空环境下通过蒸发和冷凝的物理化学过程产生低温冷水，使用时通过表冷器来冷却进气。具有温度和湿度都可控；耗电量是电制冷方案的三分之一；运维成本比电制冷低等优点。特别适合高温地区与燃气轮机配套使用。

Description

余热为动力的燃气轮机进气冷却装置
技术领域
本实用新型涉及一种冷却装置，特别是一种为了提高燃气轮机在高温环境下的发电功率而对进气进行冷却的装置，属于燃气轮机领域。
背景技术
由于环境温度升高，燃气轮机的发电功率就下降，这是燃机特性所决定的，但这时用电量却增加，这就形成了供需矛盾。即夏季用电高峰而发电量反而降低，引发的供需矛盾经常采取频繁的拉闸断电办法。为了使燃气轮机在高温环境下也能不降低发电功率，解决的办法主要就是对燃机的进气进行冷却。将进入到燃气轮机进气口的空气冷却到摄氏15度的标准设计温度，即可使燃机的输出功率在高温环境下也能达到摄氏15度的设计标准的额定值。
燃气轮机的进气冷却方法，目前主要有蒸发式冷却或雾化冷却和电驱动的压缩式电制冷对进气进行冷却。其优缺点如下所述：1、蒸发式冷却装置，其结构主要是在燃机进气室的下方安装有纯水收集池，在燃机进气室的上方进气过滤器之后安装有设计成蜂窝状的分水装置，在分水装置和纯水池之间安装有水泵，配套设施有纯水设备和充足的水资源；运行时，水泵将纯水池的纯水泵入进气室上方进入分水装置，这时水自由流经进气的空间进入收集导管回到下方的收集池，部分水分被带走增加了进气的湿度，降低了进气温度。2、雾化冷却装置，其结构与蒸发式冷却大致相同，区别在 于微孔阵列替代了蜂窝状分水装置，水泵变成了高压水泵， 运行时，高压水泵将纯水压入微孔，在进气的空间里形成雾帘，从而增加进气的湿度，降低进气的温度；明显地，这两种方法都是空气与水直接接触，进气空气的湿度直接影响湿度的增加和进气温度的降低值；即冷却温度受环境湿度的直接影响，降低的温度范围不大，通常在18摄氏度以下，而且冷却后的湿度难以控制，过湿的空气进入燃机将会危害燃机。但上述两种方式结构简单，建造时间短，适合于干燥高温地区。3、电驱动的压缩式电制冷装置，用电机带动压缩机做功，以氟利昂，氨或者R134等做冷媒，将产生的低温水或者冰储存起来，在需要冷却的时候用这些低温水或者低温介质通过安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器来冷却进气。表冷器通常是由铝制或者铜制的细管组成，具有很大的换热面积，特点是，进气冷却的温度和湿度都可控，不受环境空气的湿度的限制，但明显存在需要消耗大量的电能，运行成本和维护成本很高等缺点。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服上述现有燃气轮机的进气冷却设备耗能大、运行成本高、或进气湿度大等不足之处，设计一种利用燃机排出的烟气或蒸汽等余热为动力，以溴化锂或者氨溶液做载体，在真空环境下通过蒸发和冷凝的物理化学过程产生低温冷水，通过安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器来冷却进气的耗能小、运行成本低、进气湿度可控的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置。
本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其结构主要由空冷器或冷却塔、表冷器、冷水罐和至少1级余热制冷机组成，所述1级余热制冷机的低温水两端经阀门与表冷器连接和/或经阀门和冷水罐与表冷器连接，余热制冷机的冷却水两端与空冷器或冷却塔的冷却水两端连接，余热制冷机的高温烟气或者蒸汽或者热水输入端与燃气轮机的余热烟气或者蒸汽或者热水管连接，表冷器的冷气出口与燃气轮机的进气口连接。
对于2级及其以上的多级余热制冷机串接使用时，所述余热制冷机的前级余热制冷机的低温水两端经阀门与后级余热制冷机的冷却水两端连接，后级余热制冷机的低温水两端经阀门和冷水罐与表冷器连接。
上述余热制冷机包括烟气型（或者蒸汽型或者热水型）发生器、补燃型发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器、热交换器、引风机、溶液泵、冷剂泵，所述烟气型发生器的高温烟气输入端与燃气轮机的余热烟气管连接，烟气型发生器的低温烟气输出端经引风机排入大气；烟气型发生器的溴化锂稀溶液输入端与热交换器的稀溶液输出端连接，烟气型发生器的溴化锂溶液输出端与补燃型发生器的溴化锂溶液输入端连接，补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与热交换器的溴化锂浓溶液输入端连接，烟气型发生器和补燃型发生器的高温冷剂蒸汽输出端与冷凝器的高温冷剂蒸汽输入端连接；冷凝器的冷剂水输出端经U形节流管与蒸发器内的冷剂水盘连接，热交换器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器上部的喷淋盘连接，吸收器底部的溴化锂稀溶液输出端经溶液泵与热交换器的溴化锂稀溶液输入端连接，蒸发器底部的冷剂水输出端经冷剂泵与蒸发器上部的喷淋盘连接，置于吸收器中部的盘管与冷凝器内的盘管串联后的两端为余热制冷机的冷却水两端，置于蒸发器中部的盘管两端为余热制冷机的低温水两端。
上述烟气型发生器包括筒体和烟气传热管束，其中的烟气传热管束装在筒体内的中下部，烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端和低温烟气输出端，筒体的上部设有溴化锂稀溶液输入端，筒体的中上部设有溴化锂溶液输出端，筒体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端；所述补燃型发生器包括筒体、炉筒和传热管束，筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端，筒体上部设有溴化锂溶液输入端，筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端，炉筒和传热管束装在筒体的中下部，炉筒内设有燃烧器，炉筒的烟气经传热管束排入大气。
为了防止因结晶而堵塞管路，可增设熔晶管和溶液旁通阀，所述熔晶管与溶液旁通阀串接在补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器的中下部之间。
为了便下将气体及时排出，可增设自动排气装置，所述自动排气装置包括抽气管、引射器、储气筒、溶液回流管、阀门、阻油器、真空泵，所述抽气管下端插装在储气筒下部，抽气管上端与吸收器上部和引射器出气端连接，引射器其它三端分别与溶液泵输出端和溶剂泵输出端及蒸发器下部连接，储气筒下部经溶液回流管与吸收器中部连接，储气筒上部经阀门和阻油器与真空泵抽气口连接，真空泵排气口与大气相通。
本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，由于使用表冷器来冷却经过过滤的空气作为燃气轮机的进气，所以其进气温度低且调整方便 ；余热制冷机中的烟气型发生器主要使用燃气轮机排出的烟气，因该烟气的温度可达540℃，排入大气完全是一种浪费，可直接作为本装置的烟气型发生器的能源使用，也可使用蒸汽、甚至废热水等热源做动力。在不同的环境温度下，其工作转换可通过阀门进行，使用灵活方便。具有下述的显著特点：进气冷却的温度和湿度都可控；不受环境空气的湿度的限制；系统耗电量是电制冷方案的三分之一； 投资成本跟电制冷相当；运维成本比电制冷低；可以24小时连续运行；特别适合高温地区与燃气轮机配套使用。
附图说明
图1是本实用新型中的1级余热制冷机的一种结构示意图；
图2是本实用新型中的1级余热制冷机的另一种结构示意图；
图3是本实用新型中的2级余热制冷机的一种结构示意图；
图4是本实用新型中的余热制冷机的一种结构示意图。
具体实施方式
附图非限制性的公开了本实用新型的实施例中的具体结构示意图，结合附图作进一步描述如下：
本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其结构主要由空冷器或冷却塔6、表冷器1、冷水罐7和至少1级余热制冷机4组成，所述1级余热制冷机4的低温水两端D和C经阀门Ⅰ和阀门Ⅱ与表冷器1的第一级连接（其结构如图1所示）和/或经阀门Ⅳ、阀门Ⅴ、阀门Ⅵ和冷水罐7与表冷器1的第二级连接其结构如图2所示），余热制冷机4的冷却水两端A和B与空冷器或冷却塔6的冷却水两端连接，余热制冷机4的高温烟气输入端与燃气轮机的余热烟气管3连接，表冷器1的冷气出口与燃气轮机2的进气口连接。
对于2级及其以上的多级余热制冷机串接使用时，所述余热制冷机的前级余热制冷机4的低温水两端D和C再经阀门Ⅳ和阀门Ⅲ与后级余热制冷机5的冷却水两端B和A连接，后级余热制冷机5的低温水两端D和C经阀门Ⅶ和阀门Ⅷ及冷水罐7与表冷器1的第2级连接连接。其结构如图3所示。
上述余热制冷机的结构如图4所示，包括烟气型发生器23、补燃型发生器21、冷凝器24、蒸发器36和吸收器35、热交换器26、引风机22、溶液泵34、冷剂泵37，所述烟气型发生器23的高温烟气输入端1与燃气轮机的余热烟气管连接，烟气型发生器23的低温烟气输出端2经引风机22排入大气；烟气型发生器23的溴化锂稀溶液输入端3与热交换器26的稀溶液输出端4连接，烟气型发生器23的溴化锂溶液输出端4与补燃型发生器21的溴化锂溶液输入端3连接，补燃型发生器21的溴化锂浓溶液输出端4与热交换器26的溴化锂浓溶液输入端1连接，烟气型发生器23和补燃型发生器21的高温冷剂蒸汽输出端5与冷凝器24的高温冷剂蒸汽输入端连接；冷凝器24的冷剂水输出端经U形节流管38与蒸发器36内的冷剂水盘连接，热交换器26的溴化锂浓溶液输出端2与吸收器35上部的喷淋盘连接，吸收器35底部的溴化锂稀溶液输出端经溶液泵34与热交换器26的溴化锂稀溶液输入端3连接，蒸发器36底部的冷剂水输出端经冷剂泵37与蒸发器36上部的喷淋盘连接，置于吸收器35中部的盘管与冷凝器24内的盘管串联后的两端Ａ和Ｂ为余热制冷机的冷却水两端，置于蒸发器36中部的盘管两端为余热制冷机的低温水两端Ｃ和Ｄ。
上述烟气型发生器23包括筒体和烟气传热管束，其中的烟气传热管束装在筒体内的中下部，烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端1和低温烟气输出端2，筒体的上部设有溴化锂稀溶液输入端3，筒体的中上部设有溴化锂溶液输出端4，筒体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端5；所述补燃型发生器21包括筒体、炉筒和传热管束，筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端5，筒体上部设有溴化锂溶液输入端3，筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端4，炉筒和传热管束装在筒体的中下部，炉筒内设有燃烧器1，炉筒的烟气经传热管束2排入大气。
工作时，溶液泵34将吸收器35中的稀溶液抽出，经热交换器26升温后进入烟气型发生器23和补燃型发生器21，在烟气型发生器23和/或补燃型发生器21内被余热烟气和/或燃料燃烧产生的高温烟气加热，浓缩成浓溶液，同时产生高温冷剂蒸汽。浓溶液经热交换器26加热传热管内流向发生器的稀溶液后，温度降低，进入吸收器35。烟气型发生器23和/或补燃型发生器21中产生的高温冷剂蒸汽从输出端5进入冷凝器24内，被流经冷凝器24传热管内的冷却水冷凝成冷剂水，热量被冷却塔带入大气中。冷剂水经U形管38节流后进入蒸发器36，在蒸发器36内闪发降温后流入蒸发器冷剂水盘。进入蒸发器36底部的冷剂水被冷剂泵37抽出喷淋在蒸发器26中部的传热管表面，吸收流经传热管内冷水的热量而沸腾蒸发，成为冷剂蒸汽。产生的冷剂蒸汽进入吸收器35，被回到吸收器中的浓溶液吸收。吸收过程放出的吸收热被流经吸收器中部传热管盘内的冷却水带走，被带入大气中。冷水则在热量被冷剂水带走后温度降低，流出机组，返回用户系统。浓溶液在吸收了冷剂蒸汽后，浓度降低，成为稀溶液后被溶液泵33再次送往发生器加热浓缩。这个过程不断循环进行，蒸发器36就连续不断地制取所要求温度的冷水。
为了防止热交换器因结晶而堵塞管路，可增设熔晶管25和溶液旁通阀，所述熔晶管25与溶液旁通阀串接在补燃型发生器21的溴化锂浓溶液输出端6与吸收器35的中下部之间。如果在热交换器26内的浓溶液因结晶堵塞时，可手动打开溶液旁通阀，让发生器出口浓溶液经熔晶管25进入吸收器。未经过溶液热交换器降温的浓溶液进入吸收器后，使吸收器中的稀溶液温度升高。高温稀溶液流经溶液热交换器26，加热传热管外的浓溶液，由此达到熔晶的目的。
为了抽除机组内的不凝性气体，以免影响机组的正常运行。可增设自动排气装置，所述自动排气装置包括抽气管29、引射器32、储气筒31、溶液回流管33、阀门27、阻油器28、真空泵30，所述抽气管29下端插装在储气筒31下部，抽气管29上端与吸收器35上部和引射器32出气端连接，引射器32其它三端分别与溶液泵33输出端和溶剂泵37输出端及蒸发器36下部连接，储气筒31下部经溶液回流管33与吸收器35中部连接，储气筒31上部经阀门27和阻油器28与真空泵30抽气口连接，真空泵排气口与大气相通。
机组运行时，当环境温度低于35度运行时，阀门III，VII，VIII关闭，阀门IV，V和VI打开；吸收机由余热（蒸汽，烟气，热水，等）或者备用燃料驱动，产生的冷冻水直接进入表冷器的水气热交换器，冷却进入的空气；系统的热由空冷或者冷却塔带走释放；这时第二级吸收机不工作。
当环境温度高于35度运行时，阀门V和VI关闭，III，IV，VII和VIII打开，一级吸收机1产生的冷水用来冷却二级吸收机作为二级吸收机的冷却水，二级吸收机产生的冷冻水才能进入表冷器的水气热交换器，冷却进入的空气。第一级和第二级吸收机均由余热（蒸汽，烟气，热水，等）或者备用燃料驱动。
本实用新型的冷却装置利用热源做动力，热源可以选择使用单循环燃机排出的烟气，联合循环排出的蒸汽，也可以使用电厂已有的其他大量的废热，甚至热水，以溴化锂或者氨溶液做载体，在真空环境下通过蒸发和冷凝的物理化学过程产生低温冷水， 这些低温水可以储存起来也可以直接使用，使用时通过安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器来冷却进气。表冷器通常是由铝制或者铜制的细管组成，具有足够的换热面积， 使进气温度降低到指定温度，同时因为冷却而产生的进气的压降也低于燃机允许的进气阻力值。燃油的预热则作为吸收式制冷系统的热释放负荷的一部分，提高了系统的冷却效率和可靠性。显著的特点是：进气冷却的温度和湿度都可控；不受环境空气的湿度的限制；系统耗电量是电制冷方案的三分之一； 投资成本跟电制冷相当；运维成本比电制冷低；可以24小时连续运行；可以同时预热燃料；减少热效应；减少二氧化碳排放；特别适合高温地区与燃气轮机配套使用。

Claims (5)

1.一种余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其特征在于包括空冷器或冷却塔、表冷器、冷水罐和至少一级余热制冷机，所述余热制冷机的低温水两端经阀门与表冷器连接和/或经阀门和冷水罐与表冷器连接，余热制冷机的冷却水两端与空冷器或冷却塔的冷却水两端连接，余热制冷机的高温烟气输入端与燃气轮机的余热烟气管连接，表冷器的冷气出口与燃气轮机的进气口连接；所述余热制冷机的前级余热制冷机的低温水两端经阀门与后级余热制冷机的冷却水两端连接，后级余热制冷机的低温水两端经阀门和冷水罐与表冷器连接。
2.如权利要求1所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其特征在于所述余热制冷机包括烟气型发生器、补燃型发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器、热交换器、引风机、溶液泵、冷剂泵，所述烟气型发生器的高温烟气输入端与燃气轮机的余热烟气管连接，烟气型发生器的低温烟气输出端经引风机排入大气；烟气型发生器的溴化锂稀溶液输入端与热交换器的稀溶液输出端连接，烟气型发生器的溴化锂溶液输出端与补燃型发生器的溴化锂溶液输入端连接，补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与热交换器的溴化锂浓溶液输入端连接，烟气型发生器和补燃型发生器的高温冷剂蒸汽输出端与冷凝器的高温冷剂蒸汽输入端连接；冷凝器的冷剂水输出端经U形节流管与蒸发器内的冷剂水盘连接，热交换器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器上部的喷淋盘连接，吸收器底部的溴化锂稀溶液输出端经溶液泵与热交换器的溴化锂稀溶液输入端连接，蒸发器底部的冷剂水输出端经冷剂泵与蒸发器上部的喷淋盘连接，置于吸收器中部的盘管与冷凝器内的盘管串联后的两端为余热制冷机的冷却水两端，置于蒸发器中部的盘管两端为余热制冷机的低温水两端。
3.如权利要求2所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其特征在于所述烟气型发生器包括筒体和烟气传热管束，其中的烟气传热管束装在筒体内的中下部，烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端和低温烟气输出端，筒体的上部设有溴化锂稀溶液输入端，筒体的中上部设有溴化锂溶液输出端，筒体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端；所述补燃型发生器包括筒体、炉筒和传热管束，筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端，筒体上部设有溴化锂溶液输入端，筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端，炉筒和传热管束装在筒体的中下部，炉筒内设有燃烧器，炉筒的烟气经传热管束排入大气。
4.如权利要求3所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其特征在于还包括熔晶管和溶液旁通阀，所述熔晶管与溶液旁通阀串接在补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器的中下部之间。
5.如权利要求4所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置，其特征在于还包括自动排气装置，所述自动排气装置包括抽气管、引射器、储气筒、溶液回流管、阀门、阻油器、真空泵，所述抽气管下端插装在储气筒下部，抽气管上端与吸收器上部和引射器出气端连接，引射器其它三端分别与溶液泵输出端和溶剂泵输出端及蒸发器下部连接，储气筒下部经溶液回流管与吸收器中部连接，储气筒上部经阀门和阻油器与真空泵抽气口连接，真空泵排气口与大气相通。
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