CN206221074U - 一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，第三旁路流通单元的一端通过管道接入辅助蒸汽，第三旁路流通单元的另一端通过管道与第三加热器水侧的热端相接；第三加热器水侧的冷端通过管道与第二旁路流通单元的一端相接，第二旁路流通单元的另一端通过管道排出管道内的流体，第三加热器水侧的冷端通过管道与第二加热器水侧的热端相接，第二加热器水侧的冷端通过管道与第一加热器水侧的热端相接，第一旁路流通单元的另一端通过管道排出冷却后的水。本实用新型可同时适用于发电厂单循环和联合循环的工作状况，能安全平稳地在两种工作状况下进行切换，属于发电厂单循环和联合循环的技术领域。

Description

一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统

技术领域

本实用新型涉及发电厂单循环和联合循环的技术领域，尤其涉及一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统。

背景技术

对于燃气蒸汽联合循环发电厂，燃气轮机是最主要也是最关键的设备之一。燃气轮机的主要燃料之一是天然气。适当提高并精确控制(维持在一定幅度范围内)天然气进入燃气轮机前的气温(一般在185度左右)，有助于提高联合循环发电厂整体的热效率。而且，天然气温度变化幅度过大，会导致燃气轮机跳机(一般温度变化速率不大于1.1℃/秒，温度范围20～185℃，燃气轮机负荷不同，需要的天然气进口温度也不同)，因此，天然气加热系统常常是重型燃气轮机的必备系统。

燃气轮机发电厂存在两种运行工况，即燃机单循环工况和联合循环工况。这样发电厂运行灵活，适应性强。当燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机都正常工作时，发电厂处于联合循环的工况；当余热锅炉和蒸汽轮机需要检修时，而发电厂需满足电网带一定负荷要求或者满足调峰要求时，发电厂可处于单循环工况，从燃气轮机出来的燃气排气至旁路烟囱。

发电厂联合循环工况加热天然气时，通常采用的方式有：电加热器，水浴炉加热，其他热源介质加热(如热水、蒸汽、导热油)等。

电加热器即用电阻丝加热，适用于少量加热或加热温差小，缺点是大量介质加热时耗电量巨大，投资巨大，很不经济。

水浴炉加热即用一种常压或微正压容器，相当于在大容器内用热水加热，缺点是耗费燃料(通常是天然气)，且加热温度受限(不能超过100度)。

其他热源介质加热(如热水、蒸汽、导热油等)，蒸汽是最好的介质，可充分利用其汽化潜热，极大程度减少蒸汽损耗量，且被加热天然气不受加热温度限制。采用高温热水，则通常从余热锅炉省煤器抽一路的高温热水，形成一级回热利用，其缺点是燃气轮机联合循环刚启动时，余热锅炉是没有高温热水，需要等燃气轮机启动后才有，而燃气轮机单循环时余热锅炉是不产生热水的，此时天然气无法加热。

目前国内不具备单循环工况，因为单循环需加建旁路烟囱，造价高且重型燃气轮机一般不参与调峰，故很少配置单循环功能，但随着重型燃机项目发展，单循环工况的需要会逐渐增多。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，可同时适用于发电厂单循环和联合循环的工作状况，能安全平稳地在两种工作状况下进行切换。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，包括第一加热器、第二加热器、第三加热器、第一关断阀、第二关断阀、第一旁路流通单元、第二旁路流通单元、第三旁路流通单元；

第三旁路流通单元的一端通过管道接入辅助蒸汽，第三旁路流通单元的另一端通过管道与第三加热器水侧的热端相接；

第三加热器水侧的热端通过管道与第一关断阀的一端相接，第一关断阀的另一端通过管道接入热水；第二加热器水侧的热端通过管道与第二关断阀的一端相接，第二关断阀的另一端通过管道接入热水；

第三加热器水侧的冷端通过管道与第二旁路流通单元的一端相接，第二旁路流通单元的另一端通过管道排出管道内的流体，第三加热器水侧的冷端通过管道与第二加热器水侧的热端相接，第二加热器水侧的冷端通过管道与第一加热器水侧的热端相接，第一加热器水侧的冷端通过管道与第一旁路流通单元的一端相接，第一旁路流通单元的另一端通过管道排出冷却后的水；

第一加热器气侧的冷端通过管道接入天然气，第一加热器气侧的热端通过管道与第二加热器气侧的冷端相接，第二加热器气侧的热端通过管道与第三加热器气侧的冷端相接，第三加热器气侧的热端通过管道排出被加热后的天然气。

可通过控制第一关断阀、第二关断阀、第三旁路流通单元、第二旁路流通单元的流通状态，控制热水流过第二加热器、第一加热器，控制辅助蒸汽和热水在不同的时间内流过第三加热器，控制辅助蒸汽流入第三加热器的量，从而使得该天然气加热器系统能满足单循环、联合循环和安全、平稳的切换。

进一步的是：所述第三旁路流通单元包括第一闸阀、第二闸阀、第一调节阀、第四关断阀，所述的第二闸阀、第一调节阀和第四关断阀通过管道串联后与第一闸阀并联；所述的第二旁路流通单元包括第三闸阀、第四闸阀、疏水阀、第五关断阀，所述的第四闸阀、疏水阀和第五关断阀通过管道串联后与第三闸阀并联；所述的第一旁路流通单元包括第六关断阀、第二调节阀、第六闸阀、第五闸阀，所述的第六关断阀、第二调节阀和第六闸阀通过管道串联后与第五闸阀并联。

进一步的是：所述第一加热器、第二加热器、第三加热器均可为管式加热器或者板式加热器。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型可同时适用于多种工作状况(单循环和联合循环)下的天然气加热，是一种耦合、更优和更经济及安全的加热系统。

2.本实用新型一方面可满足不同工况下天然气的需求，节省工程初投资和设备造价；另一方面，能够实现变工况下安全平稳地过渡运行，即发电厂从单循环切换到联合循环或反向切换时，都能够平稳切换，不发生天然气温度骤变导致燃气轮机跳机，或者加热器噪声过大发生水击或管道爆管现象。

3.本实用新型的原热源出现故障时，可自动切换至另外一种热源介质，从而对天然气进行加热。

4.本实用新型能使发电厂单循环和联合循环两种工况下，共用一套天然气加热系统，减少占地面积、降低土建初投资、且可自由过渡及切换。

5.本实用新型设置的多个加热器串联起来，完成逐步加热天然气的功能。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图。

其中，1为第三加热器水侧的热端，2为第三加热器水侧的冷端，3为第三加热器气侧的热端，4为第三加热器气侧的冷端，5为第二加热器水侧的热端，6为第二加热器水侧的冷端，7为第二加热器气侧的热端，8为第二加热器气侧的冷端，9为第一加热器水侧的热端，10为第一加热器水侧的冷端，11为第一加热器气侧的热端，12为第一加热器气侧的冷端，13为余热锅炉省煤器，14为第一关断阀，15为第二关断阀，16为第三关断阀，17为第三旁路流通单元，18为第二旁路流通单元，19为第一旁路流通单元，20为第一闸阀，21为第二闸阀，22为第一调节阀，23为第四关断阀，24为第三闸阀，25为第四闸阀，26为疏水阀，27为第五关断阀，28为第五闸阀，29为第六关断阀，30为第二调节阀，31为第六闸阀。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

结合图1所示，一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，包括第一加热器、第二加热器、第三加热器、第一关断阀、第二关断阀、第三关断阀、第一旁路流通单元、第二旁路流通单元、第三旁路流通单元。

第三旁路流通单元的一端(即图1中第三旁路流通单元的左边)通过管道接入辅助蒸汽，第三旁路流通单元的另一端(即图1中第三旁路流通单元的右边)通过管道与第三加热器水侧的热端相接；

第三加热器水侧的热端通过管道与第一关断阀的一端(即图1中第一关断阀的左边)相接，第一关断阀的另一端(即图1中第一关断阀的右边)通过管道接入热水；第一关断阀左边处的管道和第三旁路流通单元右边处的管道汇合后，再通过管道接在第三加热器水侧的热端，当然，第一关断阀左边处的管道和第三旁路流通单元右边处的管道也可分别接在第三加热器水侧的热端。第二加热器水侧的热端通过管道与第二关断阀的一端(即图1中第二关断阀的右边)相接，第二关断阀的另一端(即图1中第二关断阀的左边)通过管道接入热水。

第三加热器水侧的冷端通过管道与第二旁路流通单元的一端(即图1中第二旁路流通单元的右边)相接，第二旁路流通单元的另一端(即图1中第二旁路流通单元的左边)通过管道排出管道内的流体，流体可以是气体或者是液体。第三加热器水侧的冷端通过管道与第二加热器水侧的热端相接，第三加热器水侧的冷端先通过管道与第三关断阀相接，第三关断阀再通过管道与第二加热器水侧的热端相接，第三加热器水侧的冷端接上一根管道，这一根管道再分流向第二旁路流通单元和第二加热器；第二加热器水侧的冷端通过管道与第一加热器水侧的热端相接，第一加热器水侧的冷端通过管道与第一旁路流通单元的一端(即图1中第一旁路流通单元的左边)相接，第一旁路流通单元的另一端(即图1中第一旁路流通单元的右边)通过管道排出冷却后的水。

第一加热器气侧的冷端通过管道接入天然气，第一加热器气侧的热端通过管道与第二加热器气侧的冷端相接，第二加热器气侧的热端通过管道与第三加热器气侧的冷端相接，第三加热器气侧的热端通过管道排出被加热后的天然气。

所述第三旁路流通单元包括第一闸阀、第二闸阀、第一调节阀、第四关断阀；所述的第二闸阀、第一调节阀和第四关断阀通过管道串联后与第一闸阀并联，即第二闸阀、第一调节阀和第四关断阀依次通过管道连接并成为一条支路，然后再与第一闸阀并联。所述的第二旁路流通单元包括第三闸阀、第四闸阀、疏水阀、第五关断阀；所述的第四闸阀、疏水阀和第五关断阀通过管道串联后与第三闸阀并联，即第四闸阀、疏水阀和第五关断阀依次通过管道连接并成为一条支路，然后再与第三闸阀并联。所述的第一旁路流通单元包括第六关断阀、第二调节阀、第六闸阀、第五闸阀；所述的第六关断阀、第二调节阀和第六闸阀通过管道串联后与第五闸阀并联，即第六关断阀、第二调节阀和第六闸阀依次通过管道连接并成为一条支路，然后再与第五闸阀并联。该段所说的串联和并联的概念和电路学上的串联和并联的概念上一致的，不同的是，这里是通过管道连接各个零部件。

所述第一加热器、第二加热器、第三加热器均可为管式加热器或者板式加热器。加热器为成熟的现有技术。每个加热器均设有用于气体流通的气侧和液体流通的水侧，气侧又分为气侧的热端和气侧的冷端，水侧也分为水侧的热端和水侧的冷端，水侧也可以用于气体的流通。加热器可以实现两种介质的热量交换的功能。第一闸阀、第三闸阀、第五闸阀在天然气加热系统正常工作时，是处于工作状态的，只有检修状态时才使用，即在检修状态时，用于平衡两端的压力；如第一闸阀可平衡第三旁路流通单元两端的压力，第三闸阀可平衡第二旁路流通单元两端的压力，第五闸阀可平衡第一旁路流通单元两端的压力。本实用新型中，高能加热介质(蒸汽)仅使用部分加热器即可完成加热要求，而低能加热介质(热水)需多级串联完成整个加热要求。疏水阀的基本作用是将凝结水、空气和二氧化碳气体尽快排出，同时最大限度地自动防止蒸汽的泄露，疏水阀属于现有成熟的技术。

发电厂里有各种必要的系统，如凝结水系统、疏水回水系统、余热锅炉、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉省煤器、调压站等，这些均属于现有的成熟的技术。当发电厂处于单循环工作状态时，第一加热器、第二加热器处于不工作的状态，第一关断阀、第二关断阀处于关闭状态(不流通的状态)；天然气来自调压站，天然气通过管道进入第一加热器气侧的冷端，再从第一加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向第二加热器气侧的冷端，再从第二加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向第三加热器气侧的冷端，再从第三加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向燃气轮机，燃气轮机通过燃烧天然气进行发电。与此同时，发电厂的辅助蒸汽通过管道流向第三旁路流通单元，第三旁路流通单元的第二闸阀、第一调节阀、第四关断阀处于流通状态，辅助蒸汽依次流过第二闸阀、第一调节阀、第四关断阀，然后从第三加热器水侧的热端进入第三加热器，再从第三加热器水侧的冷端出来；辅助蒸汽流过第三加热器时，和同时流过第三加热器的天然气进行热量交换，使得天然气的温度上升，辅助蒸汽的温度下降；辅助蒸汽从第三加热器水侧的冷端出来后(此时辅助蒸汽已经凝结成水)，依次流向第二旁路流通单元的第五关断阀、疏水阀、第四闸阀，然后再通过管道流向疏水回水系统，部分或全部水(由辅助蒸汽凝结而来)再从疏水回水系统通过管道流向第三旁路流通单元，在这过程中，水经过了发电厂的其他系统(这属于发电厂里现有的成熟的技术)，水再次变成辅助蒸汽，从而达到循环的目的。

当发电厂处于联合循环工作状态时，第三旁路流通单元、第二旁路流通单元、第二闸阀均处于关闭状态，即不流通的状态，第一加热器、第二加热器、第三加热器处于工作状态；天然气来自调压站，天然气通过管道进入第一加热器气侧的冷端，再从第一加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向第二加热器气侧的冷端，再从第二加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向第三加热器气侧的冷端，再从第三加热器气侧的热端出来，然后通过管道流向燃气轮机，燃气轮机通过燃烧天然气进行发电。与此同时，热水从余热锅炉省煤器的出口流出，再流过第一闸阀，然后通过管道进入第三加热器水侧的热端，再从第三加热器水侧的冷端出来，然后通过管道流向第二加热器水侧的热端，再从第二加热器水侧的冷端出来，然后通过管道流向第一加热器水侧的热端，再从第一加热器水侧的冷端出来，然后通过管道流向第一旁路流通单元，依次流向第一旁路流通单元的第六关断阀、第二调节阀、第六闸阀，再通过管道流向凝结水系统，全部或部分水再流向余热锅炉，然后水再从余热锅炉省煤器出口流出，此时，水的温度已上升，从而达到循环的目的。

当发电厂从单循环切换到联合循环的过程时，天然气的流动路径与单循环和联合循环是一样的，即依次流过第一加热器、第二加热器、第三加热器。在刚开始切换时，关闭第一闸阀(第一闸阀处于不流通的状态)，第二闸阀、第三旁路流通单元、第二旁路流通单元、第一旁路流通单元均处于工作状态，即流通的状态；此时，从余热锅炉省煤器出口流出的热水，流向第二闸阀，然后再依次沿着管道流向第二加热器、第一加热器，从而和同时流过第二加热器与第一加热器的天然气进行热量交换，同时，通过调节控制第三旁路流通单元的第一调节阀(逐步关小第一调节阀)，从而控制辅助蒸汽进入第三加热器的量，使得流出第三加热器的天然气满足要求。热水经第二关断阀流向第二加热器和第一加热器，当能把天然气加热到符合要求时，关闭第三旁路流通单元和第二旁路流通单元，此时，第三加热器内没有辅助蒸汽，在这种情况下，打开第一关断阀，使得热水经第一关断阀依次流向第三加热器、第二加热器和第一加热器，从而完成切换过程。需要说明的是，应当根据实际需要，通过控制第一关断阀、第二关断阀、第三旁路流通单元、第二旁路流通单元的流通状态，从而控制辅助蒸汽和热水在不同的时间内流过第三加热器，控制辅助蒸汽流入第三加热器的量。

当发电厂从联合循环切换到单循环的过程中，第一关断阀处于关闭状态(不流通状态)，第三旁路流通单元、第二旁路流通单元、第二关断阀均处于打开状态，即流通状态。由于水流动的较快，在第一关断阀关闭后不久，第三加热器里没有热水，热水即流向了第二加热器和第一加热器，此时，辅助蒸汽流过第三旁路流通单元，然后再流向第三加热器、第二旁路流通单元；当辅助蒸汽流过第三加热器时，已能满足加热天然气的要求，即可关闭第二关断阀。由于时间较短，从联合循环切换到单循环时，也可以同时关闭第一关断阀和第二关断阀，然后打开第三旁路流通单元和第二旁路流通单元。需要说明的是，应当根据实际需要，通过控制第一关断阀、第二关断阀、第三旁路流通单元、第二旁路流通单元的流通状态，从而控制辅助蒸汽和热水在不同的时间内流过第三加热器，控制辅助蒸汽流入第三加热器的量。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于：包括第一加热器、第二加热器、第三加热器、第一关断阀、第二关断阀、第一旁路流通单元、第二旁路流通单元、第三旁路流通单元；

第三旁路流通单元的一端通过管道接入辅助蒸汽，第三旁路流通单元的另一端通过管道与第三加热器水侧的热端相接；

第三加热器水侧的热端通过管道与第一关断阀的一端相接，第一关断阀的另一端通过管道接入热水；第二加热器水侧的热端通过管道与第二关断阀的一端相接，第二关断阀的另一端通过管道接入热水；

第三加热器水侧的冷端通过管道与第二旁路流通单元的一端相接，第二旁路流通单元的另一端通过管道排出管道内的流体，第三加热器水侧的冷端通过管道与第二加热器水侧的热端相接，第二加热器水侧的冷端通过管道与第一加热器水侧的热端相接，第一加热器水侧的冷端通过管道与第一旁路流通单元的一端相接，第一旁路流通单元的另一端通过管道排出冷却后的水；

第一加热器气侧的冷端通过管道接入天然气，第一加热器气侧的热端通过管道与第二加热器气侧的冷端相接，第二加热器气侧的热端通过管道与第三加热器气侧的冷端相接，第三加热器气侧的热端通过管道排出被加热后的天然气。

2.按照权利要求1所述的一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于：所述第三旁路流通单元包括第一闸阀、第二闸阀、第一调节阀、第四关断阀，所述的第二闸阀、第一调节阀和第四关断阀通过管道串联后与第一闸阀并联；所述的第二旁路流通单元包括第三闸阀、第四闸阀、疏水阀、第五关断阀，所述的第四闸阀、疏水阀和第五关断阀通过管道串联后与第三闸阀并联；所述的第一旁路流通单元包括第六关断阀、第二调节阀、第六闸阀、第五闸阀，所述的第六关断阀、第二调节阀和第六闸阀通过管道串联后与第五闸阀并联。

3.按照权利要求1所述的一种用于燃机单循环和联合循环的天然气加热系统，其特征在于：所述第一加热器、第二加热器、第三加热器均可为管式加热器或者板式加热器。