CN209959359U - 一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，通过设置热泵机组，并将热泵机组的蒸发器置于燃气压气机组的储气罐内，蒸发器中充满制冷剂用于回收高温高压燃气的热量，并通过热泵机组的压缩机将热量传递给冷凝器以热水的形式向外输出热量，这种方式不仅可通过安装于压气罐与热泵机组压缩机之间的温控阀精确控制燃气轮机燃烧室入口燃气的温度，而且利用热泵机组的高性能，将燃气压缩过程中释放的热量成倍的释放出去，余热利用效率显著增加。

Description

一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组

技术领域

本实用新型涉及燃气压缩机领域。

背景技术

作为高效、节能、低污染的燃气轮机在航空、船用、电厂等领域得到了飞速的发展。燃气轮机在工作过程中需要持续输入高压燃气(如某型号燃气轮机燃气的进气压力为1MPa)，而燃气轮机所在地所能提供的燃气进气压力往往达不到其进气压力要求(如某项目地市政燃气压力为0.3MPa)，因此，需要在市政燃气管道与燃气轮机燃气入口中间安装燃气压缩机组以满足燃气轮机对燃气压力的要求。传统燃气压缩机组的工作原理是燃气通过过滤器滤除灰尘和杂质后进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体排入油气分离器分离出设计的燃气及高温润滑油。高温润滑油随后送入油冷却器，通过风扇冷却再回到使用系统中进入下一循环。在以上过程中，燃气和润滑油压缩过程中产生的热量最终白白散失在空气中，不但不节能，而且增加了热污染。

在申请号为201820283298.5的专利“一种空压机余热利用系统”中提出通过设置热交换器方式回收高温润滑油带出的热量，制得的热水用于洗浴和采暖。在申请号为201621272307.8的专利“一种水冷式空压机余热利用系统”中采用冷却塔冷却高温空气并回收余热。在申请号为201621226540.2的专利“一种离心式空压机余热回收利用系统”中采用设置气-水换热器与吸收式制冷机实现余热回收利用。上述方案均可实现压缩机组余热利用，但主动调节性能差，仅利用了部分回收燃气过缩过程中释放的热量，余热利用率低。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，余热利用效率显著增加。

本实用新型提供的技术方案是：

一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，包括前置过滤器、进气阀、电动机、联轴器、压缩腔、储气罐、盘管、过滤器、燃气轮机、温控阀、压缩机、节流阀、冷凝器和水箱，前置过滤器的出口通过进气阀与压缩腔连接，电动机通过联轴器与压缩腔连接，压缩腔的出口通过管道与储气罐的燃气进口连接，储气罐内置盘管，储气罐的燃气出口与过滤器相连，经过滤后与燃气轮机相连接，储气罐的制冷剂进口与节流阀相连，储气罐的制冷剂出口与温控阀相连，节流阀通过管道与冷凝器连接，温控阀通过管道与压缩机连接，压缩机连接冷凝器，冷凝器的进水口与冷水连接，冷凝器的出水口与水箱连接，水箱再与热水连接；

燃气压缩机组的工作过程如下：

(1)燃气压缩过程：工作时进气阀打开，由市政燃气输送过来的低压燃气通过前置过滤器，与此同时，接通电力，启动电动机转动后通过联轴器在压缩腔内将低温低压燃气压缩成高温高压燃气后排入储气罐中；

(2)燃气冷却及余热回收过程：热泵机组接通电力开始工作，制冷剂工质在盘管内从高温燃气中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量，冷凝后的工质通过节流阀返回到盘管中，然后再被蒸发，如此循环往复，温控阀根据储气罐的出气口温度调整阀门开度，从而调整制冷剂的循环流程，达到温度精确控制的目的；

(3)热水循环过程：高温工质蒸气通过冷凝器冷凝成液体的同时，用户侧冷水流入冷凝器，吸收高温工质蒸气冷凝式释放的热量，制得热水，储存在水箱中，并根据用户侧的用热需求向外供出热水。

所述燃气轮机包括压气机、燃烧室、透平和发电机。

所述压缩腔、储气罐及其连接管道均采用保温隔热材料包裹。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用制冷剂冷却高温燃气，与传统燃气压缩机组相比，减少了润滑油管道、油气分离器、油泵、润滑油冷却器等装置，结构更加紧凑，造价更低；

(2)采用制冷剂强制冷却高温燃气，储气罐出口燃气温度可显著低于传统燃气压缩机组出口燃气温度，可回收利用的热量更高，且对于燃气轮机而言，燃气进气温度降低，则进气密度增大，进气质量流量增加，则燃汽轮机的做功能力增大，发电效率也可得到提升。

(3)采用热泵回收高温燃气余热，与传统燃气压缩机组相比，可实现高温燃气热量的全部回收，且对于热泵机组而言，高温燃气的余热品质高，热泵主机的COP也会随之增加，供热量显著增加，高温燃气的余热回收效益更加显著。

(4)热泵以高温热水形式向外输出热量，既可以用作生活热水，也可以用作冬季厂区采暖热水，从而减少了企业的运营成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

如图1，一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，包括前置过滤器2、进气阀3、电动机5、联轴器6、压缩腔7、储气罐8、盘管9、过滤器10、燃气轮机12、温控阀13、压缩机14、节流阀15、冷凝器16和水箱17，前置过滤器2的出口通过进气阀3与压缩腔7连接，低压燃气1在进入压缩腔7之前，需经过前置过滤器2将灰尘及其他杂质去除，前置过滤器2的滤芯可以是丝网、聚酯纤维，也可以是玻璃纤维、合成纸类等。

电动机5通过联轴器6与压缩腔7连接，压缩腔7的出口通过管道与储气罐8的燃气进口连接，储气罐8内置盘管9，盘管9内充满制冷剂，储气罐8的燃气出口与过滤器10相连，经过滤后与燃气轮机12相连接，储气罐8的制冷剂进口与节流阀15相连，储气罐8的制冷剂出口与温控阀13相连，节流阀15通过管道与冷凝器16连接，温控阀13通过管道与压缩机14连接，压缩机14连接冷凝器16，冷凝器16的进水口与冷水18连接，冷凝器16的出水口与水箱17连接，水箱17再与热水19连接。

燃气压缩机组的工作过程如下：

(1)燃气压缩过程：工作时进气阀3打开，由市政燃气输送过来的低压燃气1通过前置过滤器2，与此同时，接通电力4，启动电动机5转动后通过联轴器6在压缩腔7内将低温低压燃气压缩成高温高压燃气后排入储气罐8中；

(2)燃气冷却及余热回收过程：热泵机组接通电力开始工作，制冷剂工质在盘管9内从高温燃气中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机14压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器16冷凝成液体时，释放出的热量，冷凝后的工质通过节流阀15返回到盘管9中，然后再被蒸发，如此循环往复，温控阀13根据储气罐8的出气口温度调整阀门开度，从而调整制冷剂的循环流程，达到温度精确控制的目的；

(3)热水循环过程：高温工质蒸气通过冷凝器16冷凝成液体的同时，用户侧冷水18流入冷凝器16，吸收高温工质蒸气冷凝式释放的热量，制得热水，储存在水箱17中，并根据用户侧的用热需求向外供出热水19。

燃气轮机12包括压气机12-1、燃烧室12-2、透平12-3和发电机12-4。储气罐8的燃气出口出来的燃气经过过滤器10过滤后送入燃气轮机12的燃烧室12-2。过滤器10一般为Y型过滤器。

为避免压缩及输送过程中热量的损失，压缩腔7、储气罐8及其连接管道均采用聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等保温隔热材料包裹。

盘管9内的制冷剂，应为环保型制冷剂，包括但不限于R134a、R40aA、R407C等。

本实用新型不仅能够最大限度的回收燃气压缩过程中释放的热量，而且结构更加紧凑，造价更低，热泵机组的余热回收性能更好，也有助于提升燃汽轮机的发电效率，系统的整体能源利用率得到显著提升。

Claims (3)

1.一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，其特征在于，包括前置过滤器(2)、进气阀(3)、电动机(5)、联轴器(6)、压缩腔(7)、储气罐(8)、盘管(9)、过滤器(10)、燃气轮机(12)、温控阀(13)、压缩机(14)、节流阀(15)、冷凝器(16)和水箱(17)，前置过滤器(2)的出口通过进气阀(3)与压缩腔(7)连接，电动机(5)通过联轴器(6)与压缩腔(7)连接，压缩腔(7)的出口通过管道与储气罐(8)的燃气进口连接，储气罐(8)内置盘管(9)，储气罐(8)的燃气出口与过滤器(10)相连，经过滤后与燃气轮机(12)相连接，储气罐(8)的制冷剂进口与节流阀(15)相连，储气罐(8)的制冷剂出口与温控阀(13)相连，节流阀(15)通过管道与冷凝器(16)连接，温控阀(13)通过管道与压缩机(14)连接，压缩机(14)连接冷凝器(16)，冷凝器(16)的进水口与冷水(18)连接，冷凝器(16)的出水口与水箱(17)连接，水箱(17)再与热水(19)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，其特征在于，所述燃气轮机(12)包括压气机(12-1)、燃烧室(12-2)、透平(12-3)和发电机(12-4)。

3.根据权利要求1所述的一种基于制冷剂冷却的燃气轮机入口燃气压缩机组，其特征在于，所述压缩腔(7)、储气罐(8)及其连接管道均采用保温隔热材料包裹。

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