CN213627791U - 一种用于联合循环发电厂的进气加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于联合循环发电厂的进气加热系统，包括低压汽包、低压加热螺旋盘管组件、高压汽包、高压加热螺旋盘管组件、过滤器、扩容器、调节阀等。利用联合循环电厂锅炉高低压汽包连续排污加热低压加热螺旋盘管组件和高压加热螺旋盘管组件，对进气加热温度更高，经济性更好。无需附加动力设备，降低设备及日常维护投资。梯级加热更合理，喇叭螺旋盘管式结构，有倾斜角度前低后高便于污水汇集排放，温度高点布置离压缩机最近，与进气空气流方向相反，逆流换热，高温介质由顶部为进入，底部为汇集流出。在系统的停运状态期间，高低压加热螺旋盘管组件底部出口排污阀、顶部入口排空阀，处于打开位置时，疏水排放更干净。

Description

一种用于联合循环发电厂的进气加热系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于联合循环发电厂的进气加热系统，用余热锅炉高低压汽包连续排污热水来提高进燃气轮机压气机入口进气温度，从而提高联合循环发电厂整体效率。

背景技术

联合循环机组余热锅炉的高低压汽包的连续排污水不仅量大，一般在3%-10%，且温度较高，具有一定的能量品质。而目前，燃机联合循环电厂在运行过程中高低压汽包排污水均直接排至扩容器，扩容器的疏水经减温后排放至地沟，未设置排污水冷却器回收此部分能量，造成了能量的浪费。现在也有学者提出，利用锅炉高低压汽包连续排污余热发电，如锅炉排污余热ORC发电系统，该系统将锅炉排污水在ORC蒸发器中加热有机工质，使有机工质加热至气态，进入气轮机膨胀做功。该系统虽然可以利用连续排污水热量，但系统复杂、投资费用高，提高系统发电量能力有限，经济收益比较低。本实用新型涉及联合循环发电厂整体效率提高，具体的涉及锅炉排污用于联合循环发电厂的进气加热系统。

燃机联合循环发电机组通常包括余热锅炉、涡轮机、发电机及辅机系统。在典型的联合循环发电厂中，来自进气涡轮的废气被传送到热回收蒸汽发生器（HRSG），该热回收蒸汽发生器可以用于再热蒸汽和向蒸汽涡轮系统提供蒸汽，以提高系统和发电厂的效率。在HRSG下游，废气通过烟囱释放到大气中。

无论是包括在联合循环发电厂中还是作为独立系统，进气涡轮系统通常都利用系统内的环境空气来产生负荷。环境空气经由定位在进气涡轮系统的压缩机上游的空气入口壳体被引入系统。当进气涡轮系统在寒冷天气环境中操作时，进气涡轮系统使用的环境空气可以处于在基本负载需求或操作下提高进气涡轮系统的操作效率和功率输出的温度。然而，进气涡轮系统常常在部分负载需求下操作。为了满足部分负载需求，进气涡轮系统的入口导向静叶可以（部分地）关闭，以减少吸入进气涡轮系统的进气的量。然而，通过减少进气量，进气涡轮系统的压缩机的操作效率降低。反过来，进气涡轮系统需要额外的燃料来满足期望的部分负载需求和期望的输出功率。

其他常规进气涡轮系统还包括空气—流体热交换器系统，以满足部分负载需求。这些常规的热交换器系统可以与进气涡轮系统的空气入口壳体流体连通，并且通常是独立于进气涡轮系统和联合循环发电厂的独立系统和系统集合。常规的热交换器系统包括直接定位在入口壳体内的热交换器部件（例如盘管、管道或翅片）。环境空气可以接触流过热交换器部件，并且可以在环境空气进入进气涡轮系统的压缩机之前经历热交换过程（例如，加热）。通过在进气进入进气涡轮系统的压缩机之前加热进气，入口导向静叶可以保持完全打开。因此，压缩机的操作效率可能不会降低，并且进气涡轮系统可以满足具有降低的燃料要求的部分负载需求。

加热进气在入口壳体内包括热交换器系统也可降低或消除包括在入口壳体内的内部部件（例如过滤器）结冰的风险。也就是说，独立于满足进气涡轮系统的部分负载需求和提高部分负载效率，热交换器系统也可用作在寒冷天气环境中操作的进气涡轮系统的过滤器或入口壳体的防结冰剂。虽然这些常规的热交换器系统确实提供了对在寒冷天气环境中（部分）关闭入口导向静叶和增加进气涡轮系统的燃料消耗的替代方案，但是它们给进气涡轮系统和联合循环发电厂带来了额外的麻烦。例如，常规的热交换器系统是相对独立于进气涡轮系统和联合循环发电厂的系统，所以它们需要额外的部件（例如，额外的加热器、泵）。因此，常规热交换器系统的使用增加了在进气涡轮系统内建造/实施热交换器系统的成本，也增加了常规热交换器系统的维护成本。另外，在进气涡轮系统停机或维护期间，常规热交换器系统的管道或导管不能彻底排水，因此，常规热交换器系统介质一般不使用纯水，进气涡轮系统停机状态下，在寒冷天气环境中，系统的管道或导管可能冻结损坏（例如，爆裂、破裂）。因此常规的热交换器系统使用水-乙二醇混合物，以防止系统内的流体在进气涡轮系统在停机期间冻结。由于水-乙二醇混合物具有比纯水更低效的传热特性，使得水—乙二醇混合物在寒冷天气环境中加热环境空气时更低效，但是这可能增加系统，甚至影响空气侧压降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，运行操作简单，性能可靠的联合循环发电厂的进气加热系统及其控制方法。对于进气蒸汽联合循环机组，将余热锅炉高低压汽包连续排污水的热量用来加热燃气轮机联合循环发电机组的进气温度，该系统结构简单、投资费用低、运行操作简单。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于联合循环发电厂的进气加热系统，其特征是，包括：

高压加热螺旋盘管组件和低压加热螺旋盘管组件，所述高压加热螺旋盘管组件和低压加热螺旋盘管组件设置在燃气涡轮系统的入口壳体内；

低压排空阀，所述低压排空阀与所述低压加热螺旋盘管组件的顶部连通，当低压排空阀处于打开位置时，所述低压排空阀允许空气流入和流出所述低压加热螺旋盘管组件；

低压排污阀，所述低压排污阀与所述低压加热螺旋盘管组件的底部连通，当低压排污阀处于打开位置时，所述低压排污阀允许污水流出所述低压加热螺旋盘管组件；

高压排空阀，所述高压排空阀与所述高压加热螺旋盘管组件的顶部连通，当高压排空阀处于打开位置时，所述高压排空阀允许空气流入和流出所述高压加热螺旋盘管组件；

高压排污阀，所述高压排污阀与所述高压加热螺旋盘管组件的底部连通，当高压排污阀处于打开位置时，所述高压排污阀允许污水流出所述高压加热螺旋盘管组件；

低压汽包，所述低压汽包连接低压排污供应管线，所述低压排污供应管线与所述低压加热螺旋盘管组件连通，所述低压排污供应管线向所述低压加热螺旋盘管组件提供低压汽水；

高压汽包，所述高压汽包连接高压排污供应管线，所述高压排污供应管线与所述高压加热螺旋盘管组件连通，所述高压排污供应管线向所述高压加热螺旋盘管组件提供高压汽水；

排水管线，所述排水管线与所述高压加热螺旋盘管组件、低压加热螺旋盘管组件以及联合循环发电厂的排污坑连通。

进一步的，所述低压汽包依次经过低压汽包连续排污电动调阀、去低压加热螺旋盘管组件电动调阀、过滤器Ⅰ与低压加热螺旋盘管组件相连接，并且所述低压汽包经过低压汽包连续排污电动调阀和低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀与扩容器相连接；所述高压汽包依次经过高压汽包连续排污电动调阀、去高压加热螺旋盘管组件电动调阀、过滤器Ⅱ与高压加热螺旋盘管组件相连接，并且所述高压汽包经过高压汽包连续排污电动调阀和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀与扩容器相连接；

所述去低压加热螺旋盘管组件电动调阀控制进入低压加热螺旋盘管组件的供应量；

所述去高压加热螺旋盘管组件电动调阀控制进入高压加热螺旋盘管组件的供应量。

进一步的，所述低压汽包排出的热水通过低压汽包连续排污电动调阀，之后经过去低压加热螺旋盘管组件电动调阀和过滤器Ⅰ，然后进入低压加热螺旋盘管组件，来加热通过低压加热螺旋盘管组件的进气，使进气温度初步升温；所述高压汽包排出的热水通过高压汽包连续排污电动调阀，之后经过去高压加热螺旋盘管组件电动调阀和过滤器Ⅱ，然后进入高压加热螺旋盘管组件，来继续加热初步升温后的进气；经过两次加热后的进气通过燃气涡轮系统的入口壳体可以接收流体（例如，环境空气）的进入，该流体可以被燃机系统用来发电。高低压热交换系统独立布置，形成能量梯级利用，增强换热效果。

进一步的，所述高压加热螺旋盘管组件和低压加热螺旋盘管组件均为喇叭螺旋盘管式结构，其均匀螺旋布置在燃气涡轮系统的入口壳体内；有一点倾斜角度前低后高便于污水汇集排放，温度高点布置离压缩机最近，与进气空气流方向相反，逆流换热，高温介质由顶部进入、底部汇集流出。底部出口设置低压排污阀、高压排污阀，顶部入口设置低压排空阀、高压排空阀，在联合循环发电厂的燃气涡轮系统停运状态期间，低压排污阀、高压排污阀、低压排空阀和高压排空阀处于打开位置，便于加热盘管组件中的所有水排空，排空阀与排污阀以允许多个加热盘管组件中的水更易被空气替换。

进一步的，所述低压汽包和高压汽包的连续排污热水分别加热进气后，分别经过低压加热螺旋盘管组件和高压加热螺旋盘管组件底部的手动闸阀排至排污坑。

进一步的，低压汽包的连续排污水经过低压汽包连续排污电动调阀和低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀后，排至扩容器内；高压汽包的连续排污水经过高压汽包连续排污电动调阀和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀后，排至扩容器内。

进一步的，所述燃气涡轮系统的入口壳体设置有进口滤网。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：系统改造简单，投资费用低，运行人员操作简单，控制灵活，获取经济收益快，能够充分利用低品位能源，避免了资源浪费，促进了能源资源的优化配置。

附图说明

图1是本实用新型系统的结构示意图。

图中：进口滤网1、低压汽包2、低压加热螺旋盘管组件3、扩容器4、高压汽包5、高压加热螺旋盘管组件6、排污坑7、低压汽包连续排污电动调阀8、去低压加热螺旋盘管组件电动调阀9、过滤器Ⅰ10、高压汽包连续排污电动调阀11、去高压加热螺旋盘管组件电动调阀12、过滤器Ⅱ13、低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14、高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15、压缩机16、透平17、发电机18、低压排空阀31、低压排污阀32、高压排空阀61、高压排污阀62、低压排污供应管线131、高压排污供应管线161、排水管线171。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1，一种用于联合循环发电厂的进气加热系统，包括：

高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3，高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3设置在燃气涡轮系统的入口壳体内；

低压排空阀31，低压排空阀31与低压加热螺旋盘管组件3的顶部连通，当低压排空阀31处于打开位置时，低压排空阀31允许空气流入和流出低压加热螺旋盘管组件3；

低压排污阀32，低压排污阀32与低压加热螺旋盘管组件3的底部连通，当低压排污阀32处于打开位置时，低压排污阀32允许污水流出低压加热螺旋盘管组件3；

高压排空阀61，高压排空阀61与高压加热螺旋盘管组件6的顶部连通，当高压排空阀61处于打开位置时，高压排空阀61允许空气流入和流出高压加热螺旋盘管组件6；

高压排污阀62，高压排污阀62与高压加热螺旋盘管组件6的底部连通，当高压排污阀62处于打开位置时，高压排污阀62允许污水流出高压加热螺旋盘管组件6；

低压汽包2，低压汽包2连接低压排污供应管线131，低压排污供应管线131与低压加热螺旋盘管组件3连通，低压排污供应管线131向低压加热螺旋盘管组件3提供低压汽水；

高压汽包5，高压汽包5连接高压排污供应管线161，高压排污供应管线161与高压加热螺旋盘管组件6连通，高压排污供应管线161向高压加热螺旋盘管组件6提供高压汽水；

排水管线171，排水管线171与高压加热螺旋盘管组件6、低压加热螺旋盘管组件3以及联合循环发电厂的排污坑7连通。

具体的，低压汽包2依次经过低压汽包连续排污电动调阀8、去低压加热螺旋盘管组件电动调阀9、过滤器Ⅰ10与低压加热螺旋盘管组件3相连接，并且低压汽包2经过低压汽包连续排污电动调阀8和低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14与扩容器4相连接；高压汽包5依次经过高压汽包连续排污电动调阀11、去高压加热螺旋盘管组件电动调阀12、过滤器Ⅱ13与高压加热螺旋盘管组件6相连接，并且高压汽包5经过高压汽包连续排污电动调阀11和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15与扩容器4相连接；

去低压加热螺旋盘管组件电动调阀9控制进入低压加热螺旋盘管组件3的供应量；

去高压加热螺旋盘管组件电动调阀12控制进入高压加热螺旋盘管组件6的供应量。

具体的，低压汽包2与低压加热螺旋盘管组件3形成一套低压热交换系统，用于预热进来的进气；高压汽包5与高压加热螺旋盘管组件6形成一套高压热交换系统，用于进一步加热进气；低压汽包2排出的热水通过低压汽包连续排污电动调阀8，之后经过去低压加热螺旋盘管组件电动调阀9和过滤器Ⅰ10，然后进入低压加热螺旋盘管组件3，来加热通过低压加热螺旋盘管组件3的进气，使进气温度初步升温；高压汽包5排出的热水通过高压汽包连续排污电动调阀11，之后经过去高压加热螺旋盘管组件电动调阀12和过滤器Ⅱ13，然后进入高压加热螺旋盘管组件6，来继续加热初步升温后的进气；经过两次加热后的进气通过燃气涡轮系统的入口壳体可以接收流体（例如，环境空气）的进入，该流体可以被燃机系统用来发电。高低压热交换系统独立布置，形成能量梯级利用，增强换热效果。

具体的，高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3均为喇叭螺旋盘管式结构，其均匀螺旋布置在燃气涡轮系统的入口壳体内；有一点倾斜角度前低后高便于污水汇集排放，温度高点布置离压缩机16最近，与进气空气流方向相反，逆流换热，高温介质由顶部进入、底部汇集流出。底部出口设置低压排污阀32、高压排污阀62，顶部入口设置低压排空阀31、高压排空阀61，在联合循环发电厂的燃气涡轮系统停运状态期间，低压排污阀32、高压排污阀62、低压排空阀31和高压排空阀61处于打开位置，便于加热盘管组件中的所有水排空，排空阀与排污阀以允许多个加热盘管组件中的水更易被空气替换。而且整个系统设备实际位置为汽包高度60米处、盘管加热组件高度20米处、排污坑负0米处，在机组停运期间，在重力作用下液体也能自流，无需担心低温积水结冰爆管。

具体的，低压汽包2和高压汽包5的连续排污热水分别加热进气后，分别经过低压加热螺旋盘管组件3和高压加热螺旋盘管组件6底部的手动闸阀排至排污坑7。

具体的，低压汽包2的连续排污水经过低压汽包连续排污电动调阀8和低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14后，排至扩容器4内；高压汽包5的连续排污水经过高压汽包连续排污电动调阀11和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15后，排至扩容器4内。

具体的，当低压加热螺旋盘管组件3需要在线检修时，可利用低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14开启对其进行旁通；当进气温度比较高、无需深度加热时，可通过低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14来调整加热级数，从而控制燃机的进气温度。当高压加热螺旋盘管组件6需要在线检修时，可利用高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15开启对其进行旁通；当进气温度比较高、无需深度加热时，可通过高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15来调整加热级数，从而控制燃机的进气温度。

具体的，燃气涡轮系统的入口壳体设置有进口滤网1。

用于联合循环发电厂的进气加热系统的控制方法，过程如下：高压汽包连续排污电动调阀11及其前后手动截止阀、低压汽包连续排污电动调阀8及其前后手动截止阀、低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14以及高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15均开启，高压汽包5和低压汽包2连续排污至扩容器4；随着燃机负荷增加，高压汽包5和低压汽包2压力逐渐上升，汽包连续排污水温度也逐渐上升，检查低压排污阀32、高压排污阀62、低压排空阀31和高压排空阀61处于打开位置时，缓慢调整去低压加热螺旋盘管组件电动调阀9和去高压加热螺旋盘管组件电动调阀12的开度，对高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3进行排空及暖管加热，待暖管排气结束，关闭低压排污阀32、高压排污阀62、低压排空阀31和高压排空阀61，加热系统稳定后，关闭低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15，将排污水全部切至高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3侧，直至高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3稳定投入使用；燃机进气温度由低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀14、高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀15与调节阀共同参与控制调节，控制进入高压加热螺旋盘管组件6和低压加热螺旋盘管组件3的排污量，从而控制进气温度。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本实用新型已以实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于联合循环发电厂的进气加热系统，其特征是，包括：

高压加热螺旋盘管组件（6）和低压加热螺旋盘管组件（3），所述高压加热螺旋盘管组件（6）和低压加热螺旋盘管组件（3）设置在燃气涡轮系统的入口壳体内；

低压排空阀（31），所述低压排空阀（31）与所述低压加热螺旋盘管组件（3）的顶部连通；

低压排污阀（32），所述低压排污阀（32）与所述低压加热螺旋盘管组件（3）的底部连通；

高压排空阀（61），所述高压排空阀（61）与所述高压加热螺旋盘管组件（6）的顶部连通；

高压排污阀（62），所述高压排污阀（62）与所述高压加热螺旋盘管组件（6）的底部连通；

低压汽包（2），所述低压汽包（2）连接低压排污供应管线（131），所述低压排污供应管线（131）与所述低压加热螺旋盘管组件（3）连通；

高压汽包（5），所述高压汽包（5）连接高压排污供应管线（161），所述高压排污供应管线（161）与所述高压加热螺旋盘管组件（6）连通；

排水管线（171），所述排水管线（171）与高压加热螺旋盘管组件（6）、低压加热螺旋盘管组件（3）以及联合循环发电厂的排污坑（7）连通。

2.根据权利要求1所述的用于联合循环发电厂的进气加热系统，其特征是，所述低压汽包（2）依次经过低压汽包连续排污电动调阀（8）、去低压加热螺旋盘管组件电动调阀（9）、过滤器Ⅰ（10）与低压加热螺旋盘管组件（3）相连接，并且所述低压汽包（2）经过低压汽包连续排污电动调阀（8）和低压螺旋盘管Ⅰ旁通阀（14）与扩容器（4）相连接；所述高压汽包（5）依次经过高压汽包连续排污电动调阀（11）、去高压加热螺旋盘管组件电动调阀（12）、过滤器Ⅱ（13）与高压加热螺旋盘管组件（6）相连接，并且所述高压汽包（5）经过高压汽包连续排污电动调阀（11）和高压螺旋盘管Ⅱ旁通阀（15）与扩容器（4）相连接；

所述去低压加热螺旋盘管组件电动调阀（9）用于控制进入低压加热螺旋盘管组件（3）的供应量；

所述去高压加热螺旋盘管组件电动调阀（12）用于控制进入高压加热螺旋盘管组件（6）的供应量。

3.根据权利要求1所述的用于联合循环发电厂的进气加热系统，其特征是，所述高压加热螺旋盘管组件（6）和低压加热螺旋盘管组件（3）均为喇叭螺旋盘管式结构，其均匀螺旋布置在燃气涡轮系统的入口壳体内。

4.根据权利要求1或3所述的用于联合循环发电厂的进气加热系统，其特征是，所述燃气涡轮系统的入口壳体设置有进口滤网（1）。

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