CN2164465Y - 一种数控燃气轮机电热冷联供设备 - Google Patents

Abstract

一种数控燃气轮机电热冷联供设备，它有核心发 动机、供电机构、供热组件，其特征在于：有由高、低压 发生器、高、低温热交换器、冷凝室、吸收室及循环泵、 再生循环泵、蒸发室及循环泵、冷却水蛇形管、冷冻传 热工质盘管组成的吸收式制冷机组，在余热锅炉中有 制冷工质再生热交换器。使用燃气机做动力源，通过 发电机得到电能输出，含有余热的燃气加热再生制冷 工质抽运热量以得到制冷输出。用供热工质输出热 量，充分利用燃气机的输出能量。

Description

一种数控燃气轮机电热冷联供设备，它属于机械动力设备，可用做石油及天然气开发、输送、处理以及办公和生活所需的动力装置，特别适合于远离电网的边远油气田开发区使用。

在天然气及石油的开发、输送以及处理过程中，都需要大量的多种形式的动力能源。如在石油、天然气的开采和传输中需要对石油、天然气进行加压的机械动力；需要对石油进行加热以防止结蜡和增加流动性的热源；提供各种液化天燃气的制冷气源和在办公和生活建筑物空调制冷使用的制冷气源。而现在采用的方法多是二次能量转换的形式，即使用电力来驱动各种电动机械。如驱动电动输送泵来给石油及天然气增压，而使用普通锅炉来提供热源。使用各种电动制冷来液化天然气和建筑物空调所需制冷源。由于石油天然气开发、处理所需能量很大，而多数的油气田开发地、输送站等都远离大电网覆盖地区，这使得这些地区的电力相当紧张，一般只能使用各自备电站自己提供电力。为适应油气田开发的流动性，减少投资，多使用轻便、易安装的燃气轮机电站做动力源，输出电力为所有设备提供能量。由于在石油及天然气处理中需要多种形式的能量，这就要经过多种形式的能量转换。如用于石油、天然气输送中进行增压的机械能就必然经过机械能——电能——机械能的两项转换。而制所需的制冷气源则需要经过涡轮机械能——电能——压缩机机械能——空气内能这样三项变换，能量利用率大大降低。

本实用新型的目的是发明一种燃气机电热冷联供设备，使用燃气机做功力源，可以同时提供电能，热能和制冷能量。

本实用新型的结构如附图1所示，它有由燃气机机匣1、压气机2、燃烧室3和压气机涡轮4组成的核心发动机，由动力涡轮机匣5、动力涡轮6和发电机7组成的供电机构，由余热锅炉10、余热交换器11组成的供热组件，其特征在于：有由高压发生器13、低压发生器14、吸收室15、高温热交换器16、低温热交换器17、冷凝室18、吸收室循环泵19、再生循环泵20、蒸发室21、蒸发室循环泵22、冷却水蛇形管24和25、冷冻传热工质盘管26组成的吸收式制冷机组，在余热锅炉10中有制冷工质再生热交换器23，其输入端与再生循环泵20的输出端相连，输出端与高压发生器13相连，余热交换器11的输入端与高温热交换器16的输出端相连，而高温热交换器16的输入端与低温热交换器17的输出端相连，低温热交换器17的输入端为供热工值输入端，在高压发生器13中有温度传感器28、压力传感器29、液位传感器30和浓度传感器31，在低压发生器14中有温度传感器32和压力传感器33，在冷凝室18中有温度传感器34，在蒸发室21中有温度传感器35和压力传感器36，在吸收室15中有温度传感器37和浓度传感器38，在冷却水蛇形管24的输入端有数控调节阀12，在冷冻传热工质盘管26的输出端有数控流量阀27，吸收室循环泵19，再生循环泵20和蒸发室循环泵22为数控三端器件驱动的液体泵，在近旁有标准工业控制介面9，其中分别插有分别与温度传感器28、32、34、35和37相连动测量适配模块41、42、43、44和45，分别与压力传感器29、33和36相连的测量适配模块46、47和48，分别与浓度传感器31和38相连的测量适配模块49和50，与液位传感器30相连的测量适配模块51，在标准工业控制介面9中还分别插有分别与数控调节阀12和数控流量阀27相连并对其进行控制的控制适配模块39和40，分别与吸收室循环泵19，再生循环泵20和蒸发室循环泵22的三端器件控制端相连并对其进行控制的控制适配模块52、53和54，标准工业控制介面9通过标准串行通讯接口与可和其它设备共用的中央控制计算机8相连。

附图1为本实用新型的结构示意图。

本实用新型的工作原理如下：

产生动力的核心发动机与现在的燃气机一样，由压气机2压缩的空气，在燃烧室3中燃烧产生高温高压燃气。高温高压燃气在压气机涡轮4处膨胀做功，推动压气机涡轮4转动。而压气机涡轮4反过来又带动压气机2转动以压缩空气，维持正常运转。通过压气机涡轮4后的燃气还含有大量的内能。流到动力涡轮6处后继续膨胀做功，能量由动力涡轮6吸收转变为机械能后由动力涡轮6输出带动发电机7转动。发电机7把机械能转变为电能后以电能的形式输出。通过动力涡轮6后的燃气，还含有一定的低热能量，使用余热锅炉10回收。在余热锅炉10中，燃气首先经过再生热交换器23，对其中的制冷工质加热再生，使其温度达到高压沸点，以浓缩二元制冷工质。然后燃气中的余热进一步被供热工质在余热交换器11中吸收。供热工质以热能的形式输出能量。

在本实用新型中由高压发生器13，低压发生器14，吸收室15，高温热交换器16，低温热交换器17，冷凝室18，吸收室循环泵19，再生循环泵20，蒸发室21，蒸发室循环泵22组成的吸收式制冷机组。组成的吸收式制冷式机组是一种使用双元制冷工质使用热抽运的非压缩式制冷机，它的工作原理如下：

吸收室15出口的低浓度制冷工质由再生循环泵20输送送入余热锅炉10中的制冷工质再生热交换器23。在再生热交换器23中的制冷工质被加热到高温沸腾温度，然后进入高压发生器13。在高压发生器13中，制冷工质沸腾产生冷剂溶剂蒸汽，并使制冷工质的浓度升高。由高压发生器13底部出来的制冷工质经高温热交换器16降温后进入低压发生器17，被管内来自高压发生器13上部的冷剂溶剂蒸汽加热，再次沸腾产生冷剂溶剂蒸汽，制冷工质的浓度进一步提高。

高压发生器13中产生的冷剂溶剂蒸汽由高压发生器13上部的管道输送，在低压发生器17中与低压发生器17中的制冷工质进行热交换后放出潜热，凝结成冷剂溶剂，经节流后进入冷凝室18。低压发生器17中蒸发的冷剂溶剂蒸汽也进入冷凝室18。在冷凝室18中的冷剂溶剂蒸汽被冷却水蛇形管24内冷却水冷却而成为冷剂溶剂。冷剂溶剂经节流装置后进入蒸发室21的溶剂盘中，并由蒸发室循环泵22输送，喷淋在蒸发室21中的冷冻传热工质盘管26外表面，吸收冷冻传热工质盘管26内冷冻传热工质的热量而汽化成为冷剂溶剂蒸汽。冷冻传热工质温度降低，输出制冷能量，达到制冷的目的。

另一方面，由低压发生器14出来的高浓度制冷工质经低温热交换器17降低温度后进入吸收室15，与吸收室15原有的低浓度制冷工质混合后由吸收室循环泵19输送并喷淋在吸收室15中的冷却水蛇形管25上，循环制冷工质吸收在蒸发室21中产生的冷剂溶剂蒸汽，使蒸发室21保持所需的低压，冷剂溶剂得以不断汽化吸热。喷淋的制冷工质吸收冷剂溶剂蒸汽后浓度降低，重新成为低浓度制冷工质，又由发生器循环泵20送往在余热锅炉10中的制冷工质再生热交换器23。吸收过程产生的热量则由吸收室15内冷却水蛇形管25中的冷却水带走。

本实用新型的控制原理如下：

中央控制计算机8在控制程序的控制下，采用定时中断扫描的方法，通过标准串行通讯接口发出要采集或（和）控制的适配模块地址选通信号。标准工业控制介面9在收到地址选通信号后，根据其地址值选通相应的适配模块。若是中央控制计算机8选通的是测量适配模块，需要采集某一处的温度，压力、浓度或是液位等信息。这时相应的测量适配模块就把所连接传感器得到的模拟物理量经A／D变换后反送回中央控制计算机8。若是中央控制计算机8选通的是控制适配模块，需要改变某一阀门或循环泵的运行参数时，中央控制计算机8接着发出新的运行参数的数字值，由控制适配模块接收并锁存，然后进行D／A变换驱动相应的被控器件。例如，中央控制计算机8定时发出选通与液位传感器30相连的测量适配模块51的地址选通信号。标准工业控制介面9通过标准串行通讯接口接收后选通相应的测量适配模块51。选通后，测量适配模块51把由液位传感器30得到的液位值经A／D变换后反送回中央控制计算机8。中央控制计算机8把测量值与控制模型进行比较。在液位较低时，通过串口发出选通与再生循环泵20的三端器件控制端相连并对其进行控制的控制适配模块53被选通后。中央控制计算机8发出增加输送排量的控制数字量，由控制适配模块53接收并锁存。然后控制适配模块53把其数字量变为相应的控制量（输出电压和频率）驱动三端器件，以增加再生循环泵20功率，从而增大排量。整个控制过程是一个多因素多控制量的控制，但控制过程一样。

本实用新型使用燃气机做动力源，通过所排燃气由动力涡轮吸收后带动发电机得到电能输出，含有余热的燃气在余热锅炉中通过加热再生双元制冷工质的方式抽运热量以产生制冷冷端热，得到制冷输出。用制冷热端和余热锅炉加热供热工质得到供热输出，实现电、热、冷的联合输出，充分利用燃气机的输出能量，以满足能量的综合需要。使用中央控制计算机、标准工业控制介面加各种适配模块的机电一体化测控方式，可使系统运行在最佳工作状态。

本实用新型的核心发动机和动力涡轮联合体可以使用国产YD－3（SK），也可以使用相似的机组，余热锅炉可以直接采用在YD－3（SK）排气道中加盘管式热交换器的方法实现。这样的装置将有大约2.5MW的电能输出，4MW的制冷能量输出和3MW的供热能量输出。

本实用新型中用普通建筑物空调时，吸收式制冷的双元制冷工质可以使用溴化锂和水，它对制冷装置制造（如密封）要求较低，用于天然气液化时，也可以使用水和氨气，可以得到较低的制冷温度。供热工质可以使用水吸热式制冷机组24可以参照普通吸收式制冷机设计，本实用新型除可以减小高压发生器14的尺寸外，与普通吸收式制冷机的要求相同。

在本实用新型中，标准工业控制介面9和中央控制计算机8可以和本实用新型中的核心发动机部分，动力面轮部分以及供热组件部分的测控装置共用，在标准工业控制介面9中插入与这些装置测控器件相连的测量或控制适配模块，并在中央控制计算机8中装入相应的控制程序。

在本实用新型中，标准工业控制介面9可以选用美国ME公司（MECHATRONICEQUIPMENT    INC.）的I／O    32，或是美国OPTO    22公司的PB16AH。中央控制计算机8可以选用美国OPTO    22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS－1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。测量适配模块可以采用OPTO    22公司的AD3或类似的A／D转换模块。控制适配模块可选用OPTO    22公司的DF3或类似的D／F转换模块。

在本实用新型中，冷却水蛇形管24输入端的数控调节阀12和冷冻传热工质盘管26输出端的数控流量阀27可以使用如专利号为CN91232100的数控阀门，或是使用如专利号为CN89102085的数控阀门。吸收室循环泵19，再生循环泵20和蒸发室循环泵22为数控三端器件驱动的液体泵。数控三端器件可以使用如专利申请号为CN91101413.6的数控三端器件，也可以使用如专利号为CN91200002的数控三端器件。吸收室循环泵19，再生循环泵20和蒸发室循环泵22还可以使用如专利号为CN92209705的机电一体化数控锅炉给水泵。

Claims (1)

1、一种数控燃气轮机电热冷联供设备，它有由燃气机机匣(1)、压气机(2)、燃烧室(3)和压气机涡轮(4)组成的核心发动机(8)，由动力涡轮机匣(5)、动力涡轮(6)和发电机(7)组成的供电机构(9)，由余热锅炉(10)、余热交换器(11)组成的供热组件(12)，其特征在于：有由高压发生器(13)、低压发生器(14)、吸收室(15)、高温热交换器(16)、低温热交换器(17)、冷凝室(18)、吸收室循环泵(19)、再生循环泵(20)、蒸发室(21)、蒸发室循环泵(22)、冷却水蛇形管(24)和(25)、冷冻传热工质盘管(26)组成的吸收式制冷机组(27)，在余热锅炉(10)中有制冷工质再生热交换器(23)，其输入端与再生循环泵(20)的输出端相连，输出端与高压发生器(13)相连，余热交换器(11)的输入端与高温热交换器(16)的输出端相连，而高温热交换器(16)的输入端与低温热交换器(17)的输出端相连，低温热交换器(17)的输入端为供热工值输入端，在高压发生器(13)中有温度传感器(28)、压力传感器(29)、液位传感器(30)和浓度传感器(31)，在低压发生器(14)中有温度传感器(32)和压力传感器(33)，在冷凝室(18)中有温度传感器(34)，在蒸发室(21)中有温度传感器(35)和压力传感器(36)，在吸收室(15)中有温度传感器(37)和浓度传感器(38)，在冷却水蛇形管(24)的输入端有数控调节阀(12)，在冷冻传热工质盘管(26)的输出端有数控流量阀(27)，吸收室循环泵(19)，再生循环泵(20)和蒸发室循环泵(22)为数控三端器件驱动的液体泵，在近旁有标准工业控制介面(9)，其中分别插有分别与温度传感器(28)、(32)、(34)、(35)和(37)相连动测量适配模块(41)、(42)、(43)、(44)和(45)，分别与压力传感器(29)、(33)和(36)相连的测量适配模块(46)、(47)和(48)，分别与浓度传感器(31)和(38)相连的测量适配模块(49)和(50)，与液位传感器(30)相连的测量适配模块(51)，在标准工业控制介面(9)中还分别插有分别与数控调节阀(12)和数控流量阀(27)相连并对其进行控制的控制适配模块(39)和(40)，分别与吸收室循环泵(19)，再生循环泵(20)和蒸发室循环泵(22)的三端器件控制端相连并对其进行控制的控制适配模块(52)、(53)和(54)，标准工业控制介面(9)通过标准串行通讯接口与可和其它设备共用的中央控制计算机(8)相连。

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