CN219300785U - 一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃气蒸汽联合循环技术领域，特别是涉及一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，包括燃气轮机，燃气轮机出口端连通有烟气道，烟气道末端连通有烟囱；烟气道内依次设置有低温省煤器、高温省煤器、蒸汽发生器和过热器，且低温省煤器、高温省煤器、蒸汽发生器和过热器依次首尾相连，低温省煤器和过热器之间设有发电组件；低温省煤器和高温省煤器之间设有取热器，取热器连通有温度调节组件。本实用新型可以达到对燃气轮机入口的空气进行温度控制的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气蒸汽联合循环技术领域，特别是涉及一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统。
背景技术
以太阳能、风能为主的可再生能源电力系统具有随机性、波动性及间歇性等特点，其大规模并网需要其它电力系统实时调节出力来适应可再生能源电力的频繁变化。而燃气轮机以其高效性、低污染及调峰性能好等优势，成为可再生能源电力理想的调峰电源，广泛耦合多种能源电力系统，适应多变的用电负荷需求。
燃气蒸汽联合循环发电技术能够充分利用烟气的各级品质能量，是我国燃气轮机发电的主要循环形式。燃气蒸汽联合循环除消耗天然气外，还需要大量的环境空气。由于燃气轮机是定容式动力机械设备，其性能与空气密度息息相关，因此燃气轮机进口空气温度对燃气轮机效率和发电量有着较大影响。
在夏季高温时，当机组在夏季高温条件下运行时，随着空气温度的升高，空气密度减小，比容积增大，流入燃气轮机的空气质量流量减小，燃气轮机发电量下降。与此同时，环境温度的升高，还会使压气机的压比降低，耗功增大，造成压缩机的效率衰减，从而导致燃气轮机的发电量进一步下降。发电量和效率的双重恶化，必然造成污染的提升。而夏季高温时段正值用电需求高峰，这就造成了电力供需之间的固有矛盾。
在冬季低温时，机组一般采用调节可变导叶的开度来调节发电负荷，当机组在冬季低温时段部分负荷运行时，进气可变导叶的开度随着进口空气温度的降低而变小。这就意味着环境温度降低，空气密度增加，一定负荷条件下导叶的开度减小，进而导致运行状态更加远离设计工况，效率严重衰减。
综上所述，燃气蒸汽联合循环在夏季高温时段，通常满负荷运行，而在春秋冬三季节会在部分负荷下运行。而环境温度过高或过低都会严重影响机组的效率及发电量。因此，对燃气轮机入口的空气进行温度控制，可以有效保证机组全年的安全高效运行，从而避免新机组的增设，因此亟需一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统来解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，以解决上述问题，达到对燃气轮机入口的空气进行温度控制的目的。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，包括燃气轮机，所述燃气轮机出口端连通有烟气道，烟气道末端连通有烟囱；
所述烟气道内依次设置有低温省煤器、高温省煤器、蒸汽发生器和过热器，且所述低温省煤器、高温省煤器、蒸汽发生器和过热器依次首尾相连，所述低温省煤器和所述过热器之间设有发电组件；
所述低温省煤器和所述高温省煤器之间设有取热器，所述取热器连通有温度调节组件。
优选的，所述温度调节组件包括发生器，所述取热器与所述发生器连通并形成回路，所述发生器依次串联有空气换热器、节流阀、水换热器、吸收器、所述吸收器连通有中间换热器并形成回路，所述中间换热器与所述发生器连通并形成回路，所述水换热器连通有空气进气换热器并形成回路，所述空气进气换热器位于所述燃气轮机进气端。
优选的，所述发生器和所述空气换热器之间的管道依次串联有第一三通、第六阀门和第二三通，所述水换热器和所述吸收器之间的管路依次串联有第三三通、第五阀门和第四三通，所述第一三通和所述第三三通连通，所述第二三通和所述第四三通连通。
优选的，所述水换热器和所述空气进气换热器之间的进液管路上设有第三阀门，所述水换热器和所述空气进气换热器之间的回液管路上设有第二增压泵和第四阀门。
优选的，所述吸收器和所述中间换热器之间的回液管路上设有溶液泵。
优选的，所述取热器和所述发生器之间的进液管路上设有第一阀门，所述取热器和所述发生器之间的回液管路上设有第一增压泵和第二阀门。
优选的，所述发电组件包括依次串联的蒸汽轮机、冷凝器和凝结水泵，所述蒸汽轮机进气端与所述过热器相连，所述凝结水泵出液端与所述低温省煤器相连，所述冷凝器出水端和回水端之间依次串联有冷却塔和循环水泵。
本实用新型具有如下技术效果：本实用新型基于烟气热量梯级分布规律，在烟气流程中高低温省煤器之间取出合适的驱动热源，来进行夏季高温时段机组的进气冷却和冬季低温时段机组的进气加热。本实用新型避免利用高品质的蒸汽或高温烟气作为驱动热源，能够有效提升燃气蒸汽轮机联合循环的整体性能(发电量及发电效率)，保持夏季高温情况下发电量的稳定输出，解决夏季用电负荷的增加与系统发电量减少的固有矛盾。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型相对于现有技术燃气轮机的性能对比图；
图3为本实用新型相对于现有技术燃气蒸汽联合循环的性能对比图；
其中，1、燃气轮机；2、蒸汽轮机；3、冷凝器；4、凝结水泵；5、高温省煤器；6、蒸汽发生器；7、过热器；8、循环水泵；9、冷却塔；10、烟囱；11、低温省煤器；12、取热器；13、第一增压泵；14、发生器；15、空气换热器；16、节流阀；17、水换热器；18、吸收器；19、溶液泵；20、中间换热器；21、第二增压泵；22、空气进气换热器；101、第一阀门；102、第二阀门；201、第三阀门；202、第四阀门；301、第五阀门；302、第六阀门；401、第一三通；501、第二三通；402、第三三通；502、第四三通。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参照图1-3，本实用新型提供一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，包括燃气轮机1，燃气轮机1出口端连通有烟气道，烟气道末端连通有烟囱10；
烟气道内依次设置有低温省煤器11、高温省煤器5、蒸汽发生器6和过热器7，且低温省煤器11、高温省煤器5、蒸汽发生器6和过热器7依次首尾相连，低温省煤器11和过热器7之间设有发电组件；
低温省煤器11和高温省煤器5之间设有取热器12，取热器12连通有温度调节组件。
燃气轮机1产生热量，热量集中在烟气道中，热量通过低温省煤器11、高温省煤器5、蒸汽发生器6和过热器7对水体进行加热，使水体转化为蒸汽，蒸汽驱动发电组件产生电力，废气由烟囱10处排出，取热器12设置在低温省煤器11和高温省煤器5之间，基于烟气热量梯级分布原则，取出合适品质的热量参与燃气轮机1进口端空气温度的调节，温度调节组件用于调节燃气轮机1进口端空气的温度。
进一步优化方案，温度调节组件包括发生器14，取热器12与发生器14连通并形成回路，发生器14依次串联有空气换热器15、节流阀16、水换热器17、吸收器18、吸收器18连通有中间换热器20并形成回路，参照图1中间换热器20内部右端和顶端端口相连通，左端和底端端口相连通，中间换热器20与发生器14连通并形成回路，水换热器17连通有空气进气换热器22并形成回路，空气进气换热器22位于燃气轮机1进气端。取热器12用于吸收烟气中的热量，热量对管路中的介质水进行加热，介质水形成蒸汽，蒸汽流入发生器14中用于热量交换。
具体的，空气进气换热器22底部设有风扇。
进一步优化方案，发生器14和空气换热器15之间的管道依次串联有第一三通401、第六阀门302和第二三通501，水换热器17和吸收器18之间的管路依次串联有第三三通402、第五阀门301和第四三通502，第一三通401和第三三通402连通，第二三通501和第四三通502连通。
具体的，第一三通401靠近发生器14设置，第三三通402靠近水换热器17设置。
进一步优化方案，水换热器17和空气进气换热器22之间的进液管路上设有第三阀门201，水换热器17和空气进气换热器22之间的回液管路上设有第二增压泵21和第四阀门202。
进一步优化方案，吸收器18和中间换热器20之间的回液管路上设有溶液泵19。
进一步优化方案，取热器12和发生器14之间的进液管路上设有第一阀门101，取热器12和发生器14之间的回液管路上设有第一增压泵13和第二阀门102。
进一步优化方案，发电组件包括依次串联的蒸汽轮机2、冷凝器3和凝结水泵4，蒸汽轮机2进气端与过热器7相连，凝结水泵4出液端与低温省煤器11相连，冷凝器3出水端和回水端之间依次串联有冷却塔9和循环水泵8。蒸汽驱动蒸汽轮机2发电，蒸汽经过冷凝降温后由凝结水泵4泵送至低温省煤器11处，进行预热。
本实用新型的工作过程如下：当机组在夏季高温时段运行时，打开第一阀门101第二阀门102，第三阀门201，第四阀门202，第五阀门301，第六阀门302，进气冷却系统投入使用，中介水流入取热器12，在烟气的加热作用下，介质水形成蒸汽，蒸汽流入发生器14，发生器14中产生的蒸汽流经空气换热器15，节流阀16，水换热器17，进入吸收器18并被吸收，与此同时吸收器18内溶液变成稀溶液，溶液可选溴化锂/水溶液，也可以为氨/水溶液或其它工质。取热工质水蒸汽在发生器14中释放潜热后，变成液态水，流回取热器12继续吸热。与此同时，水换热器17中产生6-8℃的冷冻水，冷冻水流入空气进气换热器22冷却环境空气。被加热后的冷冻水流回水换热器17放热。而环境空气被冷却后流入燃气轮机系统，被加热加压。在夏季高温时段运行时，空气换热器15作为冷凝器使用，而水换热器17作为蒸发器使用。在第一三通401和第三三通402之间，及第二三通501和第四三通502之间增设阀门，夏季运行时，阀门打开。
当机组在冬季低温时段运行时，打开第一阀门101，第二阀门102，第三阀门201，第四阀门202，关闭第五阀门301，第六阀门302，进气加热系统投入使用，热量介质水流入取热器12，在烟气的加热作用下，中介水形成蒸汽，蒸汽流入发生器14。发生器14的蒸汽流经水换热器17，节流阀16，空气换热器15，进入吸收器18被吸收，溶液变成稀溶液。取热介质蒸汽在发生器14中释放潜热后，变成液态水，流回取热器12继续吸热。与此同时，水换热器17中产生中温热水，中温热水流入空气进气换热器22加热环境空气。被冷却后的循环水流回水换热器17吸热。而环境空气被加热后流入燃气轮机机组，被加热加压，用于提高联合循环的效率。在第一三通401和第三三通402之间，及第二三通501和第四三通502之间增设阀门，冬季运行时，阀门关闭。
参照图2，改造前后燃气轮机的性能对比，Pg—燃气轮机发电量，ηg—燃气轮机发电效率,改造前，燃气轮机1的发电量与发电效率均随环境温度的升高严重恶化；而当夏季环境温度升高时，采用本方案改造后的燃气轮机1发电量和发电效率均能保持相对稳定；参照图3，改造前后燃气蒸汽联合循环的性能对比，Ptot—联合循环发电量，ηtot—联合循环发电效率；改造前，燃气蒸汽联合循环的总发电量与发电效率均随环境温度的升高而逐渐恶化，经本实用新型方案的改造后，环境温度发生变化时，循环的总发电量基本保持稳定。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：包括燃气轮机(1)，所述燃气轮机(1)出口端连通有烟气道，烟气道末端连通有烟囱(10)；
所述烟气道内依次设置有低温省煤器(11)、高温省煤器(5)、蒸汽发生器(6)和过热器(7)，且所述低温省煤器(11)、高温省煤器(5)、蒸汽发生器(6)和过热器(7)依次首尾相连，所述低温省煤器(11)和所述过热器(7)之间设有发电组件；
所述低温省煤器(11)和所述高温省煤器(5)之间设有取热器(12)，所述取热器(12)连通有温度调节组件。
2.根据权利要求1所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述温度调节组件包括发生器(14)，所述取热器(12)与所述发生器(14)连通并形成回路，所述发生器(14)依次串联有空气换热器(15)、节流阀(16)、水换热器(17)、吸收器(18)、所述吸收器(18)连通有中间换热器(20)并形成回路，所述中间换热器(20)与所述发生器(14)连通并形成回路，所述水换热器(17)连通有空气进气换热器(22)并形成回路，所述空气进气换热器(22)位于所述燃气轮机(1)进气端。
3.根据权利要求2所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述发生器(14)和所述空气换热器(15)之间的管道依次串联有第一三通(401)、第六阀门(302)和第二三通(501)，所述水换热器(17)和所述吸收器(18)之间的管路依次串联有第三三通(402)、第五阀门(301)和第四三通(502)，所述第一三通(401)和所述第三三通(402)连通，所述第二三通(501)和所述第四三通(502)连通。
4.根据权利要求2所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述水换热器(17)和所述空气进气换热器(22)之间的进液管路上设有第三阀门(201)，所述水换热器(17)和所述空气进气换热器(22)之间的回液管路上设有第二增压泵(21)和第四阀门(202)。
5.根据权利要求2所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述吸收器(18)和所述中间换热器(20)之间的回液管路上设有溶液泵(19)。
6.根据权利要求2所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述取热器(12)和所述发生器(14)之间的进液管路上设有第一阀门(101)，所述取热器(12)和所述发生器(14)之间的回液管路上设有第一增压泵(13)和第二阀门(102)。
7.根据权利要求1所述一种精准取热式联合循环进气冷却加热循环系统，其特征在于：所述发电组件包括依次串联的蒸汽轮机(2)、冷凝器(3)和凝结水泵(4)，所述蒸汽轮机(2)进气端与所述过热器(7)相连，所述凝结水泵(4)出液端与所述低温省煤器(11)相连，所述冷凝器(3)出水端和回水端之间依次串联有冷却塔(9)和循环水泵(8)。
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