CN103352761A - 基于余热利用的燃机进气冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于余热利用的燃机进气冷却装置。目前还没有一种能够充分利用电厂自身余热的基于余热利用的燃机进气冷却装置。本发明包括燃气轮机，其特点是：还包括表面冷却器、余热锅炉、驱动蒸汽管、吸收式制冷机、冷冻水循环回路、冷却水循环回路、冷却塔、气体进管、燃机进气管、燃机排烟管和锅炉排烟管，气体进管的一端连接在表面冷却器上，燃机进气管的两端分别连接在表面冷却器和燃气轮机上，锅炉排烟管的一端连接在余热锅炉上，冷冻水循环回路安装在表面冷却器和吸收式制冷机之间，冷冻水循环水泵安装在冷冻水循环回路上，冷却水循环回路安装在冷却塔和吸收式制冷机之间。本发明能够充分利用电厂自身余热。

Description

基于余热利用的燃机进气冷却装置

技术领域

本发明涉及一种燃机进气冷却装置，尤其是涉及一种基于余热利用的燃机进气冷却装置，能够有效降低进入燃气轮机的气体温度，有效改善高温环境下燃气轮机机组的发电出力性能。

背景技术

燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在发电行业，燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，应用广泛。但在燃机空气进气温度升高时，会引起机组出力不足等情况，主要原因由如下几点。

(1)、由于燃气轮机是恒体积流量的动力设备，流过的空气质量取决于空气密度，气温越高密度越低，致使吸入压气机的空气质量流量减少，机组的作功能力随之变小。

(2)、压气机的耗功量随吸入空气的热力学温度成正比变化，即大气温度升高时，压气机耗功增加，燃气轮机的净出力减小。

(3)、当大气温度升高时，即使机组转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定，压气机的压缩比将有所下降，这将导致燃气透平的做功量减少，其排气温度却会增高。

在夏季用电高峰时段，因温度较高导致机组出力下降，调峰能力大大削弱。据研究，环境温度升高1℃最大可导致燃气轮机额定发电能力下降1%。因此，很有必要采取措施降低燃机进气温度，以保障高温环境下燃机出力及其调峰性能。

目前，国内外主要的燃机进气冷却技术分为直接接触式与间接接触式两大类。其中直接接触式冷却技术主要指蒸发冷却技术，使用该方法空气最多只能冷却到湿球温度附近，受环境约束较大，适用于干燥炎热地区。

间接接触式冷却主要由冰蓄冷冷却、LNG冷能利用冷却、直接压缩式冷却等几种形式。其中，冰蓄冷冷却是利用冰的潜热蓄能，该方法所用装置占地面积大，电耗大，适用于峰谷电价相差较大的地区。LNG冷能利用冷却只适用于当地有LNG储存站的地区。直接压缩式冷却以消耗电力为代价获得冷源，最大的缺点是需要消耗电力，尤其是在高峰时段要使用大量高峰电，削弱了调峰电厂的调峰能力。且其制冷机使用的工质对臭氧层有破坏作用，已停止制造。

也有采用其他方式来进行燃机进气冷却的，如公开日为1991年01月23日，公开号为CN2069929的中国专利中，公开了一种燃机烟气余热降低进口空温的装置，该装置在燃机的排烟道开口,利用活门控制高温烟气进入吸收致冷器,直接转换成冷媒水,用循环的冷媒水降低燃机进口空温,并通过自洁净化空冷装置,提高输入燃机空气的质量与单位密度,提高燃机出力和功率；由于吸收致冷器中的冷媒水难以得到有效的冷却，从而降低了对燃机进口空气温度的冷却效果。

综上所述，目前还没有一种结构设计合理，能够充分利用电厂自身余热，能够有效改善高温环境下燃气轮机机组发电出力性能的基于余热利用的燃机进气冷却装置。

发明内容

本发明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，能够充分利用电厂自身余热，能够有效改善高温环境下燃气轮机机组发电出力性能的基于余热利用的燃机进气冷却装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该基于余热利用的燃机进气冷却装置包括燃气轮机，其结构特点在于：还包括表面冷却器、余热锅炉、驱动蒸汽管、吸收式制冷机、冷冻水循环回路、冷冻水循环水泵、冷却水循环回路、冷却水循环水泵、冷却塔、气体进管、燃机进气管、燃机排烟管和锅炉排烟管，所述气体进管的一端连接在表面冷却器上，所述燃机进气管的两端分别连接在表面冷却器和燃气轮机上，所述燃机排烟管的两端分别连接在燃气轮机和余热锅炉上，所述锅炉排烟管的一端连接在余热锅炉上，所述驱动蒸汽管安装在余热锅炉和吸收式制冷机之间，所述冷冻水循环回路安装在表面冷却器和吸收式制冷机之间，所述冷冻水循环水泵安装在冷冻水循环回路上，所述冷却水循环回路安装在冷却塔和吸收式制冷机之间，所述冷却水循环水泵安装在冷却水循环回路上。由此使得本发明利用余热锅炉产生的低参数蒸汽驱动吸收式制冷机，制造出低温冷冻水，通过冷冻水循环回路进入布置在燃机空气进气处的表面冷却器，对燃机进气进行冷却；本发明充分利用电厂余热，降低燃机进气空气温度，有效解决夏季高温环境下燃气轮机出力不足的问题；本发明具有耗能少、受水源条件影响小、可充分利用余热等特点。

作为优选，本发明所述吸收式制冷机上设置有蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器。

作为优选，本发明所述表面冷却器中设置有除湿装置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)本发明利用燃机机组余热，符合国家节能减排产业政策。(2)本发明能产生低温冷冻水用以冷却燃机进气，冷却效果好，受水源及外部条件影响较小。(3)本发明在制冷负荷变化较大时，如变化在20%～100%时，其效率基本维持在一个较高的水平。(4)本发明中不存在关键转动部件，运行噪音低，日常维护费用低。(5)本发明所采用工质对环境无污染。

附图说明

图1是本发明实施例中基于余热利用的燃机进气冷却装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中基于余热利用的燃机进气冷却装置在运行时，标有介质流动方向的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中基于余热利用的燃机进气冷却装置包括表面冷却器1、燃气轮机2、余热锅炉3、驱动蒸汽管4、吸收式制冷机5、冷冻水循环回路6、冷冻水循环水泵7、冷却水循环回路8、冷却水循环水泵9、冷却塔10、气体进管11、燃机进气管12、燃机排烟管13和锅炉排烟管14，其中，吸收式制冷机5上设置有蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器，吸收式制冷机5的日常耗电少，维护简单，运行成本较低。表面冷却器1中设置有除湿装置。

本实施例中气体进管11的一端连接在表面冷却器1上，使得外界的高温空气能够通过气体进管11进入表面冷却器1，表面冷却器1能够对高温气体进行冷却，从而降低空气的温度。

本实施例中燃机进气管12的两端分别连接在表面冷却器1和燃气轮机2上，使得经过表面冷却器1冷却的气体能够沿燃机进气管12进入燃气轮机2，由于进入燃气轮机2的气体温度较低，气体的密度较大，从而确保进入燃气轮机2的气体质量较多，保障了燃气轮机2的发电出力性能。燃气轮机2运行后会产生高温的烟气。

本实施例中燃机排烟管13的两端分别连接在燃气轮机2和余热锅炉3上，使得燃气轮机2运行后产生的高温烟气能够沿燃机排烟管13进入余热锅炉3中，该高温烟气中的热能被余热锅炉3所利用，提高了能源的利用率，此时，高温烟气的温度降低，变成了低温烟气。

本实施例中锅炉排烟管14的一端连接在余热锅炉3上，使得低温烟气能够沿锅炉排烟管14排入大气。由于烟气的温度较低，避免对大气产生热污染，有利于节能环保。

本实施例中的驱动蒸汽管4安装在余热锅炉3和吸收式制冷机5之间，使得余热锅炉3中的部分热能能够通过驱动蒸汽管4输送到吸收式制冷机5中，这些热能作为驱动热源，能够有效确保吸收式制冷机5的正常运行，提高了能源的利用率，有利于节能减排。

本实施例中的冷冻水循环回路6安装在表面冷却器1和吸收式制冷机5之间，冷冻水循环水泵7安装在冷冻水循环回路6上，使用时，在冷冻水循环回路6中充满介质，通过冷冻水循环水泵7能够控制冷冻水循环回路6中的介质进行流动。在冷冻水循环回路6的作用下，表面冷却器1和吸收式制冷机5之间能够进行热能交换，将表面冷却器1中的热能转移到吸收式制冷机5中，从而确保表面冷却器1更加有效的对其他进行冷却。

本实施例中的冷却水循环回路8安装在冷却塔10和吸收式制冷机5之间，冷却水循环水泵9安装在冷却水循环回路8上，使用时，在冷却水循环回路8中充满介质，通过冷却水循环水泵9能够控制冷却水循环回路8中的介质进行流动。在冷却水循环回路8的作用下，使得冷却塔10和吸收式制冷机5之间能够进行热能交换，将吸收式制冷机5中的热能转移到冷却塔10中，从而确保吸收式制冷机5更加有效的吸收表面冷却器1中的热能。

本实施例中基于余热利用的燃机进气冷却装置的工作流程如下：余热锅炉3低压蒸汽引入溴化锂吸收式制冷机5作为驱动热源，生产出的低温冷冻水用于降低燃气轮机2的进气温度，冷冻水在表面冷却器1中吸热后回到吸收式制冷机5中放出热量。冷却水在吸收式制冷机5中吸收低压蒸汽与冷冻水放出的热量，并在外部冷却塔10中放出热量，循环使用。

本实施例中的吸收式制冷机5的日常耗电少，维护简单，运行成本较低。表面冷却器1可以布置在燃气轮机2进气入口处，并设有除湿器。进气温度下降引起湿度增加时，避免析出的凝结水对燃气轮机机组安全造成影响。冷却塔10用于冷却制冷机循环冷却水的冷却塔可以就近布置，降低给水泵耗功，亦可以与燃气轮机机组冷却塔合并使用，降低初投资和运行成本。冷冻水循环泵7和冷却水循环泵9为***中的冷冻水和冷却水循环提供动力。冷冻水循环回路6和冷却水循环回路8用以连接上述各组成部分，其布置可根据现场情况进行优化布置，以减少循环水泵耗功。本实施例中基于余热利用的燃机进气冷却装置可以包括监控***以及开关、阀门等相关辅件，用于***实时运行情况的监测与控制，具备与燃气轮机2控制***信息交互功能，可实现远程控制。

外界的空气进入燃气轮机2前，先经过表面冷却器1进行冷却处理，吸收式制冷机5生产出的低温冷冻水经由冷冻水循环回路6进入表面冷却器1，冷冻水在表面冷却器1中与高温空气进行换热后温度升高，再通过冷冻水循环回路6回到吸收式制冷机5重新制冷。冷冻水循环泵7为冷冻水在吸收式制冷机5和表面冷却器1间的持续循环提供动力。

余热锅炉3利用燃气轮机2的排烟余热生成高温蒸汽，部分高温蒸汽引入吸收式制冷机5作为制冷的驱动热源，吸收式制冷机5在高温蒸汽的驱动下从冷冻水循环回路6吸收热量使冷冻水降温，以上进入吸收式制冷机5的热量通过冷却水循环回8带出，经由冷却塔10将热量排向大气，冷却水循环泵9为冷却水在吸收式制冷机5和冷却塔10间的持续循环提供动力。

本实施例中的吸收式制冷机5的耗电少，运行维护简单，对环境无污染，噪声小。表面冷却器1中可以设有除湿装置，避免由于进气温度降低引起湿度增加时，凝结水对燃气轮机的影响。本实施例中的燃机进气冷却装置的耗能主要来源于冷却水循环泵9和冷冻水循环泵7的耗功，所采用的冷却塔10、冷冻水循环回路6和冷却水循环回路8可根据现场条件进行优化布置，以减少循环水泵耗功。若条件允许，亦可将冷却水接入燃气轮机2的机组循环水冷却***中，以降低***初投资和运行成本。本发明中所采用的监控***可与燃气轮机机组控制***进行信息交互，以满足远程控制的需要，并确保发电机组的安全运行。

本实施例中的燃机进气冷却装置利用余热锅炉3产生的低参数蒸汽驱动吸收式制冷机5，制造出低温冷冻水，通过冷冻水循环回路6进入布置在燃机空气进气处的表面冷却器1，对燃机进气进行冷却。本燃机进气冷却装置充分利用电厂余热，降低燃机进气空气温度，有效解决夏季高温环境下燃气轮机2出力不足的问题。与其他冷却手段相比，具有耗能少、受水源条件影响小、可充分利用余热等特点。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于余热利用的燃机进气冷却装置，包括燃气轮机，其特征在于：还包括表面冷却器、余热锅炉、驱动蒸汽管、吸收式制冷机、冷冻水循环回路、冷冻水循环水泵、冷却水循环回路、冷却水循环水泵、冷却塔、气体进管、燃机进气管、燃机排烟管和锅炉排烟管，所述气体进管的一端连接在表面冷却器上，所述燃机进气管的两端分别连接在表面冷却器和燃气轮机上，所述燃机排烟管的两端分别连接在燃气轮机和余热锅炉上，所述锅炉排烟管的一端连接在余热锅炉上，所述驱动蒸汽管安装在余热锅炉和吸收式制冷机之间，所述冷冻水循环回路安装在表面冷却器和吸收式制冷机之间，所述冷冻水循环水泵安装在冷冻水循环回路上，所述冷却水循环回路安装在冷却塔和吸收式制冷机之间，所述冷却水循环水泵安装在冷却水循环回路上。

2.根据权利要求1所述的基于余热利用的燃机进气冷却装置，其特征在于：所述吸收式制冷机上设置有蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器。

3.根据权利要求1所述的基于余热利用的燃机进气冷却装置，其特征在于：所述表面冷却器中设置有除湿装置。