CN1128856A - 用于联合循环动力装置的吸氨制冷循环 - Google Patents

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Abstract

一种利用联合方式的蒸汽和燃气轮机的动力装置，通过汽轮机和/或其它废热源的排出热量进行致冷循环。从而冷却燃气轮机的环境入口空气，使动力装置更有效地运行。

Description

用于联合循环动力装置的吸氨制冷循环
本发明总地涉及发电的蒸汽动力装置，尤其涉及利用联合循环的蒸汽-燃气轮机以提供效率比较高的、容量有所增加的电力。
已有技术的动力装置产生蒸汽以驱动汽轮机发电。这些汽轮机的冷凝器产生并排出大量的废热。这种热量的排出会大大降低蒸汽循环的循环效率。
许多动力装置加有与汽轮机一起以联合循环方式运转的燃气轮机，以提高装置循环效率并增加动力装置的功率容量。这些涡轮机也能通过诸如压缩机中间冷却器的装置产生废热。
问题出在以联合循环方式使用燃气轮机。当外面的环境温度比较高的时候，这些环境温度会影响燃气轮机的容量，其输出与环境空气的入口温度成反比。
因此，已有技术需要一种动力装置，其与汽轮机一起以联合循环的方式运行的燃气轮机在一降低了的入口空气温度下运转。
本发明解决了有关已有技术动力装置的问题，在一采用蒸汽和燃气轮机以及其它装置联合循环的动力装置中，其燃气轮机在一降低的入口空气温度下运转，而入口空气则由来自汽轮机的冷凝器和/或其它废热源排出的热能来冷却。
为实现上述目的，来自汽轮机冷凝器和/或其它废热源的能量连同氨的有利热力特性将用于运转致冷循环，以冷却联合循环动力装置中进入燃气轮机压缩机的环境空气。
鉴于上述情况将会看到，本发明的一个方面是采用蒸汽-燃气轮机来提供一效率比较高的联合循环动力装置。
本发明的另一方面是提供冷却的用于联合循环动力装置的燃气轮机入口空气。本发明的还有一个方面是利用来自汽轮机冷凝器和/或其它废热源的排出热能去运转致冷循环以冷却联合循环动力装置燃气轮机压缩机的入口空气。
根据下面结合附图对较佳实施例的描述，将会更充分地理解本发明这些和其它方面。
附图是一个本发明利用来自汽轮机冷凝器的热量来进行致冷循环以冷却联合循环动力装置的燃气轮机入口空气的示意图。
结合附图，将会理解本发明一较佳实施例的描述，但本发明不限于此，它还包括了由权利要求所涵盖的所有等效情况。尤其是附图举例说明了汽轮机冷凝器的使用，但除此之外或替代它，也可用其它废热源。
用联合循环方式来运转发电装置10在于利用与燃气轮机14相结合的汽轮机以一个效率较高的方式发电，从而提高装置10的容量。这可通过利用诸如来自汽轮机12通过汽轮机冷凝器16收集的排出废热能来驱动吸氨致冷循环以冷却用于燃气轮机14的环境空气来实现。
众所周知，较高的环境空气温度会降低燃气轮机空气压缩机的容量，从而减少了燃气轮机14的输出。因此，本发明利用废热能冷却环境空气来提高净发电量。
吸氨致冷循环从含有淡氨水溶液的吸收器18开始。氨汽从蒸发器22沿低压管线20输入吸收器18。氨汽被吸收器18中的淡氨水溶液吸收而形成浓氨水溶液，浓氨水溶液由泵24抽取，经热交换器芯子26到废热源16。
热交换器芯子26被覆盖在外壳28内，由管线30供给淡氨水溶液，该淡氨水溶液由于冷却汽轮机12的排出蒸汽而留下来的。气流36是由冷凝器16中的热排出所形成的氨汽。外壳28中加热的溶液使芯子26中的浓氨水溶液在进入冷凝器16之前先被加热。加热的浓氨水溶液从冷凝器16中的冷凝蒸汽中回收热量，使溶液中的大部分氨蒸发而再变成淡氨水溶液，淡氨水溶液沿管线30回到外壳28。冷凝物沿管线34从冷凝器16中排出，返回到蒸汽循环。
冷凝器16中蒸发的氨沿管线36作为高压氨汽输出到冷凝器38，在那儿，它通过一位于冷凝器38内的热交换器芯子40冷凝成液氨，热交换器芯子40被供有从入口42到出口44流过芯子40的冷却水。
然后，来自冷凝器38的液氨流过膨胀阀46，膨胀阀46既降低氨的压力又降低其温度。在压力下降过程中，部分氨将闪蒸成蒸气，但大部分将作为减压的液氨保留下来。
然后，该液-汽氨沿管线48供应到蒸发器22中的蒸发芯子50，芯子的环境空气越过蒸发器22沿其路径到燃气轮机14的压缩机。把液氨蒸发成蒸汽所汲取的热量使空气冷却到外面环境温度之下，而沿管线20供给的芯子50的低压蒸汽将返回到吸收器18，重新开始循环。
因此，所述发明将会提高联合循环动力装置中的朗肯和等压循环(the Rankine and Brayton cycles)的效率。最后的结果是装置具有利用较少量的燃料发更多电的效果。不仅实现了燃料的节省，而且减少了燃烧化石燃料时的辐射污染。即使环境温度升高，燃气轮机仍将保持不变的输出功率。
作为吸氨致冷循环(AARC)的一个例子，下面举例说明一个应用。这个例子基于一346兆瓦净功率(a346MW net)、增压流化床燃烧(PFBC)动力装置的热平衡。这类装置用一汽轮机和一燃气轮机以联合循环方式运行。
氨浓度的重量百分比25％的浓氨水溶液在180PSIA的压力下从吸收器18被抽到热交换器芯子26。浓溶液经沿管线30返回的淡溶液从60°F加热到70°F。然后浓溶液沿通道32流到汽轮机冷凝器。溶液在蒸汽冷凝器16中大约被加热到90°F，此时，约90％的氨从溶液中蒸发出来。在此情况下，蒸汽冷凝器中仅有约2％的排出废热被利用。然后留下来的淡氨水溶液沿通道30回到热交换器外壳，把热量传递给热交换器芯子26中的浓溶液。然后高压氨汽沿通道36被送到蒸汽冷凝器38，在那儿，蒸汽通过冷却水再冷凝成液氨。然后液氨经过节流阀46降压至73PSIA。氨节流后含有约10％的蒸汽量。氨继续沿通道48到蒸发器芯子50，在那儿，液氨由于蒸发器芯子22中的环境空气散发的热量而被蒸发。该热交换器使进入燃气轮机压缩器14的空气从90°F冷却到60°F，从而增加用于燃料燃烧的空气量，反过来增加待燃烧的燃料量。然后蒸发氨沿通道20回到吸收器，在那儿，它变成溶液又开始循环。由于使用这种循环，动力装置的净输出功率的增加超过2％。
在阅读较佳实施例的描述时，本技术领域的技术人员还会想起某些修改和补充。可以理解的是，为简单和方便阅读起见，这些材料在此省略，但它们完全在下列权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种具有蒸汽发生器的发电装置，包括：
一由蒸汽发生器的蒸汽驱动的汽轮机，它提供了在一蒸汽冷凝器中的排出热；
一具有利用环境空气的压缩机的燃气轮机；以及
利用来自所述汽轮机和/或其它废热源的排出热来冷却所述燃气轮机所使用的环境空气的装置。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述冷却装置包括一吸氨致冷循环***。
3.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述***利用蒸汽冷凝器和/或其它废热源中的排出热量蒸发供给蒸汽冷凝器或其它热交换器的浓氨水溶液中的氨。
4.如权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述蒸发的氨***包括一冷凝器和一连接所述冷凝器的膨胀阀，所述冷凝器液化蒸发的氨，所述膨胀阀先降低液氨的压力，随后把它供应到蒸发器芯子。
5.如权利要求4所述的发电装置，其特征在于，所述***包括一含有蒸发器芯子的蒸发器，用来在环境空气供应到所述燃气轮机的压缩机之前先冷却它。
6.一种***用来自汽轮机和/或其它废热源的排出热来运转一致冷循环，包括：
一含有浓氨水溶液的热交换器，它连接于所述汽轮机和或其它废热源以吸取其中的排出热量，从而把溶液中的氨蒸发成高压氨汽；
把所述热交换器中的汽化氨转换成液氨的装置；
用来使所述转换装置中的液氨节流的装置；以及
通过把所述冷却装置的液氨转换成低压氨汽而冷却流体的蒸发装置。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述转换装置包括一连接于所述汽轮机冷凝器和/或其它废热源的水冷却冷凝器。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述冷却装置包括连接在所述水冷却冷凝器和所述蒸发器装置之间的膨胀阀。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，包括一燃气轮机压缩机，其冷却流体由所述蒸发器装置提供。
10.如权利要求9所述的***，其特征在于，包括一含有所述蒸发器芯子的蒸发器，它在环境空气供应给所述燃气轮机压缩机之前，先把其冷却。
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