CN113803166A - 基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操作方法 - Google Patents

基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操作方法 Download PDF

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张朋飞
王伟锋
赵永坚
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Abstract

本发明公开了一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操作方法，所述***包括：第一压缩机；第一回热器，用于预热；燃烧室，用于输出烟气；燃气透平；分离器，用于输出饱和富氨蒸汽和饱和贫氨溶液；第二回热器，用于利用燃气透平输出的一部分排气加热分离器输出的饱和富氨蒸汽；氨气透平；第三回热器，用于加热分离器输出的饱和贫氨溶液；第一混合器，用于输出基本氨水溶液混合工质；第一冷凝器，用于输出过冷的基本氨水溶液；第一蒸发器；第二混合器，用于将第一抽气和第二抽气混合并输出；供冷供热模块。本发明的***可节能减排，充分利用燃气轮机的余热烟气，实现在供电的同时满足供热和供冷需求。

Description

基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操 作方法
技术领域
本发明属于分布式能源发电技术领域，特别涉及一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操作方法。
背景技术
以化石能源为主导的能源结构导致了一系列的环境恶化、能源结构不合理等问题；当前碳基能源面临的三大问题为：高能耗、碳排高、污染高。煤炭仍然是当前利用的主要化石能源，为推进能源革命的发展，创建低碳环保、可靠高效的能源体系是当前能源发展的首要任务。传统的能源形式单一，已无法满足当今社会的能源结构优化、低碳能源的发展；相比之下，分布式能源凭借能源利用率高、多级利用、对环境污染小等特点展现出了绝对的优势。在“温度对口，梯级利用”的科学用能原则下，对天然气进行能源的梯级利用，充分发挥热值高、便利和污染小的优点。
分布式能源冷热电联产(CCHP,Combined cooling Heating and Power)是一种新型的节能技术，该项技术实现了制冷、供电和供热，满足了用户的多元化需求，分布式能源凭借高效、可靠、环保、灵活等优势，在大多数国家备受关注。因此，今后分布式能源的数量会逐渐增长，在能源结构中占的比例增重，但带来的问题是管理成本和难度均有所增加。
燃气轮机的燃料通常采用天然气作为燃料，在燃气轮机的出口通常有较高的温度，传统的燃气轮机余热烟气通常采用燃气蒸汽联合循环，有“一拖一”或“一拖二”等方式；采用燃气蒸汽联合循环只能供电，形式单一，无法满足当前社会的能源结构需求。因此，亟需提出一种合理的分布式能源***，对余热温度进行梯级利用，为用户提供一种冷热电多联产的分布式能源发电***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***及操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的***可节能减排，充分利用燃气轮机的余热烟气，实现在供电的同时满足供热和供冷需求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，包括：
第一压缩机，用于获取压缩空气；
第一回热器，用于输入燃料和所述第一压缩机获取的压缩空气并进行预热；
燃烧室，用于输入所述第一回热器预热后的燃料和压缩空气，进行燃料燃烧输出预设温度范围的烟气；
燃气透平，用于输入所述燃烧室输出的烟气并进行膨胀做功，以驱动发电机发电；
分离器，用于输入两相区的基本氨水溶液并进行分离，输出饱和富氨蒸汽和饱和贫氨溶液；
第二回热器，用于利用所述燃气透平输出的一部分排气加热所述分离器输出的饱和富氨蒸汽；
氨气透平，用于将所述第二回热器加热后的饱和富氨蒸汽的热能转化为机械能，以驱动发电机发电；
第三回热器，用于加热所述分离器输出的饱和贫氨溶液；
第一混合器，用于将氨气透平输出的乏汽与所述第三回热器加热后的饱和贫氨溶液进行等压混合，输出基本氨水溶液混合工质；
第一冷凝器，用于将所述第一混合器输出的基本氨水溶液混合工质凝结成过冷的基本氨水溶液；所述过冷的基本氨水溶液用于作为所述第三回热器加热饱和贫氨溶液时的加热介质；
第一蒸发器，用于在所述第三回热器换热后的基本氨水溶液与在所述第二回热器换热后的一部分排气的换热；在第一蒸发器换热后的排气作为所述第一蒸发器的排气，用于作为所述第一回热器进行预热的加热介质；在第一蒸发器换热后的基本氨水溶液为两相区的基本氨水溶液，用于输出给所述分离器；
第二混合器，用于将第一抽气和第二抽气混合并输出；其中，第一抽气为所述燃气透平排气的另一部分抽气，第二抽气为在所述第二回热器换热后的另一部分排气；
供冷供热模块，用于基于所述第二混合器的输出实现供热、供冷。
本发明的进一步改进在于，所述供冷供热模块包括：
热交换器，用于根据所述第二混合器的输出，进行两种流体介质的换热，输出热量；
储热罐，用于存储所述热交换器输出的热量；
溴化锂吸收制冷模块，用于输入在所述热交换器换热后的烟气，进行两种流体介质的换热，输出冷量；
储冷罐，用于存储所述溴化锂吸收制冷模块输出的冷量。
本发明的进一步改进在于，所述溴化锂吸收制冷模块还用于输入所述第二混合器的输出，以调节制冷量。
本发明的进一步改进在于，所述溴化锂吸收制冷模块包括：第一发生器、第二发生器、第二冷凝器、第二蒸发器、第四回热器、第五回热器和吸收器；
第一发生器设置有烟气进口、烟气出口、冷流进口、气相出口和液相出口；第二发生器设置有气相进口、液相进口、第一气相出口、第二气相出口和液相出口；
所述第一发生器的烟气进口和烟气出口分别用于通入和通出烟气；所述第一发生器的冷流进口依次经所述第四回热器、第五回热器的冷流通道与所述吸收器的出口相连通；
所述第一发生器的气相出口与所述第二发生器的气相进口相连通，所述第一发生器的液相出口经所述第四回热器的热流通道与所述第二发生器的液相进口相连通；
所述第二发生器的液相出口经所述第五回热器的热流通道与所述吸收器的第一进口相连通；所述第二发生器的第一气相出口和第二气相出口均依次经所述第二冷凝器、第二蒸发器的热流通道与所述吸收器的第二进口相连通。
本发明的进一步改进在于，还包括：
第一发电机，用于基于所述燃气透平的驱动进行发电。
本发明的进一步改进在于，还包括：
第二发电机，用于基于所述氨气透平的驱动进行发电。
本发明的进一步改进在于，还包括：
工质泵，所述冷凝器的热流出口经工质泵与所述第三回热器的热进口相连通。
本发明的进一步改进在于，
所述第一压缩机设置有进口和出口；
所述第一回热器设置有第一冷流进口、第一冷流出口、第二冷流进口、第二冷流出口、第一热流进口及第一热流出口；所述第一冷流进口用于通入燃料；所述第二冷流进口与所述第一压缩机的出口相连通；
所述燃烧室设置有第一进口、第二进口和出口；所述燃烧室的第一进口与所述第一回热器的第一冷流出口相连通，所述燃烧室的第二进口与所述第一回热器的第二冷流出口相连通；
所述燃气透平设置有进口和出口；所述燃气透平的进口与所述燃烧室的出口相连通；
所述第二回热器设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第二回热器的热流进口与所述燃气透平的出口相连通；
所述氨气透平设置有进口和出口；所述氨气透平的进口与所述第二回热器的冷流出口相连通；
所述第一混合器设置有第一进口、第二进口和出口；所述第一混合器的第一进口与所述氨气透平的出口相连通；
所述第一冷凝器设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一冷凝器的热流进口与所述第一混合器的出口相连通；所述冷凝器的冷流进口和冷流出口分别用于通入和通出冷却介质；
所述第三回热器设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述冷凝器的热流出口与所述第三回热器的冷流进口相连通；所述第三回热器的热流出口经第一节流阀后与所述第一混合器的第二进口相连通；
所述分离器设置有进口、气相出口和液相出口；所述分离器的液相出口与所述第三回热器的热流进口相连通；所述分离器的气相出口与所述第二回热器的冷流进口相连通；
所述第一蒸发器设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一蒸发器的冷流进口与所述第三回热器的冷流出口相连通；所述第一蒸发器的冷流出口与所述分离器的进口相连通；所述第一蒸发器的热流进口与所述第二回热器的冷流出口相连通；所述第一蒸发器的热流出口与所述第一回热器的热流进口相连通；
所述第二混合器设置有第一进口、第二进口和出口；所述第二混合器的第一进口与所述燃气透平的出口相连通，所述第二混合器的第二进口与所述第二回热器的热流出口相连通。
本发明的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***的操作方法，包括以下步骤：
空气送入第一压缩机，输出压缩处理后的压缩空气；压缩空气与燃料共同被第二加热器预热，预热后一同送入燃烧室中混合燃烧，产生烟气；烟气在燃气透平中膨胀做功，用于带动发电机产生电能；
燃气透平的一部分排气依次经过第二回热器和第一蒸发器，烟气的温度逐级降低；
燃气透平的排气进行第一抽气，第二回热器出口的烟气进行第二抽气；第一抽气温度大于第二抽气温度，通过调整第一抽气和第二抽气的比例，调整第二混合器混合后进入供冷供热模块的烟气温度，第二混合器混合后的烟气一部分用于供热，另一部分用于供冷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的***可节能减排，充分利用燃气轮机的余热烟气，实现在供电的同时满足供热和供冷；另外，本发明的***具有多元化形式，使得***小而灵活，可满足不同的用户需求。具体的，本发明的***是一种新型的分布式能源冷热电多联产耦合***，充分利用燃气轮机的余热温度，实现冷热电多联产；其包含了燃气轮机模块、高温Kalina模块和供冷供热模块，采用能源梯级利用的思想，对燃烧室进口燃料进行预热，减小了燃烧室的热损失，利用高温Kalina循环、供冷供热技术实现了对燃气轮机高温排气的余热，实现了在供电的同时满足供热和供冷，相比于传统的燃气蒸汽联合循环，本发明采用能源的梯级利用，燃烧室中产生的高温烟气依次经过燃机进口、燃气轮机排气(第一抽气)、第二抽气、排气等几个部分，温度是逐级降低的，燃气轮机模块和Kalina循环模块产生电能，其中Kalina模块主要目的是充分利用燃气轮机排气的余热，第一抽气和第二抽气在第二混合器混合后，烟气的余热一部分在热交换器中将热能储存在储热罐中，另一部分未利用完热能在溴化锂吸收式制冷的作用下，产生冷量，并储存在储冷罐中，使得该***实现冷热电三联产，大大减小了碳排放和能源消耗，***满足供热、供热和供电的多元化能源结构，使得***小而灵活，面对不同的用户，可满足不同的户需求。
本发明中，溴化锂吸收制冷模块的溴化锂水溶液循环，吸收器的出口是溴化锂的稀溶液，在工质泵的增压作用下，分别流经第五回热器和第四回热器，逐步升温；进入第一发生器，吸收烟气的热量，转变为高压冷剂蒸汽，升温升压后的溴化锂溶液变成中间浓度溶液；进入第四回热器降温后，进入第二发生器，形成溴化锂浓溶液；溴化锂浓溶液经第五回热器降温后进入吸收器，与制冷循环的制冷吸收剂一同混合，产生溴化锂稀溶液。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种燃气轮机-Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***的示意图；
图2是本发明实施例中，双效溴化锂制冷模块的示意图；
图中，100、燃气轮机模块；200、Kalina循环模块；300、供冷供热模块；
1、第一压缩机；2、第一回热器；3、燃烧室；4、燃气透平；5、第一发电机；
6、第二回热器；7、氨气透平；8、第二发电机；9、第一混合器；10、第一节流阀；11、第三回热器；12、分离器；13、第一蒸发器；14、工质泵；15、第一冷凝器；
16、第二混合器；17、储热罐；18、热交换器；19、第一调节阀；20、溴化锂吸收制冷模块；21、储冷罐；
22、第一发生器；23、第四回热器；24、第五回热器；25、第二发生器；26、第二冷凝器；27、第二蒸发器；28、吸收器；29、第二调节阀；30、第三调节阀；31、第二节流阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
请参阅图1，本发明实施例的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，包括：
第一压缩机1，用于压缩空气；所述第一压缩机1设置有进口和出口；所属的压缩机采用的是多级离心式压缩机，具有压比高、效率高的优点；
第一回热器2，用于预热燃料和压缩空气；所述第一回热器2设置有第一冷流进口、第一冷流出口、第二冷流进口、第二冷流出口、热流进口及热流出口；所述第一冷流进口用于通入燃料；所述第二冷流进口与所述第一压缩机1的出口相连通；
燃烧室3，用于燃料燃烧输出预设温度范围的烟气；所述燃烧室3设置有第一进口、第二进口和烟气出口；所述燃烧室3的第一进口与所述第一回热器2的第一冷流出口相连通，所述燃烧室3的第二进口与所述第一回热器2的第二冷流出口相连通；
燃气透平4，用于利用所述燃烧室3输出的烟气膨胀做功驱动发电机发电；所述燃气透平4设置有进口和出口；所述燃气透平4的进口与所述燃烧室3的烟气出口相连通；
第二回热器6，用于利用所述燃气透平4的出口输出的乏气加热分离器12的出口输出的饱和富氨蒸汽，使得饱和的富氨蒸汽形成过热蒸汽，提高氨气透平7的做工能力；所述第二回热器6设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第二回热器6的热流进口与所述燃气透平4的出口相连通；
氨气透平7，用于将高温的富氨蒸汽热能转化为机械能，带动发电机旋转，转变为电能；所述氨气透平7设置有进口和出口；所述氨气透平7的进口与所述第二回热器6的冷流出口相连通；
第一混合器9，用于将透平的乏汽与贫氨溶液进行等压混合，产生基本氨水溶液；所述第一混合器9设置有第一进口、第二进口和出口；所述第一混合器9的第一进口与所述氨气透平7的出口相连通；
第一冷凝器15，用于将混合器产生的混合工质完全凝结成过冷的基本氨水溶液；所述第一冷凝器15设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一冷凝器15的热流进口与所述第一混合器9的出口相连通；所述第一冷凝器15的冷流进口和冷流出口分别用于通入和通出冷却水；
第三回热器11，用于利用分离器12输出的饱和的贫氨溶液加热过冷的基本氨水溶液，提高第一蒸发器13进口处工质的进口温度，有益于提高高温Kalina循环的热效率；所述第三回热器11设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一冷凝器15的热流出口与所述第三回热器11的冷流进口相连通；所述第三回热器11的热流出口经第一节流阀10后与所述第一混合器9的第二进口相连通；
分离器12，用于将两相区的基本氨水溶液分离成饱和的富氨蒸汽和饱和的贫氨溶液，产生温度和压力一直的两股流体；所述分离器12设置有进口、气相出口和液相出口；所述分离器12的液相出口与所述第三回热器11的热流进口相连通；所述分离器12的气相出口与所述第二回热器6的冷流进口相连通；
第一蒸发器13，用于加热基本氨水溶液，充分利用烟气的余热，并基本氨水溶液加热至两相区；所述第一蒸发器13设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一蒸发器13的冷流进口与所述第三回热器11的冷流出口相连通；所述第一蒸发器13的冷流出口与所述分离器12的进口相连通；所述第一蒸发器13的热流进口与所述第二回热器6的热流出口相连通；所述第一蒸发器13的热流出口与所述第一回热器2的热流进口相连通；
第二混合器16，用于将第一抽气和第二抽气进行混合，由于第一抽气参数高于第二抽气，透过调整第一抽气和第二抽气的比例，改变进入供冷供热模块300的烟气热量，以实现供冷量和供热量的调整；所述第二混合器16设置有第一进口、第二进口和出口；所述第二混合器16的第一进口与所述燃气透平4的出口相连通，所述第二混合器16的第二进口与所述第二回热器6的热流出口相连通；
供冷供热模块300，用于基于所述第二混合器16出口的输出实现供热、供冷。
本发明实施例的一种基于燃气轮机-Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，提出了一种基于燃气轮机-Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，包含了燃气轮机模块100、高温Kalina循环模块200和供冷供热模块300，采用能源的梯级利用的思想，对燃烧室3进口燃料进行预热，减小了燃烧室3的热损失，采用高温Kalina循环、供冷和供热技术对燃气轮机高温排气的余热进行利用，实现了在供电的同时满足供热和供冷，相比于传统的燃气蒸汽联合循环，大大减小了碳排放和能源消耗，***满足的供热、供热和供电的多元化能源结构，使得***小而灵活，面对不同的用户，可满足不同的用户需求。对燃气轮机模块100，利用高温Kalina的排气余热对燃料和压缩空气进行预热，燃烧室3产生高温高压的燃气，高参数的燃气送入燃气透平4中膨胀做功，在燃气透平4中热能转化为机械能，燃气透平4的转子与发电机的转子转动，将机械能转化为电能。利用能量的梯级利用原理，采用高温Kalina循环余热利用技术和供热和供热技术对燃气轮机排气余热进一步利用，减小了
Figure BDA0003309241830000101
损失。燃气轮机的排气进行一部分抽气，第一抽气与第二抽气进行混合，通过调整第一抽气与第二抽气流量的比例，为用户调整供冷和供热量，两股抽气在混合器中混合后，进入热交换器18释放热量，温度较高的一部分进入储热罐17中，为用户供热，当供热多时，往储热罐17中输送更多的热能，降温后的一部分废气排出。
本发明实施例采用了一种高温Kalina循环对燃气轮机余热利用的策略，采用多级回热的方式，在高温Kalina循环中，对分离器12分离成的富氨蒸汽进行再次加热，提高了氨气透平7的做功能力，第二回热器6、第一蒸发器13充分利用了温度逐级递减的方式，使得换热介质之间温差小，造成的
Figure BDA0003309241830000111
损失小的优点。除此外，在第二回热器6对余热烟气进行了一部分抽气，第一蒸发器出口的烟气为第一排气，第一排气用于对燃料和压缩空气余热，减小了燃烧室3的热损失。
本发明实施例中，所述供冷供热模块300包括：
热交换器18，所述热交换器18采用的是管壳式换热器，用于两种介质的流体进行换热；
储热罐17，所述储热罐17用于储存热交换器18产生的热量，储存的热能用于用户供热；
溴化锂吸收制冷模块20，用于输入烟气的余热输出冷量，输出的冷量储存在储冷罐21中；示例性可选的，包括第一发生器22、第四回热器23、第五回热器24、第二发生器25、第二冷凝器26、第二蒸发器27、吸收器28、第二调节阀29、第三调节阀30和第二节流阀31等几个主要部分组成。
本发明实施例进一步提出了一种双效溴化锂制冷***，该***分为溴化锂水溶液循环和制冷剂循环，在第一发生器22中溴化锂水稀溶液吸收烟气的热量，转变为高压冷剂蒸汽，升温升压后的溴化锂溶液变成中间浓度溶液，高压冷剂蒸汽作为第二发生器25的热源，在第二发生器25中释放热量，生成低压冷剂蒸汽，在冷凝器中冷凝成液态制冷剂，并在第二蒸发器中吸收冷媒的热量，冷媒起到传递冷能的作用。另外，在供冷和供热模块中，溴化锂吸收式制冷增加了一个旁路控制，调节进入溴化锂吸收式制冷机中的热量，实现对制冷量的调节。除此外，由于第一抽气的温度高于第二抽气，对第一抽气和第二抽气流量比例的调节，还能实现对供冷和供热量的调节。溴化锂吸收式制冷生成的冷能通过冷媒水传递，一部分为用户提供冷能，多余的冷能储存在储冷罐21中。相应的热能也类似，热交换器18产生的热能一部分用于用户供热，多余的热能储存在储热罐17中。
本发明实施例的一种分布式能源冷热电多联产的耦合***，是一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，主要包括三个部分，分别是燃气轮机模块100、Kalina循环模块200和供冷供热模块300。
所述的燃气轮机模块100主要由第一压缩机1、第一回热器2、燃烧室3、燃气透平4和第一发电机5等几个部分组成；其中，燃料采用的是天然气，经第一回热器2预热后通入燃烧室3；空气在第一压缩机1中进行压缩后压力升高，第一压缩机1与第一回热器2相连接；在第一回热器2中提高天然气燃料和压缩空气的温度；所述燃烧室3与燃气透平4连接，燃烧室3中的高温高压烟气被送至燃气透平4中膨胀做功，进而带动第一发电机5发电。
所述Kalina循环模块200中主要包括第一蒸发器、分离器12、第二回热器6、氨气透平7、第二发电机8、第一混合器9、第三回热器11、第一回热器2、冷凝器等几个部分；其中，燃气轮机模块100中燃气透平4的排气首先经过第二回热器6，之后经过第一蒸发器，第一蒸发器产生的余热烟气命名为第一排气；基本氨水溶液进入第一蒸发器中，吸收烟气余热，从过冷区进去两相区。
升温后的氨水溶液进入分离器中分离，分别分离出饱和的富氨蒸汽和贫氨溶液；饱和的富氨蒸汽进入高温的第二回热器6，温度再次升高，进入氨气透平7中膨胀做功，氨气透平7与第二发电机8采用同轴布置，高速旋转的转子带动发电机进行发电，在氨气透平7中完成膨胀做功的富氨蒸汽进入第一混合器9中。
分离器12下端出口的饱和贫氨溶液在第三回热器11中释放一部分热能；降温后的贫氨溶液在第二节流阀31的作用下，实现节流降压，降压至透平的背压一致；与富氨蒸汽在第一混合器9中等压混合，产生基本氨水溶液；混合后的基本氨水溶液进入冷凝器中被冷却水冷凝成过冷液体；在工质泵14的作用下，升高压力，基本氨水溶液被送至第三回热器11中吸收高温的贫氨溶液的热能，完成整个高温Kalina的热力循环。
本发明实施例的Kalina循环模块200中，第二回热器6、第三回热器11和第一蒸发器13充分利用了换热介质之间温差小，造成的
Figure BDA0003309241830000131
损失小的优点，在第二回热器6对余热烟气进行了一部分抽气命名为第二抽气，第二抽气用于供冷供热模块300。
本发明实施例中，供冷供热模块300包含了溴化锂吸收制冷模块20、热交换器18、储热罐17和储冷罐21，储热罐17和储冷罐21分别实现供热和供冷；溴化锂吸收制冷模块20采用的是双效溴化锂制冷***。
本发明实施例上述的双效溴化锂制冷***包括：第一发生器22(高压发生器)、第二发生器25(低压发生器)、第二冷凝器26、第二蒸发器27、第四回热器23(高温回热器)、第五回热器24(低温回热器)、吸收器28、阀门等几个主要部分组成；***中的工质采用的是溴化锂水溶液，烟气起到放热的作用，冷却水的主要作用是冷凝，冷媒水起到冷媒的作用，为用户提供冷能。双效溴化锂制冷***分为溴化锂水溶液循环和制冷剂循环。
具体的，所述的溴化锂水溶液循环，吸收器28的出口是溴化锂的稀溶液，在增压工质泵的增压作用下，分别流经第五回热器和第四回热器，逐步升温；进入第一发生器，吸收烟气的热量，转变为高压冷剂蒸汽，升温升压后的溴化锂溶液变成中间浓度溶液；进入第四回热器降温后，进入第二发生器，形成溴化锂浓溶液；溴化锂浓溶液经第五回热器降温后进入吸收器28，与制冷循环的制冷吸收剂一同混合，产生溴化锂稀溶液。所述的制冷剂循环，高压冷剂蒸汽进入第二发生器25，作为第二发生器25的热源，在第二发生器25中释放热量，生成低压冷剂蒸汽，高压冷剂蒸汽被冷凝成冷剂水；冷剂水与低压冷剂蒸汽，一同进入冷凝器，在冷却水的作用下，凝结成液态制冷剂；液态制冷剂在第二节流阀31的作用下，节流降压，并被送入第二蒸发器中；在第二蒸发器中，液态制冷剂吸收冷媒水的热量，使得冷媒水降温，冷能通过冷媒水传递，产生制冷效应；在第二蒸发器中吸热后的制冷剂被送入吸收器28中，与溴化锂浓溶液混合，生成溴化锂稀溶液，最终完成整个制冷循环。
在供冷模块中，溴化锂吸收式制冷增加了一个旁路控制，调节进入溴化锂吸收式制冷机中的热量，实现对制冷量的调节。除此外，由于第一抽气的温度高于第二抽气，对第一抽气和第二抽气流量比例的调节，还能实现对供冷和供热量的调节。溴化锂吸收式制冷生成的冷能通过冷媒水传递，一部分为用户提供冷能，多余的冷能储存在储冷罐21中。相应的热能也类似，热交换器18产生的热能一部分用于用户供热，多余的热能储存在储热罐17中。
本发明实施例的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，空气送入第一压缩机1，被压缩成高压空气，之后与燃料共同被第二加热器预热，一同被送入燃烧室3中混合燃烧，产生高温高压的烟气，高温高压的烟气在燃气透平4中膨胀做功，带动发电机产生电能，在燃气透平4排气口的烟气温度仍然较高，可用于高温Kalina模块和供冷供热模块300；
步骤2，燃气透平4的高温排气一部分用于高温Kalina模块，在高温Kalina模块中，排气依次经过第二回热器6和第一蒸发器13，烟气的温度逐级降低，其中，第二回热器6出口的烟气进行第二抽气，第二抽气用于供冷供热模块300；
步骤3，燃气透平4的排气进行第一抽气，第一抽气温度较第二抽气高，因此，可通过调整第一抽气和第二抽气的比例，调整第二混合器16后进入供冷供热模块300的烟气温度，两股抽气混合后的烟气一部分用于供热，一部分用于供冷；
步骤4，烟气进入热交换器18中，与导热油进行换热，温度升高后的导热油被送入储热罐17中，用于供热；
步骤5，热交换器18中一部分烟气用于供冷模块，采用第一调节阀19作为旁路调节，其中旁路烟气流量越大时，进入供冷模块的热能越高，进入供冷模块的烟气在第一发生器22中释放热量给高压冷剂蒸汽，在第二发生器25中释放热量，生成低压冷剂蒸汽，高压冷剂蒸汽被冷凝成冷剂水，冷剂水与低压冷剂蒸汽进入冷凝器，凝结成液态制冷剂，液态制冷剂在第二节流阀31的作用下，节流降压，并被送入第二蒸发器中。在第二蒸发器中，液态制冷剂吸收冷媒水的热量，使得冷媒水降温，冷能通过冷媒水传递，产生制冷效应，制冷剂吸收热量后送入吸收器28中，被溴化锂浓溶液吸收，生成溴化锂稀溶液，吸收器28的出口是溴化锂的稀溶液，在工质泵14的增压作用下，分别流经第四回热器23和第五回热器24，逐步升温，之后进入第一发生器22，吸收烟气的热量，最终完成整个热力循环。
请参阅图1，图1为燃气轮机-Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，主要包括三个部分，分别是燃气轮机模块100、Kalina循环模块200、供冷供热模块300。
在燃气轮机模块100中，包含了第一压缩机1、第一回热器2、燃烧室3、燃气透平4和第一发电机5等几个部分组成，燃料采用的是天然气，空气在第一压缩机1中进行压缩后压力升高。为提高热效率，将燃料和压缩后的空气送入第一回热器2中，与高温Kalina第一蒸发器出口的第一排气进行换热，提高了进入燃烧室3的温度，减小了热损失。燃料和高压的空气在燃烧室3中预混燃烧，产生高温高压的燃气，高参数的燃气送入燃气透平4中膨胀做功，在燃气透平4中热能转化为机械能，燃气透平4的转子与发电机的转子转动，将机械能转化为电能。进一步地，燃气透平4的排气温度仍然很高，需要减小换热温差，减小了
Figure BDA0003309241830000151
损失，需要采用其他的余热利用技术对燃气轮机排气余热进一步利用。
在Kalina循环模块200中，主要包括第一蒸发器、分离器、第二回热器、氨气透平、发电机、混合器、第三回热器、第一回热器、冷凝器等几个部分。其中，燃气轮机的排气首先经过第二回热器，之后经过蒸发器，产生的余热烟气命名为第一排气，在第一蒸发器的进口，基本氨水溶液进入第一蒸发器中，吸收烟气余热，从过冷区进去两相区，升温后的第一氨水溶液进入分离器中分离，分别分离出饱和的富氨蒸汽和贫氨溶液，饱和的富氨蒸汽进入高温的第二回热器，温度再次升高，进入氨气透平中膨胀做功，氨气透平与发电机采用同轴布置，高速旋转的转子带动发电机进行发电，在氨气透平中完成膨胀做功的富氨蒸汽进入混合器中。分离器下端出口的饱和贫氨溶液的温度压力与氨气透平进口的富氨蒸汽一致，因此还具有较高的热能，通过第三回热器，释放一部分热能，之后在节流阀的作用下，实现节流降压，与富氨蒸汽在混合器中等压混合，产生基本氨水溶液，之后进入冷凝器中被冷却水冷凝成过冷液体，在工质泵的作用下，升高压力，基本氨水溶液被送至第三回热器中吸收高温的贫氨溶液的热能，完成整个高温Kalina的热力循环。第二回热器、第三回热器和第一蒸发器充分利用了换热介质之间温差小，造成的
Figure BDA0003309241830000161
损失小的优点，在第二回热器对余热烟气进行了一部分抽气，第二抽气用于供冷和供热模块。
在供冷和供热模块中，分别包含了溴化锂吸收制冷、热交换器、储热罐和储冷罐，储热罐和储冷罐分别实现供热和供冷。
燃气轮机的排气进行一部分抽气，第一抽气与第二抽气进行混合，通过调整第一抽气与第二抽气流量的比例，为用户调整供冷和供热量，两股抽气在混合器中混合后，进入热交换器，换热后，温度较高的一部分进入储热罐中，为用户供热，当供热多时，往储热罐中输送更多的热能，降温后的一部分废气排出，排出的废气再用于燃气轮机燃料与空气的预热；另一部分烟气用于溴化锂吸收式制冷，提供冷能。
请参见图2，溴化锂吸收式制冷采用的是双效溴化锂制冷***，***包括：第一发生器22、第四回热器23、第五回热器24、第二发生器25、第二冷凝器26、第二蒸发器27、吸收器28、第二调节阀29、第三调节阀30、第二节流阀31等几个主要部分组成，***中的工质采用的是溴化锂水溶液，烟气起到放热的作用，冷却水的主要作用是冷凝，冷媒水起到冷媒的作用，为用户提供冷能。
双效溴化锂制冷***分为溴化锂水溶液循环和制冷剂循环。对于溴化锂水溶液循环，吸收器28的出口是溴化锂的稀溶液，在增压工质泵的增压作用下，分别流经第四回热器23和第五回热器24，逐步升温，之后进入第一发生器22，吸收烟气的热量，转变为高压冷剂蒸汽，升温升压后的溴化锂溶液变成中间浓度溶液，之后再次经过第四回热器23降温后进入第二发生器25，进一步浓缩后的浓溶液经第五回热器降温后进入吸收器28。在制冷剂循环中，高压冷剂蒸汽作为第二发生器25的热源，在第二发生器25中释放热量，生成低压冷剂蒸汽，高压冷剂蒸汽被冷凝成冷剂水，一同与低压冷剂蒸汽进入第二冷凝器26，凝结成液态制冷剂，液态制冷剂在第二节流阀31的作用下，节流降压，并被送入第二蒸发器27中。在第二蒸发器27中，液态制冷剂吸收冷媒水的热量，使得冷媒水降温，冷能通过冷媒水传递，产生制冷效应，第二蒸发器27中的制冷剂吸收热量后被送入吸收器28中，被溴化锂浓溶液吸收，生成溴化锂稀溶液，最终完成整个制冷循环。
在供冷和供热模块中，溴化锂吸收式制冷增加了一个旁路控制，调节进入溴化锂吸收式制冷机中的热量，实现对制冷量的调节，溴化锂吸收式制冷生成的冷能通过冷媒水一部分为用户提供冷能，多余的冷能储存在储冷罐中。相应的热能也类似，热交换器产生的热能用于用户供热，多余的热能储存在储热罐中。
综上所述，本发明公开了一种基于燃气轮机-Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，包含了燃气轮机模块、高温Kalina模块和供冷供热模块。采用能源的梯级利用的思想，对燃烧室进口燃料进行预热，减小了燃烧室的热损失，利用高温Kalina循环和供冷供热技术实现了对燃气轮机高温排气的余热；提出了一种双效溴化锂制冷***，通过冷媒水将冷量传递至储冷罐，热交换器产生的热能储存在储热罐中，实现了在供电的同时满足供热和供冷；通过调整第一抽气和第二抽气的流量比例，对供热供热模块的输入热量调节，对溴化锂制冷采用旁路控制的方式，根据用户需求调整供冷量。相比于传统的燃气蒸汽联合循环，大大减小了碳排放和能源消耗，***满足的供热、供热和供电的多元化能源结构，使得***小而灵活，面对不同的用户，可满足不同的用户需求。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，包括：
第一压缩机(1)，用于获取压缩空气；
第一回热器(2)，用于输入燃料和所述第一压缩机(1)获取的压缩空气并进行预热；
燃烧室(3)，用于输入所述第一回热器(2)预热后的燃料和压缩空气，进行燃料燃烧输出预设温度范围的烟气；
燃气透平(4)，用于输入所述燃烧室(3)输出的烟气并进行膨胀做功，以驱动发电机发电；
分离器(12)，用于输入两相区的基本氨水溶液并进行分离，输出饱和富氨蒸汽和饱和贫氨溶液；
第二回热器(6)，用于利用所述燃气透平(4)输出的一部分排气加热所述分离器(12)输出的饱和富氨蒸汽；
氨气透平(7)，用于将所述第二回热器(6)加热后的饱和富氨蒸汽的热能转化为机械能，以驱动发电机发电；
第三回热器(11)，用于所述分离器(12)输出的饱和贫氨溶液的换热；
第一混合器(9)，用于将氨气透平(7)输出的乏汽与所述第三回热器(11)加热后的饱和贫氨溶液进行等压混合，输出基本氨水溶液混合工质；
第一冷凝器(15)，用于将所述第一混合器(9)输出的基本氨水溶液混合工质凝结成过冷的基本氨水溶液；所述过冷的基本氨水溶液用于作为所述第三回热器(11)加热饱和贫氨溶液时的加热介质；
第一蒸发器(13)，用于在所述第三回热器(11)换热后的基本氨水溶液与在所述第二回热器(6)换热后的一部分排气的换热；在第一蒸发器(13)换热后的排气作为所述第一蒸发器(13)的排气，用于作为所述第一回热器(2)进行预热的加热介质；在第一蒸发器(13)换热后的基本氨水溶液为两相区的基本氨水溶液，用于输出给所述分离器(12)；
第二混合器(16)，用于将第一抽气和第二抽气混合并输出；其中，第一抽气为所述燃气透平(4)输出的另一部分排气，第二抽气为在所述第二回热器(6)换热后的另一部分排气；
供冷供热模块，用于基于所述第二混合器(16)的输出实现供热、供冷。
2.根据权利要求1所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，所述供冷供热模块包括：
热交换器(18)，用于根据所述第二混合器(16)的输出，进行两种流体介质的换热，输出热量；
储热罐(17)，用于存储所述热交换器(18)输出的热量；
溴化锂吸收制冷模块(20)，用于输入在所述热交换器(18)换热后的烟气，进行两种流体介质的换热，输出冷量；
储冷罐(21)，用于存储所述溴化锂吸收制冷模块(20)输出的冷量。
3.根据权利要求2所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，所述溴化锂吸收制冷模块(20)还用于输入所述第二混合器(16)的输出，以调节制冷量。
4.根据权利要求2所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，所述溴化锂吸收制冷模块(20)包括：第一发生器(22)、第二发生器(25)、第二冷凝器(26)、第二蒸发器(27)、第四回热器(23)、第五回热器(24)和吸收器(28)；
第一发生器(22)设置有烟气进口、烟气出口、冷流进口、气相出口和液相出口；第二发生器(25)设置有气相进口、液相进口、第一气相出口、第二气相出口和液相出口；
所述第一发生器(22)的烟气进口和烟气出口分别用于流入和流出烟气；所述第一发生器(22)的冷流进口依次经所述第四回热器(23)、第五回热器(24)的冷流通道与所述吸收器(28)的出口相连通；
所述第一发生器(22)的气相出口与所述第二发生器(25)的气相进口相连通，所述第一发生器(22)的液相出口经所述第四回热器(23)的热流通道与所述第二发生器(25)的液相进口相连通；
所述第二发生器(25)的液相出口经所述第五回热器(24)的热流通道与所述吸收器(28)的第一进口相连通；所述第二发生器(25)的第一气相出口和第二气相出口均依次经所述第二冷凝器(26)、第二蒸发器(27)的热流通道与所述吸收器(28)的第二进口相连通。
5.根据权利要求1所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，还包括：
第一发电机(5)，用于基于所述燃气透平(4)的驱动进行发电。
6.根据权利要求1所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，还包括：
第二发电机(8)，用于基于所述氨气透平(7)的驱动进行发电。
7.根据权利要求1所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，还包括：
工质泵(14)，所述冷凝器的热流出口经工质泵(14)与所述第三回热器(11)的冷流进口相连通。
8.根据权利要求1所述的一种基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***，其特征在于，所述第一压缩机(1)设置有进口和出口；
所述第一回热器(2)设置有第一冷流进口、第一冷流出口、第二冷流进口、第二冷流出口、第一热流进口及第一热流出口；所述第一冷流进口用于通入燃料；所述第二冷流进口与所述第一压缩机(1)的出口相连通；
所述燃烧室(3)设置有第一进口、第二进口和出口；所述燃烧室(3)的第一进口与所述第一回热器(2)的第一冷流出口相连通，所述燃烧室(3)的第二进口与所述第一回热器(2)的第二冷流出口相连通；
所述燃气透平(4)设置有进口和出口；所述燃气透平(4)的进口与所述燃烧室(3)的出口相连通；
所述第二回热器(6)设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第二回热器(6)的热流进口与所述燃气透平(4)的出口相连通；
所述氨气透平(7)设置有进口和出口；所述氨气透平(7)的进口与所述第二回热器(6)的冷流出口相连通；
所述第一混合器(9)设置有第一进口、第二进口和出口；所述第一混合器(9)的第一进口与所述氨气透平(7)的出口相连通；
所述第一冷凝器(15)设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一冷凝器(15)的热流进口与所述第一混合器(9)的出口相连通；所述冷凝器的冷流进口和冷流出口分别用于流入和流出冷却介质；
所述第三回热器(11)设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述冷凝器的热流出口与所述第三回热器(11)的冷流进口相连通；所述第三回热器(11)的热流出口经第一节流阀(10)后与所述第一混合器(9)的第二进口相连通；
所述分离器(12)设置有进口、气相出口和液相出口；所述分离器(12)的液相出口与所述第三回热器(11)的热流进口相连通；所述分离器(12)的气相出口与所述第二回热器(6)的冷流进口相连通；
所述第一蒸发器(13)设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；所述第一蒸发器(13)的冷流进口与所述第三回热器(11)的冷流出口相连通；所述第一蒸发器(13)的冷流出口与所述分离器(12)的进口相连通；所述第一蒸发器(13)的热流进口与所述第二回热器(6)的热流出口相连通；所述第一蒸发器(13)的热流出口与所述第一回热器(2)的热流进口相连通；
所述第二混合器(16)设置有第一进口、第二进口和出口；所述第二混合器(16)的第一进口与所述燃气透平(4)的出口相连通，所述第二混合器(16)的第二进口与所述第二回热器(6)的热流出口相连通。
9.一种权利要求1所述的基于燃气轮机Kalina联合循环的冷热电多联产耦合***的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
空气送入第一压缩机，输出压缩处理后的压缩空气；压缩空气与燃料共同被第二加热器预热，预热后一同送入燃烧室中混合燃烧，产生烟气；烟气在燃气透平中膨胀做功，用于带动发电机产生电能；
燃气透平的一部分排气依次经过第二回热器和第一蒸发器，烟气的温度逐级降低；
燃气透平的排气进行第一抽气，第二回热器出口的烟气进行第二抽气；第一抽气温度大于第二抽气温度，通过调整第一抽气和第二抽气的比例，调整第二混合器混合后进入供冷供热模块的烟气温度，第二混合器混合后的烟气一部分用于供热，另一部分用于供冷。
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