一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置的製作方法

2023-06-24 17:50:06

專利名稱：一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能源綜合利用裝置，特別是一種含有太陽能熱利用的多級能源利用裝置，屬於能源利用技術領域。
背景技術：
太陽能作為一種清潔、無汙染的可再生能源，其開發和利用被認為世界能源戰略 的重要組成部分。太陽能熱利用是太陽能利用中最主要的方式，其利用形式具有多樣性，按 照其介質所達到的溫度，分為低、中、高溫利用，太陽能熱水器太陽能供熱取暖、太陽能製冷 空調、太陽能海水淡化、太陽能幹燥、太陽能發電等。太陽能熱發電是一種替代常規能源的方法，是各國科學家和政府關注的重點之 一，按照聚光型式的不同。太陽能熱發電主要有塔式、槽式、碟式三種方式，集熱效率都可達 到60%以上，但發電效率一般在20%左右，大量的光熱轉換能量沒得到應用，因而成本較 高，推廣難度較大。為了降低太陽能發電成本並保證穩定的運行，研究人員提出了太陽能聯合循環發 電(ISCCS)的方式，燃氣輪機發電裝置中，其排出的高溫煙氣和太陽能集熱裝置來共同加 熱工質，以推動蒸汽輪機進行進一步發電的利用，這樣可以簡化太陽能利用的裝置並保證 運行的穩定性。目前在印度、埃及、摩洛哥、墨西哥已經建立四個這種方式的電站。其成本 和熱損失得到降低，但也存在著利用功能單一、總熱利用效率較低的缺點。

發明內容
技術問題本發明的目的在於克服上述現有相關太陽能熱利用裝置的缺陷，提供 了一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，能夠使得太陽能高效率、安全穩 定、滿足各種熱利用方式及各種熱利用需求。技術方案為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為該裝置包括燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置、空氣_蒸汽換熱器、吸收式空調 裝置、生活用熱水裝置、空氣介質通道、空氣通道閥門、蒸汽循環連接管路、閥門；燃氣輪機 聯合太陽能集熱利用裝置出口連接空氣_蒸汽換熱器的空氣進口，空氣_蒸汽換熱器的蒸 汽出口通過蒸汽循環管路第一閥門與吸收式空調裝置的蒸汽進口連接，吸收式空調子裝置 的蒸汽出口通過第三閥門與生活用熱水裝置的蒸汽進口連接，生活用熱水裝置的蒸汽出口 分兩路，其中一路與空氣-蒸汽換熱器的蒸汽進口連接，另一路接第六閥門；在第一閥門的 進口另分一路接第二閥門，第二閥門出口再分三路，一路接第三閥門的進口，二路接第四閥 門進口，三路接第五閥門；第四閥門出口接空氣_蒸汽換熱器的蒸汽進口。燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置包括空氣壓縮機，空氣回熱器，太陽能集熱器， 燃燒室，燃氣透平，發電機，燃料供應管路，空氣介質通道；空氣壓縮機出口與空氣回熱器被 加熱空氣進口連接，空氣回熱器被加熱空氣出口與太陽能集熱器的進口連接，太陽能集熱 器的出口與燃燒室進口連接，燃燒室出口連接到燃氣透平的進口，燃氣透平的出口分兩路，一路經過空氣介質第一通道與空氣回熱器的燃氣輪機的尾氣進口連接，另一路經過空氣介 質第二通道與空氣-蒸汽換熱器的空氣進口連接；太陽能集熱器出口通過空氣介質第三通 道與空氣介質第二通道的進口連接。燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置中，壓縮空氣經太陽能集熱器加熱後經由燃氣 透平到空氣介質通道，該方式形成燃氣透平的驅動熱源與空氣_蒸汽換熱器的換熱熱源聯合裝置燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置中，壓縮空氣經太陽能集熱器加熱後不經燃氣 透平，經閥門和空氣介質通道與空氣介質通道連接，該方式不發電，僅為空氣-蒸汽換熱器 的提供換熱熱源。空氣-蒸汽換熱器包括空氣-蒸汽換熱器和蒸汽循環泵，蒸汽循環泵的輸出端連 接空氣-蒸汽換熱器的蒸汽輸入端，為吸收式製冷空調裝置與生活用熱水裝置以及旁路裝 置提供驅動熱源。所述吸收式空調裝置包括吸收式制冷機、冷凍水環路、空調用戶、冷凍水循環泵、 冷卻水環路、冷卻塔、冷卻水循環泵；其中，吸收式制冷機的冷卻水環路、冷卻塔，冷卻水循 環泵形成一個迴路；吸收式制冷機的冷凍水環路、空調用戶、冷凍水循環泵形成一個迴路； 生活用熱水裝置包括熱水換熱器、給水泵、水管路和熱水用戶；給水泵，水管路、熱水換熱器 中的熱水進、出端、熱水用戶串聯連接。吸收式空調裝置中，空氣_蒸汽換熱器的蒸汽出口經過蒸汽循環連接管路分兩 路，一路經第一閥門與吸收式制冷機的蒸汽進口連接，另一路經第二閥與吸收式制冷機的 蒸汽出口連接，吸收式制冷機的蒸汽出口分兩路，一路經第三閥門與熱水換熱器蒸汽進口 連接，另一路經第四閥門和蒸汽循環連接管路與空氣-蒸汽換熱器的蒸汽進口連接；吸收 式制冷機的蒸汽出口分兩路，一路經第三閥門與熱水換熱器的蒸汽進口連接，另一路經第 二閥門和第四閥門與熱水換熱器蒸汽出口連接，熱水換熱器蒸汽出口與空氣-蒸汽換熱器 的蒸汽進口連接。蒸汽循環連接管路在吸收式制冷機蒸汽出口留有旁通出管，為旁路裝置的進口， 蒸汽循環管連接管路在熱水換熱器蒸汽出口留有旁通進管。空氣回熱器，部分燃氣輪機尾氣經閥門和空氣介質通道在空氣回熱器內與壓縮空 氣換熱，利用部分回熱，提高太陽能集熱器進口空氣溫度。有益效果1)該裝置採用了以燃氣輪機和太陽能聯合提供能量的方式，可以保證太陽能利用 能夠安全穩定的運行。同時，可以獨立使用太陽能為後續裝置提供能量。2)太陽能與燃氣輪機聯合運用時，太陽能為燃氣輪機提供高溫高壓氣體，得到的 燃氣輪機尾氣與獨立使用太陽能時提供的高溫氣體，其熱利用按溫度分成了兩個等級，都 可以滿足其不同的熱利用需求，提高了裝置綜合熱利用效率，3)太陽能加熱段採用的是單迴路方式，簡化了裝置，降低了成本和熱損失。4)太陽能集熱器是加熱壓縮氣體到高溫高壓，進而提高燃燒室內氣體溫度，節省 了燃料。5)根據太陽能集熱器集熱溫度，合理調配燃料的用量，可以保證在各種天氣下燃 氣輪機正常的運行，以及滿足裝置的要求。
6)該裝置的設計可以針對各種天氣情況，可以滿足各級熱利用的需求，並使得該 蒸氣循環管路有最優化的管道通路。7)該裝置的設計可以實現對於兩個溫度級別的熱利用裝置，在任意一種溫度熱利 用需求時，該裝置都可以實現其運行，並保證熱利用效率。同時，還留有旁通口，保證了該裝 置的擴展性。


圖1是一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置的結構示意圖。圖中有燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置1、空氣-蒸汽換熱器2、吸收式空調裝 置3、生活用熱水裝置4、空氣介質通道5、蒸汽循環連接管路7、閥門8。圖2是燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置的結構示意圖。圖中有空氣壓縮機1-1，空氣回熱器1-2，太陽能集熱器1-3，燃燒室1-4，燃氣，發 電機1-6，燃料供應1-7，空氣介質通道5，空氣通道閥門6。圖3是空氣_蒸汽換熱器的結構示意圖。圖中有空氣-蒸汽換熱器2-1和蒸汽循環泵2-2。圖4是兩級熱利用裝置的結構示意圖。圖中有吸收式制冷機3-1、冷凍水管路3-2、空調用戶3-3、冷凍水循環泵3_4、冷 卻水管路3-5、冷卻塔3-6、冷卻水循環泵3-7、熱水換熱器4-1、給水泵4_2、水管路4_3、熱 水用戶4-4、蒸汽循環管路7和蒸汽循環管路閥門8。圖5是整體裝置詳圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，包括燃 氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置1、空氣-蒸汽換熱器2、吸收式空調裝置3、生活用熱水裝 置4、空氣介質通道5、蒸汽循環連接管路7、閥門；燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置1可 以採用燃氣輪機結合塔式太陽集熱器的方式，或者燃氣輪機結合蝶式太陽集熱器的方式。 空氣_蒸汽換熱器2採用間壁式換熱器，主要形式有管殼式、套管式、交叉流式、板式和螺旋 板式。吸收式製冷空調裝置3可以採用溴化鋰吸收式製冷空調或氨水吸收式製冷空調。生 活用熱水裝置4可以採用間壁式換熱器與熱水循環結合的方式。空氣介質通道5可採用帶 承壓能力的風管。蒸汽循環連接管路7可採用滿足承壓要求的不鏽鋼管。燃氣輪機聯合太 陽能集熱利用裝置1的高溫空氣進入空氣_蒸汽換熱器2的空氣進口，與空氣-蒸汽換熱 器2中的蒸汽進行換熱，被加熱蒸汽可以依次進入吸收式製冷空調裝置3和生活用熱水裝 置4進行換熱，或者選擇其中一個裝置進行換熱。如圖2所示，燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置1包括空氣壓縮機1-1，空氣回熱 器1-2，太陽能集熱器1-3，燃燒室1-4，燃氣透平1-5，發電機1-6，燃料供應管路1_7，空氣 介質通道；空氣回熱器1-2可採用間壁式換熱器，太陽能集熱器1-3可以採用塔式太陽能集 熱器或碟式太陽能集熱器。空氣從壓縮機進口進入壓縮機1-1加壓，經空氣回熱器1-2預熱 後，進入太陽能集熱器1-3，在太陽能集熱器1-3中加熱成高溫高壓氣體，太陽能集熱器1-3 出口有兩種選擇一種是高溫高壓氣體進入燃燒室1-4，由燃料補充要達到燃氣透平1-5進口溫度要求的能量，滿足要求的高溫高壓氣體進入燃氣透平1-5做功，帶動發電機1-6發 電，同時，產生的尾氣一部分經空氣回熱器1-2預熱壓縮空氣，大部分進入空氣_蒸汽換熱 器2換熱。另一種是，不發電情況下，壓縮空氣從壓縮機進口進入壓縮機1-1加壓，經空氣 回熱器1-2預熱後，進入太陽能集熱器1-3，在太陽能集熱器1-3中加熱成高溫高壓氣體，此 時高溫高壓氣體不經燃燒室1-4進入燃氣透平1-5做功，帶動發電機1-6發電，二是直接由 一旁通空氣介質通道5-3通到燃氣透平1-5出口，進入空氣-蒸汽換熱器2換熱。如圖3所示，高溫高壓的空氣與兩級熱利用裝置中的蒸汽在空氣-蒸汽換熱器2 進行逆流換熱，產生高溫蒸汽或過熱蒸汽。如圖4所示，收式制冷機3-1可以採用溴化鋰吸收式制冷機或氨水吸收式制冷機；熱水換熱器4-1可以採用間壁式換熱器。熱利用可分為三種形式即逐級使用，任一級的單 獨使用和外接裝置使用。逐級使用即產生的高溫蒸汽或過熱蒸汽先經吸收式制冷機3-1再 經熱水換熱器4-1，最後的低溫蒸汽或者低溫水再進入空氣_蒸汽換熱器2進行逆流換熱進 入下一循環，這種情況要求要打開第一閥門8-1、第三閥門8-3，閉合第二閥門8-2、第四閥 門8-4、第五閥門8-5、第六閥門8-6。單獨使用吸收式製冷空調裝置，即產生的高溫蒸汽或 過熱蒸汽只經吸收式制冷機3-1，產生的低溫蒸汽直接回空氣_蒸汽換熱器2進行逆流換熱 進入下一循環，這種情況要求打開閥門第一閥門8-1、第四閥門8-4，閉合第二閥門8-2、第 三閥門8-3、第五閥門8-5、第六閥門8-6。單獨使用生活用熱水裝置，即產生的高溫蒸汽或 過熱蒸汽只經熱水換熱器4-1，產生的低溫蒸汽直接回空氣_蒸汽換熱器2進行逆流換熱進 入下一循環，這種情況要求打開第二閥門8-2、第三閥門8-3，閉合第一閥門8-1、第四閥門 8-4、第五閥門8-5、第六閥門8-6。外接裝置使用，即在裝置預留的外接口出接其他熱利用 裝置，產生的高溫蒸汽或過熱蒸汽經外接裝置被利用後，產生的低溫蒸汽直接回空氣-蒸 汽換熱器2進行逆流換熱進入下一循環，這種情況要求這種情況要求打開第五閥門8-5、第 六閥門8-6，閉合第一閥門8-1、第二閥門8-2、第三閥門8-3、第四閥門8_4。如圖5，即上述過程的聯合。本發明還可以有其它實施方式，凡依據本發明的技術實質所採用的任何細微修 改、等效變換、替代所形成的技術方案，均落在本發明專利要求保護的範圍之內。
權利要求
一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特徵在於該裝置包括燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)、空氣-蒸汽換熱器(2)、吸收式製冷空調裝置(3)、生活用熱水裝置(4)、空氣介質通道(5)、蒸汽循環連接管路(7)、閥門；燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)出口連接空氣-蒸汽換熱器(2)的空氣進口，空氣-蒸汽換熱器(2)的蒸汽出口通過蒸汽循環管路第一閥門(8-1)與吸收式製冷空調裝置(3)的蒸汽進口連接，吸收式製冷空調裝置(3)的蒸汽出口通過第三閥門(8-3)與生活用熱水裝置(4)的蒸汽進口連接，生活用熱水裝置(4)的蒸汽出口分兩路，其中一路與空氣-蒸汽換熱器(2)的蒸汽進口連接，另一路接第六閥門(8-6)；在第一閥門(8-1)的進口另分一路接第二閥門(8-2)，第二閥門(8-2)出口再分三路，一路接第三閥門(8-3)的進口，二路接第四閥門(8-4)進口，三路接第五閥門(8-5)；第四閥門(8-4)出口接空氣-蒸汽換熱器(2)的蒸汽進口。
2.根據權利要求1所述空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特徵在於 燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)包括空氣壓縮機(1-1)，空氣回熱器(1-2)，太陽能 集熱器(1-3)，燃燒室(1-4)，燃氣透平(1-5)，發電機(1-6)，燃料供應管路(1-7)，空氣介質 通道；空氣壓縮機(1-1)出口與空氣回熱器(1-2)被加熱空氣進口連接，空氣回熱器(1-2) 被加熱空氣出口與太陽能集熱器(1-3)的進口連接，太陽能集熱器(1-3)的出口與燃燒室 (1-4)進口連接，燃燒室(1-4)出口連接到燃氣透平(1-5)的進口，燃氣透平(1-5)的出口 分兩路，一路經過空氣介質第一通道(5-1)與空氣回熱器(1-2)的燃氣輪機的尾氣進口連 接，另一路經過空氣介質第二通道(5-2)與空氣-蒸汽換熱器(2)的空氣進口連接；太陽能 集熱器(1-3)出口通過空氣介質第三通道(5-3)與空氣介質第二通道(5-2)的進口連接。
3.根據權利要求1或2所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特 徵在於燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)中，壓縮空氣經太陽能集熱器(1-3)加熱後 經由燃氣透平(1-5)到空氣介質通道(5-2)，形成燃氣透平(1-5)的驅動熱源與空氣-蒸汽 換熱器(2)的換熱熱源聯合裝置。
4.根據權利要求1或2所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特 徵在於燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)中，壓縮空氣經太陽能集熱器(1-3)加熱後 不經燃氣透平(1-5)，經閥門(6-1)和空氣介質通道(5-3)與空氣介質通道(5-2)連接，該 方式不發電，僅為空氣-蒸汽換熱器(2)的提供換熱熱源。
5.根據權利要求1或2所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特 徵在於空氣-蒸汽換熱器(2)包括空氣-蒸汽換熱器(2-1)和蒸汽循環泵(2-2)，蒸汽循 環泵(2-2)的輸出端連接空氣-蒸汽換熱器(2-1)的蒸汽輸入端，為吸收式製冷空調裝置 (3)與生活用熱水裝置(4)以及旁路裝置提供驅動熱源。
6.根據權利要求1所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特徵 在於所述吸收式製冷空調裝置(3)包括吸收式制冷機(3-1)、冷凍水環路(3-2)、空調用戶 (3-3)、冷凍水循環泵(3-4)、冷卻水環路(3-5)、冷卻塔(3-6)、冷卻水循環泵(3_7)；其中， 吸收式制冷機(3-1)的冷卻水環路(3-5)、冷卻塔(3-6)，冷卻水循環泵(3-7)形成一個回 路；吸收式制冷機(3-1)的冷凍水環路(3-2)、空調用戶(3-3)、冷凍水循環泵(3-4)形成一 個迴路；生活用熱水裝置(4)包括熱水換熱器(4-1)、給水泵(4-2)、水管路(4-3)和熱水用 戶(4-4)；給水泵(4-2)，水管路(4-3)、熱水換熱器(4-1)中的熱水進出口、熱水用戶(4_4) 串聯連接。
7.根據權利要求1、5或6所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其 特徵在於吸收式製冷空調裝置(3)中，空氣-蒸汽換熱器(2-1)的蒸汽出口經過蒸汽循環 連接管路(7-1)分兩路，一路經第一閥門(8-1)與吸收式制冷機(3-1)的蒸汽進口連接，另 一路經第二閥門(8-2)與吸收式制冷機(3-1)的蒸汽出口連接，吸收式制冷機(3-1)的蒸 汽出口分兩路，一路經第三閥門(8-3)與熱水換熱器(4-1)蒸汽進口連接，另一路經第四閥 門(8-4)和蒸汽循環連接管路(7-2)與空氣-蒸汽換熱器(2)的蒸汽進口連接；吸收式制 冷機(3-1)的蒸汽出口分兩路，一路經第三閥門(8-3)與熱水換熱器(4-1)的蒸汽進口連 接，另一路經第二閥門(8-2)和第四閥門(8-4)與熱水換熱器(4-1)蒸汽出口連接，熱水換 熱器(4-1)蒸汽出口與空氣-蒸汽換熱器(2-1)的蒸汽進口連接。
8.根據權利要求1所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特 徵在於蒸汽循環連接管路(7)在吸收式制冷機(3-1)蒸汽出口留有旁通出管(7-3)，為旁路 裝置的進口，蒸汽循環管連接管路(7)在熱水換熱器(4-1)蒸汽出口留有旁通進管(7-4)。
9.根據權利要求2所述的空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，其特徵在 於在空氣回熱器(1-2)中，部分燃氣輪機尾氣經閥門(6-4)和空氣介質通道(5-1)在空氣 回熱器(1-2)內與壓縮空氣換熱，利用部分回熱，提高太陽能集熱器(1-3)進口空氣溫度。
全文摘要
一種空氣介質的燃氣輪機聯合太陽能熱利用綜合裝置，特別是一種含有太陽能熱利用的多級能源利用裝置。該裝置包括燃氣輪機聯合太陽能集熱利用裝置(1)、空氣-蒸汽換熱器(2)、吸收式製冷空調裝置(3)、生活用熱水裝置(4)、空氣介質通道(5)、蒸汽循環連接管路(7)、閥門；該綜合裝置採用了以燃氣輪機與太陽能聯合的方式，太陽能可以為燃氣輪機提供高溫高壓空氣，節省了燃料用量。該綜合裝置能夠針對各種實際天氣情況，根據各級的熱利用需求提供熱源，在滿足熱發電的同時，可以滿足空調、熱水的熱源使用要求。另外，太陽能集熱利用裝置可獨立使用。該裝置的設計充分利用了燃氣輪機的高溫排氣，針對任意一種熱利用需求時，都可以實現其單獨運行。
文檔編號F25B29/00GK101806249SQ20101013594
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者楊小龍, 楊茗, 王軍, 谷偉, 金葉佳 申請人:東南大學