一種新型中間回熱燃氣輪機聯合循環系統的製作方法

2023-05-28 17:06:51

本發明屬於電站節能領域，特別涉及一種新型中間回熱燃氣輪機循環系統。

背景技術：

燃氣輪機聯合循環系統是利用天然氣或油等為燃料，通過壓縮空氣後燃燒產生高溫高壓煙氣，進而利用燃氣輪機和餘熱鍋爐進行熱功轉換的一種高效循環方式。

燃氣輪機聯合循環系統具有啟動快、熱效率高、調峰能力強、汙染小等優點，近幾十年來發展迅速，以ge公司的9h型燃氣輪機為例，其透平轉子入口燃氣總溫和設計空氣流量分別達到1430°c與685kg/s，設計壓比提升至23。燃氣輪機循環效率高達41.8%，聯合循環效率提升至61.8%，聯合循環出力可達755mw。隨著燃氣輪機循環參數提高，餘熱鍋爐主蒸汽壓力不斷增加，目前重型燃機匹配的較先進餘熱鍋爐形式為三壓再熱餘熱鍋爐。

回熱技術運用在燃氣輪機聯合循環中以提高其循環效率，因為可以獲得更高的燃燒室入口溫度和更少的燃料消耗量。聯合循環中加熱燃料可以在燃機相同工況下減少總燃料消耗量，其中底循環給水是燃料加熱的典型熱源。但是回熱器的布置會吸收燃氣輪機排汽高溫段能量，導致聯合循環系統的發電能力下降嚴重。

燃氣輪機聯合循環是全球近幾十年來大力發展的工業發電形式。為適應電力市場的快速發展和在電網安全與清潔環保之間協調發展，我們迫切需要尋找新的途徑來提高燃氣輪機聯合循環的效率，這已成為我國發電行業日益重視的課題。

本發明提出了一種一種新型中間回熱燃氣輪機循環系統，它是一種新的適用於燃氣輪機聯合循環電站，其核心設計思想在於：通過在經典三壓再熱餘熱鍋爐內部的位置布置回熱器，從而改善了傳統回熱器改造引起的燃氣輪機聯合循環機組出功降低的影響，減少了回熱器全工況換熱溫差；提高了氣利用性能。整個新型中間回熱燃氣輪機循環系統不僅設計出功與不帶回熱循環的聯合循環機組相當，而且變工況下回熱器運行性能得到提高，進而提高了整體系統運行特性，在工程上有較好的應用前景。

技術實現要素：

本發明的目的是提出了一種新型中間回熱燃氣輪機循環系統，該系統主要包括燃氣透平、燃燒室、壓氣機、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、發電機、凝汽器、高壓過熱器1、再熱器2、再熱器1、高壓過熱器1、高壓蒸發器、高壓省煤器、中壓過熱器、低壓過熱器、高壓省煤器2、中壓蒸發器、中壓省煤器、高壓省煤器1、低壓蒸發器、低壓省煤器、回熱器等裝置；其特徵在於：空氣由壓氣機（3）壓縮後進入回熱器（23）吸熱，之後進入燃燒室（2）與燃料混合燃燒，生成的高溫煙氣進入燃氣輪機（1）做功，燃氣輪機（1）排氣流經高壓過熱器2（9）、再熱器2（10）、再熱器1（11）、高壓過熱器1（12）後，流入回熱器（23）與壓氣機（3）出口空氣換熱，換熱後煙氣流經高壓蒸發器（13）、高壓省煤器3（14）、中壓過熱器（15）、低壓過熱器（16）、高壓省煤器2（17）、中壓蒸發器（18）、中壓省煤器（19）、高壓省煤器1（20）、低壓蒸發器（21）和低壓省煤器（22）並排向大氣。蒸氣循環中的水從凝汽器（8）出來後，流入低壓省煤器（22）、低壓蒸發器（21）後分成三股流體，第一股流過高壓省煤器1（20）、高壓省煤器2（17）、高壓省煤器3（14）、高壓蒸發器（13）、高壓過熱器1（12）、高壓過熱器2（9）後進入汽輪機高壓缸（4）做功，排汽與中壓過熱器（15）出口蒸氣混合後流經再熱器1（11）、再熱器2（10），然後流入汽輪機中壓缸（5）做功，汽輪機中壓缸（5）排汽與低壓過熱器（16）出口蒸氣混合後進入汽輪機低壓缸（6）做功，汽輪機低壓缸（6）排汽流入凝汽器（8）後冷凝成水。低壓蒸發器（21）出口第二股流過中壓省煤器（19）、中壓蒸發器（18）、中壓過熱器（15）後匯入汽輪機高壓缸（4）排汽，一同流入再熱器1（11）。低壓蒸發器（21）出口第三股流過低壓過熱器（16）後匯入汽輪機中壓缸（5）排汽，一同流入汽輪機低壓缸（6）。壓氣機（3）與燃氣輪機（1）同軸並連接發電機（7），汽輪機高壓缸（4）、汽輪機中壓缸（5）、汽輪機低壓缸（6）同軸並連接發電機（7）。

所述的系統中，回熱器（23）創新布置在了高壓過熱器1（12）和高壓蒸發器（13）之間，從而合理利用了煙氣分布，減少了傳統回熱器布置方案導致的系統出功降低，且變工況性能同樣較好。回熱器具體布置位置受餘熱鍋爐的設計結構與煙氣溫度分布變化影響，因此根據不同餘熱鍋爐結構，回熱器的對應改裝位置可進行調整以達到最優效果。

所述的系統將壓氣機（3）出口空氣流過回熱器（23）後再流入燃燒室（2），從而提高了燃燒室（2）入口空氣溫度，在系統出功相近的情況下節約了消耗燃料量，提高了系統效率。

所述的系統中壓氣機（3）出口空氣在流入回熱器（23）管道上設計了旁路閥直接連通回熱器（23）連接燃燒室（2）的管道，從而在需要減少換熱量時將旁路閥根據需要打開，將部分空氣直接流入燃燒室，從而可以根據需要改變回熱效果，增強了工程應用前景。

本發明所述的新型中間回熱燃氣輪機循環系統具有如下優點：

1.回熱器創新布置在了高壓過熱器1和高壓蒸發器之間，從而合理利用了煙氣分布，減少了傳統回熱器布置方案導致的系統出功降低，且變工況性能同樣較好。回熱器具體布置位置受餘熱鍋爐的設計結構與煙氣溫度分布變化影響，因此根據不同餘熱鍋爐結構，回熱器的對應改裝位置可進行調整以達到最優效果。

2.將壓氣機出口空氣流過回熱器後再流入燃燒室，從而提高了燃燒室入口空氣溫度，在系統出功相近的情況下節約了消耗燃料量，提高了系統效率。

3.壓氣機出口空氣在流入回熱器管道上設計了旁路閥直接連通回熱器連接燃燒室的管道，從而在需要減少換熱量時將旁路閥根據需要打開，將部分空氣直接流入燃燒室，因此可以根據需要改變回熱效果，增強了工程應用前景。

4.回熱器具體布置位置靈活，其效果受餘熱鍋爐的設計結構與煙氣溫度分布變化影響，因此根據不同餘熱鍋爐結構，回熱器的對應改裝位置可進行調整以達到最優效果。

附圖說明

圖1為新型中間回熱燃氣輪機循環系統示意圖

實施方式

本發明提出一種新型中間回熱燃氣輪機循環系統。下面結合附圖和實例予以說明。

如圖1所示的新型中間回熱燃氣輪機循環系統示意圖中，新型中間回熱燃氣輪機循環系統主要包括燃氣透平、燃燒室、壓氣機、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、發電機、凝汽器、高壓過熱器1、再熱器2、再熱器1、高壓過熱器1、高壓蒸發器、高壓省煤器、中壓過熱器、低壓過熱器、高壓省煤器2、中壓蒸發器、中壓省煤器、高壓省煤器1、低壓蒸發器、低壓省煤器、回熱器等裝置；其特徵在於：空氣由壓氣機（3）壓縮後進入回熱器（23）吸熱，之後進入燃燒室（2）與燃料混合燃燒，生成的高溫煙氣進入燃氣輪機（1）做功，燃氣輪機（1）排氣流經高壓過熱器2（9）、再熱器2（10）、再熱器1（11）、高壓過熱器1（12）後，流入回熱器（23）與壓氣機（3）出口空氣換熱，換熱後煙氣流經高壓蒸發器（13）、高壓省煤器3（14）、中壓過熱器（15）、低壓過熱器（16）、高壓省煤器2（17）、中壓蒸發器（18）、中壓省煤器（19）、高壓省煤器1（20）、低壓蒸發器（21）和低壓省煤器（22）並排向大氣。蒸氣循環中的水從凝汽器（8）出來後，流入低壓省煤器（22）、低壓蒸發器（21）後分成三股流體，第一股流過高壓省煤器1（20）、高壓省煤器2（17）、高壓省煤器3（14）、高壓蒸發器（13）、高壓過熱器1（12）、高壓過熱器2（9）後進入汽輪機高壓缸（4）做功，排汽與中壓過熱器（15）出口蒸氣混合後流經再熱器1（11）、再熱器2（10），然後流入汽輪機中壓缸（5）做功，汽輪機中壓缸（5）排汽與低壓過熱器（16）出口蒸氣混合後進入汽輪機低壓缸（6）做功，汽輪機低壓缸（6）排汽流入凝汽器（8）後冷凝成水。低壓蒸發器（21）出口第二股流過中壓省煤器（19）、中壓蒸發器（18）、中壓過熱器（15）後匯入汽輪機高壓缸（4）排汽，一同流入再熱器1（11）。低壓蒸發器（21）出口第三股流過低壓過熱器（16）後匯入汽輪機中壓缸（5）排汽，一同流入汽輪機低壓缸（6）。壓氣機（3）與燃氣輪機（1）同軸並連接發電機（7），汽輪機高壓缸（4）、汽輪機中壓缸（5）、汽輪機低壓缸（6）同軸並連接發電機（7）。

如圖1所示，在新型中間回熱燃氣輪機循環系統中，回熱器（23）創新布置在了高壓過熱器1（12）和高壓蒸發器（13）之間，從而合理利用了煙氣分布，減少了傳統回熱器布置方案導致的系統出功降低，且變工況性能同樣較好。回熱器具體布置位置受餘熱鍋爐的設計結構與煙氣溫度分布變化影響，因此根據不同餘熱鍋爐結構，回熱器的對應改裝位置可進行調整以達到最優效果。

如圖1所示，在新型中間回熱燃氣輪機循環系統中，將壓氣機（3）出口空氣流過回熱器（23）後再流入燃燒室（2），從而提高了燃燒室（2）入口空氣溫度，在系統出功相近的情況下節約了消耗燃料量，提高了系統效率。

如圖1所示，在新型中間回熱燃氣輪機循環系統中，壓氣機（3）出口空氣在流入回熱器（23）管道上設計了旁路閥直接連通回熱器（23）連接燃燒室（2）的管道，從而在需要減少換熱量時將旁路閥根據需要打開，將部分空氣直接流入燃燒室，從而可以根據需要改變回熱效果，增強了工程應用前景。

本發明首次提出了將回熱器布置在燃氣輪機聯合循環餘熱鍋爐內部，從而在改善回熱器引起的聯合循環出功較低的不利影響後，分級合理利用燃氣透平排煙能量，保留高溫煙氣特性進而保持了蒸氣循環設計參數，將合理溫度區間煙氣利用於提升燃氣輪機循環性能，最終達到聯合循環整體性能大幅提升且不嚴重影響出功能力的效果。同時，在回熱器冷流入口前段設置了回熱器旁路流道直接連接回熱器冷流出口後段，通過旁路流量控制，可根據變工況運行時機組特性動態調節回熱器換熱量，達到減少熱損失獲得最佳回熱效果的目的。本發明提出的具體回熱器布置位置相對靈活，可根據餘熱鍋爐設備特性和煙氣溫度分布，改變回熱器位置從而達到不同程度的提升效果。因此中間回熱燃氣輪機循環系統相較於傳統回熱循環系統，工程應用前景大幅提高，同時具有較強的實用性和科學價值。