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Title:
GAS TURBINE INTAKE AIR COOLING DEVICE USING WASTE HEAT AS DRIVING FORCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/058462
Kind Code:
A1
Abstract:
A gas turbine intake air cooling device using waste heat as driving force, the intake air cooling device comprising an air cooler or a cooling tower (6), a surface cooler (1), a cold water tank (7), and at least one waste heat chiller (4); the two low-temperature water ends (D, C) of the waste heat chiller (4) are connected to the surface cooler (1) via valves (I, II) and/or valves (IV, V, VI) and the cold water tank (7); the two cooling water ends (A, B) of the waste heat chiller (4) are connected to the two cooling water ends of the cooling tower (6); the high-temperature flue gas input end of the waste heat chiller (4) is connected to a waste heat fuel gas pipe (3) of a gas turbine; and the cooling air outlet of the surface cooler (1) is connected to the air intake of a gas turbine (2). The gas turbine intake air cooling device using waste heat as driving force has less energy consumption, low operating costs and controllable intake air humidity.

Inventors:
WEN HAIQUAN (CN)
Application Number:
PCT/CN2014/000683
Publication Date:
April 30, 2015
Filing Date:
July 18, 2014
Export Citation:
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Assignee:
WEN HAIQUAN (CN)
International Classes:
F02C7/143; F02C6/18; F25B15/06; F25B27/02
Foreign References:
CN203655442U2014-06-18
CN201865771U2011-06-15
CN202420021U2012-09-05
CN202470536U2012-10-03
JPH08261600A1996-10-11
Attorney, Agent or Firm:
NANJING ZHONGLIAN PATENT AGENCY CO. LTD. (CN)
南京众联专利代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求

1、 一种余热为动力的燃气轮机进气冷却装置, 其特征在于包括空冷器或冷 却塔、 表冷器、 冷水罐和至少一级余热制冷机, 所述余热制冷机的低温水两端 经阀门与表冷器连接和 /或经阀门和冷水罐与表冷器连接, 余热制冷机的冷却水 两端与空冷器或冷却塔的冷却水两端连接, 余热制冷机的高温烟气输入端与燃 气轮机的余热烟气管连接, 表冷器的冷气出口与燃气轮机的进气口连接; 所述 余热制冷机的前级余热制冷机的低温水两端经阀门与后级余热制冷机的冷却水 两端连接, 后级余热制冷机的低温水两端经阀门和冷水罐与表冷器连接。

2、 如权利要求 1所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置, 其特征在于 所述余热制冷机包括烟气型发生器、 补燃型发生器、 冷凝器、 蒸发器和吸收 器、 热交换器、 引风机、 溶液泵、 冷剂泵, 所述烟气型发生器的高温烟气输入 端与燃气轮机的余热烟气管连接, 烟气型发生器的低温烟气输出端经引风机排 入大气; 烟气型发生器的溴化锂稀溶液输入端与热交换器的稀溶液输出端连 接, 烟气型发生器的溴化锂溶液输出端与补燃型发生器的溴化锂溶液输入端连 接, 补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与热交换器的溴化锂浓溶液输入端连 接, 烟气型发生器和补燃型发生器的高温冷剂蒸汽输出端与冷凝器的高温冷剂 蒸汽输入端连接; 冷凝器的冷剂水输出端经 U形节流管与蒸发器内的冷剂水盘 连接, 热交换器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器上部的喷淋盘连接, 吸收器底 部的溴化锂稀溶液输出端经溶液泵与热交换器的溴化锂稀溶液输入端连接, 蒸 发器底部的冷剂水输出端经冷剂泵与蒸发器上部的喷淋盘连接, 置于吸收器中 部的盘管与冷凝器内的盘管串联后的两端为余热制冷机的冷却水两端, 置于蒸 发器中部的盘管两端为余热制冷机的低温水两端。

3、 如权利要求 2所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置, 其特征在于 所述烟气型发生器包括筒体和烟气传热管束, 其中的烟气传热管束装在筒体内 的中下部, 烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端和低温烟气输出端, 筒 体的上部设有溴化锂稀溶液输入端, 筒体的中上部设有溴化锂溶液输出端, 筒 体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端; 所述补燃型发生器包括筒体、 炉筒和传热 管束, 筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端, 筒体上部设有溴化锂溶液输入端, 筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端, 炉筒和传热管束装在筒体的中下部, 炉

替换页 (细则第 26条) 筒内设有燃烧器, 炉筒的烟气经传热管束排入大气。

4、 如权利要求 3所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置, 其特征在于 还包括熔晶管和溶液旁通阀, 所述熔晶管与溶液旁通阀串接在补燃型发生器的 溴化锂浓溶液输出端与吸收器的中下部之间。

5、 如权利要求 4所述的余热为动力的燃气轮机进气冷却装置, 其特征在于 还包括自动排气装置, 所述自动排气装置包括抽气管、 引射器、 储气筒、 溶液 回流管、 阀门、 阻油器、 真空泵, 所述抽气管下端插装在储气筒下部, 抽气管 上端与吸收器上部和引射器出气端连接, 引射器其它三端分别与溶液泵输出端 和溶剂泵输出端及蒸发器下部连接, 储气筒下部经溶液回流管与吸收器中部连 接, 储气筒上部经阀门和阻油器与真空泵抽气口连接, 真空泵排气口与大气相 通。

替换页 (细则第 26条)

Description:
余热为动力的燃气轮机进气冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种冷却装置, 特别是一种为了提高燃气轮机在高温环境 下的发电功率而对进气进行冷却的装置, 属于燃气轮机领域。

背景技术

由于环境温度升高, 燃气轮机的发电功率就下降, 这是燃机特性所决定 的, 但这时用电量却增加, 这就形成了供需矛盾。 即夏季用电高峰而发电量反 而降低, 引发的供需矛盾经常采取频繁的拉闸断电办法 。 为了使燃气轮机在高 温环境下也能不降低发电功率, 解决的办法主要就是对燃机的进气进行冷却。 将进入到燃气轮机进气口的空气冷却到摄氏 15度的标准设计温度, 即可使燃机 的输出功率在高温环境下也能达到摄氏 15度的设计标准的额定值。

燃气轮机的进气冷却方法, 目前主要有蒸发式冷却或雾化冷却和电驱动的 压缩式电制冷对进气进行冷却。 其优缺点如下所述: 1、 蒸发式冷却装置, 其结 构主要是在燃机进气室的下方安装有纯水收集 池, 在燃机进气室的上方进气过 滤器之后安装有设计成蜂窝状的分水装置, 在分水装置和纯水池之间安装有水 泵, 配套设施有纯水设备和充足的水资源; 运行时, 水泵将纯水池的纯水泵入 进气室上方进入分水装置, 这时水自由流经进气的空间进入收集导管回到 下方 的收集池, 部分水分被带走增加了进气的湿度, 降低了进气温度。 2、 雾化冷却 装置, 其结构与蒸发式冷却大致相同, 区别在于微孔阵列替代了蜂窝状分水装 置, 水泵变成了高压水泵, 运行时, 高压水泵将纯水压入微孔, 在进气的空间 里形成雾帘, 从而增加进气的湿度, 降低进气的温度; 明显地, 这两种方法都 是空气与水直接接触, 进气空气的湿度直接影响湿度的增加和进气温 度的降低 值; 即冷却温度受环境湿度的直接影响, 降低的温度范围不大, 通常在 18摄氏 度以下, 而且冷却后的湿度难以控制, 过湿的空气进入燃机将会危害燃机。 但 上述两种方式结构简单, 建造时间短, 适合于干燥高温地区。 3、 电驱动的压缩 式电制冷装置, 用电机带动压縮机做功, 以氟利昂, 氨或者 R134等做冷媒, 将产生的低温水或者冰储存起来, 在需要冷却的时候用这些低温水或者低温介 质通过安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器 来冷却进气。 表冷器通常是由铝 制或者铜制的细管组成, 具有很大的换热面积, 特点是, 进气冷却的温度和湿

替 ( 第 26条) 度都可控, 不受环境空气的湿度的限制, 但明显存在需要消耗大量的电能, 运 行成本和维护成本很高等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有燃气轮 机的进气冷却设备耗能大、 运行成本高、 或进气湿度大等不足之处, 设计一种利用燃机排出的烟气或蒸汽 等余热为动力, 以溴化锂或者氨溶液做载体, 在真空环境下通过蒸发和冷凝的 物理化学过程产生低温冷水, 通过安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器来 冷 却进气的耗能小、 运行成本低、 进气湿度可控的余热为动力的燃气轮机进气冷 却装置。

本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却 装置, 其结构主要由空冷器 或冷却塔、 表冷器、 冷水罐和至少 1级余热制冷机组成, 所述 1级余热制冷机 的低温水两端经阀门与表冷器连接和 /或经阀门和冷水罐与表冷器连接, 余热制 冷机的冷却水两端与空冷器或冷却塔的冷却水 两端连接, 余热制冷机的高温烟 气或者蒸汽或者热水输入端与燃气轮机的余热 烟气或者蒸汽或者热水管连接, 表冷器的冷气出口与燃气轮机的进气口连接。

对于 2级及其以上的多级余热制冷机串接使用时, 所述余热制冷机的前级 余热制冷机的低温水两端经阀门与后级余热制 冷机的冷却水两端连接, 后级余 热制冷机的低温水两端经阀门和冷水罐与表冷 器连接。

上述余热制冷机包括烟气型 (或者蒸汽型或者热水型) 发生器、 补燃型发 生器、 冷凝器、 蒸发器和吸收器、 热交换器、 引风机、 溶液泵、 冷剂泵, 所述 烟气型发生器的高温烟气输入端与燃气轮机的 余热烟气管连接, 烟气型发生器 的低温烟气输出端经引风机排入大气; 烟气型发生器的溴化锂稀溶液输入端与 热交换器的稀溶液输出端连接, 烟气型发生器的溴化锂溶液输出端与补燃型发 生器的溴化锂溶液输入端连接, 补燃型发生器的溴化锂浓溶液输出端与热交换 器的溴化锂浓溶液输入端连接, 烟气型发生器和补燃型发生器的高温冷剂蒸汽 输出端与冷凝器的高温冷剂蒸汽输入端连接; 冷凝器的冷剂水输出端经 U 形节 流管与蒸发器内的冷剂水盘连接, 热交换器的溴化锂浓溶液输出端与吸收器上 部的喷淋盘连接, 吸收器底部的溴化锂稀溶液输出端经溶液泵与 热交换器的溴 化锂稀溶液输入端连接, 蒸发器底部的冷剂水输出端经冷剂泵与蒸发器 上部的 喷淋盘连接, 置于吸收器中部的盘管与冷凝器内的盘管串联 后的两端为余热制 冷机的冷却水两端, 置于蒸发器中部的盘管两端为余热制冷机的低 温水两端。 上述烟气型发生器包括筒体和烟气传热管束, 其中的烟气传热管束装在筒 体内的中下部, 烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端和 低温烟气输出 端, 筒体的上部设有溴化锂稀溶液输入端, 筒体的中上部设有溴化锂溶液输出 端, 筒体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端; 所述补燃型发生器包括筒体、 炉筒 和传热管束, 筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端, 筒体上部设有溴化锂溶液输 入端, 筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端, 炉筒和传热管束装在筒体的中下 部, 炉筒内设有燃烧器, 炉筒的烟气经传热管束排入大气。

为了防止因结晶而堵塞管路, 可增设熔晶管和溶液旁通阀, 所述熔晶管与 溶液旁通阀串接在补燃型发生器的溴化锂浓溶 液输出端与吸收器的中下部之 间。

为了便下将气体及时排出, 可增设自动排气装置, 所述自动排气装置包括 抽气管、 引射器、 储气筒、 溶液回流管、 阀门、 阻油器、 真空泵, 所述抽气管 下端插装在储气筒下部, 抽气管上端与吸收器上部和引射器出气端连接 , 引射 器其它三端分别与溶液泵输出端和溶剂泵输出 端及蒸发器下部连接, 储气筒下 部经溶液回流管与吸收器中部连接, 储气筒上部经阔门和阻油器与真空泵抽气 口连接, 真空泵排气口与大气相通。

本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却 装置, 由于使用表冷器来冷 却经过过滤的空气作为燃气轮机的进气, 所以其进气温度低且调整方便; 佘热 制冷机中的烟气型发生器主要使用燃气轮机排 出的烟气, 因该烟气的温度可达

540 °C , 排入大气完全是一种浪费, 可直接作为本装置的烟气型发生器的能源使 用, 也可使用蒸汽、 甚至废热水等热源做动力。 在不同的环境温度下, 其工作 转换可通过阀门进行, 使用灵活方便。 具有下述的显著特点: 进气冷却的温度 和湿度都可控; 不受环境空气的湿度的限制; 系统耗电量是电制冷方案的三分 之一; 投资成本跟电制冷相当; 运维成本比电制冷低; 可以 24小时连续运 行; 特别适合高温地区与燃气轮机配套使用。

附图说明

图 1是本实用新型中的 1级余热制冷机的一种结构示意图;

图 2是本实用新型中的 1级余热制冷机的另一种结构示意图;

图 3是本实用新型中的 2级余热制冷机的一种结构示意图;

图 4是本实用新型中的余热制冷机的一种结构示 图。

具体实施方式

替 ( 第 26条) 附图非限制性的公开了本实用新型的实施例中 的具体结构示意图, 结合附 图作进一步描述如下:

本实用新型的余热为动力的燃气轮机进气冷却 装置, 其结构主要由空冷器 或冷却塔 6、 表冷器 1、 冷水罐 Ί和至少 1级余热制冷机 4组成, 所述 1级余热 制冷机 4的低温水两端 D和 C经阔门 I和阀门 II与表冷器 1的第一级连接 (其 结构如图 1所示) 和 /或经阀门 IV、 阀门 V、 阀门 VI和冷水罐 7与表冷器 1的第 二级连接其结构如图 2所示), 余热制冷机 4的冷却水两端 A和 B与空冷器或 冷却塔 6的冷却水两端连接, 余热制冷机 4的高温烟气输入端与燃气轮机的余 热烟气管 3连接, 表冷器 1的冷气出口与燃气轮机 2的进气口连接。

对于 2级及其以上的多级余热制冷机串接使用时, 所述余热制冷机的前级 余热制冷机 4的低温水两端 D和 C再经阀门 IV和阀门 III与后级余热制冷机 5的 冷却水两端 B和 A连接, 后级余热制冷机 5的低温水两端 D和 C经阀门 VII和阀 门 及冷水罐 7与表冷器 1的第 2级连接连接。 其结构如图 3所示。

上述余热制冷机的结构如图 4所示, 包括烟气型发生器 23、 补燃型发生器 21、 冷凝器 24、 蒸发器 36 和吸收器 35、 热交换器 26、 引风机 22、 溶液泵 34、 冷剂泵 37, 所述烟气型发生器 23 的高温烟气输入端 1 与燃气轮机的余热 烟气管连接, 烟气型发生器 23的低温烟气输出端 2经引风机 22排入大气; 烟 气型发生器 23 的溴化锂稀溶液输入端 3 与热交换器 26 的稀溶液输出端 4连 接, 烟气型发生器 23的溴化锂溶液输出端 4与补燃型发生器 21 的溴化锂溶液 输入端 3连接, 补燃型发生器 21的溴化锂浓溶液输出端 4与热交换器 26的溴 化锂浓溶液输入端 1连接, 烟气型发生器 23和补燃型发生器 21 的高温冷剂蒸 汽输出端 5与冷凝器 24的高温冷剂蒸汽输入端连接; 冷凝器 24的冷剂水输出 端经 U形节流管 38与蒸发器 36内的冷剂水盘连接, 热交换器 26的溴化锂浓溶 液输出端 2与吸收器 35上部的喷淋盘连接, 吸收器 35底部的溴化锂稀溶液输 出端经溶液泵 34与热交换器 26的溴化锂稀溶液输入端 3连接, 蒸发器 36底部 的冷剂水输出端经冷剂泵 37与蒸发器 36上部的喷淋盘连接, 置于吸收器 35中 部的盘管与冷凝器 24 内的盘管串联后的两端 Α和 Β为余热制冷机的冷却水两 端, 置于蒸发器 36中部的盘管两端为余热制冷机的低温水两端 0和1)。

上述烟气型发生器 23包括筒体和烟气传热管束, 其中的烟气传热管束装在 筒体内的中下部, 烟气传热管束的两端分别为高温烟气输入端 1 和低温烟气输 出端 2, 筒体的上部设有溴化锂稀溶液输入端 3, 筒体的中上部设有溴化锂溶液 输出端 4, 筒体的顶部设有高温冷剂蒸汽输出端 5; 所述补燃型发生器 21包括 筒体、 炉筒和传热管束, 筒体顶部设有高温冷剂蒸汽输出端 5, 筒体上部设有 溴化锂溶液输入端 3, 筒体中上部设有溴化锂浓溶液输出端 4, 炉筒和传热管束 装在筒体的中下部, 炉筒内设有燃烧器 1, 炉筒的烟气经传热管束 2 排入大 气。

工作时, 溶液泵 34将吸收器 35中的稀溶液抽出, 经热交换器 26升温后进 入烟气型发生器 23和补燃型发生器 21, 在烟气型发生器 23和 /或补燃型发生器 21内被余热烟气和 /或燃料燃烧产生的高温烟气加热, 浓缩成浓溶液, 同时产生 高温冷剂蒸汽。 浓溶液经热交换器 26加热传热管内流向发生器的稀溶液后, 温 度降低, 进入吸收器 35。 烟气型发生器 23和 /或补燃型发生器 21中产生的高温 冷剂蒸汽从输出端 5进入冷凝器 24内, 被流经冷凝器 24传热管内的冷却水冷 凝成冷剂水, 热量被冷却塔带入大气中。 冷剂水经 U形管 38节流后进入蒸发器 36, 在蒸发器 36 内闪发降温后流入蒸发器冷剂水盘。 进入蒸发器 36底部的冷 剂水被冷剂泵 37抽出喷淋在蒸发器 26中部的传热管表面, 吸收流经传热管内 冷水的热量而沸腾蒸发, 成为冷剂蒸汽。 产生的冷剂蒸汽进入吸收器 35, 被回 到吸收器中的浓溶液吸收。 吸收过程放出的吸收热被流经吸收器中部传热 管盘 内的冷却水带走, 被带入大气中。 冷水则在热量被冷剂水带走后温度降低, 流 出机组, 返回用户系统。 浓溶液在吸收了冷剂蒸汽后, 浓度降低, 成为稀溶液 后被溶液泵 33再次送往发生器加热浓縮。 这个过程不断循环进行, 蒸发器 36 就连续不断地制取所要求温度的冷水。

为了防止热交换器因结晶而堵塞管路, 可增设熔晶管 25和溶液旁通阔, 所 述熔晶管 25与溶液旁通阀串接在补燃型发生器 21的溴化锂浓溶液输出端 6与 吸收器 35的中下部之间。 如果在热交换器 26内的浓溶液因结晶堵塞时, 可手 动打开溶液旁通阀, 让发生器出口浓溶液经熔晶管 25进入吸收器。 未经过溶液 热交换器降温的浓溶液进入吸收器后, 使吸收器中的稀溶液温度升高。 高温稀 溶液流经溶液热交换器 26, 加热传热管外的浓溶液, 由此达到熔晶的目的。

为了抽除机组内的不凝性气体, 以免影响机组的正常运行。 可增设自动排 气装置, 所述自动排气装置包括抽气管 29、 引射器 32、 储气筒 31、 溶液回流 管 33、 阀门 27、 阻油器 28、 真空泵 30, 所述抽气管 29下端插装在储气筒 31

替 ( 第 26条) 下部, 抽气管 29上端与吸收器 35上部和引射器 32出气端连接, 引射器 32其 它三端分别与溶液泵 33输出端和溶剂泵 37输出端及蒸发器 36下部连接, 储气 筒 31下部经溶液回流管 33与吸收器 35中部连接, 储气筒 31上部经阀门 27和 阻油器 28与真空泵 30抽气口连接, 真空泵排气口与大气相通。

机组运行时, 当环境温度低于 35度运行时, 阀门 III, VII, VIII关闭, 阀 门 IV, V和 VI打开; 吸收机由余热 (蒸汽, 烟气, 热水, 等) 或者备用燃料 驱动, 产生的冷冻水直接进入表冷器的水气热交换器 , 冷却进入的空气; 系统 的热由空冷或者冷却塔带走释放; 这时第二级吸收机不工作。

当环境温度高于 35度运行时, 阀门 V和 VI关闭, III, IV, VII和 VIII打 开, 一级吸收机 1 产生的冷水用来冷却二级吸收机作为二级吸收 机的冷却水, 二级吸收机产生的冷冻水才能进入表冷器的水 气热交换器, 冷却进入的空气。 第一级和第二级吸收机均由余热 (蒸汽, 烟气, 热水, 等) 或者备用燃料驱 动。

本实用新型的冷却装置利用热源做动力, 热源可以选择使用单循环燃机排 出的烟气, 联合循环排出的蒸汽, 也可以使用电厂已有的其他大量的废热, 甚 至热水, 以溴化锂或者氨溶液做载体, 在真空环境下通过蒸发和冷凝的物理化 学过程产生低温冷水, 这些低温水可以储存起来也可以直接使用, 使用时通过 安装于燃机进气室过滤器之后的表冷器来冷却 进气。 表冷器通常是由铝制或者 铜制的细管组成, 具有足够的换热面积, 使进气温度降低到指定温度, 同时因 为冷却而产生的进气的压降也低于燃机允许的 进气阻力值。 燃油的预热则作为 吸收式制冷系统的热释放负荷的一部分, 提高了系统的冷却效率和可靠性。 显 著的特点是: 进气冷却的温度和湿度都可控; 不受环境空气的湿度的限制; 系 统耗电量是电制冷方案的三分之一; 投资成本跟电制冷相当; 运维成本比电制 冷低: 可以 24小时连续运行; 可以同时预热燃料; 减少热效应; 减少二氧化碳 排放; 特别适合高温地区与燃气轮机配套使用。

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