[發明專利]一種新型中間回熱燃氣輪機聯合循環系統

在審

• 申請號: 201611165912.X
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN107143391A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 張國強;白子為;劉桃宏
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F02C6/18;F02C7/08;F02C3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電站節能領域，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，通過壓縮空氣后燃燒產生高溫高壓煙氣，進而利用燃氣輪機和余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、污染小等優點，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，余熱鍋爐主蒸汽壓力不斷增加，目前重型燃機匹配的較先進余熱鍋爐形式為三壓再熱余熱鍋爐。

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，它是一種新的適用于燃氣輪機聯合循環電站，其核心設計思想在于：通過在經典三壓再熱余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。

發明內容

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；其特征在于：空氣由壓氣機（3）壓縮后進入回熱器（23）吸熱，之后進入燃燒室（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）后，流入回熱器（23）與壓氣機（3）出口空氣換熱，換熱后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）并排向大氣。蒸氣循環中的水從凝汽器（8）出來后，流入低壓省煤器（22）、低壓蒸發器（21）后分成三股流體，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）后進入汽輪機高壓缸（4）做功，排汽與中壓過熱器（15）出口蒸氣混合后流經再熱器1（11）、再熱器2（10），然后流入汽輪機中壓缸（5）做功，汽輪機中壓缸（5）排汽與低壓過熱器（16）出口蒸氣混合后進入汽輪機低壓缸（6）做功，汽輪機低壓缸（6）排汽流入凝汽器（8）后冷凝成水。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）后匯入汽輪機高壓缸（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）后匯入汽輪機中壓缸（5）排汽，一同流入汽輪機低壓缸（6）。壓氣機（3）與燃氣輪機（1）同軸并連接發電機（7），汽輪機高壓缸（4）、汽輪機中壓缸（5）、汽輪機低壓缸（6）同軸并連接發電機（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余熱鍋爐的設計結構與煙氣溫度分布變化影響，因此根據不同余熱鍋爐結構，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）后再流入燃燒室（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。