[發明專利]一種燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱利用系統

在審

• 申請號: 202011357007.0
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112360633A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 肖俊峰;吳昌兵;周剛;胡孟起;夏林;向東;高松;張學華;王科;連小龍;趙思勇;葛曉明;劉印
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司;華能重慶兩江燃機發電有限責任公司
• 主分類號: F02C7/08
• 分類號: F02C7/08;F02C7/18;F02C7/224
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱利用系統，主要包括壓氣機進氣通道、燃氣輪機、余熱鍋爐及汽輪機、燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器以及空氣通道。本發明通過將原本直接排向大氣的燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器高溫排氣能量加熱燃氣輪機壓氣機進氣，提高壓氣機進氣溫度，使得聯合循環機組在部分負荷工況下的負荷率得到提升，進而提高聯合循環機組的發電效率，將達到提高聯合循環機組在部分負荷工況下運行經濟性的有益效果。

技術領域

本發明屬于能源利用技術領域，具體涉及一種燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱利用系統。

背景技術

我國聯合循環機組普遍承擔電網調峰功能，長期運行于部分負荷工況，在當前全國經濟下行壓力下，設備利用小時數少、運行負荷率低已成為聯合循環機組的運行新常態。

相比基本負荷工況，部分負荷運行工況下聯合循環機組運行經濟性將嚴重降低，一般而言，對于主流的F級聯合循環機組，運行負荷率每降低10％，機組毛發電熱耗率平均上升約200～300kJ/kWh，導致發電燃料成本大幅上升，加劇了發電企業經營壓力。因此，對聯合循環機組實施提效優化改進，特別是采取措施提高機組部分負荷工況的運行經濟性已顯得十分必要。

壓氣機進氣溫度變化對聯合循環機組性能有很大影響，隨壓氣機進口空氣溫度升高，空氣比容增大，壓氣機吸入的空氣質量流量減少，聯合循環機組的額定發電功率(負荷率為100％時的功率)隨之降低。因此，在給定聯合循環機組目標電功率的部分負荷工況下，可通過提高壓氣機入口空氣溫度實現聯合循環機組總出力不變，但聯合循環機組負荷率上升的特殊運行方式，從而提高聯合循環機組實際運行效率和經濟性。

F級燃氣輪機的透平初溫已達1400℃左右，為保證熱通道部件在高溫下安全可靠運行，燃氣輪機燃燒室襯套、噴嘴和動葉片等關鍵熱通道部件中均設計有冷卻空氣通道，以降低熱通道部件的運行溫度。熱通道冷卻空氣的氣源一般來自燃氣輪機壓氣機中間級或末級抽氣，為降低冷卻空氣用量而減少壓氣機耗功，同時利用冷卻空氣的高品位熱量，部分型號的燃氣輪機(例如三菱M701F3)配置了熱通道冷卻空氣熱交換器，如圖1所示。在燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器中，風扇吸入冷空氣，冷空氣與TCA換熱器(壓縮空氣換熱器)中的壓氣機抽氣對流換熱后成為熱空氣，熱空氣進一步與FGH換熱器(天然氣換熱器)中的冷天然氣對流換熱后排入大氣，一般情況下，FGH換熱器中的天然氣只能回收TCA換熱器中壓氣機抽氣放熱量的約60％，熱通道冷卻空氣熱交換器仍會向大氣排出大量高溫空氣(設計工況下直接排放的高溫空氣溫度超過160℃、熱量超過4MW)，造成了能源浪費及環境熱污染。

目前尚沒有一種設計合理，既能利用燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱，又能提高聯合循環機組部分負荷工況運行經濟性的節能系統。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供了一種燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱利用系統，既可利用燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱，又能提高聯合循環機組部分負荷工況運行經濟性。

本發明采用以下技術方案來實現的：

一種燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器排氣廢熱利用系統，包括壓氣機進氣通道、燃氣輪機、余熱鍋爐及汽輪機、燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器以及空氣通道；其中，

燃氣輪機上設置有天然氣入口、空氣入口、壓氣機抽氣出口、熱通道冷卻空氣入口以及排氣口；燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器設置有天然氣出入口、壓縮空氣出入口、空氣出入口；燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器的天然氣出口連接至燃氣輪機的天然氣入口，燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器的壓縮空氣入口連接至燃氣輪機壓氣機抽氣出口，燃氣輪機熱通道冷卻空氣熱交換器的壓縮空氣出口連接至燃氣輪機熱通道冷卻空氣入口，燃氣輪機排氣口連接至余熱鍋爐及汽輪機中的余熱鍋爐煙氣入口；