CN102900532A

CN102900532A - 间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组

Info

Publication number: CN102900532A
Application number: CN2012104057391A
Authority: CN
Inventors: 徐志强; 杨强; 张伟; 王墩宇; 张燕; 周雨虹
Original assignee: 703th Research Institute of CSIC
Current assignee: 703th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-01-30

Abstract

一种间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，包括两组以上共轴的低压压气机和高压压气机以及燃烧室、涡轮、间冷母管、出口母管和吸收式制冷机；各低压压气机输入轴通过联轴器分别连接有压气机电动机；涡轮的烟气出口与出口母管的烟气入口连接，出口母管的烟气出口与吸收式制冷机的烟气入口连接，吸收式制冷机上的冷却介质出口与间冷母管上的冷却介质入口连接；本发明通过有效利用燃气轮机烟气余热，提高了燃烧室前空气温度，通过吸收式制冷降低了高低压压气机间温度，通过分体式压气机，实现了低负荷下压气机的高效率，提高了其经济性和出力。

Description

间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组

技术领域

本发明涉及一种用于发电的燃气轮机组，特别是涉及一种间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，是一种面向分布式能源应用的的燃气轮机组。

背景技术

现有的燃气轮机的压气机和涡轮透平为共轴设计，由涡轮来提供压气机的驱动力。由于压气机和涡轮的共轴设计，燃气轮机的运行效率随着负荷的变化波动较大；在部分负荷下压气机的效率较低，使得相应负荷下的燃气轮机效率也随之降低。以现有的燃气轮机作为区域发电的动力设备，其负荷特性决定了其大部分时间都将处于低工况运行。由于燃气轮机中压气机变工况特性变化大，导致了整体燃气轮机的运行经济性很差。

燃气轮机间冷技术由于经济适用性的考虑，主要应用在舰船动力及具有大量水源地区的区域发电项目上，且一般做开式循环。冷却介质的大量消耗以及对地点的客观需求，限制了间冷技术在燃气轮机领域的广泛发展；使得这一成果一直在燃机动力方面实际应用较少。

燃气轮机回热技术由于其初投资高，占地面积大，在实际应用中单独使用较少，一般与间冷技术一起使用，这样能最大的提高的燃机效率。目前世界上已有成型的间冷回热式燃气轮机（美国WR21型燃气轮机），其运行效率相对于同等级燃气轮机要高6~8%，具有很高的现实指导意义。

同时，燃气轮机的热力循环都为开式循环，涡轮膨胀做功后产生的高温烟气直接排入大气中。其高温气体一方面对环境的污染性较大，同时，其大量的热也随着排放而浪费。目前业内利用烟气余热的联合循环技术已经较为成熟，但其需要增加大量初投资外，对场地的面积需求也大为提高。而这对于负荷并不是很大的分布式供能系统而言，考虑其成本和运行效率，其经济性也有着进一步提高的空间。

发明内容

本发明为了解决现有的发电燃气轮机发电机组间冷使用范围窄、无法在较宽的负荷变化范围内保持较高运行效率的问题，同时又能有效的利用烟气余热，本发明提供了一种间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组。

本发明采用的技术方案为：一种间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于包括两组以上共轴的低压压气机和高压压气机以及燃烧室、涡轮、间冷母管、出口母管和吸收式制冷机；各低压压气机输入轴通过联轴器分别连接有压气机电动机；吸收式制冷机上设有冷却介质入口、冷却介质出口和烟气入口、烟气出口，间冷母管上设有冷却介质入口、冷却介质出口和空气入口、空气出口，出口母管上设有烟气入口、烟气出口和空气入口、空气出口；各低压压气机的空气出口均与间冷母管的空气入口连接，间冷母管的空气出口分别与高压压气机的空气入口连接；高压压气机的空气出口与出口母管连接，出口母管空气出口与燃烧室的空气入口连接，燃烧室的出口与涡轮的燃气入口连接，涡轮的输出轴通过联轴器与发电装置的一端连接；涡轮的烟气出口与出口母管的烟气入口连接，出口母管的烟气出口与吸收式制冷机的烟气入口连接，吸收式制冷机上的冷却介质出口与间冷母管上的冷却介质入口连接。

所述间冷母管上的冷却介质出口与吸收式制冷机上的冷却介质入口为开放式，冷却介质为开式循环。

所述间冷母管上的冷却介质出口与吸收式制冷机上的冷却介质入口相连接，冷却介质为闭式循环。

所述间冷母管的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与间冷母管冷却介质入口和冷却介质出口连接的壳体。

所述出口母管的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与烟气入口和烟气出口连接的壳体。

所述吸收式制冷机连接有用其冷却介质循环制冷的换热器，该换热器可用于该燃气轮机组周围设备或工作环境的制冷。

本发明的有益效果是：本发明通过有效利用燃气轮机烟气余热，提高了燃烧室前空气温度，通过吸收式制冷降低了高低压压气机间温度，通过分体式压气机，实现了低负荷下压气机的高效率，提高了其经济性和出力。本发明的多台共轴高低压压气机均可以独立的启停，可以实现低流量（负荷）时压气机的高效率，吸收式制冷机所消耗的能量完全取自燃气轮机的余热烟气，产生的冷量除应用于燃气轮机间冷外，还可外接出管路用于分布式能源的其他冷用途。回热母管产生的热量应用于空气回热外，还可以外接除管路用于分布式能源的其他热用途。有效实现了经济性和多样性的分布式能源使用追求。吸收式制冷机、回热母管和间冷母管的配合布置，摆脱了以往燃气轮机间冷器和回热器需大量使用冷热介质的需求，冷却介质为闭式循环，大大提高了燃气轮机装置循环的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

图中标号名称：1、12压气机电动机；2、11低压压气机；3吸收式制冷机；4间冷母管；5、10高压压气机；6出口母管；7燃烧室；8涡轮；9发电装置；

A燃烧室燃料入口；B、C低压压气机空气入口； D吸收式制冷机烟气出口。

具体实施方式

本发明采用的技术方案为：该间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组两组共轴的低压压气机2、11和高压压气机5、10，实施时其具体组数不受限制可根据实际需要设置，本实施例为最少组数两组；还设有燃烧室7、涡轮8、间冷母管4、出口母管6和吸收式制冷机3；低压压气机2、11输入轴通过联轴器分别连接有压气机电动机1、12；吸收式制冷机3上设有冷却介质入口、冷却介质出口和烟气入口、烟气出口；间冷母管4上设有冷却介质入口、冷却介质出口和空气入口、空气出口，间冷母管4的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与间冷母管4冷却介质入口和冷却介质出口连接的壳体；出口母管6上设有烟气入口、烟气出口和空气入口、空气出口，出口母管5的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与烟气入口和烟气出口连接的壳体；各低压压气机2，11的空气出口均与间冷母管4的空气入口连接，间冷母管4的空气出口分别与高压压气机5，10的空气入口连接；高压压气机5，10的空气出口与出口母管6连接，出口母管6空气出口与燃烧室7的空气入口连接，燃烧室7的出口与涡轮8的燃气入口连接，涡轮8的输出轴通过联轴器与发电装置9的一端连接；涡轮8的烟气出口与出口母管6的烟气入口连接，出口母管6的烟气出口与吸收式制冷机3的烟气入口连接，吸收式制冷机3上的冷却介质出口与间冷母管4上的冷却介质入口连接，间冷母管4上的冷却介质出口与吸收式制冷机3上的冷却介质入口相连接，冷却介质为闭式循环。

工作时，多台独立的电动机驱动其所连接的低压压气机，空气由低压压气机空气进口B、C进入低压压气机，压缩产生的高压空气进入间冷母管中高压空气进入间冷母管中的换热风道中与冷却水通过管壁进行换热，并汇集至一起，混合空气进入与各低压压气机共轴的高压压气机再次压缩后进入回热母管，压缩空气在回热母管中由余热烟气加热出来再进入燃烧室，与从燃烧室燃料入口A进入的燃料掺混进行混合燃烧，形成的高温燃气进入涡轮膨胀做功，涡轮透平输出的轴功率通过联轴器传递给发电装置。做功后的余热烟气首先进入回热母管加热压气机出口空气，回热后的烟气再进入吸收式制冷机制造冷却水后由吸收式制冷机烟气出口D排出到大气。吸收式制冷机中经冷却后的水进入间冷母管冷却低压压气机出口空气后再次循环使用。在燃气轮机低负荷运行时，共轴高低压压气机根据实际需要选择开启数量，满负荷时所有高低压压气机都投入使用。多台高低压压气机间的配合以及压气机转速的合理调节，使得运行时高低压压气机的大部分做其满负荷运行，一台高低压压气机做变工况运行。在满足符合大范围变化的前提下改善了压气机的运行效率，保证了整个燃气轮机的运行性能，实现了机组经济性改善与负荷宽范围变化的需求。

本发明实施时，间冷母管4上的冷却介质出口与吸收式制冷机3上的冷却介质入口还可以设置为开放式，冷却介质为开式循环，以满足不同要求；吸收式制冷机还可以连接其他换热器，用于燃气轮机组周围环境或设备的制冷；还可在间冷母管4和出口母管6风道内设置散热凸起如散热筋，用于加大热交换面积，提高加热或制冷效果。

Claims

1.一种间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于包括两组以上共轴的低压压气机（2，11）和高压压气机（5，10）以及燃烧室（7）、涡轮（8）、间冷母管（4）、出口母管（6）和吸收式制冷机（3）；各低压压气机（2，11）输入轴通过联轴器分别连接有压气机电动机（1，12）；吸收式制冷机(3)上设有冷却介质入口、冷却介质出口和烟气入口、烟气出口，间冷母管（4）上设有冷却介质入口、冷却介质出口和空气入口、空气出口，出口母管（6）上设有烟气入口、烟气出口和空气入口、空气出口；各低压压气机（2，11）的空气出口均与间冷母管（4）的空气入口连接，间冷母管（4）的空气出口分别与高压压气机（5，10）的空气入口连接；高压压气机（5，10）的空气出口与出口母管（6）连接，出口母管（6）空气出口与燃烧室（7）的空气入口连接，燃烧室(7)的出口与涡轮(8)的燃气入口连接，涡轮（8）的输出轴通过联轴器与发电装置（9）的一端连接；涡轮（8）的烟气出口与出口母管（6）的烟气入口连接，出口母管（6）的烟气出口与吸收式制冷机（3）的烟气入口连接，吸收式制冷机(3)上的冷却介质出口与间冷母管（4）上的冷却介质入口连接。

2.根据权利要求1 所述的间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于所述间冷母管（4）上的冷却介质出口与吸收式制冷机（3）上的冷却介质入口为开放式，冷却介质做开式循环。

3.根据权利要求1所述的间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于所述间冷母管（4）上的冷却介质出口与吸收式制冷机（3）上的冷却介质入口相连接，冷却介质做闭式循环。

4.根据权利要求1至3任一所述的间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于所述间冷母管（4）的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与间冷母管（4）冷却介质入口和冷却介质出口连接的壳体。

5.根据权利要求1至3任一所述的间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于所述出口母管（5）的空气入口和空气出口间设有热的良导体制成的风道，风道外设有与烟气入口和烟气出口连接的壳体。

6.根据权利要求1至3任一所述的间冷回热母管式分体压气机燃气轮机组，其特征在于所述吸收式制冷机（3）连接有用其冷却介质循环制冷的换热器，该换热器可用于该燃气轮机组周围设备或工作环境的制冷。