專利名稱：中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用中間噴水冷卻技術(shù)和蒸汽回注技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，特別是使用壓氣機(jī)級(jí)中間噴水冷卻技術(shù)、燃燒室蒸汽回注技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置通常包括壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪，動(dòng)力輸出?，F(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)使用間冷回?zé)嵫h(huán)可以具有更大的功率和更好的效率特性。然而理論上已經(jīng)證明，理想燃?xì)廨啓C(jī)間冷循環(huán)可以提高裝置的功率，但是不改善效率，另外采用間冷循環(huán)需要配置龐大的間冷器，這樣使壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，總體尺寸需要加長(zhǎng)，流動(dòng)阻力加大，會(huì)降低燃?xì)廨啓C(jī)的功率和效率，因此間冷方案在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。同樣的，燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)?，可以提高裝置的熱效率，但是需要配置龐大的回?zé)崞鳎責(zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)制造復(fù)雜，而且回?zé)崞鲹Q熱效率較低，冷熱流體流動(dòng)阻力加大，因此回?zé)岱桨冈趯?shí)際工程中也不易實(shí)現(xiàn)。雖然間冷和回?zé)峁餐褂眉瓤商岣哐b置的功率，又可提高裝置的熱效率。但是機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸與原型機(jī)相比非常龐大、復(fù)雜，迄今為止僅有一型船用燃?xì)廨啓C(jī)成功實(shí)現(xiàn)間冷回?zé)?。蒸汽回注技術(shù)起源于上世紀(jì)七十年代，主要應(yīng)用于地面電站。在燃?xì)廨啓C(jī)后安裝一臺(tái)余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽供到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中去，與壓氣機(jī)供來(lái)的空氣一起被加熱到渦輪前的初溫，然后共同進(jìn)入燃?xì)鉁u輪中膨脹做功，也可以把一部分低壓蒸汽不經(jīng)燃燒室加熱而直接供入燃?xì)鉁u輪低壓部分膨脹做功。該項(xiàng)技術(shù)在電站上已被聯(lián)合循環(huán)取代，目前應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研制一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，在高壓比燃?xì)廨啓C(jī)上同時(shí)采用中間噴水霧化冷卻技術(shù)和蒸汽回注技術(shù)、不増加燃?xì)獬鯗夭桓淖兺鞑糠值那闆r下，以簡(jiǎn)捷的措施有效地提高燃?xì)廨啓C(jī)功率及熱效率，同時(shí)降低Nox排放。為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，通過(guò)在現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置的基礎(chǔ)上增加一套用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)和一套蒸汽回注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，包括高壓壓氣機(jī)、低壓壓氣機(jī)，高壓渦輪、低壓渦輪，燃燒室，動(dòng)力渦輪，余熱回收蒸汽發(fā)生器，煙囪，還包括用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)、蒸汽回注系統(tǒng)和信號(hào)發(fā)生器，所述用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)包括高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段、空氣霧化噴嘴、抽氣量調(diào)節(jié)閥、除鹽水泵、除鹽水箱、供水系統(tǒng)，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段安裝在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段內(nèi)部上方設(shè)置有空氣霧化噴嘴，供水系統(tǒng)通過(guò)管道與除鹽水箱連接，除鹽水箱通過(guò)管道與除鹽水泵連接，除鹽水泵通過(guò)管道與噴水量調(diào)節(jié)閥連接，噴水量調(diào)節(jié)閥通過(guò)管道與空氣霧化噴嘴連接；來(lái)自于除鹽水箱的除鹽水通過(guò)除鹽水泵進(jìn)行加壓，供到過(guò)渡段上的空氣霧化噴嘴上，同時(shí)從高壓壓氣機(jī)出口處引空氣至空氣霧化噴嘴，從高壓壓氣機(jī)出口引入的高溫空氣將除鹽水霧化后由空氣霧化噴嘴噴入過(guò)渡段；霧化后的除鹽水噴入后開(kāi)始在過(guò)渡段蒸發(fā)，通過(guò)除鹽水的蒸發(fā)吸收空氣熱量，降低高壓壓氣機(jī)入口空氣溫度，未完全蒸發(fā)的水進(jìn)入高壓壓氣機(jī)，形成濕壓縮效應(yīng)，減少高壓壓氣機(jī)的耗功；所述蒸汽回注系統(tǒng)包括供蒸汽量調(diào)節(jié)閥、汽包和蒸汽減溫減壓裝置，余熱回收蒸汽發(fā)生器安裝有汽包，汽包通過(guò)管道與供蒸汽量調(diào)節(jié)閥連接，供蒸汽量調(diào)節(jié)閥通過(guò)管道與蒸汽減溫減壓裝置連接，蒸汽減溫減壓裝置通過(guò)管道與燃燒室連接；除鹽水在余熱回收蒸汽發(fā)生器中吸收動(dòng)力渦輪排氣余熱變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽由汽包通過(guò)蒸汽減溫減壓裝置后回注到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，所述蒸汽與燃燒室的燃?xì)饣旌蠚怏w進(jìn)入高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪膨脹作功后經(jīng)余熱回收蒸汽發(fā)生器排入大氣；信號(hào)發(fā)生器通過(guò)電纜分別與供蒸汽量調(diào)節(jié)閥、噴水量調(diào)節(jié)閥、抽氣量調(diào)節(jié)閥電氣連接，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出打開(kāi)或關(guān)閉蒸汽量調(diào)節(jié)閥、噴水量調(diào)節(jié)閥和抽氣量調(diào)節(jié)閥的信號(hào)。本發(fā)明還有其他技術(shù)特征
1、所述低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪與負(fù)荷是三軸形式。2、所述低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪和負(fù)荷在一根共同的軸上連接。3、所述低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2和低壓渦輪4、高壓渦輪5在同一根軸而與動(dòng)力渦輪6分軸。4、所述的空氣霧化噴嘴的霧化液滴平均直徑為25 -150 μ m。5、所述噴水量調(diào)節(jié)閥的液滴量為空氣流量的0. 2%—2%;蒸汽量調(diào)節(jié)閥控制蒸汽量為空氣流量的0. 5%—10%，以上為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明較大幅度提高了燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率和總輸出功率，適用于多種氣候條件，并在炎熱的環(huán)境條件下改善燃?xì)廨啓C(jī)的性能效果更為顯著。


圖1本發(fā)明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置原理圖其中1-低壓壓氣機(jī)，2-高壓壓氣機(jī)，3-燃燒室，4-高壓渦輪，5-低壓渦輪，6-動(dòng)力渦輪，7-負(fù)荷，8-高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段，9-抽氣量調(diào)節(jié)閥，10-噴水量調(diào)節(jié)閥，11-除鹽水泵，12-除鹽水箱，13-供水系統(tǒng)，14-供蒸汽量調(diào)節(jié)閥，15-汽包，16-余熱回收蒸汽發(fā)生器，17-煙囪，18-信號(hào)發(fā)生器，19-廢氣，20-蒸汽減溫減壓裝置，21-信號(hào)電纜；
TO-環(huán)境大氣溫度，Tl-低壓壓氣機(jī)出口溫度，T2-高壓壓氣機(jī)入口溫度，T3-高壓壓氣機(jī)出口溫度，T4-高壓渦輪入口溫度，T5-低壓渦輪入口溫度，T6-動(dòng)力渦輪入口溫度，T6-動(dòng)力渦輪出口溫度，T7-動(dòng)力渦輪出口溫度。圖2本發(fā)明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置焓熵3本發(fā)明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置功率曲線圖4本發(fā)明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置效率曲線
圖5本發(fā)明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置高壓壓氣機(jī)出口溫度曲線
具體實(shí)施例方式
圖1是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置原理圖。如圖所示，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置包括用來(lái)壓縮和排出氣體的壓氣機(jī)低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2 ；供入由壓氣機(jī)1、2壓縮的氣體的燃燒室3 ；由來(lái)自燃燒室3的燃?xì)怛?qū)動(dòng)的高壓渦輪4、低壓渦輪5、動(dòng)力渦輪6 ；與動(dòng)力渦輪6的軸相連接的負(fù)荷7 ；從燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣19通過(guò)余熱回收蒸汽發(fā)生器16和煙囪17排到大氣中；同時(shí)，為了更好的提高燃?xì)廨啓C(jī)功率及熱效率，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置還包括一套用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)和一套蒸汽回注系統(tǒng)。所述用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)包括高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段8、除鹽水泵11、除鹽水箱12、供水系統(tǒng)13，過(guò)渡段8安裝在低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2之間，內(nèi)部上方設(shè)置有空氣霧化噴嘴，來(lái)自于除鹽水箱12的除鹽水通過(guò)除鹽水泵11進(jìn)行加壓，供到過(guò)渡段8上的空氣霧化噴嘴(圖1中未示出)上，同時(shí)從高壓壓氣機(jī)2 出口處引空氣至空氣霧化噴嘴，從高壓壓氣機(jī)2出口引入的高溫空氣將除鹽水霧化后由空氣霧化噴嘴噴入過(guò)渡段8;霧化后的除鹽水噴入后開(kāi)始在過(guò)渡段8蒸發(fā)，通過(guò)除鹽水的蒸發(fā)吸收空氣熱量，降低高壓壓氣機(jī)2入口空氣溫度T2，未完全蒸發(fā)的水進(jìn)入高壓壓氣機(jī)2，形成濕壓縮效應(yīng)，減少高壓壓氣機(jī)2的耗功。所述蒸汽回注系統(tǒng)包括汽包15、蒸汽減溫減壓裝置20，除鹽水在余熱回收蒸汽發(fā)生器16中吸收動(dòng)力渦輪6排氣余熱變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽由汽包15通過(guò)蒸汽減溫減壓裝置20后回注到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室3中，所述蒸汽與燃燒室3的燃?xì)饣旌蠚怏w進(jìn)入高壓渦輪4、低壓渦輪5、動(dòng)力渦輪6膨脹作功后經(jīng)余熱回收蒸汽發(fā)生器16排入大氣。雖然圖1示出的低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2、燃燒室3、高壓渦輪4、低壓渦輪5、動(dòng)力渦輪6和負(fù)荷7是三軸形式，但是，低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2、高壓渦輪4、低壓渦輪5、 動(dòng)力渦輪6和負(fù)荷7也可在一根共同的軸上連接，或者低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2和低壓渦輪4、高壓渦輪5在同一根軸而與動(dòng)力渦輪6分軸的形式。為了控制流量，在過(guò)渡段8和除鹽水泵11之間設(shè)置噴水量調(diào)節(jié)閥10、在過(guò)渡段8 和高壓壓氣機(jī)2之間設(shè)置抽氣量調(diào)節(jié)閥9、在汽包15和蒸汽減溫減壓裝置20之間設(shè)置回注蒸汽量調(diào)節(jié)閥14。上述三個(gè)控制閥，即供蒸汽量調(diào)節(jié)閥14、噴水量調(diào)節(jié)閥10、抽氣量調(diào)節(jié)閥9、、與信號(hào)發(fā)生器18形成電氣連接，負(fù)荷7功率輸出方面的信號(hào)和載荷指令信號(hào)輸入到上述信號(hào)發(fā)生器18中，而信號(hào)發(fā)生器18則發(fā)出打開(kāi)/關(guān)閉控制閥信號(hào)和其他指令，控制閥9、10、14與信號(hào)發(fā)生器18通過(guò)例如信號(hào)電纜21等互相連通。圖2是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置焓熵圖，包括燃?xì)庋h(huán)和蒸汽循環(huán)量部分，左側(cè)部分是中間噴水冷卻的燃?xì)庋h(huán)，右側(cè)部分為回注蒸汽的循環(huán)。曲線abed-給水在余熱回收蒸汽發(fā)生器里至過(guò)熱狀態(tài)，曲線dT4T7-回注蒸汽在燃?xì)廨啓C(jī)中加熱及膨脹做功過(guò)程。曲線T7ea_是-燃?xì)馀艢庵械乃羝哪Y(jié)過(guò)程。圖3、圖4和圖5分別是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置功率曲線、 效率曲線和高壓壓氣機(jī)出口溫度曲線，圖中所示的值在如下計(jì)算條件得出，例如環(huán)境溫度 27°C，相對(duì)溫度60%，壓氣機(jī)空氣流量為85kg/s，壓氣機(jī)的多變效率為0. 88，渦輪的絕熱效率為0. 89，燃燒溫度為1270°C，壓氣機(jī)抽氣量為20%，壓氣機(jī)排氣壓力為2MPa，中冷噴水溫度27°C，回注蒸汽溫度410°C。
使用向壓氣機(jī)中間級(jí)噴水的方法降低壓氣機(jī)中空氣溫度，達(dá)到事實(shí)上的中冷效果，無(wú)需龐大的間冷器，噴注除鹽水用到的壓力氣體入可以通過(guò)引自壓氣機(jī)出口處的高壓空氣，無(wú)需額外的壓縮空氣源，壓縮空氣可以將水霧化為索特平均直徑為25 -150 μ m液滴。
權(quán)利要求
1.一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，包括高壓壓氣機(jī)、低壓壓氣機(jī)， 高壓渦輪、低壓渦輪，燃燒室，動(dòng)力渦輪，余熱回收蒸汽發(fā)生器，煙囪，其特征在于，還包括用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)、蒸汽回注系統(tǒng)和信號(hào)發(fā)生器，所述用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)包括高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段、空氣霧化噴嘴、抽氣量調(diào)節(jié)閥、除鹽水泵、除鹽水箱、供水系統(tǒng)，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段安裝在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段內(nèi)部上方設(shè)置有空氣霧化噴嘴，供水系統(tǒng)通過(guò)管道與除鹽水箱連接，除鹽水箱通過(guò)管道與除鹽水泵連接，除鹽水泵通過(guò)管道與噴水量調(diào)節(jié)閥連接，噴水量調(diào)節(jié)閥通過(guò)管道與空氣霧化噴嘴連接；來(lái)自于除鹽水箱的除鹽水通過(guò)除鹽水泵進(jìn)行加壓，供到過(guò)渡段上的空氣霧化噴嘴上，同時(shí)從高壓壓氣機(jī)出口處引空氣至空氣霧化噴嘴，從高壓壓氣機(jī)出口引入的高溫空氣將除鹽水霧化后由空氣霧化噴嘴噴入過(guò)渡段；霧化后的除鹽水噴入后開(kāi)始在過(guò)渡段蒸發(fā)，通過(guò)除鹽水的蒸發(fā)吸收空氣熱量，降低高壓壓氣機(jī)入口空氣溫度，未完全蒸發(fā)的水進(jìn)入高壓壓氣機(jī)，形成濕壓縮效應(yīng)，減少高壓壓氣機(jī)的耗功；所述蒸汽回注系統(tǒng)包括供蒸汽量調(diào)節(jié)閥、汽包和蒸汽減溫減壓裝置，余熱回收蒸汽發(fā)生器安裝有汽包，汽包通過(guò)管道與供蒸汽量調(diào)節(jié)閥連接，供蒸汽量調(diào)節(jié)閥通過(guò)管道與蒸汽減溫減壓裝置連接， 蒸汽減溫減壓裝置通過(guò)管道與燃燒室連接；除鹽水在余熱回收蒸汽發(fā)生器中吸收動(dòng)力渦輪排氣余熱變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽由汽包通過(guò)蒸汽減溫減壓裝置后回注到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，所述蒸汽與燃燒室的燃?xì)饣旌蠚怏w進(jìn)入高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪膨脹作功后經(jīng)余熱回收蒸汽發(fā)生器排入大氣；信號(hào)發(fā)生器通過(guò)電纜分別與供蒸汽量調(diào)節(jié)閥、噴水量調(diào)節(jié)閥、 抽氣量調(diào)節(jié)閥電氣連接，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出打開(kāi)或關(guān)閉蒸汽量調(diào)節(jié)閥、噴水量調(diào)節(jié)閥和抽氣量調(diào)節(jié)閥的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪與負(fù)荷是三軸形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪和負(fù)荷在一根共同的軸上連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2和低壓渦輪4、高壓渦輪5在同一根軸而與動(dòng)力渦輪6 分軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，其特征在于所述的空氣霧化噴嘴的霧化液滴平均直徑為25 -150 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，其特征在于所述噴水量調(diào)節(jié)閥的液滴量為空氣流量的0. 2%—2%;蒸汽量調(diào)節(jié)閥控制蒸汽量為空氣流量的0. 5% —10%，以上為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
全文摘要
一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置，通過(guò)在現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)裝置的基礎(chǔ)上增加一套用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)和一套蒸汽回注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；所述用于中間冷卻的噴水霧化系統(tǒng)包括高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段、空氣霧化噴嘴、抽氣量調(diào)節(jié)閥、除鹽水泵、除鹽水箱、供水系統(tǒng)，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段安裝在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間，高低壓壓氣機(jī)之間的過(guò)渡段內(nèi)部上方設(shè)置有空氣霧化噴嘴，所述蒸汽回注系統(tǒng)包括供蒸汽量調(diào)節(jié)閥、汽包和蒸汽減溫減壓裝置，蒸汽減溫減壓裝置與燃燒室連接。本發(fā)明較大幅度提高了燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率和總輸出功率，適用于多種氣候條件，并在炎熱的環(huán)境條件下改善燃?xì)廨啓C(jī)的性能效果更為顯著。
文檔編號(hào)F02C7/141GK102434282SQ20111043773
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者何彬, 俞世康, 劉偉, 劉文文, 劉雪彬, 孫鵬, 崔寶, 常春輝, 李東明, 李卓, 林楓, 欒永軍, 肖東明, 荀柏秋, 董斌, 聞雪友, 馬正軍 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○三研究所