本發(fā)明屬于電站節(jié)能領(lǐng)域，特別涉及一種新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是利用天然氣或油等為燃料，通過壓縮空氣后燃燒產(chǎn)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(zhuǎn)換的一種高效循環(huán)方式。

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)具有啟動快、熱效率高、調(diào)峰能力強、污染小等優(yōu)點。對于燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)而言，現(xiàn)代燃氣輪機發(fā)展的過程中燃燒初溫不斷提高，蒸汽輪機作為底循環(huán)的參數(shù)也在提高，它們組成的聯(lián)合循環(huán)效率同樣上升。近幾十年來發(fā)展迅速，電站使用的重型燃氣輪在近幾十年的發(fā)展非常迅速，其設(shè)計壓比與初溫不斷提高，效率與出功不斷增大，GE公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品9E級到最先進的9H級燃機機組效率從33.89%提高到41.8%、聯(lián)合循環(huán)效率從52%提高到61.8%，聯(lián)合循環(huán)出功從193.2MW提高到755MW，設(shè)計壓比從12.3提高到23，設(shè)計流量與溫度從400kg/s與1204℃提高到685kg/s與1436℃。隨著燃氣輪機循環(huán)參數(shù)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。

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組由于參與電網(wǎng)的調(diào)峰，常常處于部分負荷工況運行，而隨著燃氣輪機負荷的降低，其熱效率相應(yīng)降低，因此如何讓燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)在變工況依舊保持較高的熱效率顯得非常重要?；責峒夹g(shù)運用在燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)中以提高其循環(huán)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(lián)合循環(huán)中加熱燃料可以在燃機相同工況下減少總?cè)剂舷牧?，其中底循環(huán)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(dǎo)致聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電能力下降嚴重。

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)是全球近幾十年來大力發(fā)展的工業(yè)發(fā)電形式。為適應(yīng)電力市場的快速發(fā)展和在電網(wǎng)安全與清潔環(huán)保之間協(xié)調(diào)發(fā)展，我們迫切需要尋找新的途徑來提高燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)的效率，這已成為我國發(fā)電行業(yè)日益重視的課題。

本發(fā)明提出了一種新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，適用于燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站，其核心設(shè)計思想在于：通過只將部分而不是全部的燃氣透平排煙用于回熱，且在較高負荷時采用調(diào)節(jié)參與回熱的煙氣比例來調(diào)節(jié)負荷，從而在不損失較多燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)出功的情況下，使該部分回熱聯(lián)合循環(huán)熱效率相對于不帶回熱的聯(lián)合循環(huán)機組有較大的提升。整個部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)新系統(tǒng)的變工況性能優(yōu)異，且該系統(tǒng)的設(shè)計出功與不帶回熱的聯(lián)合循環(huán)機組出功幾乎相等，在工程上有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)變工況熱效率較低、簡單回熱循環(huán)出功遠小于不帶回熱循環(huán)出功等問題，提出屬于電站節(jié)能領(lǐng)域的一種新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，通過只將部分而不是全部的燃氣透平排煙用于回熱，從而在不損失較多燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)出功的情況下，使聯(lián)合循環(huán)熱效率有較大的提升。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括回熱器、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(fā)電機、凝汽器、高壓過熱器2、再熱器2、再熱器1、高壓過熱器1、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器2、低壓過熱器、高壓省煤器1、低壓蒸發(fā)器、低壓省煤器、噴水減溫器等裝置；其特征在于：燃氣輪機排氣一部分流入回熱器預(yù)熱壓氣機出口空氣，回熱完的這部分排氣在底循環(huán)的再熱器1之前通入余熱鍋爐，另一部分排氣則直接通入余熱鍋爐的高壓過熱器2、再熱器2，兩股燃氣透平排氣在再熱器1之前充分混合后依次流經(jīng)再熱器1、高壓過熱器1、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器2、低壓過熱器、高壓省煤器1、低壓蒸發(fā)器、低壓省煤器，并排向大氣。蒸氣循環(huán)中的水從凝汽器出來后，流入低壓省煤器后分成兩股流體，一股流經(jīng)高壓省煤器1、高壓省煤器2、高壓蒸發(fā)器、高壓過熱器1、高壓過熱器2后進入汽輪機高壓缸做功；汽輪機排汽流經(jīng)再熱器1、再熱器2再熱后重新達到較高的溫度，并進入汽輪機中壓缸繼續(xù)做功；另一股流體流經(jīng)低壓蒸發(fā)器、低壓過熱器后與汽輪機中壓缸的排汽充分混合，并一同流入汽輪機低壓缸做功；低壓缸的排汽流入凝汽器后冷凝成水。壓氣機與燃氣輪機透平同軸并連接汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、發(fā)電機。

所述的系統(tǒng)不同于簡單回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)，該新循環(huán)中燃氣透平的排煙部分用于回熱壓氣機出口空氣，而不是全部用于回熱；且在設(shè)計工況時，因回熱比例較小，因此該系統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)出功與不帶回熱循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)設(shè)計出功幾乎相等。

所述的系統(tǒng)回熱完煙氣的溫度遠小于未參與回熱的煙氣，所以將回熱器出口煙氣與再熱器2出口煙氣混合后通入再熱器1，從而合理利用煙氣溫度分布?；責嵬隉煔馔ㄈ胗酂徨仩t的具體布置位置受余熱鍋爐的設(shè)計結(jié)構(gòu)與煙氣溫度分布變化影響，因此根據(jù)不同余熱鍋爐結(jié)構(gòu)可進行調(diào)整以達到最合理應(yīng)用。

所述的系統(tǒng)運用一種新的運行方式調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)負荷，即在較高負荷時保持透平入口溫度T3不變，調(diào)節(jié)參與回熱的煙氣占總煙氣的比例來降低負荷，而不是調(diào)節(jié)壓氣機IGV的開度以減小壓氣機入口空氣流量；同時壓氣機出口空氣在流入回熱器管道上設(shè)計了旁路閥以調(diào)節(jié)進入回熱器的空氣流量，使空氣流量占壓氣機入口空氣流量的比例與參與回熱的煙氣占總煙氣的比例相等。該運行方式可在聯(lián)合循環(huán)高負荷時仍保持與設(shè)計工況相近的聯(lián)合循環(huán)熱效率，很大程度上優(yōu)化了燃氣輪機在變工況時效率急劇下降的問題，在工程上有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明通過在簡單燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)中布置回熱器，充分利用燃氣透平排煙的余熱作為熱源對壓氣機出口空氣進行預(yù)熱，從而提高燃燒室入口空氣溫度，減小所需的燃料量，提高聯(lián)合循環(huán)熱效率；在此基礎(chǔ)上改造回熱循環(huán)為部分回熱，即透平排煙僅部分用于預(yù)熱燃燒室入口空氣，且設(shè)計工況下回熱比例較小，新系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)出功與不帶回熱的循環(huán)出功相近，有效解決了因回熱而帶來的循環(huán)出功下降的問題；新系統(tǒng)配合上述的新調(diào)節(jié)方式，可以使系統(tǒng)在變工況時仍保持較高的熱效率。

附圖說明

圖1為新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)示意圖

圖中：1-透平；2-燃燒室；3-回熱器；4-壓氣機；5-高壓缸；6-中壓缸；7-低壓缸；8-發(fā)電機；9-高壓過熱器2；10-再熱器2；11-再熱器1；12-高壓過熱器1；13-高壓蒸發(fā)器；14-高壓省煤器2；15-低壓過熱器；16-高壓省煤器1；17-低壓蒸發(fā)器；18-低壓省煤器；19-凝汽器；20-噴水減溫器；21-再循環(huán)泵；22-高壓給水泵；23-減溫水泵；24-凝結(jié)水泵。

具體實施方式

本發(fā)明提出一種新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖和實例予以說明。

如圖1所示的新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)示意圖中，系統(tǒng)主要包括回熱器、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(fā)電機、凝汽器、高壓過熱器2、再熱器2、再熱器1、高壓過熱器1、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器2、低壓過熱器、高壓省煤器1、低壓蒸發(fā)器、低壓省煤器、噴水減溫器等裝置；其特征在于：燃氣輪機（1）排氣一部分流入回熱器（3）預(yù)熱壓氣機（4）出口空氣，回熱完的這部分排氣在底循環(huán)的再熱器1（11）之前通入余熱鍋爐，另一部分排氣則直接通入余熱鍋爐的高壓過熱器2（9）、再熱器2（10），兩股燃氣透平排氣在再熱器1（11）之前充分混合后依次流經(jīng)再熱器1（11）、高壓過熱器1（12）、高壓蒸發(fā)器（13）、高壓省煤器2（14）、低壓過熱器（15）、高壓省煤器1（16）、低壓蒸發(fā)器（17）、低壓省煤器（18），并排向大氣。蒸氣循環(huán)中的水從凝汽器（19）出來后，流入低壓省煤器（18）后分成兩股流體，一股流經(jīng)高壓省煤器1（16）、高壓省煤器2（14）、高壓蒸發(fā)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（5）做功；汽輪機排汽流經(jīng)再熱器1（11）、再熱器2（10）再熱后重新達到較高的溫度，并進入汽輪機中壓缸（6）繼續(xù)做功；另一股流體流經(jīng)低壓蒸發(fā)器（17）、低壓過熱器（15）后與汽輪機中壓缸（6）的排汽充分混合，并一同流入汽輪機低壓缸（7）做功；低壓缸（7）的排汽流入凝汽器（19）后冷凝成水。壓氣機（4）與燃氣輪機透平（1）同軸并連接汽輪機高壓缸（5）、汽輪機中壓缸（6）、汽輪機低壓缸（7）、發(fā)電機（8）。

如圖1所示，在新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，燃氣透平（1）的排煙部分用于回熱壓氣機（4）出口空氣，而不是全部用于回熱；且在設(shè)計工況時，因回熱比例較小，因此該系統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)出功與不帶回熱循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)設(shè)計出功幾乎相等。

如圖1所示，在新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，由于回熱完煙氣的溫度遠小于未參與回熱的煙氣，所以將回熱器（3）出口煙氣與再熱器2（10）出口煙氣混合后通入再熱器1（11），從而合理利用煙氣溫度分布?；責嵬隉煔馔ㄈ胗酂徨仩t的具體布置位置受余熱鍋爐的設(shè)計結(jié)構(gòu)與煙氣溫度分布變化影響，因此根據(jù)不同余熱鍋爐結(jié)構(gòu)可進行調(diào)整以達到最合理應(yīng)用。

如圖1所示，在新型部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，針對該新系統(tǒng)運用一種新的運行方式調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)負荷，即在較高負荷時保持透平（1）入口溫度T3不變，調(diào)節(jié)參與回熱的煙氣占總煙氣的比例來降低負荷，而不是調(diào)節(jié)壓氣機IGV的開度以減小壓氣機（4）入口空氣流量；同時壓氣機（4）出口空氣在流入回熱器（3）管道上設(shè)計了旁路閥以調(diào)節(jié)進入回熱器（3）的空氣流量，使空氣流量占壓氣機入口空氣流量的比例與參與回熱的煙氣占總煙氣的比例相等。該運行方式可在聯(lián)合循環(huán)高負荷時仍保持與設(shè)計工況相近的聯(lián)合循環(huán)熱效率，很大程度上優(yōu)化了燃氣輪機在變工況時效率急劇下降的問題，在工程上有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明首次提出了將燃氣輪機排煙部分用于回熱燃燒室入口空氣，在改善回熱器引起的聯(lián)合循環(huán)出功較低的不利影響后，改變回熱完的煙氣進入余熱鍋爐的位置，分級合理利用燃氣透平排煙能量，保留高溫煙氣特性進而保持了蒸氣循環(huán)設(shè)計參數(shù)，將合理溫度區(qū)間煙氣利用于提升燃氣輪機循環(huán)性能，最終達到聯(lián)合循環(huán)整體性能大幅提升且不嚴重影響出功能力的效果。同時，針對該新系統(tǒng)運用一種新的運行方式調(diào)節(jié)聯(lián)合循環(huán)負荷，即通過調(diào)節(jié)參與回熱的煙氣比例調(diào)節(jié)負荷，該調(diào)節(jié)方式可在聯(lián)合循環(huán)高負荷時仍保持與設(shè)計工況相近的聯(lián)合循環(huán)熱效率，很大程度上優(yōu)化了燃氣輪機在變工況時效率急劇下降的問題。因此部分回熱燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)回熱循環(huán)系統(tǒng)，工程應(yīng)用前景大幅提高，同時具有較強的實用性和科學(xué)價值。