一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统，可以有效解决高效、节水、可控制、厂内循环与零排放的燃气轮机四联产系统，技术方案是，系统包括燃气轮机、空气冷却器、煤气化炉、旋流分离器、制冷机、热泵、朗肯循环系统和低温烟气处理系统,本实用新型专利技术充分利用厂区中可以利用的资源风能和太阳能，高效可控的燃气轮机燃烧与做功系统，更加经济、可调节的热电冷和热水四联产系统，首次将超音速分离技术应用于燃气轮机电厂，具有脱水效率高、安全稳定，有效防止低温腐蚀的优点，低温烟气高效利用的同时实现零排放，余热利用合理，热效率达到42％以上，联合循环热效率高达63％以上。

A gas turbine four joint production system with high efficiency, water saving and controllable integration

The utility model relates to a high efficiency, water saving, controllable in one of the four gas turbine cogeneration system, can effectively solve the efficient, water-saving, control, plant circulation and zero discharge of four gas turbine cogeneration system, the technical scheme is that the system includes a gas turbine, air cooler, gasification furnace, cyclone separator, refrigerating machine, heat pump, Rankine cycle system and low temperature flue gas treatment system, the utility model makes full use of the available resources in the wind and solar energy, gas turbine combustion and working system, more economical, controllable, adjustable heating cooling and hot water four cogeneration system, the first supersonic separation technology used in gas turbine power plant that has high dewatering efficiency, safety and stability, effectively prevent the advantages of low temperature corrosion of flue gas temperature at the same time, the efficient use of zero emissions, waste heat With reasonable utilization, the thermal efficiency is above 42%, and the combined cycle heat efficiency is above 63%.

【技术实现步骤摘要】
一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统
本技术涉及燃气轮机系统，特别是一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统。
技术介绍
燃气轮机已经在发电领域得到了广泛应用，由于它的紧凑、高功率、已安装等优点，已经使它成为一种广泛使用的动力机械，目前390MW的9F燃气轮机的热效率在40％左右，联合循环热效率高达58％左右。然而在现有的联合循环中，存在热量浪费、用水量大、热电冷三联产不可控不可调、低温腐蚀和工质浪费等问题，如何解决这些问题，是本领域技术人员关心的问题。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之不足，本技术之目的就是提供一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统，可以有效解决高效、节水、可控制、厂内循环与零排放的燃气轮机四联产系统。本技术解决的技术方案是：一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统，该系统包括燃气轮机、空气冷却器、煤气化炉、旋流分离器、制冷机、热泵、朗肯循环系统和低温烟气处理系统；空气冷却器的低温空气出口与压气机的进气口相连，压气机的出气口分别与燃烧室的空气进口和压缩空气罐的进气口相连，压气机的动力输入端上设置有用于提供动力的风力机，煤气化炉的一氧化碳和氢气出口与燃烧室的燃料进口相连，燃烧室的高温烟气排出口与燃气轮机的进气口相连，燃气轮机的动力输出端与发电机相连，燃气轮机的高温烟气出口与余热锅炉的高温烟气进气口相连；余热锅炉的蒸汽出口与高压缸的进气口相连，高压缸的出气口上装有伸入与余热锅炉内的再热循环管道，再热循环管道的出气端与中压缸的进气口相连，中压缸的出气口与低压缸的进气口相连，构成具有循环再热功能的多级蒸汽做功动力输出结构；低压缸的出气口与凝汽器的进气口相连，凝汽器的出液口经串联的低压加热器、除氧器和高压加热器与余热锅炉的进液口相连，构成蒸汽的加热水循环结构；中压缸上设置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口装有过热抽汽管道，过热抽汽管道分为两路，其中一路的过热抽汽管道的出气口与燃烧室的进气口相连通，另一路的过热抽汽管道分别穿过制冷机和热泵的蒸发室后与热水加热器相连，构成制冷机、热泵和热水加热器的第一辅助热源提供结构，过热抽汽管道上设置有用于控制过热抽汽流量的第四阀门；热水加热器的蒸汽出口与凝汽器的进气口相连，构成低温低压蒸汽循环利用结构；余热锅炉的烟气出口与SCR反应器的进气口口相连，SCR反应器的出气口与旋流分离器的进气口相连，旋流分离器的出液口上连接有伸入空气冷却机的冷水循环管道，构成空气冷却机的辅助降温结构；旋流分离器的烟气出口与三通的进口相连；三通的第一个出气口上装有中温烟气回收管道，中温烟气回收管道穿过朗肯循环系统的有机工质加热器的加热室后与低温烟气处理系统进气口相连，三通与有机工质加热器之间的第一中温烟气回收管道上设置有用于控制流量的第五阀门；三通的第二个出气口与低压加热器的进气口相连，构成余热锅炉的给水加热结构；这里余热锅炉的给水指的是从凝汽器中的蒸汽冷凝后出来的水，利用旋流分离器出来的中温烟气对该给水进行加热，完成余热锅炉给水循环，充分利用了余热；三通的第三个出气口上装有中温烟气加热管道，中温烟气加热管道分别穿过制冷机和热泵的蒸发室后与热水加热器相连，构成制冷机、热泵和热水加热器的第二辅助热源提供结构，与热水加热器相连的中温烟气加热管道的出气口和过热抽汽管道分别与低温烟气处理系统的进气口相连；压气机与压缩空气罐之间设置有第一阀门；煤气化炉与燃烧室之间设置有第二阀门。所述的旋流分离器为超音速旋流分离器，其包括依次相连的旋流发生器、拉瓦尔喷管、液体分离段和出气管段，旋流发生器内设置有用于使进入烟气产生切向旋流的旋流叶片，液体分离段上设置有出液口，冷水循环管道的进口与液体分离段的出液口相连通，出气管段内设置有用于整流的整流阻涡叶片出气管段的出口与三通的进口相连。所述的朗肯循环系统包括有机工质加热器、汽轮机、发电机或驱动循环泵、凝汽器和升压泵，机工质加热器的出气端与汽轮机的进气端相连，汽轮机的动力输出端与发电机或驱动循环泵的动力输入端相连，汽轮机的出气端与凝汽器的进气端相连，凝汽器的出液端与升压泵的进液端相连，升压泵的出液端与机工质加热器的进液端相连，构成蒸汽循环动力输出结构。所述的低温烟气处理系统包括氧化钙炉、煅烧炉和用于分离氧气和氮气的分离器，与热水加热器相连的中温烟气加热管道的出气口和过热抽汽管道分别与氧化钙炉的进气口相连，氧化钙炉的碳酸钙出口与煅烧炉的进口相连，氧化钙炉的出气口与分离器的进气口相连，构成烟气处理结构。所述的分离器的氧气排出口与燃烧室的进气口相连，构成氧气回收利用结构。所述的燃气轮机四联产系统还包括太阳能板和太阳能集热器，太阳能板的输出端与太阳能集热器相连，构成余热锅炉的辅助给水加热结构。与现有技术相比，本技术方法具有以下有益的技术效果：(1)充分利用厂区中可以利用的资源——风能和太阳能在平时有风的时候，利用风力机的叶片带动压气机工作，把低温空气储存在压缩空气罐中，当需要调负荷或者负荷高峰时，可以把气罐打开，让气管中的空气进入燃烧室，这样不需要增加压气机的额外出力，而且调节更加迅速；当气罐压缩空气储存满时，还可以作为工业产品卖掉，增加收益，在平时阳光充分的时候，利用厂区的太阳能集热板，把太阳能收集起来，在蒸汽轮机循环中，可以作为热源对给水进行加热，不用从汽轮机中进行抽汽加热，提高了汽轮机做工的绝对内效率；(2)高效可控的燃气轮机燃烧与做功系统常规的燃气轮机进口是常温空气，燃气轮机的输出功率是环境温度的函数，环境温度每升高1℃，输出功率就下降0.3％到0.5％，这种损失对于联合循环机组在夏季发电会产生较大问题；本技术通过空气冷却器提前将常温空气冷却，从根本上消除了环境温度对于燃气轮机效率的影响，使得燃气轮机工作稳定，功率提高，而且冷源来自系统产生的低温凝结水，不需要额外做功冷却，同时将蒸汽轮机的一部分过热抽汽引入燃烧室，通过管道上的第四阀门来控制抽汽量，引入蒸汽的好处是不仅可以控制氮氧化物额生成，从而减少氮氧化物排放，还可以通过增大涡轮的燃烧产物的质量流量增大和较高的比热而增大燃气轮机功率，通常燃气轮机和蒸汽轮机的做工比为2:1，牺牲了一份蒸汽做功，换来两份燃气轮机做功，总的来说增大了整体输出功率；(3)高效节水的蒸汽轮机做功系统高温烟气通过加热余热锅炉中给水，使给水变为过热蒸汽进行做功，过热蒸汽先进入高压缸中做功，保证了高品质的蒸汽用了做功不损失，从高压缸出来了，再次进入余热锅炉进行再热，可以使汽轮机循环内效率提高，做功完成后排气进入凝汽器，冷凝工质为经过空气冷却器之后的常温循环水，水温度会比常规燃气轮机稍低，冷却效果也会更好，因为冷却水来自系统内部产生的水，没有外来循环水，大幅节约了常用水情况，这种系统可以取代传统的空冷机组，使得机组即使在干旱地区也可以采用湿冷循环，大大提高了机组的做功能力和效率；(4)更加经济、可调节的热电冷和热水四联产系统传统的热电冷三联产系统是牺牲了汽轮机一部分做功发电能力，让高品质蒸汽去供热或者制冷，在某个时间段到达最佳的经济效益，在本技术中，通过两个阀门，一个控制旋流分离器中分离出来的中温烟气，一个控制从中压缸抽出的过热抽汽(过热蒸汽)，通过烟气的补充，可以减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统，其特征在于，该系统包括燃气轮机、空气冷却器、煤气化炉、旋流分离器、制冷机、热泵、朗肯循环系统和低温烟气处理系统；空气冷却器的低温空气出口与压气机的进气口相连，压气机的出气口分别与燃烧室的空气进口和压缩空气罐的进气口相连，压气机的动力输入端上设置有用于提供动力的风力机，煤气化炉的一氧化碳和氢气出口与燃烧室的燃料进口相连，燃烧室的高温烟气排出口与燃气轮机的进气口相连，燃气轮机的动力输出端与发电机相连，燃气轮机的高温烟气出口与余热锅炉的高温烟气进气口相连；余热锅炉的蒸汽出口与高压缸的进气口相连，高压缸的出气口上装有伸入与余热锅炉内的再热循环管道，再热循环管道的出气端与中压缸的进气口相连，中压缸的出气口与低压缸的进气口相连，构成具有循环再热功能的多级蒸汽做功动力输出结构；低压缸的出气口与凝汽器的进气口相连，凝汽器的出液口经串联的低压加热器、除氧器和高压加热器与余热锅炉的进液口相连，构成蒸汽的加热水循环结构；中压缸上设置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口装有过热抽汽管道，过热抽汽管道分为两路，其中一路的过热抽汽管道的出气口与燃烧室的进气口相连通，另一路的过热抽汽管道分别穿过制冷机和热泵的蒸发室后与热水加热器相连，构成制冷机、热泵和热水加热器的第一辅助热源提供结构，过热抽汽管道上设置有用于控制过热抽汽流量的第四阀门；热水加热器的蒸汽出口与凝汽器的进气口相连，构成低温低压蒸汽循环利用结构；余热锅炉的烟气出口与SCR反应器的进气口口相连，SCR反应器的出气口与旋流分离器的进气口相连，旋流分离器的出液口上连接有伸入空气冷却机的冷水循环管道，构成空气冷却机的辅助降温结构；旋流分离器的烟气出口与三通的进口相连；三通的第一个出气口上装有中温烟气回收管道，中温烟气回收管道穿过朗肯循环系统的有机工质加热器的加热室后与低温烟气处理系统进气口相连，三通与有机工质加热器之间的第一中温烟气回收管道上设置有用于控制流量的第五阀门；三通的第二个出气口与低压加热器的进气口相连，构成余热锅炉的给水加热结构；这里余热锅炉的给水指的是从凝汽器中的蒸汽冷凝后出来的水，利用旋流分离器出来的中温烟气对该给水进行加热，完成余热锅炉给水循环，充分利用了余热；三通的第三个出气口上装有中温烟气加热管道，中温烟气加热管道分别穿过制冷机和热泵的蒸发室后与热水加热器相连，构成制冷机、热泵和热水加热器的第二辅助热源提供结构，与热水加热器相连的中温烟气加热管道的出气口和过热抽汽管道分别与低温烟气处理系 统的进气口相连；压气机与压缩空气罐之间设置有第一阀门；煤气化炉与燃烧室之间设置有第二阀门。...

【技术特征摘要】
1.一种集高效、节水、可控于一体的燃气轮机四联产系统，其特征在于，该系统包括燃气轮机、空气冷却器、煤气化炉、旋流分离器、制冷机、热泵、朗肯循环系统和低温烟气处理系统；空气冷却器的低温空气出口与压气机的进气口相连，压气机的出气口分别与燃烧室的空气进口和压缩空气罐的进气口相连，压气机的动力输入端上设置有用于提供动力的风力机，煤气化炉的一氧化碳和氢气出口与燃烧室的燃料进口相连，燃烧室的高温烟气排出口与燃气轮机的进气口相连，燃气轮机的动力输出端与发电机相连，燃气轮机的高温烟气出口与余热锅炉的高温烟气进气口相连；余热锅炉的蒸汽出口与高压缸的进气口相连，高压缸的出气口上装有伸入与余热锅炉内的再热循环管道，再热循环管道的出气端与中压缸的进气口相连，中压缸的出气口与低压缸的进气口相连，构成具有循环再热功能的多级蒸汽做功动力输出结构；低压缸的出气口与凝汽器的进气口相连，凝汽器的出液口经串联的低压加热器、除氧器和高压加热器与余热锅炉的进液口相连，构成蒸汽的加热水循环结构；中压缸上设置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口装有过热抽汽管道，过热抽汽管道分为两路，其中一路的过热抽汽管道的出气口与燃烧室的进气口相连通，另一路的过热抽汽管道分别穿过制冷机和热泵的蒸发室后与热水加热器相连，构成制冷机、热泵和热水加热器的第一辅助热源提供结构，过热抽汽管道上设置有用于控制过热抽汽流量的第四阀门；热水加热器的蒸汽出口与凝汽器的进气口相连，构成低温低压蒸汽循环利用结构；余热锅炉的烟气出口与SCR反应器的进气口口相连，SCR反应器的出气口与旋流分离器的进气口相连，旋流分离器的出液口上连接有伸入空气冷却机的冷水循环管道，构成空气冷却机的辅助降温结构；旋流分离器的烟气出口与三通的进口相连；三通的第一个出气口上装有中温烟气回收管道，中温烟气回收管道穿过朗肯循环系统的有机工质加热器的加热室后与低温烟气处理系统进气口相连，三通与有机工质加热器之间的第一中温烟气回收管道上设置有用于控制流量的第五阀门；三通的第二个出气口与低压加热器的进气口相连，构成余热锅炉的给水加热结构；这里余热锅炉的给水指的是从凝汽器中的蒸汽冷凝后出来的水，利用旋流分离器出来的中温烟气对该给水进行加热，完成余热锅炉给水循环，充分利用了余...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵豫晋，李明，张文涛，杜献伟，田欢，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，
类型：新型
国别省市：河南,41