【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃气轮机领域，特别涉及一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统。
技术介绍
1、目前建筑分布式能源技术可分为两类，一类是包含光伏、风力、生物质能等的可再生能源技术(“开源型”)，另一类是以内燃机、燃气轮机、斯特林机、燃料电池等为原动机的多联供技术(“节流型”)。生物质气微型燃气轮机驱动的分布式能源系统兼具使用可再生能源和多联供技术梯级利用一次能源的优势，具有广泛的应用前景。但由于生物质气的引入，造成燃气轮机发电效率降低，且生物质气来源广、组分变化大，导致燃气轮机性能波动，同时考虑建筑负荷的动态变化，将呈现供给侧输出动态变化和需求侧负荷随机波动的双重不确定性，使得生物质气微型燃气轮机驱动的建筑分布式能源系统优化面临挑战。
2、燃气轮机在能源供应系统中扮演着至关重要的角色，其具有容量灵活性和低维护成本。它通常用于三种类型的应用。第一种是燃气轮机直接用于发电，第二种是联合循环系统，其中燃气轮机作为系统的一部分使用，第三种是多联产系统，其同时产生冷却、供暖和电力。根据美国能源部统计数据，燃气轮机技术在超过70％的多联产系统中发挥着关键作用。高效的能源转化装置结合可再生能源可有效地缓解一次能源消耗和污染物排放引起的环境问题。随着这一研究方向的发展，世界上各科研机构及企业以生物质气替代天然气的燃气轮机技术作为研究重点。生物质气微型燃气轮机逐渐成为一种重要的技术，大量的实验测试及数值模拟研究对生物质气微型燃气轮机及其部件进行了分析，验证了生物质气微型燃气轮机的可行性。但研究也指出由于燃料压缩的功率损失，燃气轮机的净效率
技术实现思路
1、为了提高燃气轮机系统的使用性能，本专利技术提供一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，能够改善生物质气所影响的燃气轮机性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，包括：露点蒸发冷却器，中间饱和器，测控系统和燃气涡轮组件，其中，露点蒸发冷却器用于冷却燃气轮机供气温度，中间饱和器用于余热回收和供气加湿，测控系统用于调节露点蒸发冷却器的流量配比、监测进入燃烧室的生物质气组分和调节进入中间饱和器的水量，燃气涡轮组件用于完成热力循环发电过程。
4、进一步的：所述露点蒸发冷却器，基于露点蒸发冷却原理对入口空气进行冷却，包括干通道和湿通道，所述湿通道以干通道回风作为基准入口工况进行加湿冷却，从而冷却干通道中的空气，进而冷却燃气轮机供气温度，以提升系统效率；所述干通道主要实现供气温度的降低，而湿通道采用直接蒸发冷却方式实现降温过程，但其基准工况为干通道降温后的空气温度，因此可实现干通道供气温度低于其入口湿球温度、逼近其露点温度。
5、所述的中间饱和器通过露点蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的耦合方式实现余热回收和供气加湿作用；
6、所述的测控系统，包括生物质气燃料成分监测、供气流量和供水流量的调控阀门，监测不同生物质气燃料组分，调节供气量和供水量参数，以实现系统高效运行；
7、所述的燃气涡轮组件，包括压缩机、涡轮和发电机，以完成燃气轮机热力循环发电过程。
8、进一步的，所述露点蒸发冷却器还包括一号风扇和二号风扇；一号风扇为进风口，二号风扇为出风口；湿通道内壁设有喷嘴，喷嘴与一号水泵连接，喷嘴向湿通道内壁喷水形成水膜。所述的露点蒸发冷却器的干通道、湿通道流量配比可通过两个风扇转速进行调节，以匹配实现不同工况下的最佳制冷效率。
9、本专利技术所述露点蒸发冷却器无高耗能动力部件，仅通过风扇调节流量配比和喷水蒸发实现露点蒸发效率优化调节。
10、所述的燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧室、燃料泵、涡轮和发电机；压缩机进气口和出气口分别与露点蒸发冷却器的干通道、中间饱和器连接，蒸发冷却器后经过冷却进入燃气涡轮组件中的压缩机，空气经过压缩后进入中间饱和器；中间饱和器的湿热压缩空气出口连接燃烧室，后排出湿热压缩空气进入燃烧室，同时与燃料泵引入的燃料充分混合燃烧后排出燃烧废气进入涡轮，涡轮的废气再次重复进入中间饱和器进行余热回收，燃气涡轮组件中的发电机利用涡轮提供的轴功完成发电。
11、燃气涡轮组件由于加湿作用，可实现在生物质气中ch4主要成分45％-75％波动的情况下稳定运行，输出效率波动不超过10％，降低了燃气轮机系统对生物质气体组分的敏感性。
12、进一步的，所述的中间饱和器包括涡轮废气、压缩机空气和冷却水三种管路；
13、涡轮的废气从中间饱和器上端入口进入，进行余热回收，废气余热通过加热压缩空气和冷却水实现余热回收，并完成压缩空气加热加湿以回收热能，由测控系统进行生物质气供气组分测控，以调节供气量和供水量，实现系统高效运行；
14、压缩机的空气从中间饱和器下端入口进入，部分压缩空气冷却后流入中间饱和器上端，部分压缩空气带走部分冷却水变成湿压缩空气，两部分压缩空气上端汇合后排出湿热压缩空气进入燃烧室与燃料充分混合进行燃烧；
15、冷却水从中间饱和器上端入口进入，分别冷却涡轮废气和压缩机空气，部分冷却水用于加湿压缩空气，后从中间饱和器下端出口流出，部分进入冷却水塔进行冷却循环再生，部分进入压缩机以实现压缩机温度控制，既能高效进行余热回收，又能增大涡轮质量流量，从而有效提升系统效率；
16、所述中间饱和器，通过露点蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的耦合方式实现余热回收和供气加湿作用。由于供气加湿作用，可在较低温度下实现热功转化，提高了系统的适应性。
17、本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
18、本专利技术提供的湿化燃气轮机系统中的露点蒸发冷却器，可以根据干通道入口引入空气为基准工况，调节湿通道流量配比和喷水冷却干通道内空气温度，且与间接蒸发冷却器相互耦合，实现余热回收和供气加湿，保证系统效率得到有效提升；另外，通过监测燃料进气口处生物质气燃料组分，并调控供气阀门和供水阀门，进而降低生物质气对燃气轮机组件的影响，提高系统适应性。本专利技术的露点蒸发冷却燃气轮机系统能够合理调节入口流量配比，有效回收余热以提高燃气轮机效率，且能够方便应对不同生物质燃料组分的波动，提高燃气涡轮系统的适应性。
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1.一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于，包括：露点蒸发冷却器(1)，中间饱和器(2)，测控系统(3)和燃气涡轮组件(4)，其中，露点蒸发冷却器(1)用于冷却燃气轮机供气温度，中间饱和器(2)用于余热回收和供气加湿，测控系统(3)用于调节露点蒸发冷却器(1)的流量配比和监测进入燃气涡轮组件(4)中燃烧室的生物质气组分，燃气涡轮组件(4)用于燃气轮机热力循环。
2.根据权利要求1所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述露点蒸发冷却器(1)，基于露点蒸发冷却原理对入口空气进行冷却，包括干通道(14)和湿通道(13)，所述湿通道(13)以干通道(14)回风作为基准入口工况进行加湿冷却，从而冷却干通道(14)中的空气，进而冷却燃气轮机供气温度；
3.根据权利要求2所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述露点蒸发冷却器(1)还包括一号风扇(11)和二号风扇(12)；一号风扇(11)为进风口，二号风扇(12)为出风口；湿通道(13)内壁设有喷嘴(15)，喷嘴(15)与一号水泵(16)连接，喷嘴(15)向湿通道(
4.根据权利要求2所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述的燃气涡轮组件(4)包括压缩机(5)、燃烧室(6)、燃料泵(7)、涡轮(8)和发电机(9)；压缩机(5)进气口和出气口分别与露点蒸发冷却器(1)的干通道(14)、中间饱和器(2)连接，供气经过露点蒸发冷却器(1)后被冷却然后进入燃气涡轮组件(4)中的压缩机(5)，空气经过压缩后进入中间饱和器(2)；中间饱和器(2)的湿热压缩空气出口连接燃烧室(6)，后排出湿热压缩空气进入燃烧室(6)，同时与燃料泵(7)引入的燃料充分混合燃烧后排出燃烧废气进入涡轮(8)，涡轮(8)的废气再次重复进入中间饱和器(2)进行余热回收，燃气涡轮组件(4)中的发电机(9)利用涡轮(8)的轴功输出电力。
5.根据权利要求1到4任一项所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述的中间饱和器(2)包括涡轮废气、压缩机空气和冷却水三种管路；
...【技术特征摘要】
1.一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于，包括：露点蒸发冷却器(1)，中间饱和器(2)，测控系统(3)和燃气涡轮组件(4)，其中，露点蒸发冷却器(1)用于冷却燃气轮机供气温度，中间饱和器(2)用于余热回收和供气加湿，测控系统(3)用于调节露点蒸发冷却器(1)的流量配比和监测进入燃气涡轮组件(4)中燃烧室的生物质气组分，燃气涡轮组件(4)用于燃气轮机热力循环。
2.根据权利要求1所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述露点蒸发冷却器(1)，基于露点蒸发冷却原理对入口空气进行冷却，包括干通道(14)和湿通道(13)，所述湿通道(13)以干通道(14)回风作为基准入口工况进行加湿冷却，从而冷却干通道(14)中的空气，进而冷却燃气轮机供气温度；
3.根据权利要求2所述的一种基于露点蒸发冷却的湿化燃气轮机系统，其特征在于：所述露点蒸发冷却器(1)还包括一号风扇(11)和二号风扇(12)；一号风扇(11)为进风口，二号风扇(12)为出风口；湿通道(13)内壁设有喷嘴(...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱光亚，刘世睿，陈维建，张大林，唐毫，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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