本发明属于燃气电站技术领域，具体涉及一种燃气轮机烟气余热利用装置及方法。
背景技术：
燃气轮机以其优良的热力性能和低污染排放等特点得到人们的重视。燃气轮机蒸汽联合循环机组启动快、调峰性能强，在电力系统中的应用日益广泛。
为提高燃气轮机运行效率，传统的热力循环致力于追求更高的循环吸热温度，但受到透平叶片冷却技术和材料所能允许的透平初温的制约，另外，随着燃烧温度的提高，热力型NOx的排放量将大大增加，为避免因环保原因遭到经济处罚和停止发电的惩罚，燃烧温度也会受到限制。通常，燃气轮机采用贫油燃烧，暨控制燃料/空气当量比小于1，降低燃气温度到合理区间内，使NOx排放量达到环保排放标准。
通常情况下，燃气轮机的出力会随着环境温度的升高而降低，原因是燃气机轮属于定容设备，流过的空气密度会决定空气的整体质量。
Ny＝MaCpaT1(ε(K-1)K-1)/ηy (1)
式(1)中：Ny-压气机的耗功量；Ma-压气机入口空气流量；Cpa-空气比定压热容；T1-压气机进气温度；ε-压气机的压比；K-空气的绝热指数；ηy-压气机的效率。
燃气-蒸汽循环机组的循环总功率为：
N＝Nt-Nst-Ny-Nzl (2)
式(2)中：N-循环机组的循环总功率；Nt-燃气透平输出功率；Nst-蒸汽轮机的输出功率；Nzl-制冷机组消耗的功。
由压气机耗功公式(1)可知，压气机的耗功量Ny与吸入空气的热力学温度T1成正比，即大气温度升高时，耗功增大，进而造成燃气轮机的净出力减小。
在高温地区和炎热季节，燃气轮机性能受环境温度的影响，出力严重下降，效率也随之降低，环境温度对燃气轮机出力(输出功率)的影响比效率更大，难以发挥燃气轮机及联合循环电站的调峰性能。
空气湿度对燃气轮机的功率和热耗率也产生影响，进气含湿量增加，则燃机功率下降，热耗率上升。但此影响一般较小，在整个湿度变化范围内，机组功率变化在2‰之内，热耗率变化在1％之内。另外，当大气温度升高时，即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定，压气机的压缩比也会有所下降，这将导致燃气透平做功减少，而燃气透平的排气温度却有所上升。因此，为提高燃气轮机运行效率，通常还对压气机入口空气采取间接接触式和直接接触式两大类冷却方式(在进气装置内设置冷却盘管或在炎热干燥地区设置喷雾冷却装置)，即通过提高燃气轮机的温比t/t0(t为燃气初温，t0为入口空气初温)来提高其循环性能，但这是在燃机满负荷运行情况下提高机组效率的方式。
如采取冷却盘管冷却方式，其风阻(冷却盘管进出口压差20～30mH2O)较大，会造成压气机耗功损失(压气机耗功占燃机系统耗功70％左右)，降低了联合循环机组整体效率和出力，而且一旦进气冷却系统已经配置，不管其是否投入使用，这个出力和效率的降低是始终存在的，会对燃气轮机运行的经济性产生一定的影响；冷却盘管还会影响进气装置内的过滤器、消声器检修；冷却盘管还易堵；冷却盘管还使进气系统入口噪声变大。
喷雾冷却系统简单，投资省、运行维护方便、电耗低。采用喷雾冷却系统必须慎重，因为空气中的携水率过大将加重压气机的负荷，使其性能受到影响。通常这类系统的后面要有水分分离器或收集器。喷雾冷却系统对水质有很高要求，因为微量的杂质就会引起燃气轮机叶片的腐蚀。喷雾冷却系统水源一般要求是除盐水。另外，喷雾冷却系统产生的冷度也较低，降温后的空气温度只能接近湿球温度，受环境湿度影响较大。喷雾冷却系统只适合用于高温干燥地区燃机电厂。
燃气轮机并网后，其转速不再改变，负荷的变化是在保证燃料/空气当量比的条件下通过改变入口空气流量和燃料流量来实现。燃气轮机是以空气为工质的开式循环，运行时空气流量很大，入口空气流量的调节是通过改变压气机进口可调导叶IGV的开度来实现。受电网调度的原因，燃气轮机经常需要在部分负荷下运行，以及机组从调峰运行模式转到晚上波谷运行模式时，为维持天然气管网压力相对稳定需要在低负荷下运行。但IGV的开度太小，压气机易发生喘振。最终使当燃气轮机在负荷小于70％额定出力运行时，为保证输出功率和透平前温度不超过限制值，燃烧温度不能被控制在产生合格NOx、CO水平的温度上，因此NOx、CO排放量不可能达到排放要求。
因天然气成分中含硫量较低，所以尾部烟气温度可以降到很低，有的可以将烟温降低到约70℃。但由于匹配原因，为避免低温省煤器内的热水汽化，其换热面积不能设计很大，所以尾部烟气温度还是比较高，特别是大型(F级)燃气蒸汽联合循环机组，冬、夏季正常运行时尾部烟气温度未利用余热工况均在90℃左右。故尾部烟气余热还有充分回收的潜力，降低循环放热温度也是有效的提高循环性能的途径。
虽然燃机在环境温度小于3℃时达到最大输出功率，但在沿海高湿地区，进气被冷却时其温度不能低于5.5℃，否则有结冰的可能，影响压气机寿命。
此外，燃气轮机还存在环境温度越低、机组负荷越低，联合循环效率越低的问题。
因此，需要对不同运行工况作进一步技术改进。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是如何在联合循环总出力不变的情况下，提高燃机负荷率、联合循环效率及机组的喘振裕度，从而保证燃机稳定运行。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种燃气轮机烟气余热利用装置，燃气轮机系统包括燃气轮机，进气装置与燃气轮机连接，燃气轮机乏汽出口连接凝汽器，其特征在于：所述烟气余热利用装置包括二级加热的低温省煤器，设于低温省煤器内的两组换热盘管依次被烟气加热，两组换热盘管内的水系统则互相独立；
凝汽器出口分成两路分别连接低温省煤器内的两组换热盘管；其中一路连接烟温较低侧的换热盘管入口，烟温较低侧的换热盘管出口连接除氧器；另一路连接烟温较高侧的换热盘管入口，烟温较高侧的换热盘管出口再分成三个支路；
第一支路连接溴化锂吸收式冷水机组内的发生器，溴化锂吸收式冷水机组的回水管路接至低温省煤器烟温较高侧的换热盘管的进水管上；溴化锂吸收式冷水机组的冷冻水出水管路连接设于所述进气装置两侧的空气墙空气处理机组内的冷却/加热盘管；
第二支路连接燃气轮机入口的换热器内的加热盘管，换热器的回水管路接至低温省煤器烟温较高侧的换热盘管的进水管上；
第三支路接至低温省煤器烟温较低侧的换热盘管的进水管上。
优选地，所述凝汽器出口设有凝结水泵，凝结水泵出口分成两路分别连接低温省煤器内的两组换热盘管。
优选地，所述三个支路上分别设有第一热水电动二通调节阀、第三热水电动二通调节阀、第四热水电动二通调节阀。
优选地，所述溴化锂吸收式冷水机组蒸发器出水管上依次设置冷冻水循环水泵、冷冻水电动三通调节阀，冷冻水循环水泵位于冷冻水电动三通调节阀之前。
优选地，所述低温省煤器烟温较高侧的换热盘管的出水管上并在所述三个支路前设有热水循环水泵。
优选地，所述空气墙空气处理机组冷却/加热盘管进、出水管上设有混水泵调节装置，混水泵调节装置包括：
设于空气墙空气处理机组冷却/加热盘管出水管路上的混水泵；与混水泵并联设置的旁通关断阀；
设于空气墙空气处理机组冷却/加热盘管出水管路上且位于混水泵后的调节阀；
设于空气墙空气处理机组冷却/加热盘管进、出水管路之间的调节阀。
优选地，所述空气墙空气处理机组冷却/加热盘管采用二管制；
其冷冻水进水管、冷冻水出水管上分别设有冷冻水电动蝶阀，其热水进水管、热水出水管上分别设有热水电动蝶阀；
冷冻水进水管的冷冻水电动蝶阀之后与热水进水管的热水电动蝶阀之后合并一条进水管路连接至两侧空气墙空气处理机组冷却/加热盘管的进水口；
冷冻水出水管的冷冻水电动蝶阀之后与热水出水管的热水电动蝶阀之后合并一条出水管路连接至两侧空气墙空气处理机组的出水口。
优选地，所述空气墙空气处理机组的冷冻水进水管连接溴化锂吸收式冷水机组的蒸发器出水管上的所述冷冻水电动三通调节阀；
所述空气墙空气处理机组的冷冻水出水管连接溴化锂吸收式冷水机组的蒸发器进水管；
所述空气墙空气处理机组的热水出水管连接低温省煤器烟温较低侧的换热盘管的进水管；
所述空气墙空气处理机组的热水进水管连接低温省煤器烟温较低侧换热盘管出水管路，且热水进水管上设有第二热水电动二通调节阀。
优选地，所述溴化锂吸收式冷水机组的吸收器冷却水进水管、冷凝器冷却水出水管分别连接凝汽器的冷却水进水管、冷却水出水管，所述溴化锂吸收式冷水机组的吸收器冷却水进水管上设有冷却水电动二通调节阀。
本发明还提供了一种燃气轮机烟气余热利用方法，其特征在于：采用上述的燃气轮机烟气余热利用装置，步骤为：
凝汽器出口至低温省煤器的凝结水分成二路进入低温省煤器内的两组依次被烟气加热的换热盘管；其中一路进入烟温较低侧的换热盘管，被加热后的凝结水部分进入除氧器；另一路进入烟温较高侧的换热盘管，被加热后的凝结水再分成三个支路；
第一支路热水进入溴化锂吸收式冷水机组内的发生器，以驱动溴化锂吸收式冷水机组产生冷冻水，其回水接至低温省煤器烟温较高侧的换热盘管的进水管上；在燃气轮机满负荷运行时，一部分冷冻水进入进气装置两侧布置的空气墙空气处理机组内的冷却/加热盘管，以冷却入口空气，提高入口空气密度；
在燃气轮机部分负荷运行时，第二支路热水进入燃气轮机入口的换热器内的加热盘管，以加热入口天然气，其回水接至低温省煤器烟温较高侧的换热盘管的进水管上；
第三支路热水接至低温省煤器烟温较低侧的换热盘管的进水管上，和来自凝结水泵的低温凝结水进行混温，以保证低温省煤器入口水温不低于要求，避免低温腐蚀；
低温省煤器烟温较低侧换热盘管出口热水部分进入空气墙空气处理机组内的冷却/加热盘管，以加热入口空气，其回水接至低温省煤器烟温较低侧换热盘管的进水管。
本发明提供的燃气轮机烟气余热利用装置，通过设置二级加热低温省煤器、热水型溴化锂吸收式冷水机组、风机墙空气处理机组对尾部烟气余热进行深度利用，从而对压气机入口空气温度进行调节，在联合循环总出力不变的情况下提高了燃机负荷率、联合循环效率及机组的喘振裕度，保证了燃机稳定运行。
本发明通过设置二级加热低温省煤器对燃气轮机排放烟气里的余热进行梯级利用，进一步合理降低尾部烟气温度，产生的高温热水提供给溴化锂吸收式冷水机组、空气墙空气处理机组以冷却/加热压气机入口空气，对入口空气密度、温度进行调节来实现机组高效运行，使本装置达到燃气轮机在满负荷和部分负荷工况下均可经济运行，提高联合循环机组全年运行效率、减少天然气燃料投放量，使NOx排放量达到环保排放标准的目的，因此，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实施例提供的燃气轮机烟气余热利用装置结构示意图；
图中：1、燃气轮机；2、进气装置；3、烟囱；4、低温省煤器；5、除氧器；6、凝汽器；7、凝结水泵；11、热水型溴化锂吸收式冷水机组；12、风机墙空气处理机组；13、冷冻水循环水泵；14、热水循环水泵；15、混水泵；16、混水泵调节装置；17、换热器；21、冷冻水电动蝶阀；22、热水电动蝶阀；23、冷却水电动二通调节阀；24、第一热水电动二通调节阀；25、第二热水电动二通调节阀；26、第三热水电动二通调节阀；27、第四热水电动二通调节阀；28、冷冻水电动三通调节阀；29、旁通关断阀；31、冷冻水供水管；32、冷冻水回水管；33、热水回水管；34、热水供水管；35、冷却水供水管；36、冷却水回水管；37、烟气；38、燃气轮机乏汽。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本实施例提供的燃气轮机烟气余热利用装置示意图，所述的燃气轮机烟气余热利用装置包括二级加热的低温省煤器4、热水型溴化锂吸收式冷水机组11、风机墙空气处理机组12、冷冻水循环水泵13、热水循环水泵14、混水泵调节装置16、电动阀门等。
燃气轮机系统包括燃气轮机1，进气装置2与燃气轮机1连接；燃气轮机乏汽38进入凝汽器6，凝汽器6出口经凝结水泵7连接低温省煤器4，锅炉出口烟气进入低温省煤器4换热，低温省煤器4出口烟气进入烟囱3。
低温省煤器4为二级加热的低温省煤器，其内设有两组串联的换热盘管，一组位于烟温较高侧，另一组位于烟温较低侧。两组换热盘管烟气侧联通，依次被烟气加热；水汽侧互相独立。
凝结水泵7出口至低温省煤器4的凝结水分成二路进入低温省煤器4内的两组依次被烟气加热的换热盘管。其中一路进入烟温较低侧的换热盘管，被加热后的凝结水部分进入除氧器5，它的优点是低温省煤器4的出水不会被汽化。另一路进入烟温较高侧的换热盘管，被加热后的凝结水再分成三个支路。
其中，第一支路热水进入溴化锂吸收式冷水机组11内的发生器，以驱动溴化锂吸收式冷水机组11产生冷冻水，其回水接至低温省煤器4烟温较高侧的换热盘管的进水管上；在燃气轮机1满负荷运行时，一部分冷冻水进入进气装置2两侧布置的空气墙空气处理机组12内的冷却/加热盘管，以冷却入口空气，提高入口空气密度；
在燃气轮机1部分负荷运行时，第二支路热水进入燃气轮机1入口的换热器17内的加热盘管，以加热入口天然气，其回水接至低温省煤器4烟温较高侧的换热盘管的进水管上；
第三支路热水接至低温省煤器4烟温较低侧的换热盘管的进水管上，和来自凝结水泵7的低温凝结水进行混温，以保证低温省煤器4入口水温不低于要求，避免低温腐蚀。
以上三个支路热水的流量分别通过第一热水电动二通调节阀24、第三热水电动二通调节阀26、第四热水电动二通调节阀27进行调节。
低温省煤器4烟温较低侧换热盘管出口热水进入空气墙空气处理机组12内的冷却/加热盘管，以加热入口空气，以减少天然气燃料投放量，提高机组负荷率，其回水接至低温省煤器4烟温较低侧的换热盘管的进水管上。
溴化锂吸收式冷水机组11蒸发器出水管上依次设置冷冻水循环水泵13、冷冻水电动三通调节阀28，冷冻水循环水泵13位于冷冻水电动三通调节阀28之前。
因要克服低温省煤器4、溴化锂吸收式冷水机组11、空气墙空气处理机组12内的换热盘管及其管路的阻力，在低温省煤器4烟温较高侧的换热盘管的出水管上并在上述三个支路前设置热水循环水泵14，热水循环水泵14的流量根据上述三个支路上的第一热水电动二通调节阀24、第三热水电动二通调节阀26、第四热水电动二通调节阀27进行调节。
二级加热低温省煤器4，它的优点是为保证溴化锂吸收式冷水机组11连续正常工作，进入溴化锂吸收式冷水机组11高压发生器的热水进水温度不低于155℃，以便采用效率更高的双效溴化锂吸收式冷水机组(双效机组COP为1.0～1.2)，热水进水温度越高，溴化锂吸收式冷水机组的COP值也越高。
经空气墙空气处理机组12冷却/加热的室外空气和进气装置2的入口空气进行混合以得到所需要的压气机入口空气温度，混合后的入口空气温度不宜超过50℃，以保证锅炉尾部受热面的安全。空气墙空气处理机组12具有风量大、风阻低、耗电少、投资成本较低的特点，并且机组长度短，断面尺寸可根据实际需要调整，能满足装置在布置上的要求。相比在进气装置2内设置冷却/加热盘管的方案，它的优点是对燃气轮机1进气系统的阻力没有影响。
空气墙空气处理机组12冷却/加热盘管采用二管制，在其冷冻水进水管31、冷冻水出水管32上设置有冷冻水电动蝶阀21，热水进水管34、热水出水管33上设置有热水电动蝶阀22。冷冻水进水管31的冷冻水电动蝶阀21之后与热水进水管34的热水电动蝶阀22之后合并一条进水管路连接至两组空气墙空气处理机组12的进水口，冷冻水出水管32的冷冻水电动蝶阀21之后与热水出水管33的热水电动蝶阀22之后合并一条出水管路连接至两组空气墙空气处理机组12的出水口。通过调节冷冻水电动蝶阀21和热水电动蝶阀22可以进行冷却/加热工况切换控制。
空气墙空气处理机组12的冷冻水进水管31连接溴化锂吸收式冷水机组11的蒸发器出水管上的冷冻水电动三通调节阀28。空气墙空气处理机组12的冷冻水出水管32连接溴化锂吸收式冷水机组11的蒸发器进水管。空气墙空气处理机组12的热水出水管33连接低温省煤器4烟温较低侧的换热盘管的进水管，且连接点位于“凝结水泵7出口”与“第三支路热水和低温省煤器4烟温较低侧换热盘管进水管连接点”之间。空气墙空气处理机组12的热水进水管34连接低温省煤器4烟温较低侧换热盘管与除氧器5之间的管路，且热水进水管34上装有第二热水电动二通调节阀25。
为保证空气墙空气处理机组12在加热工况下正常工作，空气墙空气处理机组12冷却/加热盘管进、出水管上设置有混水泵调节装置16，以保证空气墙空气处理机组12冷却/加热盘管热水进水温度不超过95℃。混水泵调节装置16包括混水泵15，混水泵15设于空气墙空气处理机组12的出水管路上，混水泵15设有旁通关断阀29，空气墙空气处理机组12在冷却工况下工作时，打开旁通关断阀29，混水泵15不工作；空气墙空气处理机组12的进、出水管路之间设有调节阀；空气墙空气处理机组12的出水管路上也设有调节阀。
溴化锂吸收式冷水机组11吸收器、冷凝器的冷却水进水管、冷却水出水管分别连接在凝汽器6的冷却水进水管35、冷却水出水管36上，并在溴化锂吸收式冷水机组11吸收器冷却水进水管上设置有冷却水电动二通调节阀23。
在冷季，溴化锂吸收式冷水机组11不工作时，需要关闭溴化锂吸收式冷水机组11高压发生器进水管上的第一热水电动二通调节阀24。
本实施例提供的燃气轮机烟气余热利用装置相对独立，不影响燃机系统的正常运行。装置容易实现，改造也方便，同时运行范围大、调节性能好、适应性强、可用性好，并能与机组原有的DCS系统有机结合，实现系统的远程监控，是一项值得推广的技术。
热水型溴化锂吸收式冷水机组里的溴化锂-水溶液的臭氧破坏指数ODP和温室效应指数GWP均为零，是一种对环境友好型的绿色工质对。
风机墙空气处理机组尺寸具有较大灵活性、机组占地面积小、所需基建工程量不大，不需要单独设置消音段，维修更换简单方便，可靠性高。