一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的制作方法

本实用新型属于热电联产及余热利用技术领域，尤其涉及一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统。

背景技术：

燃气轮机附带余热锅炉可以便捷地实现热电联产，灵活地满足用户的热电多重需要，其系统的主要形式是燃气轮机排出的高温烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽。但热电联产项目实际运行中，末端热用户所需热负荷会有波动。以往都是通过调整燃机出力来调节热负荷，然而燃气轮机的优势就在于满负荷工况下发电效率最高，经济效益最好。因此，怎样实现在燃气轮机满负荷工况下，满足其末端热用户所需热负荷是本领域技术人员亟待解决的难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统，实现燃气轮机在保持满负荷运转的工况下，同时满足末端热用户的需求。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统，包括：

燃气轮机热电联产子系统、储能子系统、热用户子系统；

所述燃气轮机热电联产子系统包括依次设置的燃气轮机产电子系统和余热锅炉；

当用户热负荷低时，所述燃气轮机产电子系统、所述储能子系统及所述余热锅炉依次串联；所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流经所述储能子系统并与所述储能子系统换热后流向所述余热锅炉；给水通过所述余热锅炉加热成蒸汽后输送给所述热用户子系统；

当用户热负荷高时，所述燃气轮机产电子系统与所述余热锅炉串联；所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流向所述余热锅炉；给水分别通过所述余热锅炉和所述储能子系统加热成蒸汽后共同输送给所述热用户子系统；

当用户热负荷平衡时，所述燃气轮机产电子系统与所述余热锅炉串联；所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流向所述余热锅炉；所述储能子系统关闭；给水通过所述余热锅炉加热成蒸汽后输送给所述热用户子系统。

本技术方案中，本系统通过设定三种工况以适应用户热负荷波动时及时切换不同的运行方式，实现了在燃气轮机产电子系统始终处于满负荷运转的情况下，同时满足热用户子系统对热负荷的需求。由于燃气轮机产电子系统始终处于满负荷运转，无需对燃气轮机产电子系统的负荷频繁调整，使得燃气轮机产电子系统运行的稳定性更高；同时燃气轮机产电子系统维持最高的发电效率，提高了燃气轮机产电子系统的经济效益。

进一步优选地，所述储能子系统包括第一换热器、第一换热介质、储能箱、第一循环泵；所述第一循环泵带动所述第一换热介质依次于所述第一换热器和所述储能箱循环流动；当用户热负荷低时，所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流经所述第一换热器并与所述第一换热介质换热降温后进入所述余热锅炉，升温后的所述第一换热介质流经所述储能箱；当用户热负荷高时，给水通过所述储能箱加热升温形成蒸汽后输送给所述热用户子系统。

本技术方案中，储能子系统设置有储能箱，储能箱用来储存热量，储能箱的大小可以根据实际需求具体设定。当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统出来的烟气流经所述第一换热器时与第一换热介质换热，升温后的第一换热介质流经储能箱而实现热量的回收储存；当用户热负荷高时，给水通过储能箱加热升温形成蒸汽后输送给热用户子系统，从而实现回收存储的热量的再利用；从而实现了燃气轮机产电子系统的烟气余热的优化配置和利用，提高了系统对用户热负荷波动时的适用性，保证了系统运行的稳定性。本技术方案中，只需一台第一循环泵带动第一换热介质就可使第一换热器和第二换热器均处于工作状态，本实用新型结构简单，且易于操作。

进一步优选地，所述储能子系统还包括：第二换热器，所述第一循环泵带动所述第一换热介质依次于所述第一换热器、所述储能箱及所述第二换热器之间循环流动；当用户热负荷低时，所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流经所述第一换热器并与所述第一换热介质换热降温后进入所述余热锅炉，升温后的所述第一换热介质依次流经所述储能箱和所述第二换热器；当用户热负荷高时，给水通过所述第二换热器加热升温形成蒸汽后输送给所述热用户子系统；

本技术方案中，只需一台第一循环泵带动第一换热介质就可使第一换热器和第二换热器均处于工作状态，本实用新型结构简单，且易于操作。

进一步优选地，所述储能子系统还包括：第三换热器、第二换热介质和第二循环泵；所述第二循环泵带动所述第二换热介质依次于所述储能箱及所述第三换热器循环流动；当用户热负荷低时，所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流经所述第一换热器并与所述第一换热介质换热降温后进入所述余热锅炉，升温后的所述第一换热介质流经所述储能箱；当用户热负荷高时，给水通过所述第三换热器加热升温形成蒸汽后输送给所述热用户子系统。

本技术方案中，第一循环泵带动第一换热介质依次于储能箱及第一换热器循环流动实现烟气余热的回收；第二循环泵带动第二换热介质依次于储能箱及第三换热器循环流动而实现被储能箱回收的烟气余热的再利用，两组换热器分开运行，互不干扰。

进一步优选地，所述储能箱外表面设置有保温层。

本技术方案中，保温层能提高储能箱的保温效果，减缓保温箱温度的降低，减少热量损失。

进一步优选地，所述燃气轮机产电子系统出来的烟气经三通阀分别流向所述储能子系统和所述余热锅炉；所述储能子系统和所述余热锅炉通过第一支管连通，所述第一支管设置有第一控制阀；所述储能子系统和所述热用户子系统通过第二支管连通，所述第二支管设置有第二控制阀；所述热用户系统的管道上设置有流量传感器；所述流量传感器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀连接。

本技术方案中，烟气的流向通过三通阀和第一控制阀来控制，储能子系统产生的蒸汽的流向通过第二控制阀来控制；进而通过流量传感器用来实时监测流量值而实现对第一控制阀和第二控制阀的启闭的控制，进而使得系统根据用户热负荷波动及时调整对应的运行方式，实现了系统自动和智能调控。

进一步优选地，还包括：控制系统，所述控制系统分别与所述流量传感器、所述第一控制阀和所述第二控制阀连接；所述控制系统获取所述流量传感器监测的实测流量值；所述控制系统判断所述实测流量值是否大于预设流量值；当所述实测流量值小于所述预设流量值时，所述控制系统调节所述三通阀使得所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流向所述储能子系统；打开所述第一控制阀，关闭所述第二控制阀；启动所述储能子系统；当所述实测流量值大于所述预设流量值时，所述控制系统调节所述三通阀使得所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流向所述余热锅炉，关闭所述第一控制阀，打开所述第二控制阀；启动所述储能子系统；当所述实测流量值等于所述预设流量值时，所述控制系统调节所述三通阀使得所述燃气轮机产电子系统出来的烟气流向所述余热锅炉，关闭所述第一控制阀，关闭所述第二控制阀；关闭所述储能子系统。

本技术方案中，控制系统通过流量传感器监测的实测流量值与预设流量值的对比，进而判断燃气轮机热电联产的热负荷调节系统应当处于哪一种工况下，进而作出相应的调整。本实用新型实现了自动化运行，省去了人工的判断和操作，节省了人力成本和系统维护成本。

本实用新型提供的一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本实用新型针对电负荷和热负荷不匹配的情况，通过设定三种工况以适应用户热负荷波动时及时切换不同的运行方式，实现了在燃气轮机产电子系统始终处于满负荷运转的情况下，同时满足热用户子系统对热负荷的需求。由于燃气轮机产电子系统始终处于满负荷运转，无需对燃气轮机产电子系统的负荷频繁调整，使得燃气轮机产电子系统运行的稳定性更高；同时燃气轮机产电子系统维持最高的发电效率，提高了燃气轮机产电子系统的经济效益。

2、本实用新型设有储能子系统，在热用户子系统热负荷低时，燃气轮机产电子系统出来的烟气流经储能子系统并与储能子系统换热；当热用户子系统热负荷高时，给水通过储能子系统加热成蒸汽后输送给热用户子系统；储能子系统起到了回收热量的作用，节约了能源。

3、本实用新型中，当实测流量值大于预设流量值时，燃气轮机产电子系统出来的烟气流向余热锅炉，给水分别通过余热锅炉和储能子系统加热成蒸汽后共同输送给热用户子系统；由于燃气轮机产电子系统保持满负荷运转，给水通过余热锅炉加热成蒸汽的流量值基本不变；控制系统获取实测流量值与预设流量值的差值来设定第二控制阀的开度，使得给水通过储能子系统加热成的蒸汽流量值能被精确控制，满足热用户子系统的热负荷需求。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的一种实施例的结构示意图；

图2是用户热负荷低时燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的工作示意图；

图3是用户热负荷高时燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的工作示意图；

图4是用户热负荷平衡时燃气轮机热电联产的热负荷调节系统的工作示意图。

附图标号说明：

1.燃气轮机产电子系统；2.余热锅炉；3.储能子系统；31.第一换热器；32.储能箱；33.第一循环泵；34.第一控制阀；35.第二控制阀；36.三通阀；4.分汽缸。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在实施例一中，如图1-4所示，一种燃气轮机热电联产的热负荷调节系统，包括：燃气轮机热电联产子系统、储能子系统3、热用户子系统；燃气轮机热电联产子系统包括依次设置的燃气轮机产电子系统1和余热锅炉2；当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统1、储能子系统3及余热锅炉2依次串联；燃气轮机产电子系统1出来的烟气流经储能子系统3并与储能子系统3换热后流向余热锅炉2；给水通过余热锅炉2加热成蒸汽后输送给热用户子系统；当用户热负荷高时，燃气轮机产电子系统1与余热锅炉2串联；燃气轮机产电子系统1出来的烟气流向余热锅炉2；给水分别通过余热锅炉2和储能子系统3加热成蒸汽后共同输送给热用户子系统；当用户热负荷平衡时，燃气轮机产电子系统1与余热锅炉2串联；燃气轮机产电子系统1出来的烟气流向余热锅炉2；储能子系统3关闭；给水通过余热锅炉2加热成蒸汽后输送给热用户子系统。

在实际应用中，燃气轮机包括有压气机、燃烧室和燃气透平。压气机从外界大气环境吸入空气并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到透平中膨胀做功。压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，透平发出的机械功有2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。因此燃气轮机在低负荷时机械功基本用来带动压气机，发电效率很低。本实用新型设定了三种工况，在用户热负荷波动时切换不同的运行方式，为了实现了在燃气轮机产电子系统1始终处于满负荷运转的情况下，同时满足热用户子系统对热负荷的需求。既提升了燃气轮机热电联产子系统的经济性，又避免了频繁调整燃气轮机热电联产子系统的负荷。

在实施例二中，如图1-4所示，在实施例一的基础上，储能子系统3包括：第一换热器31、第一换热介质、储能箱32、第一循环泵33；第一循环泵33带动第一换热介质依次于第一换热器31和储能箱32循环流动；当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统1出来的烟气流经第一换热器31并与第一换热介质换热降温后进入余热锅炉2，升温后的第一换热介质流经储能箱32；当用户热负荷高时，给水通过储能箱32加热升温形成蒸汽后输送给热用户子系统。进一步地，储能箱32外表面设置有保温层。

本实施例中，储能子系统3设置有储能箱32，储能箱32用来储存换热介质，储能箱32的大小可以根据实际需求具体设定。当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统1出来的烟气流经第一换热器31并与第一换热介质换热，升温后的第一换热介质流经储能箱32；当用户热负荷高时，给水通过储能箱32加热升温形成蒸汽后输送给热用户子系统。保温层能提高储能箱32的保温效果，减缓保温箱温度的降低，减少热量损失。

在实施例三中，如图1-4所示，在实施例二的基础上，储能子系统3还包括：第二换热器，第一循环泵33带动第一换热介质依次于第一换热器31、储能箱32及第二换热器之间循环流动；当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统1出来的烟气流经第一换热器并与第一换热介质换热降温后进入余热锅炉2，升温后的第一换热介质依次流经储能箱32和第二换热器；当用户热负荷高时，给水通过第二换热器加热升温形成蒸汽后输送给热用户子系统。

本实施例中第一换热器31、第二换热器以及第一循环泵33的数量均为两个，正常情况下一个运行一个备用，保证运行的安全性。

在实施例四中，如图1-4所示，在实施例二的基础上，储能子系统3还包括：第三换热器、第二换热介质和第二循环泵；第二循环泵带动第二换热介质依次于储能箱32及第三换热器循环流动；当用户热负荷低时，燃气轮机产电子系统1出来的烟气流经第一换热器31并与第一换热介质换热降温后进入余热锅炉2，升温后的第一换热介质流经储能箱32；当用户热负荷高时，给水通过第三换热器加热升温形成蒸汽后输送给热用户子系统。

本实施例中，第一循环泵33带动第一换热介质依次于储能箱32及第一换热器31循环流动；第二循环泵带动第二换热介质依次于储能箱32及第三换热器循环流动，两组换热器分开运行，互不干扰，减少了两组换热器之间的影响。本实施例中第一换热器31、第三换热器、第一循环泵33及第二循环泵的数量均为两个，正常情况下一个运行一个备用，保证运行的安全性。

在实施例五中，如图1-4所示，在实施例一、二、三或四的基础上，燃气轮机产电子系统1出来的烟气经三通阀36分别流向储能子系统3和余热锅炉2；储能子系统3和余热锅炉2通过第一支管连通，第一支管设置有第一控制阀34；储能子系统3和热用户子系统通过第二支管连通，第二支管设置有第二控制阀35；热用户系统的管道上设置有流量传感器；流量传感器分别与第一控制阀34和第二控制阀35连接。

本实施例中，烟气的流向通过三通阀36和第一控制阀34来控制，储能子系统3产生的蒸汽的流向通过第二控制阀35来控制；流量传感器用来监测实时流量值。热用户系统的管道上还设有分汽缸，分汽缸的连接不同的热用户管道，蒸汽通过通过流量传感器后进入分汽缸，分汽缸里的蒸汽通过不同热用户管道输送给不同的热用户。

在实施例六中，如图1-4所示，在实施例一、二、三、四或五的基础上，燃气轮机热电联产的热负荷调节系统，还包括：控制系统，控制系统分别与流量传感器、第一控制阀34和第二控制阀35连接；控制系统获取流量传感器监测的实测流量值；控制系统判断实测流量值是否大于预设流量值；当实测流量值小于预设流量值时，控制系统调节三通阀36使得燃气轮机产电子系统1出来的烟气流向储能子系统3；打开第一控制阀34，关闭第二控制阀35；启动储能子系统3；当实测流量值大于预设流量值时，控制系统调节三通阀36使得燃气轮机产电子系统1出来的烟气流向余热锅炉2，关闭第一控制阀34，打开第二控制阀35；启动储能子系统3；当实测流量值等于预设流量值时，控制系统调节三通阀36使得燃气轮机产电子系统1出来的烟气流向余热锅炉2，关闭第一控制阀34，关闭第二控制阀35；关闭储能子系统3。

本实施例中，控制系统通过流量传感器监测的实测流量值与预设流量值的对比，进而判断燃气轮机热电联产的热负荷调节系统应当处于哪一种工况下，进而作出相应的调整。本实用新型实现了自动化运行，省去了人工的判断和操作，节省了人力成本，提高了设备运行的安全性。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。