专利名称：一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，即以烟气单效型溴 冷机提供冷源对燃机进气进行第一级冷却、以电制冷机提供冷源对燃机进气进行第二级冷 却、制冷机的所有冷凝热负荷最终通过空气冷却排向大气的新型燃机进气冷却系统，属于 燃气轮机领域。
背景技术：
燃机进气冷却是解决燃机高温季节出力不足效率下降的有效手段，对高温干燥 地区，传统的以纯电制冷机为冷源的燃机进气冷却系统，其结构如图2所示，图中的1是 水-空气冷却器，1-1是换热盘管，2是燃气轮机，3是烟 ，6是离心式制冷机，7是螺杆式制 冷机，8是蓄冷水罐高温端，9是蓄冷水罐低温端，VII是第1阀门，VIII是第2阀门，14是 第1水泵，15是第2水泵。所述离心式制冷机6冷水出水口经第1水泵14与螺杆式制冷 机7冷水进水口连接，螺杆式制冷机7冷水出水口经第2阀门VIII与蓄冷水罐低温端9进 水口连接，蓄冷水罐低温端9出水口经第2水泵15与水-空气冷却器1的换热盘管1-1进 水口连接，换热盘管1-1出水口与蓄冷水罐高温端8进水口连接，蓄冷水罐高温端8出水口 经第1阀门VII与离心式制冷机6冷水进水口连接，水-空气冷却器1出气口与燃气轮机 2进气口连接，燃气轮机2出气口与烟囱3相连。虽能解决恢复高温时段燃机出力的问题， 但同时存两大主要问题1.燃机进气冷却系统自身耗电量大该系统所需冷量完全由电制冷机即离心式制冷机和螺杆式制冷机提供，并且电制 冷机制取低温冷水时直接将冷凝热排向高温的环境，由此增加了制冷机的冷凝温度、导致 电动压缩机工作环境恶劣、耗电量大，这对于本身需要增加电力供应的燃机电站来说经济 性受到很大影响；2.进气冷却系统年有效供冷时间短该系统通过蓄冷水罐蓄冷的方式可以解决高温时段燃机出力的问题，但就一年来 说，极端高温的时间必定不长，当气侯变凉时系统的蓄冷时间应该可以缩短而供冷时间可 以延长，但这种系统却对气温的变化不够敏感，即即使当天的最高气温降低了，其供冷时 间的增加也极为有限，这就导致进气冷却系统全年的有效供冷时间短，年增加的发电量有 限。以上两方面的缺陷，极大地降低了项目的经济性，影响了高温干燥地区燃机进气 冷却技术的推广前景。鉴于高温干燥地区燃机大多采用简单循环发电，大量高温烟气被白白浪费掉，能 否充分利用余热烟气制冷来克服以上两大缺陷、提高项目的经济性呢？
发明内容本实用新型的目的是为了克服上述现有燃气轮机进气冷却系统完全靠电制冷机冷却的不足之处，设计一种充分利用燃气轮机排出的高温烟气制冷，与电制冷机共同对燃 机进气进行冷却的结构简单合理、冷却效果好、电力消耗低、使用方便、适合在高温干燥地 区燃气轮机使用的一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统。本实用新型的一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，包括水-空气冷却器 (1)及其换热盘管(1-1)、燃气轮机O)、烟囱(3)、第一级电制冷机(6)、第二级电制冷机 (7)、蓄冷水罐高温端⑶、蓄冷水罐低温端(9)、第1阀门(VII)、第2阀门(VIII)、第1水 泵(14)、第2水泵(15)，还包括烟气单效型溴冷机G)、空气-水冷却器(5)、引风机(10)、 烟气系统(11)、第二个换热盘管(1-2)、第3阀门(I)、第4阀门(II)、第3水泵(12)、第4 水泵(13)，其中，所述第二个换热盘管(1- 增设在换热盘管(1-1)前面与进气口之间的 水-空气冷却器(1)内，所述第一级电制冷机(6)冷水出水口经第1水泵(14)与第二级电 制冷机(7)冷水进水口连接，第二级电制冷机(7)冷水出水口经第2阀门(VIII)与蓄冷水 罐低温端(9)进水口连接，蓄冷水罐低温端(9)出水口经第2水泵(1 与水-空气冷却器 ⑴的换热盘管(1-1)进水口连接，换热盘管(1-1)出水口与蓄冷水罐高温端⑶进水口连 接，蓄冷水罐高温端(8)出水口经第1阀门(VII)与第一级电制冷机(6)冷水进水口连接， 水-空气冷却器(1)出气口与燃气轮机(2)进气口连接，燃气轮机O)出气口与烟囱(3) 相连，烟囱( 的部分烟气经烟气系统(11)与烟气单效型溴冷机(4)烟气进口连接，烟气 单效型溴冷机(4)烟气出口的烟气经引风机(10)排出，空气-水冷却器(5)出水口经第3 水泵(1 与烟气单效型溴冷机(4)冷却水进口连接，烟气单效型溴冷机(4)冷却水出口与 空气-水冷却器( 进水口连接，烟气单效型溴冷机(4)冷媒水出口经第4水泵(1 和第 4阀门(II)与第二个换热盘管(1- 进水口连接，第二个换热盘管(1- 出水口经第3阀 门(I)与烟气单效型溴冷机(4)冷媒水进口连接。为了便于利用烟气单效型溴冷机的冷媒水对选用水冷型的第一级电制冷机和第 二级电制冷机进行冷却，可增设有第5阀门(III)和第6阀门(IV)，所述第5阀门(III)的 一端与第4水泵(13)出水口连接，第5阀门(III)的另一端与第一级电制冷机(6)冷却水 进口和第二级电制冷机(7)冷却水进口连接，第一级电制冷机(6)冷却水出口和第二级电 制冷机(7)冷却水出口经第6阀门(IV)与烟气单效型溴冷机(4)冷媒水进口连接。为了在气温不高的情况下，便于将第一级电制冷机和第二级电制冷机停机，直接 使用烟气单效型溴冷机的冷媒水进行制冷，可增设有第7阀门(V)和第8阀门(VI)，所述 第8阀门(VI)的一端与第4水泵(13)出水口连接，第8阀门(VI)的另一端与与蓄冷水罐 低温端(9)进水口连接，第7阀门(V)的一端与蓄冷水罐高温端⑶出水口连接，第7阀门 (V)的另一端与与烟气单效型溴冷机(4)冷媒水进口连接。本实用新型的混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，主要是在现有的纯电制冷机 为冷源的燃机进气冷却系统的基础上，增设有烟气单效溴冷机及相关装置，即可利用燃气 轮机排出的高温烟气经烟气单效溴冷机转换成冷媒水，与电制冷机共同对进气冷却，由于 烟气单效溴冷机自身耗电很少，所以能在得到同样降温效果情况下大幅度降低了电力消 耗，具有结构简单合理、进气冷却效果好、电力消耗低、操作简单方便等优点，最适合在高温 干燥地区燃机电站使用。
图1是本实用新型的混合型冷源的高效燃机进气冷却系统的结构示意4[0016]图2是现有的纯电制冷机冷源的燃机进气冷却系统的结构示意图；图3是两种燃机进气冷却系统在不同温度环境条件下效率对比图；图4两种燃机进气冷却系统在不同温度环境条件下有效工作时间对比图。
具体实施方式
附图非限制性公开了本实用新型的一种具体实施例，现结合附图作进一步描述如 下本实用新型的混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，主要是在现有的纯电制冷机 作冷源对燃机进气冷却的基础上，增设有利用燃气轮机排出的高温烟气制冷装置，与电制 冷机共同对燃机进气进行冷却，是对如图2所示的现有的纯电制冷机冷源的燃机进气冷却 系统的一种改进，其结构如图1所示，具体包括水-空气冷却器1及其换热盘管1-1、燃气 轮机2、烟 3、第一级电制冷机6、第二级电制冷机7、蓄冷水罐高温端8、蓄冷水罐低温端 9、第1阀门VII、第2阀门VIII、第1水泵14、第2水泵15，还包括烟气单效型溴冷机4、空 气-水冷却器5、引风机10、烟气系统11、第二个换热盘管1-2、第3阀门I、第4阀门II、第 3水泵12、第4水泵13，其中，所述第二个换热盘管1-2增设在换热盘管1-1前面与进气口 之间的水-空气冷却器1内，所述第一级电制冷机6冷水出水口经第1水泵14与第二级电 制冷机7冷水进水口连接，第二级电制冷机7冷水出水口经第2阀门VI11与蓄冷水罐低温 端9进水口连接，蓄冷水罐低温端9出水口经第2水泵15与水-空气冷却器1的换热盘管 1-1进水口连接，换热盘管1-1出水口与蓄冷水罐高温端8进水口连接，蓄冷水罐高温端8 出水口经第1阀门VII与第一级电制冷机6冷水进水口连接，水-空气冷却器1出气口与 燃气轮机2进气口连接，燃气轮机2出气口与烟囱3相连，烟囱3的部分烟气经烟气系统11 与烟气单效型溴冷机4烟气进口连接，烟气单效型溴冷机4烟气出口的烟气经引风机10排 出，空气-水冷却器5出水口经第3水泵12与烟气单效型溴冷机4冷却水进口连接，烟气 单效型溴冷机4冷却水出口与空气-水冷却器5进水口连接，烟气单效型溴冷机4冷媒水 出口经第4水泵13和第4阀门II与第二个换热盘管1-2进水口连接，第二个换热盘管1-2 出水口经第3阀门I与烟气单效型溴冷机4冷媒水进口连接。为了便于利用烟气单效型溴冷机的冷媒水对选用水冷型的第一级电制冷机和第 二级电制冷机进行冷却，可增设有第5阀门III和第6阀门IV，所述第5阀门III的一端与 第4水泵13出水口连接，第5阀门III的另一端与第一级电制冷机6冷却水进口和第二级 电制冷机7冷却水进口连接，第一级电制冷机6冷却水出口和第二级电制冷机7冷却水出 口经第6阀门IV与烟气单效型溴冷机4冷媒水进口连接。为了在气温不高的情况下，便于将第一级电制冷机和第二级电制冷机停机，直接 使用烟气单效型溴冷机的冷媒水进行制冷，可增设有第7阀门V和第8阀门VI，所述第8阀 门VI的一端与第4水泵13出水口连接，第8阀门VI的另一端与蓄冷水罐低温端9进水口 连接，第7阀门V的一端与蓄冷水罐高温端8出水口连接，第7阀门V的另一端与与烟气单 效型溴冷机4冷媒水进口连接。本实用新型的冷却系统在在额定高温工况(如将燃机进气温度50°C冷却到15°C ) 时，各主要设备的工作状况为在水-空气冷却器1里来自溴冷机4或蓄冷水罐(8，9)的冷水与热空气进行非接 触式换热，冷水在第二个换热盘管1-2和换热盘管1-1的管内流动，热空气在管外流动，热交换的结果是将50°C进气温度被依次冷却到40°C和额定的温度(如15°C )，管内冷水被管 外热空气加热后分别回到溴冷机4冷媒水进口或蓄冷水罐高温端8 ；利用燃机烟囱3的排放烟气驱动的烟气单效型溴冷机4，在5小时供冷时其冷媒 水进入水-空气冷却器1的第二个换热盘管1-2中冷却50°C高温进气，在19小时蓄冷时该 制冷机制取的冷媒水当做电制冷机(第一级电制冷机6和第二级电制冷机7)的冷却水，用 于排放电制冷机的冷凝热。在空气-水冷却器5里空气通过风扇强制对流冷却管内热水，这里的空气取自大 气环境，高温热水来源于烟气单效型溴冷机4的冷却水出水，被空气-水冷却器5冷却的热 水重新回到烟气单效型溴冷机4用作其冷却水进水。电制冷机(第一级电制冷机6和第二级电制冷机7)的主要作用是在19小时的蓄 冷工况里制取4°C的低温冷水，电制冷机的冷凝排热由其烟气单效型溴冷机4的冷媒水带 走。为了提供单位水量的蓄冷量采用了大温差(25°C -4°C )方式蓄冷，采用第一级电制冷 机6和第二级电制冷机7串联可获得冷水大温差(25°C -4°C )。具有相当容量、保温效果良好、罐内冷水严格分层(高温水在上、低温水在下)的 蓄冷水罐，依靠水的温差进行蓄冷，在蓄冷工况时，25°C的水被电制冷机逐渐冷却至4°C送 至罐子下部的蓄冷水罐低温端9，在放冷工况时，罐子下部的4度冷水被抽出送至水-空气 冷却器1的换热盘管1-1中冷却燃机进气至15°C，自身被加热到25°C回到罐子上部的蓄冷 水罐高温端8。在不同工况条件下，燃机进气冷却系统的工作状态进一步说明如下1.当天最高大气温度30°C _50°CΑ)设计工况(燃机进气温度50°C )下供冷时间5小时阀I，II打开，阀III，IV关闭，阀V，VI关闭，阀VII，VIII打开，系统采用两级冷 却方式将燃机2进气温度恢复到15°C 第一级冷却是将50°C空气通过水-空气冷却器1的第二个换热盘管1-2冷却到 400C，由单效烟气型溴冷机4提供冷源，溴冷机4的排热由空气-水冷却器5带走；第二级冷却是将40°C空气通过水-空气冷却器1的换热盘管1-1冷却到15°C，由 蓄冷水罐低温端9提供冷源水，蓄冷水由电制冷机6和7制取.B)设计工况下蓄冷时间19小时阀I，II关闭，阀III，IV打开，阀V，VI关闭，阀VII，VIII打开，系统采用两级冷 却方式获取4°C冷媒水第一级冷却是通过第一级电制机6将25°C水冷却到7。C，冷凝热排入单效烟气型 溴冷机4冷媒水系统，溴冷机4的排热由空气-水冷却器5带走；第二级冷却是通过第二级电制冷机7将7°C水冷却到4°C，冷凝热排入单效烟气型 溴冷机4冷媒水系统，溴冷机4的排热由空气-水冷却器5带走；注当最高大气温度在40°C -50°C时，大气温度每降低TC每天的供冷时间延长 0. 35小时、蓄冷时间缩短0. 35小时；当最高大气温度在30°C -40°C时，大气温度每降低1°C每天的供冷时间延长1. 55 小时、蓄冷时间缩短1. 55小时。2.当天最高大气温度25°C-30°C[0043]第一级电制机6和第二级电制机7停止运转，蓄冷所蓄冷量由溴冷机4多余的冷 量提供，蓄冷时，阀I，II打开，阀III，IV关闭，阀V，VI打开，阀VII，VIII关闭。不蓄冷时， 阀I，II打开，其余阀关闭。由于溴冷机4每天连续M小时工作，故系统可每天连续M小 时供冷；3.当天最高大气温度低于25°C蓄冷装置停止工作，阀I，II打开，其余阀关闭，由溴冷机4提供冷源保证系，可每 天连续M小时供冷将燃机进气冷却到15°C。通过以上过程实现了高效、高出力燃气轮机2所需要的冷却空气。综上说明可知，本实用新型设计的一种混合溴冷机和电制冷机为冷源的燃机进气 冷却系统(TIAC系统)单位耗电量的制冷量(COP值)明显高于纯电制冷为冷源的燃机进 气冷却系统(TIAC系统)单位耗电量的制冷量(COP值)，其对比曲线如图3所示。图4曲 线表明本实用新型的燃机进气冷却系统在各种大气环境温度下与纯电制冷方案每天有效 工作(将燃机进气温度恢复到15°C )时间与当天最高大气温度关系的对比图。这说明本实 用新型的混合型冷源的燃机进气冷却系统无论是COP值还是每天有效工作时间都较纯电 制冷方案具有明显的优势，这种系统在高温(通常当天最高气温在40°C -50°C左右)、干燥 (通常相对湿度在10%-20%左右)、当天高温时段也是用电高峰时段地区的燃机电站具有 广阔的推广前景。
权利要求1.一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，包括水-空气冷却器(1)及其换热盘 管(1-1)、燃气轮机O)、烟囱(3)、第一级电制冷机(6)、第二级电制冷机(7)、蓄冷水罐高 温端(8)、蓄冷水罐低温端(9)、第1阀门(VII)、第2阀门(VIII)、第1水泵(14)、第2水 泵(15)，其特征在于还包括烟气单效型溴冷机G)、空气-水冷却器(5)、引风机(10)、烟气 系统(11)、第二个换热盘管(1-2)、第3阀门(I)、第4阀门(II)、第3水泵(12)、第4水泵 (13)，其中，所述第二个换热盘管(1-2)增设在换热盘管(1-1)前面与进气口之间的水-空 气冷却器(1)内，所述第一级电制冷机(6)冷水出水口经第1水泵(14)与第二级电制冷机 (7)冷水进水口连接，第二级电制冷机(7)冷水出水口经第2阀门(VIII)与蓄冷水罐低温 端(9)进水口连接，蓄冷水罐低温端(9)出水口经第2水泵(15)与水-空气冷却器(1)的 换热盘管(1-1)进水口连接，换热盘管(1-1)出水口与蓄冷水罐高温端(8)进水口连接，蓄 冷水罐高温端(8)出水口经第1阀门(VII)与第一级电制冷机(6)冷水进水口连接，水-空 气冷却器⑴出气口与燃气轮机(2)进气口连接，燃气轮机⑵出气口与烟囱(3)相连，烟 囱(3)的部分烟气经烟气系统(11)与烟气单效型溴冷机(4)烟气进口连接，烟气单效型溴 冷机⑷烟气出口的烟气经引风机(10)排出，空气-水冷却器(5)出水口经第3水泵(12) 与烟气单效型溴冷机(4)冷却水进口连接，烟气单效型溴冷机(4)冷却水出口与空气-水 冷却器( 进水口连接，烟气单效型溴冷机(4)冷媒水出口经第4水泵(1 和第4阀门 (II)与第二个换热盘管(1- 进水口连接，第二个换热盘管(1- 出水口经第3阀门(I) 与烟气单效型溴冷机(4)冷媒水进口连接。
2.如权利要求1所述的一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，其特征在于增设有 第5阀门(III)和第6阀门(IV)，所述第5阀门(III)的一端与第4水泵(13)出水口连 接，第5阀门(I II)的另一端与第一级电制冷机(6)冷却水进口和第二级电制冷机(7)冷 却水进口连接，第一级电制冷机(6)冷却水出口和第二级电制冷机(7)冷却水出口经第6 阀门(IV)与烟气单效型溴冷机(4)冷媒水进口连接。
3.如权利要求1或2所述的一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，其特征在于增 设有第7阀门(V)和第8阀门(VI)，所述第8阀门(VI)的一端与第4水泵(13)出水口连 接，第8阀门(VI)的另一端与与蓄冷水罐低温端(9)进水口连接，第7阀门(V)的一端与 蓄冷水罐高温端(8)出水口连接，第7阀门(V)的另一端与与烟气单效型溴冷机(4)冷媒 水进口连接。
专利摘要本实用新型的一种混合型冷源的高效燃机进气冷却系统，包括水-空气冷却器(1)及其换热盘管(1-1)、燃气轮机(2)、烟囱(3)、最多两级电制冷机(6、7)、蓄冷水罐高温端(8)、蓄冷水罐低温端(9)、第1阀门(VII)、第2阀门(VIII)、第1水泵(14)、第2水泵(15)，还包括烟气单效型溴冷机(4)、空气-水冷却器(5)、引风机(10)、烟气系统(11)、第二个换热盘管(1-2)、第3阀门(I)、第4阀门(II)、第3水泵(12)、第4水泵(13)，其中，所述第二个换热盘管(1-2)增设在换热盘管(1-1)前面，利用燃气轮机排出的高温烟气经烟气单效溴冷机转换成冷媒水，与电制冷机共同对燃机进气冷却，具有结构简单合理、冷却效果好、电力消耗低、操作简单方便等优点，最适合在高温干燥地区的燃机电站使用。
文档编号F01K23/10GK201865771SQ20092023639
公开日2011年6月15日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者郑叔琛, 高林华 申请人:郑叔琛, 高林华