微型燃气轮机用烟气余热驱动喷射制冷的进气冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉属于燃气轮机技术领域，及一种进气冷却系统，尤其是涉及一种微型燃气轮机用烟气余热驱动喷射制冷的进气冷却系统。
【背景技术】
[0002]燃气轮机(Gas Turbine)是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在空气和燃气的主要流程中，只有压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气透平(Turbine)这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。燃气轮机的工作原理为: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，同时空气温度也相应提高；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燃气；然后再进入到燃气透平中膨胀做功，推动燃气透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从燃气透平中排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。
[0003]通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是燃气透平的负载。在简单循环中，燃气透平发出的机械功有1/2到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。在燃气轮机起动的时候，首先需要外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气透平发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣，燃气轮机才能自身独立工作。
[0004]目前，世界各国都在积极进行新能源系统的研宄，其中设备小型化和微型化、冷热电联产化是新能源系统的显著特点。近年来，随着微燃气轮机技术的不断提高，以微燃气轮机为核心的冷热电联系统，因其具有建设周期短、占地面积小、运动不减少、可靠性高、噪声低、排放量低、启停迅速等特点，现已逐渐发展起来。微燃气轮机一般采用离心式压缩机和向心式透平，可以燃烧多种燃料，余热只有烟气，排气温度为200-300°C，单机功率为15_300kwo
[0005]燃气轮机是恒体积流量的动力设备，流过的空气质量取决于空气密度，当温度升高时，空气密度降低，致使吸入压气机的空气质量流量减小，机组的做功能力随之降低。另夕卜，压气机的耗工量随吸入空气的热力学温度成正比变化，即大气温度升高时，压气机耗功量增加，燃气轮机净出力减小。据研宄，环境温度每升高1°C，其输出功率会下降1%，发电效率下降0.18-0.41%。夏季高温季节往往是用电高峰时段，受进气温度过高的影响，燃气轮机输出功率下降，限制燃气轮机调峰能力，同时燃气轮机效率和运行经济性下降。
[0006]自上世纪90年代以来，国内外技术工作者就已经在理论和工程实践中，研宄燃气轮机的入口空气冷却技术。目前，燃气轮机的入口空气冷却方式主要有蒸发冷却和冷冻换热两种方式。
[0007]其中，蒸发冷却主要分为直接接触式水膜蒸发冷却和喷雾冷却，使用该方法时，进气温度最多只能冷却到湿球温度附近，受环境约束较大，适用于干燥炎热地区。
[0008]冷冻换热主要包括电压缩制冷、冰蓄冷冷却、液化天然气(LNG)冷能利用冷却、吸收式制冷等几种形式。电压缩制冷系统简单，初投资较低，可获得较低的制冷温度，但缺点是需消耗较多电力，削弱了燃气轮机的用电调峰能力。冰蓄冷冷却的本质也是电压缩制冷，用电低谷蓄冷，用电高峰增加发电，适用于峰谷电价差值较大的地区，但初期投资较高，占地面积较大。溴化锂吸收式制冷是比较成熟的技术，但其系统密封要求比较高，而且溴化锂溶液容易结晶，限制了其制冷范围，另外，溴化锂吸收式制冷机组价格昂贵，初期投资较高，维护费用较高。目前，商业吸收式制冷机难以实现小型化，对于微小型燃气轮机难以匹配。LNG冷能利用冷却只适用于当地有LNG储存站的地区。
[0009]申请号为201310405764.4的中国发明专利公布了一种组合式节能型燃气轮机进气冷却系统，包括压气机、燃烧室及燃气透平，压气机与冷却器出气口管道连接，冷却器进气口与空气过滤器连接，冷却器内部设有除雾器，第一表面换热器设在空气冷却器内，第一表面换热器进水口与第一冷冻水循环泵出水口连接，第一冷冻水循环泵进水口与主制冷机的冷冻水出口连接，第一表面换热器出水口与主制冷机的冷冻水进口连接，冷却器出水口与冷凝水箱进水口连接，冷凝水箱通过高压管路回到冷却器，伸入冷却器内的高压管路上设有雾化喷嘴，位于冷却器外部的高压管路上设有冷凝水泵及冷凝水过滤装置。上述专利是将间接换热冷却与直接蒸发冷却组合使用，虽能减少能耗，但受环境约束较大，只能适用于高温高湿地区，适用范围有限。
[0010]喷射制冷循环介质主要分为水和氟利昂两大类，通过消耗低温热源(工业余热、太阳能等)，来实现整个制冷循环过程。与其他制冷形式比较，喷射制冷循环具有结构简单、运动部件少、运行稳定可靠等特点。为实现高温季节及过渡季节燃气轮机余热制冷，以此来降低燃气轮机的进气温度，稳定燃气轮机的出力，同时，进一步提高燃气轮机在高温季节的余热利用率及能源效率，发明一种利用烟气余热来驱动喷射制冷的微型燃气轮机进气冷却系统则具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0011]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在高温季节或过渡季节中，能够充分利用燃气轮机烟气余热制冷的燃气轮机进气冷却系统，稳定燃气轮机出力，改善燃气轮机性能，提高能源利用效率。
[0012]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0013]微型燃气轮机用烟气余热驱动喷射制冷的进气冷却系统，所述的微型燃气轮机包括压气机、空气冷却器、烟气回热室、排烟管、燃烧室及燃气透平，所述的空气冷却器的出口通过进气管与压气机的入口连接，所述的压气机的出口与烟气回热室的第一入口连接，所述的烟气回热室的第一出口通过管道依次与燃烧室及燃气透平相连接，并经过燃气透平由管道返回连接至烟气回热室的第二入口，构成循环回路，所述的烟气回热室的第二出口通过管道与排烟管的入口相连接，所述的进气冷却系统包括设有高压液态制冷剂的烟气余热回收发生器、喷射器、蒸发器及冷凝器，所述的烟气余热回收发生器设有高温烟气进气口、制冷剂入口及蒸汽出口，所述的高温烟气进气口与排烟管的出口连接，所述的蒸汽出口通过管道依次与喷射器、冷凝器连接，所述的冷凝器通过支路单元分别与烟气余热回收发生器的制冷剂入口及蒸发器的入口相连接，所述的蒸发器的出口通过管道与喷射器连接。
[0014]所述的烟气余热回收发生器还设有低温烟气出气口，该低温烟气出气口直接与大气相通。
[0015]所述的支路单元包括第一支路及第二支路，所述的冷凝器通过第一支路与烟气余热回收发生器的制冷剂入口连接，并且所述的冷凝器通过第二支路与蒸发器的入口连接。
[0016]所述的第一支路上设有水泵，所述的第二支路上设有节流阀。
[0017]所述的喷射器设有引射气体入口，该引射气体入口通过管道与蒸发器的出口连接。
[0018]在工作状态下，所述的蒸发器直接与空气冷却器接触换热。
[0019]在实际使用过程中，蒸发器设置在微型燃气轮机的空气输入端与压气机进气口之间，主要用于对微型燃气轮机的进气进行冷却，喷射器与烟气余热回收发生器通过管道连接，高温高压制冷剂蒸汽在喷射器内首先进行降压扩速，产生负压区，引射蒸发器内不断产生低压制冷剂蒸汽，实现制冷，两股蒸汽混合后进行减速升压，达到环境冷凝压力。
[0020]工作时，微型燃气轮机排出的高温烟气经排烟管进入烟气余热回收发生器，此时，烟气余热回收发生器中的高压液态制冷剂，经高温烟气加热后，形成高温制冷剂蒸汽，该高温制冷剂蒸汽通过管道进入喷射器，并在喷射器内进行降速扩压，产生负压区，引射蒸发器内不断产生低压制冷剂蒸汽，实现制冷，两股蒸汽混合后进行减速升压，直至压力达到环境温度下的冷凝压力，再进入冷凝器中与大气换热冷凝，形成液态制冷剂，该液态制冷剂一部分经第一支路由水泵升压返回至烟气余热回收发生器，另一部分经第二支路由节流阀降压进入蒸发器，并在蒸发器中蒸发制冷，形成气态制冷剂，再依次经过蒸发器的出口、引射气体入口返回至喷射器中，即完成整个进气冷却循环过程。
[0021]本发明将燃气轮机及其循环、低品位余热回收、燃气轮机进气蒸发冷却技术有机结合在一起，利用燃气轮机的低品位热量来驱动喷射制冷蒸发冷却，实现燃气轮机进气冷却的效果，在高温高湿地区，能够有效提高燃气轮机的效率和功率，能大幅超越简单的直接接触式喷水蒸发冷却技术方案，同时，还能够克服传统余热驱动吸收式制冷机组难以匹配微小燃机余热量及投资运行维护费用高等缺点。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下特点:
[0023]I)结合使用蒸发冷却技术与喷射制冷循环技术，能够充分利用燃气轮机的余热，进而有效提高燃气轮机的效率和功率，并解决了传统余热驱动吸收式制冷机组难以匹配微小燃气轮机余热量的技术难题，从而有效降低使用成本；
[0024]2)系统结构简单，没有引入运动部件，投资及运行维护成本低，基于余热制冷，能够实现制冷设备的小型化，能更好