燃气轮机压气机进气升温系统及其组成的燃气或燃气-蒸汽联合循环发电机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种燃气轮机压气机进气升温系统及其组成的燃气或燃气-蒸汽联合循环发电机组，属于燃气轮机【技术领域】；所述升温方法是以燃气轮机的排气为热源，加热燃气轮机压气机的进气，升温系统包括燃气轮机机组，其进气道设置有进气过滤器，排气道或排气道后续余热利用系统设置有热量采出装置，进气过滤器处设置有供热装置，热量采出装置和供热装置组合构成热交换网络；本实用新型的燃气轮机压气机进气升温方法及升温系统，采用燃气轮机排气道的燃气排气作为热源为压气机进口空气升温，提高压气机进气温度，达到防止进气过滤器滤芯结冰或压气机进口叶片结冰的目的，提高了升温过程的经济性，另外避免了因燃气轮机本身热量采出对燃气轮机工况的不利影响。
【专利说明】燃气轮机压气机进气升温系统及其组成的燃气或燃气-蒸 汽联合循环发电机组
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种燃气轮机机组内的换热方法及换热网络，尤其是一种燃气轮 机压气机进气升温换热方法及升温换热系统，属于燃气轮机【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 燃气-蒸汽联合循环的实质就是把燃气轮机的布雷敦循环（Brayton Cycle)和蒸 汽轮机的的朗肯循环（Rankine Cycle)串联地叠加在一起，组成一个联合的循环系统。燃 气-蒸汽联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和蒸汽轮机相结合，能将高品位和 低品位的热量利用起来。它既利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和蒸汽轮机循环平均放 热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。
[0003] -个典型的燃气-蒸汽联合循环发电机组配置主要包括一台燃气轮机发电机组、 一台余热锅炉以及一台蒸汽轮机发电机组。燃气轮机又包括进气过滤器，进气过滤器的目 的是过滤空气中的尘埃粒子等杂质，保证进入燃气轮机压气机工作的是洁净空气，进气过 滤器通常有粗滤(又称粗滤滤芯）和精滤(又称精滤滤芯)，精滤又可采用平板式滤芯或采用 筒式滤芯两种型式。余热锅炉换热器部分通常包括过热器、蒸发器和给水加热器(又称省煤 器)，燃气轮机的高温排气通过排气道进入余热锅炉，经过热器、蒸发器和给水加热器产生 蒸汽提供给蒸汽轮机做功发电。
[0004] 由于燃气轮机运行地域的因素，特别是当燃气轮机运行在低温环境中时，配套有 调节工况的进气升温加热装置。目前已有的升温系统，有采用额外的进气加热系统(采用电 加热或天然气加热）对通过压气机过滤器滤芯后的空气加热，也有采用原有压气机抽气直 接喷入进气过滤器滤芯后与压气机进气混合加热。它们的目的都是提高压气机过滤器滤芯 后进气的空气温度，同时也降低了空气的相对湿度。
[0005] 上述的采用额外的进气加热系统（电加热或天然气加热）需要配备电加热设备或 天然气燃烧加热设备，并且需要消耗电能或天然气，经济性较差。
[0006] 上述的采用原有压气机抽气作为热源的方法，增加了压气机的耗功，减少了燃气 轮机燃烧器和高温透平的工质流量，降低了燃气轮机高温透平的做功，也就降低了燃气轮 机的出力，而且也降低了燃气轮机的效率。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种燃气轮机压气机进 气升温方法及升温系统，利用燃气轮机系统内部的热源作为加热源，以降低传统电加热或 天然气加热方式的设备和能源投入，同时避免热源采出后对燃气轮机本身工况的影响。
[0008] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0009] -种燃气轮机压气机进气升温方法，以燃气轮机的排气为热源，加热燃气轮机压 气机的进气。即从燃气轮机排气道或排气道后续余热利用系统采出燃气排气的热量，将采 出的燃气排气热量用作压气机进气的升温。
[0010] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温方法，上述的燃气排气热量的采出，可以 为引出燃气排气的方式直接采出，也可以为在燃气排气流体通道内设置换热器以加热导热 介质的方式间接采出；采出的燃气排气热量用作压气机进气升温的过程，可以为采用混合 的方式直接升温，也可以采用换热的方式进行间接升温。
[0011] 进一步的，以燃气轮机的排气为热源，在压气机进气过滤器滤芯位置加热燃气轮 机压气机的进气。
[0012] 进一步的，以燃气轮机的排气为热源对空气进行加热，再将加热后的空气输送至 压气机进气过滤器滤芯位置与压气机进气混合。
[0013] 进一步的，将加热后的空气输送至压气机进气过滤器滤芯的粗滤出气侧，并朝向 粗滤的方向喷入。
[0014] 当燃气轮机运行在低温环境中时，发明人通过长期研究发现：特别是当燃气轮机 运行在低温高湿度环境中时，进气过滤器的滤芯容易结冰，结冰后可能导致滤芯前后压差 超出允许值而导致停机，或进气过滤器保护启动或滤芯被压差破坏，甚至压气机进口导叶 或动叶结冰，这种结冰一旦积累到一定程度就会脱落，被吸入压气机通流部位而破坏压气 机。这时传统热源在过滤器滤芯后的加入位置已经不能满足系统的运转需求，通过上述方 案，使得解决了过滤器在更恶劣的低温高湿度环境中运转存在的问题。
[0015] 采用空气加热的方式并引入压气机进气，能够实现高效的加热，并且所引入的空 气不会对燃气燃气轮机工况照成影响，不需要对工况进行调整。
[0016] 进一步的，将加热后的空气输送至压气机进气过滤器的粗滤出气侧，并朝向粗滤 的方向喷入。
[0017] 空气输送至压气机进气过滤器的粗滤出气侧，相比于将空气引入至过滤器最前端 进入，能够有效的防止较高温度空气热量的散失，同时朝向粗滤的方向喷入又能进一步避 免粗滤滤网上结冰。
[0018] 进一步的，所述燃气轮机联合设置有余热锅炉，热源来自于余热锅炉的燃气轮机 排气通道。
[0019] 该方案属于燃气轮机联合循环设置余热锅炉实施方案，余热锅炉内排气一般来讲 是依次过热器段、蒸发器段、给水加热器段和烟?段，而热量的采出也可以来自过热器段、 蒸发器段、给水加热器段或烟?段，由于给水加热器段或烟?段的温度相对较低，将热源采 出点设置在该段上，能够有效地降低换热设备的要求。
[0020] 一种采用所述的燃气轮机压气机进气升温方法的燃气轮机压气机进气升温系统， 包括燃气轮机机组，所述燃气轮机机组的进气道设置有进气过滤器，燃气轮机机组的排气 道或排气道后续余热利用系统设置有热量采出装置，所述进气过滤器处设置有供热装置， 所述热量采出装置和供热装置组合构成热交换网络。
[0021] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温系统，所述热量采出装置可以为将热量直 接或间接采出的装置，包括采出管道或者换热器等形式；所述供热装置可以为冷热气体进 行混合的混合装置，或者对冷气体进行传热的换热器形式；所述的热量采出装置和供热装 置连接配合组成热交换网络，是指热量采出装置和供热装置直接连接或者通过配合的换热 单元以换热形式间接连接而组成的用于热交换的换热网络。
[0022] 进一步的，所述热量采出装置包括设置于排气道内的换热器，所述换热器和供热 装置通过管道连通组成换热网络，所述换热网络管道上设置有流体输送装置。
[0023] 上述采用了一种间接传热过程，即流体进入位于排气道内的换热器，经过加热后 送入供热装置对进气进行加热，流体可以选用空气，并通过风机输送，在燃气轮机进气位置 与进气进行混合。
[0024] 进一步的，所述燃气轮机机组还包括设置于燃气机组排气道后段的余热锅炉，所 述热量采出装置包括设置于余热锅炉段内的换热器，所述换热器和供热装置通过管道连通 组成换热网络，所述换热网络管道上设置有流体输送装置。
[0025] 上述采用了 一种间接传热过程，其热源来至于余热锅炉段内，相比于热源来至于 排气道内，能够显著的降低换热设备的要求。
[0026] 进一步的，所述燃气轮机机组还包括设置于燃气机组排气道后段的余热锅炉，所 述热量采出装置包括开设于余热锅炉的采气口和设置于机组外部的换热器；所述采气口、 换热器和供热装置通过管道连通组成换热网络，所述换热网络管道上设置有流体输送装 置。
[0027] 该换热器设置于燃气轮机外部，能够降低换热器存在对排气道或者余热锅炉体积 占用，直接将热排气引出机组，在机组外部通过换热器进行加热。
[0028] 进一步的，所述供热装置为一组气体喷嘴，所述气体喷嘴设置于进气过滤器滤芯 的粗滤出气侧，并且气体喷嘴出口朝粗滤出气侧方向布置。采用气体喷嘴加热后的气体与 进气进行混合，达到加热升温进气的目的，气体喷嘴喷出的为空气。
[0029] -种燃气或燃气-蒸汽联合循环发电机组，采用了所述的燃气轮机压气机进气升 温系统。
[0030] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型的燃 气轮机压气机进气升温方法及升温系统，采用燃气轮机排气道的燃气排气作为热源来源， 且作为压气机进口空气的升温，提高压气机进气温度，降低压气机进气相对湿度，达到防止 进气过滤器滤芯结冰或压气机进口叶片结冰的目的，相比于现有的采用电加热或天然气加 热方式，降低了设备的投入，提高了升温过程的经济性，另外相比于采出压气机抽气作为热 源的方法，降低了因燃气轮机本身热量采出对燃气轮机工况的不利影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0032] 图1是本实用新型的一实施例结构示意图；
[0033] 图2是本实用新型的另一实施例结构示意图；
[0034] 图3是本实用新型的另一实施例结构示意图。
[0035] 图中标记：1-采气口、2a_烟气管道a、2b-烟气管道b、2c_烟气管道c、3_热电 偶T FIN、4-烟气碟阀、5-低压烟气风机、6-气气换热器、7-小型空气过滤器、8-热电偶TAIN1、 9a-空气管道a、9b-空气管道b、9c-空气管道c、10-低压空气风机、11-热电偶T rouT、12-烟 气排空管道及装置、13-热电偶Tmuti、14-空气碟阀、15-热电偶T ATOT2、16-热电偶Tain2、17-湿 度计TKH3、18-热电偶T AIN3、19-湿度计Teh2JO-加热空气歧管、21-气体喷嘴、22-粗滤、23-精 滤、24-过热器、25-蒸发器、26-给水加热器、27-低温空气加热器、28-高温空气加热器。
【具体实施方式】
[0036] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0037] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可 被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列 等效或类似特征中的一个例子而已。
[0038] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温方法，以燃气轮机的排气为热源，加热燃 气轮机压气机的进气。即从燃气轮机排气道或排气道后续余热利用系统采出燃气排气的热 量，将采出的燃气排气热量用作压气机进气的升温。所述燃气排气热量的采出，可以为引出 燃气排气的方式直接采出，也可以为在燃气排气流体通道内设置换热器以加热导热介质的 方式间接采出；采出的燃气排气热量用作压气机进气升温的过程，可以为采用混合的方式 直接升温，也可以采用换热的方式进行间接升温。
[0039] 实施例1
[0040] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温系统，包括燃气轮机机组(压气机、燃烧器 和透平)，所述燃气轮机机组的进气道设置有进气过滤器，所述进气过滤器由依次布置的粗 滤22和精虑23组成，粗滤22和精虑23之间设置有热电偶TAIN216和湿度计TKH317,精虑23 后设置有热电偶T ain3IS和湿度计Trai2Ig ;燃气轮机机组的排气道后续联合设置有余热蒸汽 发电系统，所述余热蒸汽发电系统包括余热锅炉和蒸汽轮机，排气道的高温气体依次通过 余热锅炉的过热器24、蒸发器25、给水加热器26和烟囱，其结构如图1所示。
[0041] 所述余热蒸汽发电系统的烟囱段底部(温度约为80°C)开设有采气口 1，机组的外 部设置有低压烟气风机5,采气口 1通过烟气管道a2a与低压烟气风机5连通，该烟气管 道a2a上设置有热电偶TFIN3和烟气碟阀4 ;与低压烟气风机5的出口烟气管道b2b设置有 气气换热器6,气气换热器6的冷源空气管道b9b设置有低压空气风机10,低压空气风机 10的进口空气管道a9a上还设置有小型空气过滤器7,小型空气过滤器7上设置有热电偶 ΤΑΙΝ18,气气换热器6的热源出口烟气管道c2c上设置有烟气排空管道及装置12和热电偶 TfqutII,气气换热器6的冷源出口空气管道c9c上设置有热电偶Taqut113、空气碟阀14和热 电偶T atot2 15,空气管道c9c与设置于进气过滤器粗滤22出气侧的加热空气歧管20连接，力口 热空气歧管20上设置有一组均匀分布的气体喷嘴21，所述气体喷嘴21的喷嘴出口朝粗滤 22出气侧方向布置。
[0042] 上述的采气口 1和气气换热器6组成热量采出装置，而低压空气风机10和低压烟 气风机5为流体输送装置，上述的加热空气歧管20和气体喷嘴21组成所述供热装置，并设 置于粗滤22和精虑23之间。
[0043] 为了保证系统运转的节能和安全性，所述烟气管道2a、烟气碟阀4、烟气管道2b、 烟气管道2c、低压烟气风机5、气气换热器6、空气管道9c、空气碟阀14采取保温层防护。
[0044] 在非低温、非高湿工作环境下，进气过滤器及压气机进口导叶、第一级动叶不发生 结冰时，本实用新型升温系统停止工作。此时，所述烟气碟阀4、空气碟阀14处于关闭状态。
[0045] 本实施例的燃气轮机压气机进气升温系统，将余热蒸汽发电系统的烟囱内的排气 道烟气采出，采出的烟气对空气进行加热，加热后的空气送至压气机前端的进气过滤器，与 进入的空气进行混合，以提高压气机进气温度，降低压气机进气相对湿度，达到防结冰目 标。
[0046] 实施例2
[0047] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温系统，包括燃气轮机机组(压气机、燃烧器 和透平)，所述燃气轮机机组的进气道设置有进气过滤器，所述进气过滤器由依次布置的粗 滤22和精虑23组成，粗滤22和精虑23之间设置有热电偶T AIN216和湿度计TKH317,精虑23 后设置有热电偶Tain3IS和湿度计T rai2Ig ;燃气轮机机组的排气道后续联合设置有余热蒸汽 发电系统，所述余热蒸汽发电系统包括余热锅炉和蒸汽轮机，排气道的高温气体依次通过 余热锅炉的过热器24、蒸发器25、给水加热器26和烟囱，其结构如图2所示。
[0048] 所述余热蒸汽发电系统的给水加热器26段(温度约为80°C)内设置有低温空气加 热器27,在低温空气加热器27所在段的前后位置分别设置有热电偶T fin3和热电偶TftotII, 所述低温空气加热器27的进口空气管道b9b上设置有位于机组外部的低压空气风机10， 低压空气风机10进口空气管道a9a设置有小型空气过滤器7和热电偶T AIN18 ;低温空气加 热器27出口的空气管道c9c上设置有空气碟阀14和热电偶TA_13、热电偶TA_15,空气 管道c9c与设置于进气过滤器粗滤22出气侧的加热空气歧管20连接，加热空气歧管20上 设置有一组均匀分布的气体喷嘴21，所述气体喷嘴21的喷嘴出口朝粗滤22出气侧方向布 置。
[0049] 本实施例的低温空气加热器27作为热量采出装置，低压空气风机10作为流体输 送装置，所述加热空气歧管20和气体喷嘴21组成所述供热装置，并设置于粗滤22和精虑 23之间。
[0050] 本实施例具体描述了将低温空气加热器27设置于余热锅炉的给水加热器26段， 相同的空气加热器也可以位于过热器24、蒸发器25或烟囱段，不同段采用适配的材质即 可。
[0051] 为了保证系统运转的节能和安全性，所述空气管道9c、空气碟阀14采取保温层防 护。
[0052] 在非低温、非高湿工作环境下，进气过滤器及压气机进口导叶、第一级动叶不发生 结冰时，本实用新型升温系统停止工作。此时空气碟阀14处于关闭状态。
[0053] 本实施例的燃气轮机压气机进气升温系统，在余热蒸汽发电系统的给水加热器段 内设置换热器，并采用空气进行换热，将加热后的空气送至压气机前端的进气过滤器，与进 入的空气进行混合以提高进气的温度。
[0054] 实施例3
[0055] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温系统，包括燃气轮机机组(压气机、燃烧器 和透平)，所述燃气轮机机组的进气道设置有进气过滤器，所述进气过滤器由依次布置的粗 滤22和精虑23组成，粗滤22和精虑23之间设置有热电偶T AIN216和湿度计TKH317,精虑23 后设置有热电偶Tain3IS和湿度计T eh2IL同时燃气轮机机组的排气道后续还可以选择性设 置联合设置有余热蒸汽发电系统，所述余热蒸汽发电系统包括余热锅炉和蒸汽轮机，排气 道的高温气体依次通过余热锅炉的过热器24、蒸发器25、给水加热器26和烟?，其结构如 图2所示。
[0056] 在燃气轮机的排气道内（温度约为600°C)，即图3余热蒸汽发电系统的过热器24 前段，设置有作为换热器的高温空气加热器28,在高温空气加热器28所在的排气道段前后 位置还分别设置有热电偶TFIN3和热电偶TromIl,所述高温空气加热器28的进口空气管道 b9b上设置有位于机组外部的低压空气风机10,低压空气风机10进口空气管道a9a设置有 小型空气过滤器7和热电偶TAIN18 ;高温空气加热器28出口的空气管道c9c上设置有空气 碟阀14和热电偶Τ_τ113、热电偶TATOT215,空气管道c9c与设置于进气过滤器粗滤22出气 侧的加热空气歧管20连接，加热空气歧管20上设置有一组均匀分布的气体喷嘴21，所述气 体喷嘴21的喷嘴出口朝粗滤22出气侧方向布置。
[0057] 本实施例的高温空气加热器28作为热量采出装置，其工作温度较高，换热器部件 要选取高温材料，低压空气风机10作为流体输送装置，所述加热空气歧管20和气体喷嘴21 组成所述供热装置，供热装置设置于粗滤22和精虑23之间。
[0058] 为了保证系统运转的节能和安全性，所述空气管道9c、空气碟阀14采取保温层防 护。
[0059] 在非低温、非高湿工作环境下，进气过滤器及压气机进口导叶、第一级动叶不发生 结冰时，本实用新型升温系统停止工作。此时空气碟阀14处于关闭状态。
[0060] 本实施例的燃气轮机压气机进气升温系统，在燃气轮机的排气道内设置换热器， 并采用空气进行换热，将加热后的空气送至压气机前端的进气过滤器，与进入的空气进行 混合以提高进气的温度。
[0061] 实施例4
[0062] 本实用新型的燃气轮机压气机进气升温系统，包括燃气轮机机组(压气机、燃烧器 和透平)，所述燃气轮机机组的进气道设置有进气过滤器，所述进气过滤器由依次布置的粗 滤22和精虑23组成，粗滤22和精虑23之间设置有热电偶T AIN216和湿度计TKH317,精虑23 后设置有热电偶W8和湿度计Teh2H
[0063] 在燃气轮机的排气道内用管道直接采出高温气体，并送至设置于进气过滤器的粗 滤22进气侧，所述换热器内的高温气体直接与换热器外流过的压气机吸入的空气进行换 热，连通管道上设置热电偶和烟气碟阀。
[0064] 另外，还可以采用在排气道内直接采出高温气体送至压气机进气过滤器22进气 侦牝直接进行气气混合方式吸入气体升温，但由于排气道气体的组分和空气有区别，此方案 需对燃气轮机的设计和运转参数进行修正以克服其不利影响。
[0065] 理论上，为保证进气过滤器或压气机进口导叶、第一级动叶不结冰，该处的空气温 度应大于对应压力P s和湿度RH的露点温度Ts(即饱和温度)，因此，由小型空气过滤器7吸 入的新鲜空气经过气气换热器吸收烟气的热量应至少使加热后的新鲜空气与压气机进气 过滤器进气混合后的温度大于露点温度T s。
[0066]以本实用新型的实施例1升温防冰系统运行、控制参数基本计算方法为例，选取 最恶劣工况(低温、高湿）作为设计工况，即满足以下计算公式：
[0067]
【权利要求】
1. 一种燃气轮机压气机进气升温系统，其特征在于：包括燃气轮机机组，所述燃气轮 机机组的进气道设置有进气过滤器，燃气轮机机组的排气道或排气道后续余热利用系统设 置有热量采出装置，所述进气过滤器处设置有供热装置，所述热量采出装置和供热装置组 合构成热交换网络。
2. 如权利要求1所述的燃气轮机压气机进气升温系统，其特征在于：所述热量采出装 置包括设置于排气道内的换热器，所述换热器和供热装置通过管道连通组成换热网络，所 述换热网络管道上设置有流体输送装置。
3. 如权利要求1所述的燃气轮机压气机进气升温系统，其特征在于：所述燃气轮机机 组还包括设置于燃气机组排气道后段的余热锅炉，所述热量采出装置包括设置于余热锅炉 段内的换热器，所述换热器和供热装置通过管道连通组成换热网络，所述换热网络管道上 设置有流体输送装置。
4. 如权利要求1所述的燃气轮机压气机进气升温系统，其特征在于：所述燃气轮机机 组还包括设置于燃气机组排气道后段的余热锅炉，所述热量采出装置包括开设于余热锅炉 的采气口和设置于机组外部的换热器；所述采气口、换热器和供热装置通过管道连通组成 换热网络，所述换热网络管道上设置有流体输送装置。
5. 如权利要求1至4任一项所述的燃气轮机压气机进气升温系统，其特征在于：所述 供热装置为一组气体喷嘴，所述气体喷嘴设置于进气过滤器滤芯的粗滤出气侧，并且气体 喷嘴出口朝粗滤出气侧方向布置。
6. -种燃气或燃气-蒸汽联合循环发电机组，其特征在于：米用如权利要求1至5任 一项所述的燃气轮机压气机进气升温系统。
【文档编号】F02C7/08GK204175434SQ201420595040
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】艾松, 陶健, 梁珊珊, 何瑛, 陈建 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司