本实用新型涉及燃气蒸汽联合循环发电技术领域，特别涉及一种联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统。
背景技术：
随着社会发展，人类对于能源的需求日益增长。由于燃气轮机具有效率高、造价低、环境友好、占地少、调控灵活等优点，燃气蒸汽联合循环机组或者以燃气轮机为主机的多联产工程已经成为世界各国为实现节能减排而积极发展的发电技术。在中国，由于燃气蒸汽联合循环机组除了供热以外，更多的是用作电网调峰调频，同时对发电机组的年运行小时数也有严格的控制，因此发电机组往往不能满负荷发电。但是，燃气蒸汽联合循环机组低负荷发电时效率相对较低，因此需要深入研究，如何使联合循环电厂高效地使用能源以减少天然气消耗，以及如何提高燃气蒸汽联合循环机组的热效率。
而且，燃气蒸汽联合循环机组的热效率主要包括燃气循环效率(燃气轮机发电机组热效率)和蒸汽循环效率(蒸汽轮机发电机组热效率)，提高燃气蒸汽联合循环机组的热效率的途径也就是提高这两个部分的一种或者两种效率。提高蒸汽循环效率主要途径，是通过增加蒸汽轮机的进汽参数从而提高蒸汽轮机的做功效率。此外，烟囱排烟时造成的热损失是余热锅炉的最大热损失，通过降低烟囱排烟温度对烟气余热进行深度利用可减少这种热损失，可提高余热锅炉换热效率，从而可提高蒸汽循环的热效率。
传统技术中，在燃气蒸汽联合循环电厂里，普遍采用的是根据燃气轮机的排烟温度和流量，选择更高压力和更高温度的蒸汽轮机和余热锅炉，使高参数蒸汽在蒸汽轮机获得更高的做功效率，从而提高整个燃气蒸汽联合循环机组的热效率。但是，这种方法需要蒸汽轮机、余热锅炉以及系统管道选择耐温耐压性能更好的材料，而蒸汽轮机和余热锅炉是电厂主设备投资中最主要的部分，采用这种方法会直接大幅度地增加电厂初投资，导致投资回收期较长。无论是对于新建机组还是改造老机组，成本都较高，不利于推广。
此外，传统技术中为了对烟气余热进行深度利用，通常会在余热锅炉尾部增加换热面或增加尾部换热器，利用除盐水介质在所增加的换热器内循环换热，使烟囱的排烟温度降低至60～80℃，而除盐水被加热后只能达到80～95℃，温度较低不能被自身的汽水循环系统利用，只能向外提供至热用户，从而获得对外供热和机组运行热效率提升的双赢。但是，这种烟气深度利用的方式，受到热用户的用热性质影响，例如用热负荷季节性减少，甚至没有用热负荷时，则电厂就不能利用这个烟气余热提高联合循环的运行效率。
此外，传统技术中也有通过将余热锅炉的高温中压饱和水抽出部分对燃气轮机的燃料进行加热，从而提高燃气轮机做功效率和稳定性的技术。但是，首先这种技术会损失部分可以做功的过热蒸汽，虽然增加了燃气轮机的燃气循环效率，但是会降低蒸汽轮机的蒸汽循环效率，对整体的联合循环热效率提高有限；再者，由于余热锅炉中的这部分高温中压饱和水是从蒸汽轮机的汽水循环中抽取，加热燃料后再回到原汽水循环中达到自循环，当燃料泄漏时进入汽水循环，最终进入蒸汽轮机及其辅助系统出现爆炸的风险。
技术实现要素：
基于此，针对上述问题，本实用新型提出一种联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统，提高整体的联合循环热效率，降低成本。
其技术方案如下：
一种联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统，包括燃机机组，与所述燃机机组连接的进气管道和进料管道，与所述燃机机组出口连接的余热锅炉，与所述余热锅炉连接的烟囱，以及与所述余热锅炉连接的蒸汽机组，连接所述进料管道和余热锅炉的燃料循环预热系统；
所述蒸汽机组包括与所述余热锅炉一端连接的蒸汽轮机，与所述蒸汽轮机一端连接的蒸汽发电机，与所述蒸汽轮机另一端连接的凝汽器，与所述凝汽器连接的凝结水泵，且所述凝结水泵与所述余热锅炉连接，以及连接所述蒸汽轮机、凝汽器和余热锅炉的汽水回热系统；
所述汽水回热系统包括连接于所述蒸汽轮机和凝汽器之间的汽水回热换热器，同时所述汽水回热换热器还连接于所述凝结水泵和余热锅炉另一端之间。
下面对其进一步技术方案进行说明：
进一步地，所述余热锅炉包括一端与所述燃机机组连接的余热烟道，所述余热烟道另一端与所述烟囱连接；
以及设置于所述余热烟道中的烟气换热器，所述烟气换热器包括凝结水进水口和蒸汽出汽口，所述蒸汽出汽口与所述蒸汽轮机连接，所述凝结水进水口与所述汽水回热换热器连接。
进一步地，所述蒸汽轮机包括中间汽缸，以及设置于所述中间汽缸上的抽汽口，所述汽水回热换热器与所述抽汽口连接。
进一步地，所述汽水回热系统还包括设置于所述汽水回热换热器和凝汽器之间的疏水阀。
进一步地，所述燃料循环预热系统包括设置于所述余热烟道尾部的余热换热器，设置于所述进料管道上的燃料换热器，连接所述余热换热器出口和燃料换热器进口的预热进水管，连接所述燃料换热器出口和余热换热器进口的预热回水管，以及连接于所述预热回水管上的输送泵。
进一步地，所述燃料循环预热系统还包括设置于所述预热回水管上的除盐水箱，且所述除盐水箱位于所述输送泵和燃料换热器出口之间。
进一步地，所述燃料循环预热系统还包括设置于所述预热进水管上的流量调节阀，所述流量调节阀位于所述燃料换热器进口和余热换热器出口之间。
进一步地，所述汽水回热换热器、烟气换热器、余热换热器、燃料换热器均设置为低压性能加热器。
进一步地，所述汽水回热换热器、烟气换热器、余热换热器、燃料换热器均设置为板式或管式换热器。
进一步地，所述燃机机组包括串联的透平机、燃烧室、压气机，以及与所述压气机连接的燃气发电机，且所述进气管道与所述压气机连接，所述进料管道与所述燃烧室连接，所述透平机与所述余热锅炉连接。
本实用新型具有如下突出的有益效果：通过设置汽水回热系统和燃料循环预热系统，调节进入余热锅炉中的凝结水温度，从而通过调节余热锅炉内的烟气温度和与燃气轮机间的除盐水温度，来调节燃料温度，使进入燃气轮机前的燃料获得更高的温度。
附图说明
图1是本实用新型实施例中所述联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统的结构示意框图。
附图标记说明：
100-进料管道，200-进气管道，300-燃机机组，310-透平机，320-燃烧室，330-压气机，340-燃气发电机，400-余热锅炉，410-余热烟道，420-烟气换热器，500-燃料循环预热系统，510-余热换热器，520-燃料换热器，530-预热进水管，532-流量调节阀，540-预热回水管，542-输送泵，550-除盐水箱，600-烟囱，700-蒸汽机组，710-蒸汽轮机，720-凝汽器，730-凝结水泵，740-汽水回热换热器，750-疏水阀，760-蒸汽发电机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统，包括燃机机组300，与所述燃机机组300连接的进气管道200和进料管道100，与所述燃机机组300出口连接的余热锅炉400，与所述余热锅炉400连接的烟囱600，以及与所述余热锅炉400连接的蒸汽机组700。燃气蒸汽联合循环发电厂以燃机机组300和蒸汽机组700为主机，通过进气管道200和进料管道100向燃机机组供应空气和燃料，并在燃机机组300中混合空气和燃料进行燃烧，利用产生的烟气做功发电。同时，燃机机组300的做功后的排烟会将剩余的热量带入余热锅炉400内加热介质水变为高参数蒸汽，冷却的烟气会从烟囱600排出，而高参数蒸汽会进入蒸汽机组700做功发电或者供热，蒸汽在蒸汽机组700中做功后凝结成水，并重新进入余热锅炉400升温升压变为高参数蒸汽，高参数蒸汽又进入蒸汽机组700做功发电或者供热，从而形成蒸汽热力循环。
而且，所述燃机机组300包括串联的透平机310、燃烧室320、压气机330，以及与所述压气机330连接的燃气发电机340，且所述进气管道200与所述压气机330连接，所述进料管道100与所述燃烧室320连接，所述透平机310与所述余热锅炉400连接。混合空气由进气管道200进入压气机330，并被压缩升压后排进燃烧室320，同时燃料由进料管道100进入燃烧室320，在燃烧室320中空气和燃料混合燃烧而产生高温烟气，高温烟气推动透平机310做功，做功产生的部分能量传递到压气机330使其能压缩空气，其余部分能量传递到燃气发电机340发电。此外，在透平机310中做完功的烟气会排入到余热锅炉400中，并将将剩余的热量带入余热锅炉400。
此外，所述蒸汽机组700包括与所述余热锅炉400一端连接的蒸汽轮机710，与所述蒸汽轮机710一端连接的蒸汽发电机760，与所述蒸汽轮机710另一端连接的凝汽器720，与所述凝汽器720连接的凝结水泵730，且所述凝结水泵730与所述余热锅炉400连接。而且，所述余热锅炉400包括一端与所述燃机机组连接的余热烟道410，所述余热烟道410另一端与所述烟囱600连接，以及设置于所述余热烟道410中的烟气换热器420。所述烟气换热器420包括凝结水进水口和蒸汽出汽口，所述蒸汽出汽口与所述蒸汽轮机710连接，所述凝结水进水口与凝结水泵730连接。从燃机机组300中排出的烟气进入余热锅炉400的余热烟道410中，与余热烟道410中的烟气换热器420中的凝结水进行换热，将凝结水加热成过热蒸汽，并将过热蒸汽输送到蒸汽轮机710中并驱使去运转做功，从而带动与蒸汽轮机710连接的蒸汽发电机760发电。蒸汽轮机710做功后的乏汽，在凝汽器720被冷却形成的凝结水，经过凝结水泵730升压后送回余热锅炉的烟气换热器420换热，再形成过热蒸汽并输送给蒸汽轮机710做功，以形成汽水循环。
此外，所述蒸汽机组700还包括连接所述蒸汽轮机710、凝汽器720和余热锅炉400的汽水回热系统。所述汽水回热系统包括连接于所述蒸汽轮机710和凝汽器720之间的汽水回热换热器740，同时所述汽水回热换热器740还连接于所述凝结水泵730和余热锅炉400另一端之间。蒸汽轮机710做功后的乏汽，在凝汽器720被冷却形成的凝结水，经过凝结水泵730升压后首先被汽水回热系统的汽水回热换热器740蒸汽加热成中温凝结水，再向余热锅炉400供水。在余热锅炉400的烟气换热器420内中温凝结水与燃气轮机做功后的烟气循环换热，形成过热蒸汽，最后进入蒸汽轮机710做功完成汽水循环。其中，汽水回热系统的汽水回热换热器740的热源侧为从蒸汽轮机710中抽取的部分蒸汽，该部分蒸汽在汽水回热换热器740中加热凝结水后被冷却成疏水，并进入凝汽器720与蒸汽轮机710做功后的凝结水合并。通过设置汽水循环的汽水回热系统，不会减少进入蒸汽轮机710的蒸汽量，却提高了进入余热锅炉400的凝结水的初始温度，从而提高了热力循环的平均吸热温度，提高了蒸汽循环效率。
而且，所述蒸汽轮机710包括中间汽缸，以及设置于所述中间汽缸上的抽汽口，所述汽水回热换热器740与所述抽汽口连接。即所述汽水回热换热器740通过蒸汽轮机710的中间汽缸上设置的抽汽口抽取部分蒸汽，利用该部分蒸汽在汽水回热换热器740中与凝结水换热以形成中温凝结水。而且，由于凝结水被加热，导致烟气换热器可以获得更多的换热能量，可产生更高温高压的蒸汽进入蒸汽轮机做功，因此，从蒸汽轮机710中部抽取蒸汽不会降低蒸汽轮机710的正常做功能力，也不会使得抽取的蒸汽温度过低而影响对凝结水的换热。此外，所述汽水回热系统还包括设置于所述汽水回热换热器740和凝汽器720之间的疏水阀750。通过疏水阀750，可以调节从汽水回热换热器740中排出的疏水量，也可以调节进入汽水回热换热器740的蒸汽量。通过设置汽水回热换热器740，可以调节进入余热锅炉400的凝结水水温，从而影响余热锅炉400尾部烟气的温度，使对余热锅炉的余热的利用能够根据燃机机组的不同运行工况而自动调节到最佳运行参数下。
此外，所述联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统还包括连接所述进料管道100和余热锅炉400的燃料循环预热系统500。通过燃料循环预热系统500可以利用余热锅炉400的烟气热量，加热进料管道100中的燃料温度。
进一步地，所述燃料循环预热系统500包括设置于所述余热烟道410尾部的余热换热器510，设置于所述进料管道100上的燃料换热器520，连接所述余热换热器510出口和燃料换热器520进口的预热进水管530，连接所述燃料换热器520出口和余热换热器510进口的预热回水管540，以及连接于所述预热回水管上的输送泵542。通过设置燃料循环预热系统500，在燃气轮机燃料加热侧，除盐水通过预热回水管540上设置输送泵542，输送到余热锅炉400尾部的余热烟道410中设置的余热换热器510内，被余热烟道尾部的烟气余热加热到较高温度形成高温除盐水，高温除盐水通过预热进水管530进入燃料换热器520与进料管道100中燃料进行换热，将进料管道100中的燃料加热到燃气轮机高效安全运行的温度。换热后的高温除盐水随后被冷却，通过预热回水管540上设置的输送泵542输送到余热换热器510中继续进行换热，形成闭式循环。此外，通过在余热锅炉400尾部设置余热换热器510，可以回收余热锅炉400尾部烟气废热，并吸收足够的烟气热量使燃料获得更高的温度，达到提高燃气轮机效率的目的。而且，通过余热换热器510可以充分吸收烟气余热，降低余热锅炉400排烟温度，减少锅炉排烟损失，提高余热锅炉换热效率，且余热锅炉的排烟温度降低，从而减少至大气的热污染排放，同时具有较好的社会效益；而且，所述燃料换热器520设置为低压性能加热器，低压性能的燃料换热器520，在保证换热性能的同时，可以降低成本。
此外，所述燃料循环预热系统500还包括设置于所述预热回水管上的除盐水箱550，且所述除盐水箱550位于所述输送泵542和燃料换热器520出口之间。在除盐水输送泵542前设置稳压补水的除盐水箱550，以保证除盐水输送泵542安全运行不气蚀。而且，所述燃料循环预热系统500并不与蒸汽轮机做功的原汽水循环系统耦合，互不影响，避免降低了进入蒸汽轮机的过热蒸汽量从而降低了蒸汽循环效率，也避免燃料泄漏进入蒸汽轮机存在爆炸风险。此外，所述燃料循环预热系统500还包括设置于所述预热进水管530上的流量调节阀532，所述流量调节阀532位于所述燃料换热器520进口和余热换热器510出口之间。通过设置流量调节阀532，可以调节进入燃料换热器520中的热水量，以调节对燃料的换热温度。
而且，整个所述联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统是通过进入燃气轮机前的燃料温度进行反馈控制的：当燃料温度超过了燃气轮机稳定燃烧允许的温度时，所述燃料循环预热系统500的除盐水流量调节阀532关小，使燃料换热器520的换热量减少，相应的余热锅炉400的尾部余热烟道410中的烟气换热器510换热量也减少，要求经过此处的烟气温度降低，也就要求降低进入余热锅炉400的凝结水温度，用于加热凝结水的蒸汽轮机710汽缸抽汽量则由疏水阀750自动调节减少，此时与余热锅炉400连接的烟囱600排烟温度依然保持较低水平，从而提高蒸汽循环效率；当燃料温度不足以维持燃气轮机稳定燃烧，或者需要提高燃料温度以提高燃气轮机做功效率时，除盐水流量调节阀532开大，使燃料换热器520的换热量增大，相应的余热锅炉400的尾部余热烟道410中的烟气换热器510换热量也增大，要求经过此处的烟气温度升高，也就要求升高进入余热锅炉400的凝结水温度，用于加热凝结水的蒸汽轮机710汽缸抽汽量则由疏水阀750自动调节增加，此时与余热锅炉400连接的烟囱600排烟温度依然保持较低水平，此时燃料侧气水换热器换热量、余热锅炉气水换热器换热量、回热系统凝结水汽水换热器换热量以及蒸汽轮机汽缸抽汽疏水阀，均与前述第一种情况相反。通过设置汽水回热系统，提高凝结水温度，从而通过调节余热锅炉内的烟气温度和与燃气轮机间的除盐水温度，来调节燃料温度，使进入燃气轮机前的燃料获得更高的温度。即通过设置汽水回热系统和燃料循环预热系统，调节进入余热锅炉中的凝结水温度，从而通过调节余热锅炉内的烟气温度和与燃气轮机间的除盐水温度，来调节燃料温度，使进入燃气轮机前的燃料获得更高的温度。
此外，所述汽水回热换热器、余热换热器、燃料换热器均设置为板式或管式换热器。这种类型的换热器结构简单，成本低。而且，系统中的所有换热器如汽水回热换热器、余热换热器、燃料换热器，均为低压力等级的换热器，系统简单，运行可靠性高，系统造价较低。
本实用新型所述联合循环电厂汽水回热及燃料加热集成提效系统，可以提高燃气蒸汽整体联合循环的效率，节能降耗，大幅增加经济效益和社会效益。通过设置汽水循环的汽水回热系统，从而提高了热力循环的平均吸热温度，提高了蒸汽循环效率的同时，使进入燃气轮机的燃料可以获得更高的温度；通过在余热锅炉尾部设置余热换热器，避免从原汽水循环系统中抽取可以产生过热蒸汽的高温饱和水，在提高燃气循环的效率基础上保证原有汽水循环系统可以生产足够的过热蒸汽量以进入汽轮机，从而整体提高了燃气蒸汽联合循环热效率；燃气轮机的燃料系统和蒸汽轮机的汽水循环系统互相不耦合干扰，即使燃料泄漏也不会进入到蒸汽轮机的蒸汽循环中，运行安全可靠；通过余热锅炉尾部的余热换热器和燃气轮机燃料系统间的除盐水介质形成闭式循环，无汽水损失，节水节能；系统适用工况范围广泛，可以在任何工况运行；符合国家推行的深度节能政策，可以使电厂投资和运营方较易实现节能目标，在电力市场中更具竞争力和生命力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。