一种用于燃气轮机的高效余热回收发电装置及控制方法与流程

本发明属于余热回收技术领域，涉及利用燃气轮机的废气作为余热发电的热源进行发电，具体涉及一种用于燃气轮机的高效余热回收发电装置及控制方法。

背景技术：

目前，燃气轮机的燃气通过动力涡轮做功后的废气经过蜗壳排出至大气中，导致大部分热量随燃烧后的废气被排入大气中，不仅造成能量浪费，同时对环境产生污染。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于燃气轮机的高效余热回收发电装置及控制方法，对燃气轮机废气进行即时吸收、即时处理的发电装置，减少对环境污染的同时，提高能源利用率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于燃气轮机的高效余热回收发电装置，包括动力涡轮、第一工质泵、第一换热器、第二工质泵、冷凝器、回热器、透平和发电机；

燃气轮机的动力涡轮的燃气输出口与第一换热器的燃气输入口连通；

第一换热器的工质输入口与第一工质泵的输出口连通，第一换热器的工质输出口与透平的工质输入口连通，透平的工质输出口与冷凝器的工质输入口连通，冷凝器的工质输出口与第二工质泵的输入口连通，第二工质泵的的输出口与回热器的工质输入口连通，回热器的工质输出口与第一工质泵的输入口连通；

透平上设有抽气孔，抽气孔通过抽气管道与回热器的工质输入口连通，抽气管道上设有阀门，透平上设置有用于检测透平内压力的压力检测装置；

透平的动力输出端与发电机的动力输入端连接。

优选的，还包括第二换热器，第一换热器的燃气输出口与第二换热器的燃气输入口连通；回热器的工质输出口与第二换热器的工质输入口连通，第二换热器的工质输出口与第一工质泵的输入口连通。

优选的，阀门为气动阀，压力检测装置为压力传感器，压力传感器与气动阀关联。

优选的，燃气轮机为舰船燃气轮机。

进一步的，发电机的电力输出端与舰船电力系统并联。

进一步的，还包括变频器，发电机的电力输出端通过变频器输出，与舰船电力系统并联。

进一步的，还包括螺旋桨，动力涡轮的动力输出端与螺旋桨连接。

优选的，还包括前机匣、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮；前机匣的空气输出口与低压压气机的空气输入口连通，低压压气机的空气输出口与高压压气机的空气输入口连通，高压压气机的空气输出口与燃烧室的空气输入口连通，燃烧室还连通有燃油输入管道，燃烧室的燃气输出口与高压涡轮的燃气输入口连通，高压涡轮的燃气输出口与低压涡轮的燃气输入口连通，低压涡轮的燃气输出口与动力涡轮的燃气输入口连通。

一种用于燃气轮机的高效余热回收发电装置的控制方法，当透平内的压力到达预设值时，打开抽气管道上的阀门。

优选的，抽气管道上的阀门为气动阀，压力检测装置为压力传感器，压力传感器与气动阀关联；当压力传感器检测到透平内的压力到达预设值时，气动阀打开。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的用于燃气轮机的高效余热回收发电装置，利于燃气轮机的废气通过换热器将工质加热为高温高压气体，高温高压气体进入透平做功带动发电机发电，从而将废气中的余热进行有效的回收再利用，提高能源的利用率，提高经济效益，且有利于减少环境污染，保护环境。本发明所用的余热回收发电系统采用抽气回热装置，由于从抽气孔出来的气体直接进入回热器，不经过冷凝器，因此这部分抽气的热焓不会被冷却器带走，而是被充分利用了，因此利用抽气回热的热效率明显高于不带回热的发电装置。对于达到相同的热效率，相对于不设置抽气回热装置的情况，在设置抽气回热装置的情况下，可以减少换热器的换热面积，可以节约换热器的金属材料；同时由于进入冷凝器的乏气量减少，因此冷凝器的换热面积减少，可以节约冷凝器的金属材料。并且带抽气回热的装置有利于透平前后尺寸的协调，透平在膨胀过程中体积增大，透平前小后大，因此第一级叶片和末级叶片面积相差很大，有了抽气回热的存在，就可使低压端流量减少，使第一级叶片和末级叶片面积差减少，有利于透平结构的改进。

进一步的，设置第二换热器，可以进一步回收废弃余热，提高余热回收利用率。

进一步的，本发明可用于舰船燃气轮机的热量回收，发出的电与舰船电力系统并联，直接为舰船提供电力，节省外接电源的电量消耗，可提高燃气轮机的经济效益及社会效益，节约成本。

本发明用于燃气轮机的高效余热回收发电装置的控制方法，通过检测透平内的压力，当其到达预设值时，打开抽气管道上的阀门使一部分工质气体进入回热器，由于这部分气体直接进入回热器，不经过冷凝器，因此这部分抽气的热焓不会被冷却器带走，而是被充分利用了，可以提高热效率。

附图说明

图1为燃气轮机高效余热回收发电装置的结构示意图。

图中：1-前机匣，2-低压压气机，3-高压压气机，4-燃烧室，5-高压涡轮，6-低压涡轮，7-动力涡轮，8-排气蜗壳，9-第一工质泵，10-第一换热器，11-第二工质泵，12-冷凝器，13-回热器，14-透平，15-发电机，16-变频器，17-舰船电力系统，18-螺旋桨，19-第二换热器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明所述的用于燃气轮机的高效余热回收发电装置，包括前机匣1、低压压气机2、高压压气机3、燃烧室4、高压涡轮5、低压涡轮6、动力涡轮7、排气蜗壳8、第一工质泵9、第一换热器10、第二工质泵11、冷凝器12、回热器13、透平14、发电机15、变频器16、舰船电力系统17、螺旋桨18和第二换热器19。

前机匣1的空气输出口与低压压气机2的空气输入口连通，低压压气机2的空气输出口与高压压气机3的空气输入口连通，高压压气机3的空气输出口与燃烧室4的空气输入口连通，燃烧室4还连通有燃油输入管道，压缩空气和燃油在燃烧室4中燃烧产生燃气。燃烧室4的燃气输出口与高压涡轮5的燃气输入口连通，高压涡轮5的燃气输出口与低压涡轮6的燃气输入口连通，低压涡轮6的燃气输出口与动力涡轮7的燃气输入口连通，动力涡轮7的燃气输出口与排气涡轮8的燃气输入口连通，排气涡轮8的燃气输出口与第一换热器10的燃气输入口连通，第一换热器10的燃气输出口与第二换热器19的燃气输入口连通，第二换热器19的燃气出口通向大气。动力涡轮7的动力输出端与螺旋桨18连接，带动螺旋桨18运动。

第一换热器10的工质输入口与第一工质泵9的输出口连通，第一换热器10的工质输出口与透平14的工质输入口连通，透平14的工质输出口与冷凝器12的工质输入口连通，冷凝器12的工质输出口与第二工质泵11的输入口连通，第二工质泵的11的输出口与回热器13的工质输入口连通，回热器13的工质输出口与第二换热器19的工质输入口连通，第二换热器19的工质输出口与第一工质泵9的输入口连通。

透平14上还设有抽气孔，抽气孔与回热器13的工质输入口通过抽气管道连通。抽气管道上设有气动阀，透平14上设置有检测透平14内压力的压力传感器，压力传感器与气动阀关联，当透平14内的压力到达预设值p0时，气动阀打开。预设值p0在保证整个系统平衡的前提下，由燃气轮机排气温度、余热回收装置设计参数等来确定。

透平14的动力输出端与发电机15的动力输入端连接，发电机15的电力输出端经变频器16输出，与舰船电力系统17并联。

上述用于燃气轮机的高效余热回收发电装置的控制方法，当压力传感器检测到透平14内的压力到达预设值时，气动阀打开，使部分气体进入回热器13中。

本发明的工作原理为：空气经过前机匣1，依次进入低压压气机2和高压压气机3，将空气进行压缩，从高压压气机3出来的空气进入燃烧室4，与燃油在燃烧室4内进行混合燃烧，燃烧后的燃气依次进入高压涡轮5和低压涡轮6，他们产生分别驱动相应高压压气机3和低压压气机2所必须的功率，从低压涡轮6出来的燃气进入动力涡轮7，动力涡轮7带动螺旋桨18运动对外做功，从动力涡轮7出来的做过功的燃气经过排气蜗壳8进入第一换热器10，燃气通过第一换热器10与工质进行换热，工质变成高温高压气体进入透平14做功，带动发电机15发电，发出的电通过变频器16后输送给舰船电力系统17。透平14内的气体压力降到p0时一部分气体通过抽气孔进入回热器13，通过透平14尾部出口流出的乏气进入冷凝器12被冷却后，进入工质泵11进行定熵压缩，工质泵11用来弥补从透平14出来的乏气经过管道及冷凝器12时的压力损失，工质再进入回热器13，在回热器13中，两部分工质混合并在回热器13中加热，经过第二换热器19与从第一换热器10出来的废气进行换热，对工质进行预加热，充分利用废热热量，从而进一步提高热利用率，从第二换热器19出来的工质经过工质泵9定熵压缩然后进入第一换热器10进行下一阶段循环。

本发明可用于舰船燃气轮机的废热回收利用，通过排气蜗壳8排出的废气进入第一换热器10，通过定压加热将工质变成高温高压气体，然后进入透平14，工质通过定熵膨胀做功带动发电机15发电，通过变频器16变频后与舰船电力系统并联，从而可以实现燃气余热的回收利用，增加经济效益。在透平14中的工质在压力达到某一值时抽出一部分通过抽气孔进入回热器13，从透平14出口流出的另外一部分工质通过冷凝器12定压冷却后进入第二工质泵11定熵压缩，然后两部分工质在回热器13混合，经过换热器19预加热后，通过第一工质泵9定熵压缩，再次进入下一循环。由于从抽气孔出来的气体直接进入回热器，不经过冷凝器，因此这部分抽气的热焓不会被冷却器带走，而是被充分利用了，因此带回热器的热效率明显高于不带回热的发电装置。