一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统及工作方法

1.本发明涉及多联产技术领域，特别涉及一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统及工作方法，具体涉及利用燃气轮机余热驱动超临界二氧化碳循环发电、吸收式热泵供热和海水淡化的水热电三联产能源系统。


背景技术：

[0002][0003]
由于燃气轮机具有体积小、效率高、运行稳定、启动速度快、排放水平低等诸多优点，愈发受到能源市场的青睐。燃气轮机排烟温度高达500℃，如果不合理配备余热回收设备，将造成能量的大量浪费。为了推动燃气轮机的进一步发展，提高能源利用率，降低能源消耗，实现燃气轮机余热的高效回收利用是必由之路。目前较多的是利用余热锅炉将烟气中的热量传递给水，水蒸发后进入蒸汽轮机膨胀做功，形成燃气蒸汽联合循环，机组发电量得到提升。


技术实现要素：

[0004]
本发明针对燃气轮机余热高效利用问题，提出了一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统及工作方法。该系统包括燃气发电、超临界二氧化碳循环发电、供热和海水淡化四个部分，根据不同品位能量的梯级利用对燃气轮机余热深度回收，实现供水、供热、供电三联产的耦合集成。燃气轮机排出的烟气先在二氧化碳加热器中加热二氧化碳，然后到余热锅炉中加热循环水，降温冷却后经烟气处理装置达标后排放。循环水在余热锅炉中吸热蒸发，作为热源进入发生器驱使热泵工质中的水分蒸发，降温后进入喷射器，引射来自第四效海水淡化装置出口的蒸汽。本发明通过将燃气轮机余热进行合理分配，实现了能量的梯级利用与烟气余热的高效回收，在保证燃气轮机正常运行的同时增加了发电量、供热和供水，总体经济性和能量利用效率大大提升。
[0005]
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]
一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统，该系统包括燃气发电部分、超临界二氧化碳循环发电部分、供热部分和海水淡化部分；所述的燃气发电部分包括压气机、燃烧室、燃气轮机、燃气发电机、烟气处理装置和烟囱；所述的超临界二氧化碳循环发电部分包括预冷器、电动机、二氧化碳压缩机、二氧化碳加热器、膨胀机、二氧化碳发电机和回热器；所述的供热部分包括余热锅炉、溶液热交换器、发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、工质泵、吸收器和溶液泵；所述的海水淡化部分包括喷射器、喷水减温装置、第一效海水淡化装置、第二效海水淡化装置、第三效海水淡化装置、第四效海水淡化装置、凝汽器、海水提升泵、凝结水泵和凝结水阀；
[0007]
所述的燃气发电部分中，压气机、燃气轮机和燃气发电机同轴连接，压气机入口与大气环境连通，压气机的空气出口与燃烧室入口相连，燃烧室的出口与燃气轮机入口相连，燃气轮机出口排烟进入超临界二氧化碳循环发电部分中的二氧化碳加热器，烟气处理装置
的烟气进口与供热部分中余热锅炉的烟气出口连接，烟气处理装置的烟气出口与烟囱相连；
[0008]
所述的超临界二氧化碳循环发电部分中，二氧化碳加热器的二氧化碳出口与膨胀机入口相连，膨胀机出口与二氧化碳发电机同轴连接，膨胀机的出口二氧化碳在回热器中放热后进入预冷器，预冷器的二氧化碳出口与二氧化碳压缩机相连，二氧化碳压缩机和电动机同轴连接，在二氧化碳压缩机中被压缩的二氧化碳进入回热器被膨胀机出口的二氧化碳预热，然后进入二氧化碳加热器，由此构成超临界二氧化碳循环；
[0009]
所述的供热部分中，溶液热交换器、发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、工质泵、吸收器和溶液泵共同构成吸收式热泵循环；在二氧化碳加热器中放热的烟气进入余热锅炉，循环水在余热锅炉中吸热蒸发后作为发生器的热源；热泵工质稀溶液从吸收器的溶液出口流出，经溶液泵升压后进入溶液热交换器，预热后进入发生器吸热，升温后水分蒸发，形成的浓溶液进入溶液热交换器与稀溶液换热，然后回到吸收器中；在发生器中蒸发出去的水蒸气经冷凝器和节流阀进入蒸发器，蒸发后的低压水蒸气进入吸收器，工质泵将未蒸发的水以喷淋的形式重新打回蒸发器中，低温热源进入蒸发器降温后流出；热网水进入吸收器进行第一次吸热，之后流入冷凝器中进行第二次吸热，达到供热温度后前往热用户进行供热；
[0010]
所述的海水淡化部分中，发生器的出口热源流经喷射器和喷水减温装置后去向第一效海水淡化装置，凝结后经凝结水阀和凝结水泵流出；海水经海水提升泵升压，经凝汽器后前往第一效海水淡化装置、第二效海水淡化装置、第三效海水淡化装置、第四效海水淡化装置进行喷淋；第一效海水淡化装置、第二效海水淡化装置、第三效海水淡化装置的浓盐水逐级自流至第四效海水淡化装置后流出；第二效海水淡化装置和第三效海水淡化装置中的蒸馏水逐级自流至第四效海水淡化装置，海水中蒸馏出的水蒸气逐级自流至凝汽器冷凝，生成的蒸馏水回到第四效海水淡化装置中流出。
[0011]
具体地，所述的回热器的热源是来自膨胀机出口的高温二氧化碳，放热后前往预冷器加热循环水；回热器的冷源是来自二氧化碳压缩机的低温二氧化碳，吸热后前往二氧化碳加热器。
[0012]
具体地，所述的二氧化碳加热器的热源是来自燃气轮机的排烟，放热后前往余热锅炉；二氧化碳加热器的冷源是来自回热器的低温二氧化碳，吸热后进入膨胀机膨胀做功。
[0013]
具体地，所述的预冷器的热源是来自回热器的高温二氧化碳，放热冷却后进入二氧化碳压缩机；预冷器的冷源是来自凝结水泵的循环水，预热后进入余热锅炉。
[0014]
具体地，经燃气轮机出口排出的烟气先在二氧化碳加热器中加热二氧化碳，然后在余热锅炉中加热循环水，降温冷却后经烟气处理装置达标后通过烟囱排放。
[0015]
具体地，在预冷器中吸热的循环水进入余热锅炉继续吸热蒸发，作为热源进入发生器驱使热泵工质中的水分蒸发，降温后进入喷射器，引射来自第四效海水淡化装置出口的蒸汽，经混合配汽与喷水减温装置降温后前往第一效海水淡化装置驱动海水蒸发，蒸汽凝结后经凝结水阀控制流量和凝结水泵升压后回到预冷器完成循环。
[0016]
优选地，所述的回热器、二氧化碳加热器和预冷器均为逆流布置。
[0017]
优选地，所述的热泵工质为溴化锂溶液。
[0018]
本发明具有以下优点和效果：
[0019]
1)燃气轮机余热先驱动超临界二氧化碳循环发电，再进行供热和海水淡化，实现
了能量的梯级利用，通过能量品位的分配，排气余热得到深度高效的回收；
[0020]
2)通过耦合超临界二氧化碳循环增加发电量的同时，增加了供热和供水，带来更高的经济效益，总体经济性显著提高；
[0021]
3)燃气使用量不变的基础上，增加了能量输出，有利于节能减排，对环境改善起到积极作用。
附图说明
[0022]
图1为一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统示意图。
[0023]
图中：i-燃气发电部分；ii-超临界二氧化碳循环发电部分；iii-供热部分；
ⅳ‑ꢀ
海水淡化部分；1-压气机；2-燃烧室；3-燃气轮机；4-燃气发电机；5-烟气处理装置；6-烟囱；7-预冷器；8-电动机；9-二氧化碳压缩机；10-二氧化碳加热器；11
‑ꢀ
膨胀机；12-二氧化碳发电机；13-回热器；14-余热锅炉；15-溶液热交换器；16
‑ꢀ
发生器；17-冷凝器；18-节流阀；19-蒸发器；20-工质泵；21-吸收器；22-溶液泵； 23-喷射器；24-喷水减温装置；25-第一效海水淡化装置；26-第二效海水淡化装置；27-第三效海水淡化装置；28-第四效海水淡化装置；29-凝汽器；30-海水提升泵；31-凝结水泵；32-凝结水阀。
具体实施方式
[0024]
本发明提出了一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统及工作方法，下面结合附图和实例对具体过程给予说明。
[0025]
如图1所示的一种基于燃气轮机余热深度回收的三联产系统，该系统包括燃气发电部分ⅰ、超临界二氧化碳循环发电部分ⅱ、供热部分ⅲ和海水淡化部分ⅳ。
[0026]
空气经压气机1压缩后与燃气在燃烧室2燃烧，温度达1000℃以上，压力为1.0～1.5mpa范围，而后进入燃气轮机3推动叶轮，将燃料的热能转变为机械能并拖动燃气发电机4发电。从燃气轮机3排出的烟气温度一般为450～600℃，首先将其导入二氧化碳加热器10，将超临界二氧化碳循环中的二氧化碳从回热器 13冷源出口的200℃加热到400℃左右。降温后的烟气进入余热锅炉14继续放热，经烟气处理装置5达标后从烟囱6排出。循环水在余热锅炉14吸热蒸发，作为发生器16的热源，维持发生器16的温度在140℃左右，驱动稀溶液中水分的蒸发。
[0027]
二氧化碳加热器10的出口二氧化碳进入膨胀机11膨胀做功，拖动二氧化碳发电机12发电，膨胀机11出口二氧化碳(300℃左右)先后在回热器13和预冷器7中放热，然后进入二氧化碳压缩机9，在电动机8的带动下升压，在回热器 13中预热后进入二氧化碳加热器10，由此构成超临界二氧化碳循环。
[0028]
溶液热交换器15、发生器16、冷凝器17、节流阀18、蒸发器19、工质泵 20、吸收器21和溶液泵22共同构成吸收式热泵循环。吸收式热泵运行时，热泵工质稀溶液流出吸收器21后，先被溶液泵22升压，之后进入溶液热交换器15，在其中吸收来自发生器16的浓溶液的热量，浓度、压力不变而温度升高，而后进入发生器16。在发生器16中吸收热量达到沸点温度，进而产生水蒸气，同时溶液浓度增加。浓溶液流出发生器16后进入溶液热交换器15放热给稀溶液而降温，之后重新进入吸收器21降温为吸收压力下的饱和液，再开始下一个溶液循环。发生器16中产生的水蒸气进入冷凝器17，在其中放热冷凝后经节流阀18 降压，进入蒸
发器19，在蒸发器19中吸取低温热源的热量，变为低压水蒸气，进入吸收器21被吸收。工质泵20将未蒸发的水以喷淋的形式打回蒸发器19中。热网水进入吸收器21进行第一次吸热，之后流入冷凝器17中进行第二次吸热，达到供热温度后前往热用户进行供热。
[0029]
发生器16的出口热源作为驱动汽源进入喷射器23，引射温度与压力更低的第四效海水淡化装置28的出口蒸汽。两股蒸汽在喷射器23中混合配汽，实现低压的海水淡化蒸汽增压再利用，减少冷端损失。经喷水减温装置24后去向第一效海水淡化装置25，凝结后经凝结水阀32和凝结水泵31流至预冷器7。海水经海水提升泵30升压，在凝汽器29中预热后前往第一效海水淡化装置25、第二效海水淡化装置26、第三效海水淡化装置27、第四效海水淡化装置28进行喷淋。海水中蒸馏出的水蒸气逐级自流至凝汽器29冷凝，生成的蒸馏水回到第四效海水淡化装置28中流出，第二效海水淡化装置26和第三效海水淡化装置27中的蒸馏水也逐级自流至第四效海水淡化装置28中流出。浓盐水逐级自流至第四效海水淡化装置28后流出。
[0030]
具体的，回热器13中，来自膨胀机11出口的高温二氧化碳加热来自二氧化碳压缩机9的低温二氧化碳；二氧化碳加热器10中，来自燃气轮机3的排烟加热来自回热器13的低温二氧化碳；预冷器7中，来自回热器13的高温二氧化碳加热来自凝结水泵31的循环水。三者均优选地布置为逆流换热。
[0031]
本发明围绕以燃气轮机发电为支撑电源的能源系统，对排烟余热进行深度回收，通过能量的梯级利用，实现超临界二氧化碳循环发电、吸收式热泵供热与低温多效海水淡化的有机结合，形成水热电三联产，促进节能减排与总体经济性的提升。
[0032]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括在本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。