燃气轮机烟气余热利用装置的制作方法

本技术涉及燃气电站，具体涉及一种燃气轮机烟气余热利用装置。

背景技术：

1、一、压气机进气温度、湿度

2、燃气轮机以其优良的热力性能和低污染排放等特点得到人们的重视。燃气轮机蒸汽联合循环机组启动快、调峰性能强，在电力系统中的应用日益广泛。

3、燃气轮机是定容式动力机械。燃气轮机并网后，其转速不再改变。

4、燃气—蒸汽联合循环机组的总功率n为：

5、n＝ nt-nst-ny-nzl                (1)

6、式(1)中：nt—燃气轮机的出力(输出功率)；nst—蒸汽轮机的输出功率；nzl—制冷机组的消耗功率。

7、压气机的耗功ny为：

8、ny＝ macpat1(ε(k-1) k-1)/ηy        (2)

9、式(2)中：ma—压气机进气流量；t1—压气机进气温度；ε—压气机压比；ηy—压气机效率；cpa—空气定压比热容；k—空气绝热指数。

10、燃气轮机的性能以及其运行安全性、经济性均与大气的质量和特性密切相关。

11、由式(2)可知，压气机耗功随着环境温度升高而增大。压气机质量进气流量随着环境温度升高而减少。压气机压比随着环境温度升高而下降，这将导致燃气透平的排烟温度上升，做功减少，即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定。均进而造成燃气轮机出力减小。在高温天气，燃气轮机的出力严重下降，效率也随之降低。环境温度对燃气轮机的出力的影响比效率更大。

12、对f级燃气轮机，夏季将35℃的空气冷却至15℃，可增加燃气轮机出力约11.17％。在环境温度约3℃时，燃气轮机的出力达到最大。

13、空气湿度对燃气轮机的功率和热耗率也产生影响，进气含湿量增加，则燃气轮机功率下降，热耗率上升。但此影响一般较小，在整个湿度变化范围内，机组功率变化在2‰之内，热耗率变化在1％之内。

14、二、igv(可调进口导叶)

15、联合循环机组能在30％～100％负荷范围内稳定运行。在燃料/空气当量比保持不变的条件下，通过改变进气流量和燃料流量来实现负荷的改变。

16、燃气轮机是以空气为工质的开式循环，进气流量的调节是通过改变压气机igv的开度来实现。

17、在机组正常运行下，通过对igv开度的控制以实现对燃气轮机排气温度的控制。

18、根据排气温度和压气机出口空气压力对燃气轮机进气温度限制控制，使机组效率最高。

19、燃气轮机进气系统冬季运行时，由于焦耳-汤普森节流效应，igv处和消音器、滤芯出口处可能出现不同程度的结冰、结霜现象，极易产生“吞冰”危险。igv开度减小将引起压气机进气温度下降，igv处空气流速增加造成的温降(5～6k)相对消音器(＜1k)、滤芯(＜1k)大得多。

20、燃气轮机运行时，只要压气机压比不超过喘振边界线上的值，压气机就不会进入喘振。要保证压比不超过运行极限，只要保证工质折合流量大于临界压比对应的喘振流量。当转速和压比不变时，igv开度减小，流量减小，压气机就会减小喘振裕度，压气机就可能发生喘振。

21、三、尾部烟气余热利用潜力

22、由于热负荷匹配原因，为避免低温省煤器内的水汽化，所以其换热面积不能设计过大。9f级燃气—蒸汽联合循环机组在正常运行时，尾部烟气温度一般在80～90℃，因天然气含硫量较低，尾部烟气温度一般是可以降低到70℃左右，故尾部烟气余热还有较大回收潜力。

23、以9f型燃气轮机(型号：ae94.3a；烟气量：749.6kg/s；尾部烟气温度：80℃)为例，通过增加低温省煤器的受热面积，并将排烟温度降低至70℃，以提取更多的烟气余热，将由此多产生的高温热水用于对燃气轮机系统进行冷却/加热，根据热平衡计算，可保持汽水系统热力参数不变，不会影响发电。

24、已知燃气轮机在满负荷工况下，燃烧空气量：732.2kg/s；天然气耗量：16.875kg/s，天然气定压比热按2.16kj/(kg·k)；烟气量：749.6kg/s，烟气定压比热按1.06kj/(kg·k)；低温省煤器的出水温度为151.5℃，低温省煤器的接近点温差为3～5℃，低温省煤器的进水温度不大于60℃，经计算，此部分高温热水最大水量约为75t/h，最大供热量约为8mw。

25、四、nox、co排放

26、为提高燃气轮机运行效率，传统的热力循环致力于追求更高的循环吸热温度，但受到透平叶片冷却技术和材料所能允许的透平初温的制约。

27、随着燃烧温度的提高，热力型nox的排放量将大大增加，为避免因环保原因遭到经济处罚和停止发电的惩罚，燃烧温度也会受到限制。

28、通常，燃气轮机采用贫油燃烧，暨控制燃料/空气当量比小于1，降低燃气温度到合理区间内，使nox排放量达到环保排放标准。

29、当燃气轮机在负荷小于75％额定出力运行时，为保证输出功率和透平前温度不超过限制值，燃烧温度不可能被控制在产生合格nox、co水平的温度范围内，也很难维持连续地预混燃烧，因此nox、co排放量不可能达到低排放要求。

30、五、机组停运问题

31、此外，机组停运造成的损失远远超过设备的投资，避免因调压站系统故障、天然气温度不达标而造成机组停运事故，因此如何保障系统和设备的安全、可靠运行是首先考虑的问题。

32、六、关于进气冷却

33、为提高燃气轮机运行效率，在调峰模式下，通常是通过提高燃气轮机的温比t/t0来提高其循环性能，其中t为燃气初温，t0为进气初温。

34、进气冷却装置是夏季提高燃气轮机出力最有效且安全可靠的方法。进气冷却装置通常采取冷却盘管和喷雾冷却装置。

35、采取冷却盘管冷却方式，风阻(冷却盘管进出口压差20～30mh2o)较大，会造成压气机耗功损失。压气机耗功占燃气轮机系统耗功70％左右。

36、喷雾冷却系统简单，初投资和运行费用低。但空气含湿量增大将加重压气机的负荷，燃气轮机性能受到影响。微量杂质就会引起燃气轮机叶片的腐蚀，因而喷雾冷却系统水源一般要求是除盐水。从技术经济角度，最适合采用喷雾冷却技术的是我国新疆吐鲁番地区。

37、七、关于进气加热

38、通过提高压气机进气温度，增加进气流量，可减少压气机压比。为保证安全，常规方法有：

39、1)在燃气轮机启机前必须对空排放天然气，直至进气温度大于15℃才允许机组启动(ge公司技术规范要求)，这样就造成排放损失和冷源浪费；

40、2)在环境温度降到40℉以下，且压气机进气温度与露点温度之差不大于10℉时，从压气机排气缸抽出不大于5％(质量流量)的高温空气至压气机进口和进口空气混合，但这种进气引气加热系统(ibh)会降低燃气轮机功率和热效率；当ibh故障时，还可能影响机组的安全运行；抽气过程对燃气轮机运行造成干扰；由于燃气轮机负荷波动较大，ibh经常触发启动，将使机组运行经济性变差；

41、3)烟气再循环加热系统(flue gas recirculation,fgr)，即抽取一定量烟气，将其引入过滤系统前和空气混合；

42、4)进气过滤器前配置底循环系统低品位余热换热装置(medium heat exchangersystem,hes)。

43、八、湿堵现象

44、在高湿天气下，受j-t效应影响，燃气轮机进气过滤系统容易发生压差急剧升高的湿堵现象，电厂当前仅能通过燃气轮机降负荷或跳机来应对。湿堵不仅大大降低了进气过滤系统的可靠性，而且严重影响燃气轮机运行的安全性和经济性。

45、有鉴于此，本实用新型发明人设计了一种燃气轮机烟气余热利用装置，以期克服上述技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中在部分负荷工况下igv的开度过小而使压气机发生喘振，在满负荷工况下燃气轮机的温比较小，以及燃气轮机进气过滤系统容易出现湿堵现象的缺陷，提供一种燃气轮机烟气余热利用装置。

2、本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

3、本实用新型提供了一种燃气轮机烟气余热利用装置，其特点在于，所述装置包括：溴化锂吸收式冷热水机组和多个风机墙空气处理机组，溴化锂吸收式冷热水机组的驱动热源来自低温省煤器装置组，溴化锂吸收式冷热水机组的发生器与低温省煤器装置组通过加热水供水管、加热水回水管连接；风机墙空气处理机组对燃气轮机的进气进行冷却/加热，多个风机墙空气处理机组分别设置在进气装置的两侧，风机墙空气处理机组与溴化锂吸收式冷热水机组的蒸发器通过冷冻水供水管、冷冻水回水管连接。

4、根据本实用新型的一个实施例，低温省煤器装置组包括：低温省煤器、低压汽包/除氧器、再循环泵和凝结水管，溴化锂吸收式冷热水机组的发生器的进口与低压汽包/除氧器的出口通过加热水供水管连接，低压汽包/除氧器的进口与低温省煤器的出口连接，低温省煤器的进口连接凝结水管，再循环泵的进口与溴化锂吸收式冷热水机组的发生器的出口通过加热水回水管连接，再循环泵的出口连接凝结水管。

5、根据本实用新型的一个实施例，加热水回水管上设置有电动三通调节阀，电动三通调节阀的一个进口与溴化锂吸收式冷热水机组的发生器的出口连接，电动三通调节阀的另一个进口与加热水供水管连接，电动三通调节阀的出口连接低温省煤器装置组。

6、根据本实用新型的一个实施例，冷冻水回水管上设置有冷冻水循环水泵。

7、根据本实用新型的一个实施例，所述装置还包括供暖加热器，供暖加热器的一次水出口与溴化锂吸收式冷热水机组的吸收器的进口通过温水回水管连接，供暖加热器的一次水进口通过温水供水管与溴化锂吸收式冷热水机组的冷凝器的出口连接。

8、根据本实用新型的一个实施例，温水供水管上设置有温水循环水泵，温水循环水泵设置在供暖加热器的上游。

9、根据本实用新型的一个实施例，供暖加热器与燃气轮机系统的露点加热器并联设置。

10、根据本实用新型的一个实施例，溴化锂吸收式冷热水机组的蒸发器的进口还连接有冷却水供水管，溴化锂吸收式冷热水机组的蒸发器的出口还连接有冷却水回水管。

11、根据本实用新型的一个实施例，冷冻水供水管与供暖加热器的进口通过第一管路相连，第一管路上设有第一电动蝶阀和电动二通调节阀；冷冻水回水管和供暖加热器的出口通过第二管路相连，第二管路上设有第二电动蝶阀。

12、根据本实用新型的一个实施例，温水回水管与冷却水供水管通过第三管路相连，第三管路上设有第三电动蝶阀；冷却水回水管与温水供水管通过第四管路相连，第四管路上设有第四电动蝶阀。

13、根据本实用新型的一个实施例，冷却水供水管上设置第五电动蝶阀，冷却水回水管上设置第六电动蝶阀，温水供水管上设置第七电动蝶阀，温水回水管上设置第八电动蝶阀，冷冻水供水管上设置第九电动蝶阀，冷冻水回水管上设置第十电动蝶阀。

14、本实用新型的积极进步效果在于：

15、本实用新型提供的燃气轮机烟气余热利用装置，进一步合理降低尾部烟气温度，对尾部烟气余热进行深度利用，产生的高温热水，通过所设置的溴化锂吸收式冷热水机组、风机墙空气处理机组、供暖加热器等，可以冷却/加热压气机进气、加热天然气以及供暖系统等，使燃气轮机在全工况下均可经济、环保、安全、稳定运行。由于所述燃气轮机烟气余热利用装置相对独立，不影响燃气轮机系统正常运行；也可随燃气轮机系统全年运行，利用率高，因此具有广阔的应用前景。