一种用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统的制作方法

本发明涉及燃气轮机动力提效改进，具体涉及一种用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统。

背景技术：

1、燃气轮机被誉为“工业皇冠上的明珠”，通过降低压气机的入口温度及提高透平的初温，可有效提高燃气轮机性能。相较于简单循环燃气轮机，间冷型燃气轮机增设间冷器，以降低高压压气机入口的压缩空气温度，降低高压压气机的耗功。相较于简单循环燃气轮机，回热型燃气轮机增设回热器，通过回热器利用透平排气加热压气机出口的压缩空气，使透平排气的热量得到合理利用，以提高燃气轮机的能量利用效率。间冷回热型燃气轮机集合间冷型燃气轮机及回热型燃气轮机的特点，通过间冷器降低压气机的入口温度，降低压气机的耗功，通过回热器利用透平排气加热压气机出口的压缩空气，提高燃气轮机效率。同时燃气轮机性能受环境温度影响较大，通过对燃气轮机进气进行冷却，可以降低环境温度对燃气轮机性能的影响，提高燃气轮机最大出力。

2、但是，目前间冷回热型燃气轮机的间冷器中压缩空气的热量和回热器利用后的透平排气的热量均未得到充分合理地利用，大多通过换热介质释放至周围环境，造成资源浪费和环境污染；并且，现有燃气轮机低压压气机入口缺乏空气冷却装置，燃气轮机性能受环境温度影响很大。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于解决目前间冷回热型燃气轮机的间冷器中压缩空气的热量和回热器利用后的透平排气的热量均未得到充分合理地利用，大多通过换热介质释放至周围环境，造成资源浪费和环境污染的问题；以及低压压气机入口缺乏空气冷却装置，燃气轮机性能受环境温度影响很大的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，包括：

3、空气冷却器，设置于第一压气机的进气口，所述空气冷却器适于通过液态二氧化碳工质与进入第一压气机的空气进行换热，以降低进入第一压气机的空气的温度；

4、间冷器，连接所述第一压气机和第二压气机，且所述间冷器的二氧化碳工质输入端与空气冷却器的二氧化碳输出口连接；所述间冷器适于通过二氧化碳工质对第一压气机压缩后的空气降温，降低第二压气机的进气温度，同时，提高二氧化碳工质的温度；

5、加热器，所述加热器的二氧化碳工质输入端与间冷器的二氧化碳工质输出端连接；所述加热器适于利用回热器输出的第一透平的排气加热间冷器输送的二氧化碳工质；

6、第二透平，与所述加热器的二氧化碳工质输出端连接，所述第二透平适于利用加热器输送的升温后的二氧化碳工质做功；

7、凝汽器，输入端与第二透平的二氧化碳输出口连接，所述凝汽器的输出端与空气冷却器的二氧化碳输入口连接；所述凝汽器适于将第二透平利用后的二氧化碳工质冷凝，并回送至空气冷却器。

8、可选地，所述凝汽器连接燃烧室和液态天然气储罐，所述凝汽器适于利用液态天然气储罐中液态天然气气化的冷量实现二氧化碳工质的降温冷凝，且将加热气化后的气态天然气输入燃烧室。

9、可选地，还包括：

10、设置于所述凝汽器和空气冷却器连接管路上的输送泵，所述输送泵适于输送凝汽器中的液态二氧化碳工质至空气冷却器。

11、可选地，所述加热器利用后的第一透平的排气排入大气。

12、可选地，所述第一透平与负载连接。

13、可选地，所述第一透平与第一压气机、第二压气机均连接；所述第一透平适于驱动第一压气机和第二压气机压缩空气。

14、可选地，所述第一压气机输出的压力低于所述第二压气机输出的压力。

15、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

16、1.本发明提供的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，包括：空气冷却器，设置于第一压气机的进气口，所述空气冷却器适于通过液态二氧化碳工质与进入第一压气机的空气进行换热，以降低进入第一压气机的空气的温度；间冷器，连接所述第一压气机和第二压气机，且所述间冷器的二氧化碳工质输入端与空气冷却器的二氧化碳输出口连接；所述间冷器适于通过二氧化碳工质对第一压气机压缩后的空气降温，降低第二压气机的进气温度，同时，提高二氧化碳工质的温度；加热器，二氧化碳工质输入端与间冷器的二氧化碳工质输出端连接；所述加热器适于利用回热器输出的第一透平的排气加热间冷器输送的二氧化碳工质；第二透平，与所述加热器的二氧化碳工质输出端连接，所述第二透平适于利用加热器输送的升温后的二氧化碳工质做功；凝汽器，输入端与第二透平的二氧化碳输出口连接，所述凝汽器的输出端与空气冷却器的二氧化碳输入口连接；所述凝汽器适于将第二透平利用后的二氧化碳工质冷凝，并回送至空气冷却器；本申请采用上述技术方案，通过空气冷却器利用液态二氧化碳冷却第一压气机的进气，降低第一压气机的耗功，提高高温环境下燃气轮机性能；同时利用间冷器冷却第二压气机的进气，降低第二压气机的进气温度。并且，通过加热器利用回热器输出的第一透平排气对间冷器输出的二氧化碳工质进行加热，加热升温后的二氧化碳工质在第二透平做功，对外输出机械功，在提升燃气轮机性能的同时，使得空气冷却器中进口空气的热量、间冷器中压缩空气的热量和加热器中第一透平排气的热量均得到充分及合理地利用，进一步提高能量利用效率；跨临界二氧化碳循环为封闭循环，可以保护环境。

17、2.本发明所述凝汽器连接所述燃烧室和液态天然气储罐，所述凝汽器适于利用液态天然气储罐中液态天然气气化的冷量实现二氧化碳工质的降温冷凝，且将加热气化后的气态天然气输入燃烧室；本申请采用上述技术方案，通过跨临界二氧化碳循环，利用液态天然气的冷能为跨临界二氧化碳循环提供冷源，使液化天然气的冷能得到合理利用，并且提高了燃气轮机燃料进入燃烧室的温度，提高了燃气轮机效率。同时，降低液态天然气的气化成本。

18、3.本发明提供的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，还包括：设置于所述凝汽器和空气冷却器连接管路上的输送泵，所述输送泵适于输送凝汽器中的液态二氧化碳工质至空气冷却器；本申请采用上述技术方案，通过输送泵，增加液态二氧化碳的输送压力，提高运行效率。

技术特征：

1.一种用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述凝汽器(11)连接燃烧室(5)和液态天然气储罐(12)，所述凝汽器(11)适于利用液态天然气储罐(12)中液态天然气气化的冷量实现二氧化碳工质的降温冷凝，且将加热气化后的气态天然气输入燃烧室(5)。

3.根据权利要求1或2所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1或2所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述加热器(9)利用后的第一透平(6)的排气排入大气。

5.根据权利要求1或2所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述第一透平(6)与负载(13)连接。

6.根据权利要求1或2所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述第一透平(6)与第一压气机(1)、第二压气机(3)均连接；所述第一透平(6)适于驱动第一压气机(1)和第二压气机(3)压缩空气。

7.根据权利要求1或2所述的用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述第一压气机(1)输出的压力低于所述第二压气机(3)输出的压力。

技术总结
本发明涉及燃气轮机动力提效改进技术领域，具体涉及一种用于提高燃气轮机效率的跨临界二氧化碳循环系统，包括：空气冷却器利用液态二氧化碳对第一压气机的进气降温；间冷器利用二氧化碳对第二压气机的进气降温；加热器利用回热器输出的第一透平排气对间冷器输出的二氧化碳加热；第二透平利用加热器输送的二氧化碳做功；本申请有效降低了第一压气机、第二压气机的进气温度，降低了燃气轮机压气机耗功，提升燃气轮机性能；并且利用第一压气机的进气、第二压气机的进气及第一透平排气作为跨临界二氧化碳循环热源，利用升温后的二氧化碳在第二透平做功，对外输出机械功，提高能量利用率。

技术研发人员：田新平,肖俊峰,胡孟起,夏林,连小龙,王一丰,姜世杰,鲁博辉,卫星光
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12