[发明专利]基于燃气轮机的开式正逆循环耦合电热冷三联供系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术，具体涉及基于燃气轮机的开式正逆循环耦合电热冷三联供系统。

背景技术

燃气轮机包括压气机、燃烧室和烟气透平(简称透平)，压气机的压缩空气输出端与燃烧室的空气输入端相连，燃烧室的烟气输出端与高压透平的输入端相连。压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩(升压同时升温)，压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温烟气，随即流入透平中膨胀作功(降压同时降温)，透平输出轴转动，带动压气机叶轮一起旋转，余功作为燃气轮机的输出机械功并可连接发电机输入轴而产生电力。

为充分利用燃气轮机的排气余热，一般在燃气轮机后部设置余热回收装置，用于产生蒸汽、热水等，最后烟气在100℃左右被排放。由于工质在循环过程中与外界大气相通，故为开式循环。

一般情况下，从透平排出的烟气的压力只稍高于大气压力(高出部分仅用于克服后部余热回收装置等部件产生的排气阻力)。此时，燃气轮机将燃料燃烧释放的热能转换为机械能，是正向(热机)循环。当把从透平中排出的不能转化为机械能的热量回收并向外供热时，此时整个装置即构成基于燃气轮机的热电联供系统。再进一步，利用燃气轮机排气中的热量，亦可直接或间接驱动逆向的制冷循环(如烟气吸收式制冷机、蒸汽吸收式制冷机等，产生7℃左右的冷冻水用于制冷)，实现对外供冷，此时整个系统即在热电联供系统的基础上构成热、冷、电三联供系统，即相当于在燃气轮机的开式正向循环下再构筑一个闭式逆向制冷循环，形成能源梯级利用的总能系统。然而，现有的热、冷、电三联供系统的热、电、冷输出比固定不变，不够灵活。

另外，将余热回收装置中产生的蒸汽回注到燃烧室中，形成蒸汽回注循环，可使工质增加，比功提高；且空气加湿燃烧，降低了NOx排放。但是，由于空气加湿，水(蒸汽)跟随排烟一同被排到大气，而系统需要时时补充新水，需要消耗大量水，要达到回收水与耗水自平衡的投入大，难度高。同时，由于烟气露点温度低，水回收过程中烟气放出的潜热总量小，利用价值低，最终也导致了较低的一次能源利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种可提高一次能源利用率、且热、电、冷输出比灵活可变的基于燃气轮机的开式正逆循环耦合电热冷三联供系统。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种基于燃气轮机的开式正逆循环耦合电热冷三联供系统，包括压气机、燃烧室、高压透平和发电机，所述压气机的压缩空气输出端与燃烧室的空气输入端相连，所述燃烧室的烟气输出端与高压透平的输入端相连，所述高压透平的输出轴分别与压气机的叶轮轴、发电机的输入轴相连，其特征在于：还包括余热锅炉、烟气复热器、烟气冷却器、低压透平和制冷换热器，所述高压透平的烟气输出端与余热锅炉的烟气输入端相连；所述余热锅炉的蒸汽输出端与燃烧室的蒸汽输入端相连，该余热锅炉的烟气输出端与烟气复热器的热烟气输入端相连；所述烟气复热器的烟气输出端与烟气冷却器的烟气输入端相连；所述烟气冷却器的烟气输出端与低压透平的输入端相连；所述低压透平的烟气输出端与制冷换热器的烟气输入端相连，所述制冷换热器的冷量输出口输出冷量；所述制冷换热器的烟气输出端与烟气复热器的冷烟气输入端相连。

经压气机压缩后的空气进入燃烧室形成高温烟气后，进入高压透平做功并旋转带动发电机发电；经高压透平输出的高温烟气将余热锅炉的锅炉给水加热成过热蒸汽，该过热蒸汽通过余热锅炉的蒸汽输出端输出并注入燃烧室，以提高燃气轮机的做功能力；余热锅炉输出的烟气输入烟气复热器加热制冷换热器制冷后温度较低的烟气，以便排入大气；经烟气复热器输出的烟气进入烟气冷却器冷却，用于将烟气冷却到近环境温度；经烟气冷却器输出的烟气进入低压透平，膨胀做功输出低温烟气进入制冷换热器，通过制冷换热器的冷量输出口输出冷量。

在上述基础上，本发明可作如下改进：

本发明所述余热锅炉、烟气复热器、烟气冷却器均设有冷凝水回收装置，以便将烟气中的水蒸汽在余热锅炉、烟气复热器、烟气冷却器凝结成的水回收。

本发明还包括冷却水冷却器，该冷却水冷却器的入口与烟气冷却器的冷却水出口相连，该冷却水冷却器的出口与烟气冷却器的冷却水入口相连，以便循环使用冷却水。

本发明还包括水汽过滤器，该水汽过滤器设于烟气冷却器与低压透平之间，所述烟气冷却器的烟气输出端通过水滴过滤器后与低压透平的输入端相连，以便过滤进入低压透平前烟气中的水汽，减小水汽对透平的损害。