CN104929710B - 一种余热利用的高效节能发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种发电系统，包括紧急停机抛负荷期间阻止气体进入汽轮机中的旁通系统，所述旁通系统包括卵石床，在旁通操作之后，使用余热发电系统以及余热加热系统对卵石床的余热进行回收利用，并且根据余热回收情况切换余热发电系统以及余热加热系统的使用，从而提高了发电系统的性能和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电系统，尤其是涉及一种具有汽轮机旁通系统的余热利用发电系统。
背景技术
电力系统的基本功能是维持用电负荷和发电功率的平衡，随着目前生产和生活用电量的不断提高，电网峰谷差逐渐加大，发电机组调峰乃至深度调峰已经成为不争的事实。为了适应用电负荷的大幅波动，电力系统内的发电机组必须频繁且大幅调整发电功率，以保障供电品质。
目前，我国绝大多数的供电负荷调整都依靠发电机组来完成，因此发电机组的功率调整幅度和速度对电网的安全稳定和供电品质都具有重要的影响，也因此发电机组在并网运行时需满足电网的有关规定和要求。发电机组的大部分汽轮机是通过旁通系统实现功率调节的，例如在汽轮机紧急停机抛负荷期间，需要减小功率时就开启旁通系统，降低进入汽轮机的蒸汽量，减小汽轮机输出功率。
从旁通系统流出的蒸气或者气体被排出到气体冷却器中，在其中被冷却。由于从旁通系统输出的旁通蒸气或者气体通常温度较高，与气体冷却器的构件之间具有较大的温差，因此输出气体冷却器的构件在旁通系统的初始运行期间经历严重的热应力，由此可能导致构件的机械故障。
为了避免旁通气体对于冷却器构件的影响，201180066097.0的发明专利提出了一种具有卵石床的旁通系统，其通过卵石床对于旁通气体热量的吸收，避免了过热气体对于气体冷却器的影响。但是，该发明还具有如下不足之处，其在旁通结束之后，需要使用冷却剂对于卵石床进行冷却，并且旁通结束后卵石床内存储的热量也被白白消耗。
针对这种情况，发明人在先申请的发明专利中提出了一种利用卵石床余热的进行发电的系统，其中通过具有制冷剂的余热发电系统对余热发电机进行发电。但是，由于卵石床的温度不断降低，而制冷剂具有特定沸点，在低于该沸点的温度时，卵石床的余热就无法回收。
发明内容
本发明提供了一种发电系统及其操作方法，其在汽轮机旁通结束之后，能够充分利用卵石床内的余热。
作为本发明的一个方面，提供了一种发电系统，包括高温高压气体发生器，燃气汽轮机，发电机，燃气汽轮机旁通系统；所述高温高压气体发生器产生的高压高温气体传输到燃气汽轮机，驱动燃气汽轮机从而使耦合到燃气汽轮机的发电机发电；所述燃气汽轮机旁通系统包括转移阀、旁通管路、卵石床以及气体冷却器；所述燃气汽轮机旁通系统在旁通操作时，通过转移阀将旁通气体通过旁通管路转移离开燃气汽轮机入口，传送经过卵石床，通过卵石床的气体由气体出口输送到气体冷却器；其特征在于：所述燃气汽轮机旁通系统还包括余热发电系统以及余热加热系统，所述余热发电系统能够将被卵石床内余热加热的冷却气体的热量用于发电，所述余热加热系统能够将被卵石床内余热加热的冷却气体的热量用于输入高温高压气体发生器的气体的预热。
优选的，上述方案中，在旁通操作结束后的初始阶段，所述余热利用系统使用余热发电系统进行发电；过了旁通操作结束后的初始阶段以后，所述余热利用系统使用余热加热系统对输入高温高压气体发生器的气体的进行预热。
优选的，上述方案中，所述余热发电系统包括蒸气发生器、余热利用汽轮机、余热利用发电机、冷凝器，以及制冷剂泵；加热后的冷却气流被供应到蒸气发生器中，蒸气发生器中的冷却剂与被加热的冷却气流热交换以后被蒸发，蒸发的冷却剂被引入到余热利用汽轮机，并驱动余热利用汽轮机以便通过被耦合到余热利用汽轮机的余热利用发电机来发电；从余热利用汽轮机排放的制冷剂蒸气被引入到冷凝器，在其中被冷却成液体后，由制冷剂泵将其泵送回蒸气发生器。
优选的，上述方案中，所述余热加热系统包括热交换器，所述热交换器具有加热后的冷却气流管路、预热气体入口以及预热气体出口，用于输入燃气汽轮机的预热气体在热交换器中与加热后的冷却气流进行热交换，被预加热后输送到高温高压气体发生器。
优选的，上述方案中，还包括设置于蒸气发生器入口的第一开关阀、与所述余热发电系统并联设置的第二开关阀，设置于热交换器入口的第三开关阀、于所述热交换器并联设置的第四开关阀。
优选的，上述方案中，还包括设置于卵石床冷却气流出口的温度传感器，当卵石床冷却气体出口温度高于所述制冷剂的沸点时，开启第一开关阀以及第四开关阀，关闭第二开关阀以及第三开关阀；当卵石床冷却气体出口温度低于所述制冷剂的沸点时，开启第二开关阀以及第三开关阀，关闭第一开关阀以及第四开关阀。
作为本发明的另外一个方面，提供了一种发电系统，包括高温高压气体发生器，燃气汽轮机，发电机，燃气汽轮机旁通系统；所述高温高压气体发生器产生的高压高温气体传输到燃气汽轮机，驱动燃气汽轮机从而使耦合到燃气汽轮机的发电机发电；所述燃气汽轮机旁通系统包括转移阀、旁通管路、卵石床以及气体冷却器；所述燃气汽轮机旁通系统在旁通操作时，通过转移阀将旁通气体通过旁通管路转移离开燃气汽轮机入口，传送经过卵石床，通过卵石床的气体由气体出口输送到气体冷却器；其特征在于：在旁通操作之后，使用卵石床的余热进行发电。
附图说明
图1是本发明的实施例的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一个实施例的示意图。本实施例的发电系统，包括高温高压气体发生器1，燃气汽轮机2，发电机3以及燃气汽轮机旁通系统。高温高压气体发生器1用于对进入其内的气体例如氮气加热而产生高温高压气体，产生的高压高温气体传输到燃气汽轮机2，驱动燃气汽轮机2从而使耦合到燃气汽轮机2的发电机3发电。燃气汽轮机2可以是单极的，也可以包括多极低压和高压模块。
燃气汽轮机旁通系统包括转移阀4、旁通管路5、卵石床6以及气体冷却器7。卵石床6内设置能够吸收气体热量的卵石。燃气汽轮机旁通系统在旁通操作时，通过转移阀4将旁通气体通过旁通管路5转移离开燃气汽轮机入口，传送经过卵石床6，在卵石床6内与卵石进行热交换，从而降低初始气体的温度，从而降低对初始气体于气体冷却器7的损伤，通过卵石床6的气体由气体出口输送到气体冷却器7。
燃气汽轮机旁通系统还包括余热发电系统100以及余热加热系统200。余热发电系统100用于将被卵石床6内余热加热的冷却气体的热量用于发电，余热加热系统200用于将被卵石床6内余热加热的冷却气体的热量用于输入高温高压气体发生器1的气体的预热。
余热发电系统100包括蒸气发生器10、余热利用汽轮机11、余热利用发电机12、冷凝器13，以及制冷剂泵14。在旁通操作结束后，冷却气流例如氮气由冷却气流入口8流入卵石床6，受到卵石床6内余热加热后由冷却气流出口9流出，被加热后的冷却气流被供应到蒸气发生器10中。蒸气发生器10内设置有冷却剂，可以使用低沸点的冷却剂，例如沸点在40℃左右的制冷剂如二氯三氟乙烷或者三氟乙醇作为冷却剂。蒸气发生器中10的冷却剂与被加热的冷却气流热交换以后被蒸发，蒸发的冷却剂被引入到余热利用汽轮机11，并驱动余热利用汽轮机11以便通过被耦合到余热利用汽轮机11的余热利用发电机12来发电。可以将余热利用发电机12的输出耦合到发电机3，从而提高系统输出功率。从余热利用汽轮机11排放的制冷剂蒸气被引入到冷凝器13，在其中被冷凝水冷却成液体后，由制冷剂泵14将其泵送回蒸气发生器10。
余热加热系统200包括热交换器15，热交换器具有加热后的冷却气流管路16、预热气体入口17以及预热气体出口18。用于输入高温高压气体发生器1的预热气体在热交换器15中与加热后的冷却气流进行热交换，被预加热后输送到高温高压气体发生器1。
为了对余热发电系统100以及余热加热系统200的操作进行控制。可以在余热发电系统100的蒸气发生器10入口设置第一开关阀19，并且设置与余热发电系统100并联设置的第二开关阀20。在余热加热系统200的热交换器15入口的第三开关阀21、并且设置与热交换器15并联设置的第四开关阀22。当仅使用余热发电系统100时，开启第一开关阀19以及第四开关阀22，关闭第二开关阀20以及第三开关阀21；当仅使用余热加热系统时，关闭第一开关阀19以及第四开关阀22，开启第二开关阀20以及第三开关阀21。
在旁通操作结束后的初始阶段，由于发电系统需要快速提高输出功率，使用余热发电系统100进行发电；过了旁通操作结束后的初始阶段以后，随着卵石床6的温度降低，其热量的输出功率不足，并且发电机3已经达到额定功率，将余热发电系统100切换到使用余热加热系统200对输入高温高压气体发生器1的气体的进行预热。优选的，为了确定切换时间，可以在卵石床6冷却气流出口设置温度传感器，当出口气流温度低于蒸气发生器中10的冷却剂时，将将余热发电系统100切换到使用余热加热系统200，从而最大化卵石床6的余热使用效率。
上述实施例中的仅用于示范性的表示本发明的内容。另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (3)
1.一种发电系统，包括高温高压气体发生器，燃气汽轮机，发电机，燃气汽轮机旁通系统；所述高温高压气体发生器产生的高压高温气体传输到燃气汽轮机，驱动燃气汽轮机从而使耦合到燃气汽轮机的发电机发电；所述燃气汽轮机旁通系统包括转移阀、旁通管路、卵石床以及气体冷却器；所述燃气汽轮机旁通系统在旁通操作时，通过转移阀将旁通气体通过旁通管路转移离开燃气汽轮机入口，传送经过卵石床，通过卵石床的气体由气体出口输送到气体冷却器；其特征在于：所述燃气汽轮机旁通系统还包括余热利用系统，所述余热利用系统包括余热发电系统以及余热加热系统，所述余热发电系统能够将被卵石床内余热加热的冷却气体的热量用于发电，所述余热加热系统能够将被卵石床内余热加热的冷却气体的热量用于输入高温高压气体发生器的气体的预热；在旁通操作结束后的初始阶段，所述余热利用系统使用余热发电系统进行发电；过了旁通操作结束后的初始阶段以后，所述余热利用系统使用余热加热系统对输入高温高压气体发生器的气体的进行预热。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述余热发电系统包括蒸气发生器、余热利用汽轮机、余热利用发电机、冷凝器，以及制冷剂泵；加热后的冷却气体被供应到蒸气发生器中，蒸气发生器中的冷却剂与被加热的冷却气体热交换以后被蒸发，蒸发的冷却剂被引入到余热利用汽轮机，并驱动余热利用汽轮机以便通过被耦合到余热利用汽轮机的余热利用发电机来发电；从余热利用汽轮机排放的冷却剂蒸气被引入到冷凝器，在其中被冷却成液体后，由制冷剂泵将其泵送回蒸气发生器。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于：所述余热加热系统包括热交换器，所述热交换器具有加热后的冷却气体管路、预热气体入口以及预热气体出口，用于输入高温高压气体发生器的预热气体在热交换器中与加热后的冷却气体进行热交换，被预加热后输送到高温高压气体发生器。
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