基于LNG冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统及方法与流程

基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统及方法
技术领域
1.本发明属于能源系统余能与可再生能源利用技术领域，具体涉及一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统及方法。


背景技术：

2.lng是天然气经干燥净化处理后，通过低温工艺冷却液化形成的液态烷烃混合物，其主要成分是甲烷，还有少量的乙烷和丙烷，通常储存在
‑
162℃、0.1mpa左右的低温储存罐内。lng不仅可以作为燃料使用，而且自身携带大量的高品位冷能，其气化过程释放的冷能可以达到830kj/kg左右。lng电站发电通常需要先加热气化储存的lng，期间lng的冷量通常会被外来媒介带走释放。
3.太阳能集热技术是太阳能热利用系统的核心技术，通过吸收太阳辐射能转化成热能，传递给传热工质储存起来加以利用。lng电站普遍配置大型f级燃气轮机联合循环机组，联合循环机组的出力随大气温度的增加而降低，如果将上述lng气化冷能合理利用，作为冷源在高温季节用于降低机组进气温度，则可以有效提高机组出力，改善机组调峰性能。同时，机组进气是气流降压增速的过程，期间会产生5℃左右的温降，在低温季节可能会出现“水堵、冰堵”等风险，如果合理利用太阳能集热作为热源对机组进气进行加热，则可以有效防止温度过低导致机组运行发生危险。
4.目前，联合循环机组进气温度的调控主要是利用汽轮机的供热抽汽或低压主蒸汽作为热源的同时，利用溴化锂等制冷设备制备冷源来实现的，但像这样抽取高品位汽源作为热媒会对发电机组出力和热效率产生不利影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统及方法，利用lng冷能与太阳能实现联合循环机组进气温度的调控，不仅对机组发电本身没有影响，而且不会污染环境，同时还会提高机组运行的安全性和经济性。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统，包括用于回收lng冷能的lng气化冷能回收装置，以及用于对加热联合循环机组进气温度的太阳能集热装置；
8.所述太阳能集热装置包括热能换热器、储热水箱、进气加热器和太阳能集热器，太阳能集热器与热能换热器的热侧连接，热能换热器的冷侧依次串联储热水箱和进气加热器，进气加热器设置在燃气轮机进气通道中；
9.lng气化冷能回收装置包括一级冷能换热器、冷媒罐、二级冷能换热器和冷却水箱；
10.所述一级冷能换热器冷侧与lng气化装置并联，一级冷能换热器冷侧与lng气化装
置的入口与lng气源连接，一级冷能换热器热侧、冷媒罐和二级冷能换热器的冷侧串联，二级冷能换热器的热侧与冷却水箱和进气冷却器串联，进气冷却器设置燃气轮机进气通道中。
11.优选的，所述lng气化装置的入口端通过lng干燥净化装置与lng低温储存罐连接，lng气化装置的出口端通过燃气轮机前置模块与燃气轮机连接。
12.优选的，所述一级冷能换热器冷侧的出口设置有辅热器，辅热器与燃气轮机前置模块的入口连通，一级冷能换热器冷侧的入口与lng干燥净化装置的出口连接。
13.优选的，所述一级冷能换热器热侧入口与冷媒罐之间设置有冷媒泵和为冷媒阀。
14.优选的，所述冷却水箱的出口依次连接有冷却水泵和冷却水阀。
15.优选的，所述储热水箱的出口设置有加热水泵和加热水阀。
16.一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统的调节方法，当太阳能集热装置工作时，储热水箱中的循环水经热水泵和热水阀调控进入进气加热器，对联合循环机组的进气进行加热，降温后的循环水进入热能换热器的冷侧，与太阳能集热器产生的热水进行换热升温后进入储热水箱，然后再次通过热水泵和热水阀进入进气加热器形成进气加热循环。
17.优选的，lng冷能回收时，一部分lng进入一级冷能换热器冷侧，并与一级冷能换热器热侧的冷媒进行换热，换热升温后的lng进入汽轮机，换热降温后的冷媒进入二级冷能换热器冷侧，与二级冷能换热器热侧的冷却水换热，换热升温后冷媒再次进入一级冷能换热器的热侧并形成循环；
18.所述一级冷能换热器的热侧的冷媒与一级冷能换热器冷侧的lng换热后进入二级冷能换热器的冷侧，与二级冷能换热系统热侧的冷却水换热后返回冷媒罐形成循环；
19.二级冷能换热器热侧的冷却水与冷侧的冷媒换热后，进入进气冷却器冷却联合循环机组进气，升温后再次进入二级冷能换热器热侧形成循环。
20.优选的，当关闭lng气化冷能回收装置时，停止lng冷能回收，干燥后的lng经过气化装置气化成天然气，直接供给燃气轮机。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.本发明公开了一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统，包括lng气化冷能回收装置与太阳能集热装置。在高温季节lng气化冷能回收装置通过两级冷能换热系统回收lng气化过程中的冷能制备冷却水，用来冷却机组进气，降低机组进气温度，从而增加机组出力和热效率，提高联合循环机组的调峰性能。在低温季节太阳能集热装置通过太阳能制备热水，用来加热机组进气，不仅能够防止进入机组的空气温度低于露点温度，造成空气内所含的水分结冰而威胁机组的安全运行，还能够提高机组满负荷时的净效率。本发明利用lng冷能与太阳能实现联合循环机组进气温度的调控，不仅对机组发电本身没有影响，而且不会污染环境，同时还会提高机组运行的安全性和经济性。
附图说明
23.图1为本发明提供的一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统的示意图。
24.1为lng低温储存罐；2为lng干燥净化装置；3为lng气化装置；4为燃气轮机前置模
块；5为燃气轮机；6为燃气轮机进气通道；7为余热锅炉烟气通道；8为烟囱；9为冷媒罐；10为冷媒泵；11为冷媒阀；12为一级冷能换热器；13为辅热器；14为冷却水箱；15为冷却水泵；16为冷却水阀；17为二级冷能换热器；18为进气冷却器；19为太阳能集热器；20为热能换热器；21为储热水箱；22为热水泵；23为热水阀；24为进气加热器。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
26.参阅图1，一种基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统，包括布置在lng低温储存罐1旁的lng气化冷能回收装置，及布置在联合循环机组进气附近的太阳能集热装置。lng气化冷能回收装置利用两级换热系统将lng气化冷能回收，制备冷却水冷却机组进气，从而降低机组进气温度。太阳能集热装置利用太阳能集热制备热水加热机组进气，从而防止进气温度过低导致机组运行发生危险。
27.lng气化冷能回收装置包括一级冷能换热器12、冷媒罐9、二级冷能换热器17和冷却水箱14；
28.所述一级冷能换热器12冷侧与lng气化装置3并联，一级冷能换热器12热侧、冷媒罐9和二级冷能换热器17的冷侧串联，二级冷能换热器17的热侧与冷却水箱14和进气冷却器18串联，进气冷却器18设置燃气轮机进气通道6中。
29.太阳能集热装置包括热能换热器20、储热水箱21、进气加热器24和太阳能集热器，太阳能集热器与热能换热器20的热侧连接，热能换热器20的冷侧依次串联储热水箱21和进气加热器24，进气加热器24设置在燃气轮机进气通道6中。
30.所述lng气化装置3的入口端通过lng干燥净化装置2与lng低温储存罐1连接，lng气化装置3的出口端通过燃气轮机前置模块4与燃气轮机5连接。
31.所述一级冷能换热器12冷侧的出口设置有辅热器13，辅热器13与燃气轮机前置模块4的入口连通，一级冷能换热器12冷侧的入口与lng干燥净化装置的出口连接，当需要进行冷能回收时，则关闭lng气化装置3，经过干燥的lng进入一级冷能换热器12的冷侧进行换热，换热后的lng经辅热器13加热，完全气化作为燃料进入燃气轮机前置模块4。
32.一级冷能换热器12热侧入口与冷媒罐9之间设置有冷媒泵10和为冷媒阀11，打开冷媒阀11启动冷媒泵10使冷媒在一级冷能换热器12热侧形成循环。
33.冷却水箱14的出口依次连接有冷却水泵15和冷却水阀16，冷却水泵15将冷却水箱14中的冷却水输入至二级冷能换热器的冷侧入口，冷却水与冷媒换热后，通过二级冷能换热器的冷侧出口进入进气冷却器18中，对气体冷却后再次回流至冷却水箱中形成循环。
34.储热水箱21的出口设置有热水泵22和热水阀23，太阳能集热器与储热水箱中的冷侧换热，对冷侧的储水进行加热，加热后的储水依次通过热水泵22和热水阀23进入进气加热器24，对燃气轮机进气通道6中的气体加热后再次经过换热后回流至储水箱中形成循环。
35.下面对本发明提供的基于lng冷能和太阳能的联合循环机组进气温度调控系统的调节方法进行详细的说明。
36.当低温季节不需要lng气化冷能回收利用环节工作时，通过调控阀门组关闭lng气化冷能回收装置，低温储存罐1中的lng干燥净化后，经电站原有高压水浴式气化器等气化
装置3气化成天然气，进入燃气轮机前置模块4，作为燃料供给燃气轮机5。
37.当高温季节需要lng气化冷能回收利用环节工作时，通过调控阀门组开启lng气化冷能回收装置，经电站原有干燥净化装置2中处理后的lng，一部分经电站原有气化装置3供给机组，保证联合循环机组正常发电用气，另一部分进入lng气化冷能回收装置，进入lng气化冷能回收装置的lng的工作原理如下：
38.lng进入一级冷能换热器12冷侧与热侧的冷媒进行换热，换热升温后的lng经过辅热器加热气化后完全气化作为燃料进入燃气轮机前置模块4，最后进入汽轮机做功；一级冷能换热器12冷侧的冷媒换热后降温后进入二级冷能换热器17的冷侧换热后再次进入冷媒罐9，再经过冷媒泵10和冷媒阀进入一级冷能换热器12形成循环。
39.二级冷能换热器17热侧的冷却水与冷媒换热后进入进气冷却器8冷却联合循环机组进气，换热升温后的冷却水进入冷却水箱14，再经过冷却水泵15和冷却水阀16再次进入二级冷能换热器17形成循环。
40.当低温季节太阳能集热装置工作时，储热水箱21中的循环水经热水泵22、热水阀23调控进入进气加热器24加热联合循环机组进气，降温后进入热能换热器20，与太阳能集热器19产生的热水进行换热升温，返回储热水箱21储存，形成进气加热循环。
41.lng气化冷能回收装置的进气冷却器与太阳能集热装置的进气加热器需要根据详细换热计算设计布置在联合循环机组燃气轮机进气通道中的合适位置。同理，太阳能集热装置的热能换热器也需要根据详细换热计算设计布置在联合循环机组进气附近的合适位置。
42.本发明在燃气轮机进气通道加装换热装置，虽然会使机组热力系统空气侧产生一定的阻力损失，但经过对m701f4型燃气轮机联合循环机组的初步测算，燃气轮机进气阻力损失不超过1.4kpa，机组热力系统阻力损失很小，且通过优化设计能够进一步降低换热器阻力，因此并不会改变机组整体性能优化的趋势。
43.在高温季节运行lng气化冷能回收利用环节，可以增加联合循环机组出力和热效率，提高机组的调峰性能，如将m701f4型燃气轮机联合循环机组的进气温度从42℃冷却至32℃，机组净出力增加约23mw，净效率提高约0.6个百分点。
44.在低温季节运行太阳能集热利用环节，不仅能够防止进入机组的空气温度低于露点温度，造成空气内所含的水分结冰而威胁机组的安全运行，还能够提高机组满负荷时的净效率，如将m701f4型燃气轮机联合循环机组的进气温度从
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5℃加热至10℃，机组的净效率增加约0.4个百分点。
45.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。