一种燃气轮机余热回收装置的制作方法

1.本实用新型属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机余热回收装置。


背景技术：

2.当前世界上天然气的长输管道均采用高压输送，国外长输管道的输送压力多数都在10mpa以上。我国天然气的长输管道也采用高压输送，如“西气东输”和“陕-京二线”等的输气压力都达到10mpa以上。上游天然气通过高压管网送至各城市或大型用户，通过各地天然气调压站降压至0.4mpa左右送至用户使用。调压站一般采用调压阀进行降压，导致管网压力能不能回收利用；随着天然气压力的降低，损失了大量的能量。
3.目前常用的压力能回收利用方式包括压力能发电及压力能制冷两大类。高压天然气通过透平机膨胀做功(等熵膨胀)时，随着压力的减小温度也随之降低。如果压降大，易导致透平机出口温度过低，天然气容易液化使透平机产生二元流，不易控制透平机的性能；如果压降小，透平机效率低。因此，通常需要对天然气补热才能再进入透平机膨胀机做功。
4.燃气蒸汽联合循环发电机组，简称ccpp。燃气轮机通过压气机涡轮将空气压缩，高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧，使空气急剧膨胀做功，推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电。燃气轮机自身的发电效率不高，一般在30％～40％左右。但燃气轮机产生的废热烟气温度达450～550℃，可以通过余热锅炉再次回收热能转换成蒸汽，驱动蒸汽轮机再发一次电，从而形成燃气轮机—蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到60％。
5.现有技术中还公开了燃机燃气联合循环工艺，该工艺利用燃机烟气加热水，再用水加热高压冷态天然气，使之通过透平机膨胀做功。在此过程中，使用水作为换热介质。相比传统的ccpp工艺，该工艺系统仍然需要工艺水；系统经过两次换热，且均为气体、液体换热，导致换热效率较低。


技术实现要素：

6.为了解决上述全部或部分问题，本实用新型的目的在于提供一种燃气轮机余热回收装置，简化了系统结构，提高了换热效率。
7.本实用新型提供了一种燃气轮机余热回收装置，包括气压调节装置、燃气轮机、透平机和换热器，第一支路的天然气经过所述气压调节装置调压，输入所述燃气轮机燃烧做功，从所述燃气轮机输出的废气通过所述换热器，第二支路的天然气输入所述换热器中进行加热，从所述换热器中输出的天然气输入所述透平机做功，所述换热器为气气换热器。
8.可选地，还包括第一发电机，所述燃气轮机与所述第一发电机驱动连接，所述燃气轮机驱动所述第一发电机发电。
9.可选地，所述第一发电机为双输入轴发电机，所述透平机与所述第一发电机驱动连接，所述燃气轮机和所述透平机同时驱动所述第一发电机发电。
10.可选地，所述燃气轮机和所述第一发电机之间设置有第一离合器，所述透平机和第一发电机之间设置有第二离合器。
11.可选地，还包括第二发电机，所述透平机与所述第二发电机驱动连接，所述第一发电机、所述第二发电机均为单输入轴发电机。
12.可选地，所述燃气轮机和所述第一发电机之间设置有第一离合器，所述透平机和所述第二发电机之间设置有第二离合器。
13.可选地，所述气压调节装置包括减压阀，第一支路的天然气经过所述减压阀进行降压。
14.可选地，所述气压调节装置包括压缩机，第一支路的天然气经过所述压缩机进行加压。
15.可选地，还包括中低温余热回收系统，所述中低温余热回收系统通过管道连接所述换热器，从所述换热器输出的废气通过所述中低温余热回收系统进行余热回收。
16.可选地，还包括冷能制备设备，所述冷能制备设备通过管道连接所述透平机，从所述透平机输出的天然气通过所述冷能制备设备进行冷能制备。
17.由上述技术方案可知，本实用新型提供的燃气轮机余热回收装置，具有以下优点：
18.采用气体与气体直接换热，提高了换热效率，从而更高效地回收能量。
19.使系统彻底摆脱对工艺水的需求，不仅可以减少运营成本，也使系统更加环保。
20.系统换热由两次换热变成一次换热，减少了换热器数量，降低了热量损失，因为换热过程越多，损失就会越多。
附图说明
21.图1为本实用新型实施例1中燃气轮机余热回收装置的结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例2中燃气轮机余热回收装置的结构示意图；
23.图3为本实用新型实施例3中燃气轮机余热回收装置的结构示意图。
24.附图标记说明：1、天然气气源；2、气压调节装置；3、燃气轮机；4、第一离合器；5、第一发电机；6、第二发电机；7、第二离合器；8、透平机；9、换热器；10、中低温余热回收系统；11、冷能制备设备。
具体实施方式
25.为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种燃气轮机余热回收装置做进一步详细的描述。
26.实施例1
27.如图1所示为本实用新型实施例1，该实施例中公开了一种燃气轮机余热回收装置，包括气压调节装置2、燃气轮机3、透平机8和换热器9，第一支路的天然气经过气压调节装置2调压，输入燃气轮机3燃烧做功，从燃气轮机3输出的废气通过换热器9，第二支路的天然气输入换热器9中进行加热，从换热器9中输出的天然气输入透平机8做功，换热器9为气气换热器。
28.换热器9中设置有不同的气流管道，分别流通天然气和燃气轮机3输出的废气，在流通过程中实现换热，利用气体与气体直接换热的换热器9，使整个系统彻底摆脱对工艺水的需求；换热器内部采用气体与气体直接换热，不仅减少了一个换热器，也提高了换热效率，达到更高效地回收能量的目的。
29.如图1所示，燃气轮机余热回收装置还包括第一发电机5，燃气轮机3与第一发电机5驱动连接，燃气轮机3驱动第一发电机5发电。
30.在本实施例中，第一发电机5为双输入轴发电机，透平机8与第一发电机5驱动连接，燃气轮机3和透平机8同时驱动第一发电机5发电。
31.第一发电机5采用有刷发电机，允许有两个输入轴。两个输入轴分布在机身的两端，燃气轮机3和透平机8分别分布在第一发电机5的两端。
32.为了实现驱动连接，燃气轮机3和第一发电机5之间设置有第一离合器4，透平机8和第一发电机5之间设置有第二离合器7。优选地，第一离合器4、第二离合器7均采用变速离合器或超越离合器。
33.从天然气气源1输送的天然气通常为高压、低温的天然气，此时，气压调节装置2包括减压阀，第一支路的天然气经过减压阀进行降压，输出适压天然气供燃气轮机3使用。
34.如果从天然气气源1输送的天然气为低压，那么气压调节装置2包括压缩机，第一支路的天然气经过压缩机进行加压，输出适压天然气供燃气轮机3使用。
35.根据天然气气源的压力，调整压力后进入燃气轮机3，作为燃气轮机3的燃料。空气先经过空气过滤器过滤，再经燃气轮机3的压气机部分压缩增压后，与原料天然气燃烧产生高温高压气体。气体通过燃气轮机的涡轮做功，推动第一发电机5做功。燃气轮机3排放的高温尾气，与另一路高压低温天然气在换热器9中进行换热，对高压天然气进行升温。所形成的高温高压天然气通过透平机8做功，气体降压降温过程中带动与透平机8相连的第一发电机5做功。
36.本实施例提供的燃气轮机余热回收装置，具有以下优点：
37.采用气体与气体直接换热，提高了换热效率，从而更高效地回收能量。
38.使系统彻底摆脱对工艺水的需求，不仅可以减少运营成本，也使系统更加环保。
39.系统换热由两次换热变成一次换热，减少了换热器数量，降低了热量损失，因为换热过程越多，损失就会越多。
40.实施例2
41.如图2所示为本实用新型实施例2，本实施例与实施例1所不同的是：还包括第二发电机6，透平机8与第二发电机6驱动连接，第一发电机5、第二发电机6均为单输入轴发电机。
42.燃气轮机3和第一发电机5之间设置有第一离合器4，透平机8和第二发电机6之间设置有第二离合器7。
43.第一发电机5、第二发电机6可以采用无刷发电机，允许有一个输入轴。
44.根据天然气气源的压力，调整压力后进入燃气轮机3，作为燃气轮机3的燃料。空气先经过空气过滤器过滤，再经燃气轮机3的压气机部分压缩增压后，与原料天然气燃烧产生高温高压气体。气体通过燃气轮机的涡轮做功，推动第一发电机5做功。燃气轮机3排放的高温尾气，与另一路高压低温天然气在换热器9中进行换热，对高压天然气进行升温。所形成的高温高压天然气通过透平机8做功，气体降压降温过程中带动与透平机8相连的第二发电机6做功。
45.本实施例中燃气轮机余热回收装置的其他结构设置与实施例1中相同，在此不再详细描述。
46.实施例3
47.如图3所示为本实用新型实施例3，本实施例与实施例1所不同的是：还包括中低温余热回收系统10，中低温余热回收系统10通过管道连接换热器9，从换热器9输出的废气通过中低温余热回收系统10进行余热回收。
48.还包括冷能制备设备11，冷能制备设备11通过管道连接透平机8，从透平机8输出的天然气通过冷能制备设备11进行冷能制备。
49.利用换热器9排放的低温烟气，根据实际情况可以考虑再接一次低温余热回收工艺，如orc(有机朗肯循环)、kalina(卡琳娜循环)。当透平机8的排气温度很低时，排放的低温常压天然气进行冷能制备，进一步提高能量的利用效率。
50.本实施例中燃气轮机余热回收装置的其他结构设置与实施例1中相同，在此不再详细描述。
51.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
52.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
53.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。