一种燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统及方法与流程

本发明属于天然气发电，具体涉及一种燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统及方法。

背景技术：

1、天然气发电启停灵活，负荷适应性强，可满足电网快速调峰调频需求，有助于改善电网的安全性。同时作为一种清洁能源，天然气发电能够有效优化和调整能源结构，在一次能源消费中的比重不断上升。以天然气发电为代表的燃气蒸汽联合循环机组具有高效、清洁、稳定、集成化程度高的特点，已经得到发电企业的重视。目前由于天然气价格普遍高居不下，严重影响到机组的发电效益。所以挖掘燃气蒸汽联合循环机组的节能技术，降低机组发电气耗，具有较大的实际意义。

2、目前从整个燃气蒸汽联合循环发电系统角度考虑，影响机组发电气耗的因素有三方面：(1)天然气供气进入燃气轮机燃烧器温度影响，由于外界供气温度偏低，冬季天然气供气温度约2～10℃，夏季15～20℃，目前为了提升燃烧温度及燃烧效率，都要将天然气温度提升到80～100℃，送入燃机轮机燃烧室燃烧，而目前都采用的方式是蒸汽伴热及电热模式对天然气进行余热升温，能量损失较大。(2)压气机入口空气温度影响。环境温度升高时，空气密度下降，质量流量下降，压气机的功耗上升，燃气排气温度升高，蒸汽侧会出现超温现象，整个联合循环系统发电量及发电效率下降，如夏季温度降低2～3℃，整体发电功率提升1.3％～1.5％，整体效率提升0.15％～0.18％。(3)余热锅炉排烟温度影响。目前燃气蒸汽联合发电机组余热锅炉排烟温度在90～110℃，直接影响到系统的热效率及发电气耗，尽可能降低排烟温度回收烟气余热及潜热是降低发电气耗的又一种节能手段。

3、综合考虑，如何利用简单、经济的节能技术路线将以上影响因素统一得到解决，是目前亟需解决的难题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出了一种燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统及方法，该系统具备工艺流程简单、设备成熟、投资成本低，经济效益好等特点，兼顾了目前影响燃气蒸汽联合循环机组影响机组气耗的三大主要因素，可大大降低发电气耗实现高效运行。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统，包括天然气源、压气机、燃气轮机燃烧室、余热锅炉、冷端换热器、烟气换热器和混合调温器，冷端换热器设置于压气机的进气端，压气机的出气端与燃气轮机燃烧室连接，燃气轮机燃烧室的烟气出口与余热锅炉的进气口连接，烟气换热器设置于余热锅炉的烟气出口，天然气源出口包括第一支路和第二支路，第一支路与冷端换热器的冷进口连接，冷端换热器的冷出口与烟气换热器的冷进口连接，烟气换热器的冷出口以及第二支路均与混合调温器的入口连接，混合调温器的出口与燃气轮机燃烧室的燃气入口连接。

4、优选的，第一支路、第二支路、冷端换热器的冷出口与烟气换热器冷进口连接的管路上、烟气换热器的冷出口与混合调温器入口连接的管路以及混合调温器与燃气轮机燃烧室燃气入口连接的管路上均设有控制阀门。

5、优选的，所述天然气源包括天然气罐，天然气罐的出口分为两路，其中一路与第一支路连通、另一路与第二支路连通。

6、优选的，天然气罐的入口设有控制阀门。

7、优选的，天然气源出口、烟气换热器的冷出口与混合调温器入口连接的管路以及混合调温器与燃气轮机燃烧室燃气入口连接的管路上均设有温度检测单元。

8、优选的，压气机的进气端在冷端换热器的上游以及下游均设有温度检测单元，余热锅炉的烟气出口在烟气换热器的上游以及下游均设有温度检测单元。

9、优选的，本发明燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统还包括烟囱，余热锅炉的烟气出口与烟囱连通。

10、本发明还提供了一种燃气蒸汽联合循环机组深度节能方法，该节能方法通过本发明如上所述的燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统进行，包括如下过程：

11、天然气源的天然气经第一支路、冷端换热器和烟气换热器进入混合调温器，天然气源的天然气还经过第二支路进入混合调温器；当天然气经过冷端换热器时，冷端换热器内天然气与压气机进气端空气进行换热，使得冷端换热器中的天然气进行第一次加热，同时使得天然气与压气机进气端空气温度降低；当天然气经过烟气换热器时，烟气换热器内天然气与余热锅炉烟气出口的烟气进行换热，使得烟气换热器中的天然气进行第二次加热，同时使得余热锅炉烟气出口的烟气温度降低；在混合调温器中，经烟气换热器加热后的天然气与经过第二支路进入的天然气进行混合，使得天然气温度满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求。

12、优选的：当所述燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统在夏季运行或环境温度在30℃以上运行时，天然气源出口的天然气温度处于15～20℃，天然气经过冷端换热器换热后，升温至25-27℃，同时压气机进气端空气温度降低到23-25℃；天然气经过烟气换热器后，升温至80～90℃，同时使得余热锅炉烟气出口的烟气温度降温到50-60℃；经烟气换热器加热后的80～90℃的天然气与经过第二支路进入的15～20℃的天然气在混合调温器中进行混合，使得混合调温器出口的天然气温度满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求。

13、优选的：当所述燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统在春秋季运行或环境温度在10～30℃运行时，天然气源出口的天然气温度处于10～15℃，天然气经过冷端换热器换热后，升温至12-13℃，同时压气机进气端空气温度降低到18-20℃；天然气经过烟气换热器后，升温至80～90℃，同时使得余热锅炉烟气出口的烟气温度降温到45-50℃；经烟气换热器加热后的80～90℃的天然气与经过第二支路进入的10～15℃的天然气在混合调温器中进行混合，使得混合调温器出口的天然气温度满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求。

14、优选的：当所述燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统在冬季运行或环境温度10℃以下运行时，天然气源出口的天然气温度处于0～5℃，天然气经过冷端换热器换热后，升温至3-7℃，同时压气机进气端空气温度降低到5-6℃；天然气经过烟气换热器后，升温至80～90℃，同时使得余热锅炉烟气出口的烟气温度降温到30-40℃，经烟气换热器加热后的80～90℃的天然气与经过第二支路进入的15～20℃的天然气在混合调温器中进行混合，使得混合调温器出口的天然气温度满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求。

15、本发明具有如下有益效果：

16、本发明燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统中，通过采用天然气含有的冷量、压气机空气的热量及烟气余热的热量耦合，实现系统能量的高效利用，达到降低发电气耗，提升发电效率的作用。具体的，当天然气经过冷端换热器时，冷端换热器内天然气与压气机进气端空气进行换热，使得冷端换热器中的天然气进行第一次加热，同时使得天然气与压气机进气端空气温度降低，实现了压气机高效运行的同时升高了天然气温度；当天然气经过烟气换热器时，烟气换热器内天然气与余热锅炉烟气出口的烟气进行换热，使得烟气换热器中的天然气进行第二次加热，同时使得余热锅炉烟气出口的烟气温度降低，实现了烟气余热利用的同时再次提升了天然气温度。由于天然气进行第二次加热后，温度较高，本发明设置了混合调温器，在混合调温器中将未经过加热的天然气与经过第二次加热的天然气混合并达到预设温度，使得天然气温度满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求，很好地解决了第二次加热后，由于天然气温度较高，不满足燃气轮机燃烧室的燃烧要求的问题；混合调温器中，冷、热天然气直接进行混合、热损失非常小，因此热量被充分利用。从上述方案可以看出，本发明为了保证本发明系统能够实现所有功能，充分考虑现场实际情况，利用天然气需要升温提升燃烧效率，热量采用空气侧和烟气侧充当热源，实现高效节能。压气机入口空气温度降低，对机组发电功率及发电效率提升作用较大，充分利用天然气冷量来降低空气侧温度，实现能量的高效利用。余热锅炉排烟温度较高，对机组热效率影响较大，利用天然气冷量实现烟气余热的深度利用，实现机组节能。从整个燃气蒸汽联合循环机组考虑，本发明系统充分利用了系统冷源热源进行耦合，实现机组的高效节能。此外，从本发明燃气蒸汽联合循环机组深度节能系统的结构可以看出，该系统具备工艺流程简单、设备成熟、降低了投资成本低，具有经济效益好的特点，彻底解决了目前燃气蒸汽联合循环机组发电效率低、气耗高的难题。