[发明专利]中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种燃气轮机间冷回热装置，特别是涉及一种中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置，采用压气机级中间喷水冷却技术、燃烧室蒸汽回注技术的燃气轮机循环装置。

背景技术：

在现有技术中，燃气轮机循环装置通常包括：压气机，燃烧室，涡轮，动力输出。

现有的燃气轮机使用间冷回热循环可以具有更大的功率和更好的效率特性，然而理论上已经证明，理想燃气轮机间冷循环可以提高装置的功率，但是不改善效率，另外采用间冷循环需要配置体积庞大的间冷器，这样使压气机的结构变得复杂，总体尺寸需要加长，流动阻力加大，会降低燃气轮机的功率和效率，因此间冷方案在实际工程中应用较少。

同样的，燃气轮机回热，可以提高装置的热效率，但是需要配置庞大的回热器，回热器的设计制造复杂，而且回热器换热效率较低，冷热流体流动阻力加大，因此回热方案在实际工程中也不易实现。

虽然间冷和回热共同使用既可提高装置的功率，又可提高装置的热效率。但是机械结构尺寸与原型机相比体积非常庞大、复杂，应用较少。

发明内容：

为了在不増加燃气初温、不改变通流部分的情况下，利用有限空间以简捷的措施有效地提高燃气轮机的功率和热效率，同时降低Nox排放，本发明提供了一种中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置。

本发明采用的技术方案为：一种中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置，设置在燃气轮机上，包括高压压气机、低压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮、负荷、余热回收蒸汽发生器、烟囱；其特征在于设有中间冷却的喷水雾化系统和蒸汽回注系统，所述用于中间冷却的喷水雾化系统包括设置在高压压气机和低压压气机之间的过渡段，过渡段内设有雾化喷嘴，与喷嘴依次连接有除盐水泵、除盐水箱和供水系统，喷嘴与高压压气机出口相连；所述蒸汽回注系统包括与余热回收蒸汽发生器相接的汽包，汽包通过蒸汽减温减压装置与燃烧室相接。

所述低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮和负荷是三轴形式。

所述低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮和负荷在一根共同的轴上连接。

所述低压压气机、高压压气机和低压涡轮、高压涡轮在同一根轴而与动力涡轮分轴。

所述喷嘴雾化液滴直径为25 -150μm。

所述喷嘴喷出的雾化液滴量为空气流量的0.2％—2％。

所述蒸汽回注系统回注蒸汽量为空气流量的0.5％—10％。

所述过渡段和除盐水泵之间、过渡段喷嘴和高压压气机出口之间、汽包和蒸汽减温减压装置之间可同时或者分别设置调节阀，调节阀电气连接有信号发生器；负荷与信号发生器电气连接，负荷功率、载荷采样信号输入到信号发生器，信号发生器控制调整调节阀流量。

所述的燃气轮机压比应为15-50。

本发明工作时来自于除盐水箱的除盐水通过除盐水泵进行加压供入过渡段内设置的空气雾化喷嘴上，同时从高压压气机出口处引空气至空气雾化喷嘴，从高压压气机出口引入的高温空气将除盐水雾化后由空气雾化喷嘴喷入过渡段；雾化后的除盐水喷入后开始在过渡段蒸发，通过除盐水的蒸发吸收空气热量，从而降低高压压气机的入口空气温度，未完全蒸发的除盐水进入高压压气机，形成湿压缩效应，减少压气机的耗功。

使用向压气机中间级喷水的方法降低压气机中空气温度，达到事实上的中冷效果，无需庞大的间冷器，喷注除盐水用到的压力气体入可以通过引自压气机出口处的高压空气，无需额外的压缩空气源，压缩空气可以将水雾化为索特平均直径为25 -150μm液滴。

除盐水在余热回收蒸汽发生器中吸收排气余热变为过热蒸汽，过热蒸汽由汽包通过蒸汽减温减压装置后回注到燃气轮机燃烧室中，蒸汽与燃烧室的燃气混合气体进入高、低压涡轮、动力涡轮膨胀作功后经余热回收蒸汽发生器排入大气。

利用燃烧室蒸汽回注技术替代回热，可以省略庞大的回热器。水蒸汽的比热高于空气，水蒸汽回注到燃烧室中，与空气直接混合，换热效率高，同时把燃气轮机排气中回收的热量返回燃烧室，这样可以节约燃料，提高整个装置的热效率。

中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置与本发明的原型机相比，在额定工况功率和效率得到提高，在部分负荷下的经济性提高，且占地少省却大量空间，尤其适合于舰船等狭小的空间。

附图说明：

图1本发明中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置原理图；

图2 本发明的中间喷水冷却与蒸汽回注燃气轮机循环装置焓熵图；