[发明专利]一种基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统及其控制方法

说明书

本发明为基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统及其控制方法，该系统可利用电驱动膨胀式热泵或吸收式热泵的能量，进行分季节供冷或加热，在冬季抽取换热后的循环水（或来自地源热泵单元）通过热泵循环提高热泵供热效率，之后通过热泵提供热水加热燃机进气温度，进而提高机组部分负荷效率；在夏季抽取凝汽器换热前的循环水（或来自地源热泵单元）通过热泵循环提高热泵供冷效率，之后通过热泵提供冷水冷却燃机进气温度，进而提高机组顶峰能力。本发明的系统和方法，利用了热泵冬季节能供热与夏季节能供冷的优势，解决了燃机在冬季与夏季需进气温控的技术痛点，便于操作和管理，且适用于缺水地区，特别适用于余热锅炉内部无换热器新增空间来提供热水加热燃机进气的机组。

技术领域

本发明属于燃气轮机发电提效领域，尤其涉及一种基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统及其控制方法。

背景技术

地源热泵机组与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，具有明显的节能效果(具体对比效果参见图4)。但该套系统主要用于建筑空调行业，较少应用于发电行业，特别是在燃气发电领域应用潜力还未得到开发。

目前虽然也有将空调温控系统引用到燃气轮机发电通过对进气温度进行调节解决夏季工况、冬季工况或部分负荷工矿下机组性能与用户需求不匹配的问题，但系统能效比较低，而且引入的空调温控系统成本高昂。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种基于地源热泵的燃气轮机进气加热与冷却系统和方法，具体由以下技术方案实现：

所述基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统，包括燃气轮机、余热锅炉以及汽轮机，所述燃气轮机、余热锅炉以及汽轮机按气流方向的顺序依次首尾联通，还包括：

燃气机换热器，设置于燃气轮机的进气口；

水源热泵单元，包括：蒸发器、冷凝器、压缩机、进气换热环路泵以及用于切换制冷与供热两种工况的阀组，所述蒸发器、冷凝器以及压缩机串接形成制冷剂热交换回路，燃气机换热器与蒸发器或冷凝器相连形成进气换热环路；当电动阀组内切换制冷的电动阀处于打开状态时，蒸发器吸收进气换热环路中水的热量，形成应用于制冷工况下的制冷回路；当电动阀组内切换供热的电动阀处于打开状态时，冷凝器向气换热环路中的水放热，形成应用于供热工况下的供热回路；

地源热泵单元，包括地源热泵单元水泵、地埋管换热器以及用于控制联通水源热泵单元的阀组，地源热泵单元水泵将水经地埋管换热器输送至蒸发器或冷凝器；冷却塔单元，包括冷却塔、凝汽器以及用于控制联通水源热泵单元的阀组，凝汽器、余热锅炉以及汽轮机形成冷却水回路，冷却塔与凝汽器联通并与蒸发器或冷凝器联通，

进气温度控制器，通过调节压缩机的功率以及进气换热环路泵的水量对进气换热环路的水温度控制；通过控制冷却塔单元、地源热泵单元以及水源热泵单元中的阀组实现水源热泵单元的工况切换以及与冷却塔单元或地源热泵单元的联通。

所述基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统的进一步设计在于，所述制冷剂热交换回路还设有节流阀。

所述基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统的进一步设计在于，所述蒸发器的入口一端设置有上游水温测温器，蒸发器的出口一端设置有下游水温测温器。

所述基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统的进一步设计在于，所述地埋管换热器为沿S形盘绕设置的换热管，所述换热管处于同一水平面或竖直平面内。

所述基于地源热泵的燃气轮机进气温控系统的进一步设计在于，所述冷却塔单元与地源热泵单元阀门分别设有一个取水测温点；在制冷工况下选择测得水温较低的单元作为供水源；在供热工况下选择测得水温较高的单元作为供水源。