專利名稱：中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣輪機間冷回熱裝置，特別是涉及ー種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，采用壓氣機級中間噴水冷卻技術、燃燒室蒸汽回注技術的燃氣輪機循環裝置。
背景技術：
在現有技術中，燃氣輪機循環裝置通常包括壓氣機，燃燒室，渦輪，動カ輸出。現有的燃氣輪機使用間冷回熱循環可以具有更大的功率和更好的效率特性，然而理論上已經證明，理想燃氣輪機間冷循環可以提高裝置的功率，但是不改善效率，另外采用間冷循環需要配置體積龐大的間冷器，這樣使壓氣機的結構變得復雜，總體尺寸需要加長， 流動阻力加大，會降低燃氣輪機的功率和效率，因此間冷方案在實際工程中應用較少。同樣的，燃氣輪機回熱，可以提高裝置的熱效率，但是需要配置龐大的回熱器，回熱器的設計制造復雜，而且回熱器換熱效率較低，冷熱流體流動阻カ加大，因此回熱方案在實際工程中也不易實現。雖然間冷和回熱共同使用既可提高裝置的功率，又可提高裝置的熱效率。但是機械結構尺寸與原型機相比體積非常龐大、復雜，應用較少。
發明內容
為了在不増加燃氣初溫、不改變通流部分的情況下，利用有限空間以簡捷的措施有效地提高燃氣輪機的功率和熱效率，同時降低Nox排放，本發明提供了ー種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置。本發明采用的技術方案為ー種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，設置在燃氣輪機上，包括高壓壓氣機、低壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動カ渦輪、負荷、余熱回收蒸汽發生器、煙囪；其特征在于設有中間冷卻的噴水霧化系統和蒸汽回注系統，所述用于中間冷卻的噴水霧化系統包括設置在高壓壓氣機和低壓壓氣機之間的過渡段，過渡段內設有霧化噴嘴，與噴嘴依次連接有除鹽水泵、除鹽水箱和供水系統，噴嘴與高壓壓氣機出口相連；所述蒸汽回注系統包括與余熱回收蒸汽發生器相接的汽包，汽包通過蒸汽減溫減壓裝置與燃燒室相接。所述低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動カ渦輪和負荷是三軸形式。所述低壓壓氣機、高壓壓氣機、高壓渦輪、低壓渦輪、動カ渦輪和負荷在一根共同的軸上連接。所述低壓壓氣機、高壓壓氣機和低壓渦輪、高壓渦輪在同一根軸而與動カ渦輪分軸。所述噴嘴霧化液滴直徑為25 -150 μ m。所述噴嘴噴出的霧化液滴量為空氣流量的O. 2%—2%。所述蒸汽回注系統回注蒸汽量為空氣流量的O. 5%—10%。所述過渡段和除鹽水泵之間、過渡段噴嘴和高壓壓氣機出口之間、汽包和蒸汽減溫減壓裝置之間可同時或者分別設置調節閥，調節閥電氣連接有信號發生器；負荷與信號發生器電氣連接，負荷功率、載荷采樣信號輸入到信號發生器，信號發生器控制調整調節閥流量。所述的燃氣輪機壓比應為15-50。本發明工作時來自于除鹽水箱的除鹽水通過除鹽水泵進行加壓供入過渡段內設置的空氣霧化噴嘴上，同時從高壓壓氣機出口處引空氣至空氣霧化噴嘴，從高壓壓氣機出ロ引入的高溫空氣將除鹽水霧化后由空氣霧化噴嘴噴入過渡段；霧化后的除鹽水噴入后開始在過渡段蒸發，通過除鹽水的蒸發吸收空氣熱量，從而降低高壓壓氣機的入口空氣溫度，未完全蒸發的除鹽水進入高壓壓氣機，形成濕壓縮效應，減少壓氣機的耗功。使用向壓氣機中間級噴水的方法降低壓氣機中空氣溫度，達到事實上的中冷效果，無需龐大的間冷器，噴注除鹽水用到的壓カ氣體入可以通過引自壓氣機出口處的高壓空氣，無需額外的壓縮空氣源，壓縮空氣可以將水霧化為索特平均直徑為25 -150 μ m液滴。
除鹽水在余熱回收蒸汽發生器中吸收排氣余熱變為過熱蒸汽，過熱蒸汽由汽包通過蒸汽減溫減壓裝置后回注到燃氣輪機燃燒室中，蒸汽與燃燒室的燃氣混合氣體進入高、低壓渦輪、動カ渦輪膨脹作功后經余熱回收蒸汽發生器排入大氣。利用燃燒室蒸汽回注技術替代回熱，可以省略龐大的回熱器。水蒸汽的比熱高于空氣，水蒸汽回注到燃燒室中，與空氣直接混合，換熱效率高，同時把燃氣輪機排氣中回收的熱量返回燃燒室，這樣可以節約燃料，提高整個裝置的熱效率。中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置與本發明的原型機相比，在額定エ況功率和效率得到提高，在部分負荷下的經濟性提高，且占地少省卻大量空間，尤其適合于艦船等狹小的空間。
圖I本發明中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置原理圖2本發明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置焓熵圖3本發明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置功率曲線；
圖4本發明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置效率曲線；
圖5本發明的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置高壓壓氣機出口溫度曲
線；
圖中標號名稱I-低壓壓氣機，2-高壓壓氣機，3-燃燒室，4-高壓渦輪，5-低壓渦輪，6_動カ渦輪，7-負荷，8-過渡段，9-抽氣量調節閥，10-噴水量調節閥，11-除鹽水泵，12-除鹽水箱，13-供水系統，14-供蒸汽量調節閥，15-汽包，16-余熱回收蒸汽發生器，17-煙囪，18-信號發生器，19-廢氣，20-蒸汽減溫減壓裝置，21-信號電纜。TO-環境大氣溫度，Tl-低壓壓氣機出ロ溫度，T2-高壓壓氣機入口溫度，T3-高壓壓氣機出ロ溫度，T4-高壓渦輪入口溫度，T7-動カ渦輪出ロ溫度。具體實施方案
圖I是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置原理圖。本發明實施例如圖I所示，本發明的燃氣輪機循環裝置包括用來壓縮和排出氣體的壓氣機低壓壓氣機I和高壓壓氣機2 ;由低壓壓氣機I和高壓壓氣機2供入壓縮氣體的燃燒室3 ;由來自燃燒室3的燃氣驅動的高壓渦輪4、低壓渦輪5、動カ渦輪6 ;與動カ渦輪6的軸相連接的負荷7 ;從燃氣輪機排出的廢氣19通過余熱回收蒸汽發生器16和煙囪17排到大氣中；為了更好的提高燃氣輪機功率及熱效率，還設有中間冷卻的噴水霧化系統和一套蒸汽回注系統。所述用于中間冷卻的噴水霧化系統包括設置在高壓壓氣機和低壓壓氣機之間的過渡段8，過渡段內部上方設有霧化噴嘴，與噴嘴依次連接有除鹽水泵11、除鹽水箱12和供水系統13，噴嘴與高壓壓氣機2出口相連；來自于除鹽水箱12的除鹽水通過除鹽水泵11進行加壓，供到過渡段8上的空氣霧化噴嘴上，同時從高壓壓氣機2出口處引空氣至空氣霧化噴嘴，從高壓壓氣機2出口引入的高溫空氣將除鹽水霧化后由空氣霧化噴嘴噴入過渡段8 ;霧化后的除鹽水噴入后開始在過渡段8蒸發，通過除鹽水的蒸發吸收空氣熱量，降低高壓壓氣機2入口空氣溫度T2，未完全蒸發的水進入高壓壓氣機2，形成濕壓縮效應，減少高壓壓氣機2的耗功。所述蒸汽回注系統包括與余熱回收蒸汽發生器相接的汽包，汽包通過蒸汽減溫減壓裝置與燃燒室相接；除鹽水在余熱回收蒸汽發生器16中吸收動カ渦輪6排氣余熱變為過 熱蒸汽，過熱蒸汽由汽包15通過蒸汽減溫減壓裝置20后回注到燃氣輪機燃燒室3中，所述蒸汽與燃燒室3的燃氣混合氣體進入高壓渦輪4、低壓渦輪5、動カ渦輪6膨脹作功后經余熱回收蒸汽發生器16排入大氣。為了控制流量，在過渡段8和除鹽水泵11之間設置噴水量調節閥10、在過渡段8和高壓壓氣機2之間設置抽氣量調節閥9、在汽包15和蒸汽減溫減壓裝置20之間設置回注蒸汽量調節閥14 ;噴水量調節閥10、抽氣量調節閥9、回注蒸汽量調節閥14電氣連接有信號發生器18，負荷7功率輸出方面的信號和載荷指令信號輸入到上述信號發生器18中，而信號發生器18則發出打開控制閥信號和其他指令，控制閥9、10、14與信號發生器18通過例如信號電纜21等互相連通。本實施例中的低壓壓氣機I、高壓壓氣機2、燃燒室3、高壓渦輪4、低壓渦輪5、動カ渦輪6和負荷7是三軸形式，實施時低壓壓氣機I、高壓壓氣機2、高壓渦輪4、低壓渦輪5、動カ渦輪6和負荷7也可在一根共同的軸上連接，或者低壓壓氣機I、高壓壓氣機2和低壓渦輪4、高壓渦輪5在同一根軸而與動カ渦輪6分軸的形式。實施時噴嘴霧化液滴直徑控制在為25 -150 μ m，霧化液滴量為空氣流量的0.2% —2% ;蒸汽回注系統回注蒸汽量為空氣流量的O. 5% —10% ;燃氣輪機壓比應為15-50。圖2是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置焓熵圖，包括燃氣循環和蒸汽循環量部分，左側部分是中間噴水冷卻的燃氣循環，右側部分為回注蒸汽的循環。曲線abed-給水在余熱回收蒸汽發生器里至過熱狀態，曲線dT4T7-回注蒸汽在燃氣輪機中加熱及膨脹做功過程。曲線T7ea_是-燃氣排氣中的水蒸汽的凝結過程。圖3、圖4和圖5分別是中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置功率曲線、效率曲線和高壓壓氣機出口溫度曲線，圖中所示的值在如下計算條件得出，例如環境溫度27°C，相對溫度60%，壓氣機空氣流量為85kg/s，壓氣機的多變效率為O. 88，渦輪的絕熱效率為O. 89，燃燒溫度為1270°C，壓氣機抽氣量為20%，壓氣機排氣壓カ為2MPa，中冷噴水溫度27°C，回注蒸汽溫度410°C。
權利要求
1.一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，設置在燃氣輪機上，包括高壓壓氣機(2)、低壓壓氣機(I)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、動力渦輪(6)、負荷(7)、余熱回收蒸汽發生器(16)、煙囪(17);其特征在于設有中間冷卻的噴水霧化系統和蒸汽回注系統，所述用于中間冷卻的噴水霧化系統包括設置在高壓壓氣機(2)和低壓壓氣機(I)之間的過渡段(8)，過渡段(8)內設有霧化噴嘴，與噴嘴依次連接有除鹽水泵(11)、除鹽水箱(12)和供水系統(13)，噴嘴與高壓壓氣機(2)出口相連；所述蒸汽回注系統包括與余熱回收蒸汽發生器(16)相接的汽包(15)，汽包(15)通過蒸汽減溫減壓裝置(20)與燃燒室(3)相接。
2.根據權利要求I所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(I)、高壓壓氣機(2)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、動力渦輪(6)和負荷(7)是二軸形式。
3.根據權利要求I所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(I)、高壓壓氣機(2)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、動力渦輪(6)和負荷(7)在一根共同的軸上連接。
4.根據權利要求I所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述低壓壓氣機(I)、高壓壓氣機(2)和低壓渦輪(5)、高壓渦輪(4)在同一根軸而與動力渦輪(6 )分軸。
5.根據權利要求I所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述噴嘴霧化液滴直徑為25 -150 μ m。
6.根據權利要求1-5任一所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述噴嘴噴出的霧化液滴量為空氣流量的O. 2%—2%。
7.根據權利要求1-5任一所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述蒸汽回注系統回注蒸汽量為空氣流量的O. 5% —10%。
8.根據權利要求I 5任一所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述過渡段(8)和除鹽水泵(11)之間、過渡段(8)噴嘴和高壓壓氣機(2)出口之間、汽包(15)和蒸汽減溫減壓裝置(20)之間可同時或者分別設置調節閥，調節閥電氣連接有信號發生器(18);負荷(7)與信號發生器(18)電氣連接，負荷(7)功率、載荷采樣信號輸入到信號發生器(18)，信號發生器(18)控制調整調節閥流量。
9.根據權利要求I 5任一所述的中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，其特征在于所述的燃氣輪機壓比應為15-50。
全文摘要
一種中間噴水冷卻與蒸汽回注燃氣輪機循環裝置，設置在燃氣輪機上，包括高壓壓氣機、低壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動力渦輪、負荷、余熱回收蒸汽發生器、煙囪；其特征在于設有中間冷卻的噴水霧化系統和蒸汽回注系統，所述用于中間冷卻的噴水霧化系統包括設置在高壓壓氣機和低壓壓氣機之間的過渡段，過渡段內設有霧化噴嘴，與噴嘴依次連接有除鹽水泵、除鹽水箱和供水系統，噴嘴與高壓壓氣機出口相連；所述蒸汽回注系統包括與余熱回收蒸汽發生器相接的汽包，汽包通過蒸汽減溫減壓裝置與燃燒室相接；加設本裝置后在額定工況功率和效率得到提高，在部分負荷下的經濟性提高，且占地少省卻大量空間，尤其適合于艦船等狹小的空間。
文檔編號F02C7/143GK102817714SQ20121031882
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者聞雪友, 林楓, 董斌, 李東明, 馬正軍, 俞世康, 常春輝, 孫鵬, 劉偉, 李卓, 劉雪彬, 劉文文, 欒永軍, 肖東明, 荀柏秋, 何彬, 崔寶 申請人:中國船舶重工集團公司第七○三研究所