燃气轮机进气冷却系统和燃气轮机
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机技术领域，更具体地，涉及一种燃气轮机进气冷却系统和具有该进气冷却系统的燃气轮机。
背景技术
燃气发电机组具备启停速度快，运行灵活的特点，目前正成为电网主力调峰机组。在高温时节或高温地区，日常生活、工业生产等用电需求大，但高温却严重制约燃气机组出力，大大削弱其调峰能力。数据研究表明，在环境空气温度为5℃时，燃气轮机输出功率为额定出力的107％，而在35℃时只有额定出力的85％。即温度升高1℃时，燃气轮机机组出力下降约1％。
为此，在高温时节或高温地区，设置进气冷却系统，对燃气轮机进气进行降温冷却，能够增加燃气机组的出力，增强其发电能力，提高机组调峰能力，具有较高的经济效益和社会效益。
然而，现有的燃气轮机进气冷却系统存在电耗高、系统复杂以及运维成本高等问题。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本实用新型的一个方面提出一种燃气轮机进气冷却系统,该进气冷却系统的电耗低、系统简单以及运维成本低。
本实用新型还提出了一种燃气轮机。
根据本实用新型的第一方面的实施例的燃气轮机进气冷却系统包括：冷源；储能模块，所述储能模块的一部分与所述冷源连通用于储存所述冷源的冷量，所述储能模块的另一部分适于与燃气轮机的空气进口连通用于冷却所述燃气轮机的进气；控制模块，所述控制模块控制所述储能模块储存所述冷源的冷量和冷却燃气轮机的进气。
根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统设置储能模块，储能模块可储存冷源的冷量并放冷以冷却燃气轮机的进气，从而可以降低冷却系统的电耗、简化简单以及降低运维成本。
在一些实施例中，所述燃气轮机进气冷却系统还包括冷媒储罐，所述冷媒储罐的入口与所述储能模块的一部分连通，所述冷媒储罐的出口与所述冷源连通。
在一些实施例中，所述燃气轮机进气冷却系统还包括泵，所述冷媒储罐的出口经过所述泵与所述冷源连通。
在一些实施例中，所述燃气轮机进气冷却系统还包括第一阀组件和第二阀组件，所述控制模块控制所述第一阀组件打开以使所述储能模块储存所述冷源的冷量，所述控制模块控制所述第二阀组件打开以使所述储能模块冷却所述燃气轮机的进气。
在一些实施例中，所述储能模块储存所述冷源的冷量和所述储能模块冷却所述燃气轮机的进气不同时进行。
在一些实施例中，所述储能模块包括：壳体；第一换热件，所述第一换热件设在所述壳体内，所述第一换热件与所述冷源连通；储能材料，所述储能材料设在所述壳体内，所述储能材料与所述第一换热件相接触以与第一换热件内的冷媒换热；第二换热件，所述第二换热件设在所述壳体内，所述第二换热件与所述储能材料相接触，所述燃气轮机的进气通过所述第二换热件进入所述燃气轮机的空气进口，以使所述燃气轮机的进气在所述第二换热件内与所述储能材料换热。
在一些实施例中，所述第一换热件和所述第二换热件均为换热盘管，且所述第一换热件和所述第二换热件间隔布置。
在一些实施例中，所述燃气轮机进气冷却系统还包括测温模块，所述测温模块用于测定所述储能模块中所述储能材料的温度。
在一些实施例中，所述测温模块包括测温记录仪，所述测温记录仪用于检测和记录所述储能模块中的所述储能材料的温度分布。
根据本实用新型的第二方面的实施例的燃气轮机包括：进气冷却系统，所述进气冷却系统为上述任一实施例所述的燃气轮机进气冷却系统。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施例的燃气轮机进气冷却系统的示意图。
图2是根据本实用新型的实施例的储能模块的示意图。
附图标记：燃气轮机进气冷却系统100，冷源1，储能模块2，壳体21，第一换热件22，储能材料23，第二换热件24，保温材料25，冷媒储罐3，泵4，测温模块5，第一阀6，第二阀7，第三阀8，第四阀9，第五阀10，第六阀11。
燃气轮机的空气进口200。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
下面参考附图描述根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统和具有该进气冷却系统的燃气轮机。
如图1所示，根据本实用新型实施例的燃气轮机包括空气进口200和进气冷却系统，进气冷却系统可将空气冷却后通过空气进口200进入燃气轮机内。换言之，进气冷却系统能够冷却燃气轮机的进气。
其中进气冷却系统为根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统100。
下面参考附图1和图2描述根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统。
如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统100包括冷源1、储能模块2和控制模块(未示出)。其中冷源1可为工业余冷、液化天然气、吸收式制冷等多种冷源。储能模块2的一部分与冷源1连通，用于储存冷源1的冷量。储能模块2的另一部分与燃气轮机的空气进口200连通，用于冷却燃气轮机的进气。换言之，储能模块2既能储存冷源1的冷量还能够放冷以冷却燃气轮机的进气。
控制模块控制储能模块2储存冷源1的冷量和冷却燃气轮机的进气。
根据本实用新型实施例的燃气轮机进气冷却系统设置储能模块2、冷源1和控制模块，其中控制模块可以控制储能模块2储存冷源的冷量，还可以控制储能模块2放冷从而冷却燃气轮机的进气，从而降低了该冷却系统的电耗，简化了系统，且降低了运维成本。
具体地，该燃气轮机进气冷却系统因为采用工业余冷、液化天然气、吸收式制冷等多种冷源的冷量储存到储能模块中，并通过储能模块对进气进行冷却，因此该冷却系统不受环境温度和水温的影响，不受地区限制，应用广泛，且无需制冷机制冷，系统简单，电耗低，运维成本低。
在一些实施例中，燃气轮机进气冷却系统还包括冷媒储罐3，冷媒储罐3的入口与储能模块2的一部分连通，冷媒储罐3的出口与冷源1连通。具体地，如图1所示，储能模块2的储存冷量的部分连通冷源1的出口和冷媒储罐3的入口，冷媒储罐3的出口与冷源1的入口连通，以形成循环系统。
冷媒储罐3内可储存一定量的冷媒，冷媒进入冷源1中可携带冷源1的冷量流动至储能模块2的上述一部分中并将冷量存储至储能模块2中，冷媒从储能模块2的该一部分中流出并回到冷媒储罐3中，以此进行循环往复以将冷源1的冷量储存在储能模块2中。
具体地，冷媒储罐为密封性良好的保温罐体，用于储存冷媒。其中冷媒可以是乙二醇、乙二醇水溶液、烷烃类、氟利昂等。
进一步地，燃气轮机进气冷却系统还包括泵4，冷媒储罐3的出口经过泵4与冷源1连通。换言之，泵4连接在冷媒储罐3的出口5和冷源1的入口之间。由此，通过泵4驱动冷媒在该循环系统中的顺利流动。具体地，泵为低温循环泵。
在一些实施例中，燃气轮机进气冷却系统还包括第一阀组件和第二阀组件，控制模块控制第一阀组件打开时，可通过冷媒将冷源1的冷量储存在储能模块2中。控制模块控制第一阀组件关闭时，储能模块2不进行冷量的储存。
控制模块控制第二阀组件打开时，储能模块2可以对燃气轮机的进气进行冷却，以使冷却后的空气从燃气轮机的空气进口200进入燃气轮机内。控制模块控制第二阀组件关闭时，储能模块2不进行燃气轮机的进气的冷却。
进一步地，储能模块2储存冷源1的冷量和储能模块2冷却燃气轮机的进气不同时进行。换言之，第一阀组件和第二阀组件不同时处于打开状态。第一阀组件打开，以使储能模块2储存冷源1的冷量，在储存一定的冷量后，第一阀组件关闭，第二阀组件打开，以使储能模块2冷却燃气轮机的进气。
可以理解的是，本申请并不限于此，例如在第一阀组件打开一段时间后将第二阀组件打开且不关闭第一阀组件，此后储能模块2储存冷源1的冷量的同时也对燃气轮机的进气进行冷却。
在一些实施例中，储能模块2包括壳体21、第一换热件22、储能材料23和第二换热件24。第一换热件22设在壳体21内，第一换热件22与冷源1连通。如图1和图2所示，第一换热件22的一端与冷源1的出口连通，以使冷媒从冷源1中携带冷量进入第一换热件22内。
储能材料23设在壳体21内，储能材料23与第一换热件22相接触以与第一换热件22内的冷媒换热。如图1和图2所示，第一换热件22内的冷媒与储能材料23进行换热以使冷媒携带的冷量储存至储能材料23中。具体地，储能材料23可以是乙二醇、乙二醇水溶液、酒精、酒精水溶液等。
第二换热件24设在壳体21内，第二换热件24与储能材料23相接触，燃气轮机的进气(空气)通过第二换热件24进入燃气轮机的空气进口200，以使燃气轮机的进气在第二换热件24内与储能材料23换热。如图1和图2所示，储能材料23储存的冷量可将通过第二换热件24的燃气轮机的进气冷却，冷却后的进气再经空气进口200进入燃气轮机内。
在一些具体地实施例中，第一换热件22为换热盘管，由此可以增大第一换热件22与储能材料23的接触面积，从而提高第一换热件22和储能材料23的换热效率，提高储能效率。第二换热件24为换热盘管由此可以增大第二换热件24和储能材料23的接触面积，从而提高第二换热件24和储能材料23的换热效率，提高冷却效率。
进一步地，换热盘管的材料可以为铝或铜等，以提高换热效率。
在一些具体地实施例中，第一换热件22和第二换热件24间隔布置。如图1和图2所示，第一换热件22和第二换热件24在左右方向上间隔开，储能材料23包围在第一换热件22和第二换热件24的外周。
在一些具体地实施例中，壳体21包括外壳体211和内壳体212，外壳体211和内壳体212之间设有保温材料25。具体地，外壳体211和内壳体212的材料均为不锈钢，保温材料25为聚氨酯。可以理解的是，本申请并不限于此，只要外壳体211和内壳体212可以作为容器能够储存储能材料23，保温材料25可以起到保温的作用即可。在该些实施例中，通过在壳体21中设置保温材料25可以阻断壳体21内与外部环境的热交换。
在一些实施例中，燃气轮机进气冷却系统还包括测温模块5，测温模块5用于测定储能模块2中储能材料23的温度。通过设置测温模块5，能够便于了解储能模块2的温度，还可以将温度反馈给控制模块，并通过控制模块控制储能模块2的温度，以调整冷却温度在0℃以上，避免在水蒸气在第二换热件24的内表面冻结。
进一步地，测温模块5包括测温记录仪，测温记录仪用于检测和记录储能模块2中的储能材料23的温度分布。测温记录仪具有多个测点，能够测量和记录储能材料23不同位置的温度，从而获得储能材料23的温度分布。
在一些具体地实施例中，第一阀组件包括第一阀6、第二阀7和第三阀8，第一阀6设在冷源1的出口与第一换热件22的入口之间，第二阀7设在第一换热件22的出口与冷媒储罐3的入口之间，第三阀8设在冷媒储罐3的出口和泵4之间。其中第一阀6、第二阀7和第三阀8打开时，泵4将冷媒储罐3内的冷媒抽取出来进入冷源1中，冷媒携带冷源1的冷量进入第一换热件22内，与储能材料23换热，将冷量充入至储能材料23中。
第二阀组件包括第四阀9和第五阀10，第四阀9设在第二换热件24的入口和进气源之间，第五阀10设在第二换热件24的出口与燃气轮机的空气进口200之间。其中第四阀9和第五阀10打开时，进气源中的空气进入第二换热件24中与储能材料23进行换热，吸收储能材料23中的冷量后进入燃气轮机的空气进口200，从而实现燃气轮机的进气冷却。
在一些具体地实施例中，第一阀组件还包括第六阀11，第六阀11设在第二阀7和冷媒储罐3之间。
具体地，第一阀6邻近冷源1的出口设置，用于打开或关闭冷源1的出口。第二阀7邻近第一换热件22的出口设置，用于打开或关闭第一换热件22的出口。第六阀11邻近冷媒储罐3的入口设置，用于打开或关闭冷媒储罐3的入口。第三阀8邻近泵4的入口设置，用于打开或关闭泵4的入口。
第四阀9邻近第二换热件24的入口设置，用于打开或关闭第四阀9的入口。第五阀10邻近燃气轮机的空气进口200设置，用于打开或关闭燃气轮机的空气进口200。
下面参考附图1和图2描述根据本实用新型具体实施例的燃气轮机的进气冷却系统。
如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的燃气轮机的进气冷却系统包括冷源1、储能模块2、控制模块(未示出)、冷媒储罐3、泵4、测温模块5，第一阀6，第二阀7，第三阀8，第四阀9和第五阀10。冷源1可以为工业余冷、液化天然气、吸收式制冷等。
储能模块2包括壳体21、第一换热件22、储能材料23、第二换热件24和保温材料25。壳体21包括外壳体211和内壳体212，保温材料25设在外壳体211和内壳体212之间，外壳体211和内壳体212的材料均为不锈钢，保温材料25为聚氨酯。第一换热件22、储能材料23和第二换热件24均设在内壳体212内，且第一换热件22和第二换热件24间隔开，储能材料23包围在第一换热件22的外周和第二换热件24的外周，且第一换热件22和储能材料23相接触，第二换热件24与储能材料23相接触。第一换热件22和第二换热件24均为换热盘管，换热盘管的材料可以为铝或铜。
冷源1的出口处通过第一段冷媒管道与第一换热件22的入口相连。换言之，第一段冷媒管道的一端与冷源1的出口处相连，第一段冷媒管道的另一端穿过壳体21与第一换热件22的入口处相连。其中可以理解的是，本申请并不限于此，例如第一换热件22的入口处伸出壳体21与第一段冷媒管道的另一端相连。
第一换热件22的出口通过第二段冷媒管道与冷媒储罐3的入口相连。换言之，第二段冷媒管道的一端与冷媒储罐3的入口处相连，第二段冷媒管道的另一端穿过壳体21与第一换热件22的出口处相连。其中可以理解的是，本申请并不限于此，例如第一换热件22的出口处伸出壳体21与第二段冷媒管道的另一端相连。
冷媒储罐3的出口处通过第三段冷媒管道与泵4的入口相连，泵4的出口通过第四段冷媒管道与冷源1的入口处相连。从而将冷源1、第一换热件22、冷媒储罐3和泵4形成闭式循环系统。
其中第一阀6设在第一段冷媒管道上，即设在冷源1的出口与第一换热件22的入口之间，且邻近冷源1的出口设置，用于打开或关闭冷源1的出口。第二阀7和第六阀11均设在第二段冷媒管道上，即设在第一换热件22的出口与冷媒储罐3的入口之间，其中第二阀7邻近第一换热件22的出口设置，用于打开或关闭第一换热件22的出口；第六阀11邻近冷媒储罐3的入口设置，用于打开或关闭冷媒储罐3的入口。第三阀8设在第三段冷媒管道上，即设在冷媒储罐3的出口和泵4之间，且第三阀8邻近泵4的入口设置，用于打开或关闭泵4的入口。由此，通过控制第一阀6、第二阀7、第六阀11和第三阀8打开以将冷源1的冷量通过第一换热件22储存至储能材料23中。
进气源通过第一段空气管道与第二换热件24的入口处相连，第二换热件24的出口处通过第二段空气管道与燃气轮机的空气进口200相连。
其中第四阀9设在第一段空气管道上，即设在进气源和第二换热件24的入口处之间，且邻近第二换热件24的入口设置，用于打开或关闭第四阀9的入口。第五阀10设在第二段空气管道上，即设在第二换热件24的出口和燃气轮机的空气进口200之间，且邻近燃气轮机的空气进口200设置，用于打开或关闭燃气轮机的空气进口200。由此，通过控制第四阀9和第五阀10打开，空气进入第二换热件24内以与储能材料23进行换热以吸收冷量实现冷却，冷却后的空气从燃气轮机的空气进口200进入燃气轮机中。
测温模块5包括测温记录仪，测温记录仪设在壳体21内且邻近储能材料23。测温记录仪具有多个测点，能够测量和记录储能材料23不同位置的温度，从而获得储能材料23的温度分布。测温记录仪可以将温度反馈给控制模块，并通过控制模块控制储能材料23的温度，以调整冷却温度在0℃以上，避免在水蒸气在第二换热件24的内表面冻结。
下面描述采用本实用新型具体实施例的燃气轮机的进气冷却系统冷却燃气轮机的进气的一个示例性过程。
关闭第四阀9和第五阀10，打开第一阀6、第二阀7和第三阀8；
启动泵4以将冷媒储罐3中的冷媒抽取出来并进入冷源1中，将冷源1的冷量通过冷媒带入到第一换热件22中，与储能材料23换热，从而将冷量储存至储能材料23中；
测温模块5实时测量储能材料23的温度，在显示温度到达储能所需温度时，关闭第一阀6、第二阀7和第三阀8，且关闭泵3，储能过程完成；
待需要对燃气轮机的进气冷却时，打开第四阀9和第五阀10，使空气进入第二换热件22中，与已储冷量的储能材料23换热，吸收冷量实现冷却；
冷却的空气通过燃气轮机的空气进口200进入燃气轮机，进气冷却完成；
待测温模块5显示温度达到储能开始时的温度时，重新开始进行储能过程，以此循环往复，从而实现储能-释能的循环工作。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本实用新型中，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；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
