利用余热进行进气深度除湿的燃气轮循环系统及其除湿方法与流程

1.本发明属于燃气轮机应用技术领域，特别是涉及一种利用余热进行进气深度除湿的燃气轮循环系统及其除湿方法。


背景技术：

2.燃气轮机作为一种新型动力机械，由压气机、燃烧室和燃气透平组成，具有体积小、投资少、启动快的优点。燃气轮机已广泛应用于航空和舰船领域，目前迅速向电力、石化、冶金、交通等诸多领域发展。我国疆域辽阔，跨越热带季风、亚热带季风、湿带季风等多个气候带，很多地区潮湿多雨，空气含湿量较高。潮湿空气对燃气轮机的工作性能产生了不可忽视的影响，日益引起了人们的关注，尤其是涉海领域。通过实验分析，空气湿度对燃气轮机的影响有如下几个方面：一、空气湿度增加易造成压气机的叶片损坏，并使压气机的能耗增加；二、空气湿度增加易造成燃烧室的燃烧稳定性变差；三、空气湿度增加虽能提高燃气透平的功率，但燃气透平的相对内效率下降。因此预先对燃气轮机的进气进行深度除湿对于提高潮湿环境下燃气轮机的工作性能具有十分重要的意义。
3.目前工业领域常用的除湿方法是基于压缩式制冷的冷凝除湿方法，该方法需要消耗大量的高品位电能，同时不宜在环境温度过高或过低的场合使用，维护保养也比较麻烦。鉴于传统冷凝除湿方法的缺点和不足，有必要采用一种更高效节能的除湿方法来提高燃气轮机进气深度除湿过程的能源效率。溶液除湿方法利用了浓盐溶液的吸湿特性，与冷凝除湿方法相比，不需要那么低的制冷温度，具有非常大的节能潜力。但目前溶液除湿方法仍利用高品位电力满足较低品位除湿需求，并不符合能量的梯级利用。综合上述分析，可考虑将燃气轮机的排气余热作为溶液除湿的唯一驱动能源进行余热回收，再通过溶液除湿方法对燃气轮机的进气进行深度除湿，这样不仅提高了燃气轮循环系统的热效率，而且提高了潮湿环境下燃气轮机的工作性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种燃气轮机工作性能好、热效率高的利用余热进行进气深度除湿的燃气轮循环系统。
5.本发明的另一个目的在于提供一种充分利用燃气轮机余热、能耗低、除湿能力强的余热用于进气深度除湿的燃气轮循环的方法。
6.本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：本发明是一种余热用于进气深度除湿的燃气轮循环系统，包括一级溶液除湿器、二级溶液除湿器、燃气轮机、烟气型吸收式制冷机、再生加热器、再生器、循环泵、一级水冷式冷却器、二级水冷式冷却器、新风管道、中风管道、送风管道、烟气管道、浓溶液管道、中间溶液管道、稀溶液管道、再生空气管道。
7.所述的一级溶液除湿器的空气入口与新风管道连接；所述的二级溶液除湿器的空气入口通过中风管道与一级溶液除湿器的空气出口连接；所述的燃气轮机的压气机入口通
过送风管道与二级溶液除湿器的空气出口连接；所述的烟气型吸收式制冷机的烟气入口通过烟气管道前段与燃气轮机的燃气透平出口连接；所述的再生加热器的烟气入口通过烟气管道中段与烟气型吸收式制冷机的烟气出口连接，再生加热器的烟气出口通过烟气管道后段与外界连通；所述的再生器的浓溶液出口通过浓溶液管道与一级溶液除湿器的浓溶液入口连接，并在浓溶液管道上依次设置循环泵和一级水冷式冷却器；再生器的空气入口通过再生空气管道前段与外界连通，再生器的空气出口通过再生空气管道后段与外界连通；一级溶液除湿器的中间溶液出口通过中间溶液管道与二级溶液除湿器的中间溶液入口连接，并在中间溶液管道上依次设置二级水冷式冷却器和烟气型吸收式制冷机；二级溶液除湿器的稀溶液出口通过稀溶液管道与再生器的稀溶液入口连接，并在稀溶液管道上设置再生加热器。
8.本发明是一种燃气轮循环系统的进气深度除湿方法，包括以下几个步骤：1)潮湿空气通过新风管道进入一级溶液除湿器完成初步除湿过程，初步除湿后的空气通过中风管道进入二级溶液除湿器完成深度除湿过程，深度除湿后的空气通过送风管道送至燃气轮机的压气机入口作为燃气轮机的进气。
9.2）燃气轮机的燃气透平排放的烟气首先前往烟气型吸收式制冷机作为其驱动热源，然后前往再生加热器进一步释放热量后排向外界。
10.3）再生器的浓溶液由循环泵驱动，经由一级水冷式冷却器进行降温冷却后进入一级溶液除湿器，在一级溶液除湿器内浓溶液吸收潮湿空气中的水分后，浓度降低，转变为中间溶液；中间溶液首先经由二级水冷式冷却器进行第一次降温冷却，然后再进入烟气型吸收式制冷机进行第二次降温冷却，形成低温中间溶液，从而提高溶液除湿能力。低温中间溶液进入二级溶液除湿器与来自一级溶液除湿器的初步除湿空气接触，低温中间溶液吸收初步除湿空气中的水分后，浓度再降低，转变为稀溶液；稀溶液首先进入再生加热器被加热至再生温度，然后进入再生器与再生空气接触，水分从溶液侧转移到空气侧，稀溶液转变为浓溶液，完成了一个工质循环。
11.采用上述方案后，本发明具有以下几个优点：一、提高燃气轮机的工作性能。由于本发明采用一级溶液除湿器和二级溶液除湿器对燃气轮机的进气进行了深度除湿，降低了燃气轮机压气机的能耗，提高了燃气轮机燃烧室的燃烧稳定性，提高了燃气轮机燃气透平的相对内效率，从而减小燃气轮机运行故障，延长燃气轮机的寿命。
12.二、提高燃气轮循环的热效率。由于本发明燃气轮机的燃气透平通过管道分别与烟气型吸收式制冷机和再生加热器连接，提供热能，利用烟气型吸收式制冷机对燃气轮机排放的高温烟气进行了余热回收，再利用再生加热器进一步回收了烟气的低温热能，大大提高了燃气轮循环的热效率和燃料利用系数。
13.三、降低除湿过程的能耗。由于本发明设有一级溶液除湿器和二级溶液除湿器，采用双级溶液除湿方法替代了传统的冷凝除湿方法，除湿能力大为增强同时降低了除湿过程的能耗，并完全采用燃气轮机的排气余热作为溶液除湿的唯一能源，解决了溶液除湿方法依赖高品位电能的问题。
14.四、应用范围广。我国的潮湿地区约占国土面积的三分之一，以及广阔的海域面积，为本发明的应用提供了巨大的空间；另外本发明的除湿方法只依靠燃气轮机本身的余
热，不需要电力或其它外部能源，适用于更多的特殊场合。
附图说明
15.图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
16.如图1所示，本发明是一种利用余热进行进气深度除湿的燃气轮循环系统，包括一级溶液除湿器1、二级溶液除湿器2、燃气轮机3、烟气型吸收式制冷机4、再生加热器5、再生器6、循环泵7、一级水冷式冷却器8、二级水冷式冷却器9、新风管道10、中风管道11、送风管道12、烟气管道13、浓溶液管道14、中间溶液管道15、稀溶液管道16、再生空气管道17。
17.所述的一级溶液除湿器1的空气入口与新风管道10连接；所述的二级溶液除湿器2的空气入口通过中风管道11与一级溶液除湿器1的空气出口连接；所述的燃气轮机3的压气机31入口通过送风管道12与二级溶液除湿器2的空气出口连接；所述的烟气型吸收式制冷机4的烟气入口通过烟气管道13前段与燃气轮机3的燃气透平32出口连接；所述的再生加热器5的烟气入口通过烟气管道13中段与烟气型吸收式制冷机4的烟气出口连接，再生加热器5的烟气出口通过烟气管道13后段与外界连通；所述的再生器6的浓溶液出口通过浓溶液管道14与一级溶液除湿器1的浓溶液入口连接，并在浓溶液管道14上依次设置循环泵7和一级水冷式冷却器8；再生器6的空气入口通过再生空气管道17前段与外界连通，再生器6的空气出口通过再生空气管道17后段与外界连通；一级溶液除湿器1的中间溶液出口通过中间溶液管道15与二级溶液除湿器2的中间溶液入口连接，并在中间溶液管道15上依次设置二级水冷式冷却器9和烟气型吸收式制冷机4；二级溶液除湿器2的稀溶液出口通过稀溶液管道16与再生器6的稀溶液入口连接，并在稀溶液管道16上设置再生加热器5。
18.如图1所示，本发明是一种燃气轮循环系统的进气深度除湿方法，包括以下几个步骤：1）潮湿空气x通过新风管道10进入一级溶液除湿器1完成初步除湿过程，初步除湿后的空气通过中风管道11进入二级溶液除湿器2完成深度除湿过程，深度除湿后的空气通过送风管道12送至燃气轮机3的压气机31入口作为燃气轮机3的进气。
19.2）燃气轮机3的燃气透平32排放的烟气y首先前往烟气型吸收式制冷机4作为其驱动热源，然后前往再生加热器5进一步释放热量后排向外界。
20.3）再生器6的浓溶液由循环泵7驱动，经由一级水冷式冷却器8进行降温冷却后进入一级溶液除湿器1，在一级溶液除湿器1内浓溶液吸收潮湿空气中的水分后，浓度降低，转变为中间溶液；中间溶液首先经由二级水冷式冷却器9进行第一次降温冷却，然后再进入烟气型吸收式制冷机4进行第二次降温冷却，形成低温中间溶液，从而提高溶液除湿能力。低温中间溶液进入二级溶液除湿器2与来自一级溶液除湿器1的初步除湿空气接触，低温中间溶液吸收初步除湿空气中的水分后，浓度再降低，转变为稀溶液；稀溶液首先进入再生加热器5被加热至再生温度，然后进入再生器6与再生空气接触，水分从溶液侧转移到空气侧，稀溶液转变为浓溶液，完成了一个工质循环。
21.本发明的核心重点在于：燃气轮机3的燃气透平32排放的烟气作为烟气型吸收式制冷机4的驱动热源，并为再生加热器5提供热能。烟气型吸收式制冷机4为双级溶液除湿系
统提供冷量将潮湿空气进行深度除湿后作为燃气轮机3的进气。
22.以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。