专利摘要

本发明公开一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，包括：发电机、燃气轮机、回热器、废热制冷制热系统、控制器、调节阀、加热器，燃气轮机与回热器通过管路连接，燃气轮机与废热制冷制热系统通过管路连接，回热器与废热制冷制热系统通过管路连接，控制器通过若干调节阀分别与废热制冷制热系统和回热器连接，发电机与燃气轮机连接，废热制冷制热系统与加热器连接。本发明为能源的综合阶梯利用实现了多目标的普适应用，主要通过回热器可调设计，根据环境变化以及客户需求，在发电、制冷、制热三项目标中形成多项组合、且比例可调，为不同客户对能源利用需求的差异化的热电冷联产中提供了多种方案匹配。

权利要求

1.一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，其特征在于：包括发电机、燃气轮机、回热器、废热制冷制热系统、控制器、调节阀、加热器，所述燃气轮机与所述回热器通过管路连接，所述燃气轮机与所述废热制冷制热系统通过管路连接，所述回热器与所述废热制冷制热系统通过管路连接，所述控制器通过若干所述调节阀分别与所述废热制冷制热系统和所述回热器连接，所述发电机与所述燃气轮机连接，所述废热制冷制热系统与所述加热器连接；

所述回热器上设置回热器空气进口（1.3）和回热器空气出口（1.4），还设置回热器废气进口（2.6）和回热器废气出口（2.7），所述回热器废气出口（2.7）通过管路连接废热制冷制热系统，在所述回热器废气出口（2.7）和所述废热制冷制热系统连接管路设置有所述调节阀；

所述燃气轮机包括压气机、燃烧室和涡轮，所述压气机上设置压气机空气入口（1.1）和压气机空气出口（1.2）；所述燃烧室上设置燃料喷嘴（2.1）、燃烧室空气进口（1.5）和燃气出口（2.2）；所述涡轮上设置燃气入口（2.3）和涡轮废气出口（2.4）；所述压气机空气出口（1.2）和所述回热器空气进口（1.3）连接，所述回热器空气出口（1.4）和所述燃烧室空气进口（1.5）连接，所述燃气出口（2.2）和所述燃气入口（2.3）连接；

所述废热制冷制热系统包括溴冷机，所述溴冷机上设置热气进口（2.8）和热气出口（2.9），还设置有制热进口（3.1）和制热出口（3.2），制冷进口（4.1）和制冷出口（4.2），所述制热进口（3.1）和所述制冷进口（4.1）分别安装进水管路，所述热气进口（2.8）和所述涡轮废气出口（2.4）通过管路（2.5）连接，所述管路（2.5）上设置有所述调节阀；

所述制热进口（3.1）的进水管路和所述制冷进口（4.1）进水管路上分别设置所述调节阀；

所述控制器包括手动模式和自动模式；

在所述手动模式下，用户在所述控制器中设定燃气轮机 运行工况以及冷、电、热三联供比例；

在所述自动模式下，所述控制器通过感受环境温度变化，控制所述调节阀的开度，来进行制冷温度和制热温度的优化。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，其特征在于：所述控制器包括温度传感器（6.1）与调节器（6.2），所述温度传感器（6.1）与所述调节器（6.2）连接。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，其特征在于：所述加热器设置有废气进口（2.10）和废气排出口（2.11），所述废气进口（2.10）和所述热气出口（2.9）通过管路连接。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机能源综合利用领域，特别是涉及一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统。

背景技术

鉴于现有燃气轮机废气能源利用，主要采用中冷、回热及其组合循环，或者燃蒸循环提高燃气轮机热效率，其装置热效率一般不大于50％，如英国罗罗公司的WR21热效率为46.2％。而经过回热器之后的废气仍然具有较高温度，还具有再利用的潜力。此外，现代能源用户具有多样化的需求，如冷、电、热三联供，且不同用户对各种能源比例要求具有差异化，故需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，以解决上述现有技术存在的问题，使燃气轮机废气能源利用率显著提升，并且满足了现代能源用户具有多样化的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，包括发电机、燃气轮机、回热器、废热制冷制热系统、控制器、调节阀、加热器，所述燃气轮机与所述回热器通过管路连接，所述燃气轮机与所述废热制冷制热系统通过管路连接，所述回热器与所述废热制冷制热系统通过管路连接，所述控制器通过若干所述调节阀分别与所述废热制冷制热系统和所述回热器连接，所述发电机与所述燃气轮机连接，所述废热制冷制热系统与所述加热器连接。

优选的，所述回热器上设置回热器空气进口和回热器空气出口，还设置回热器废气进口和回热器废气出口，所述回热器废气出口通过管路连接废热制冷制热系统，在所述回热器废气出口和所述废热制冷制热系统连接管路设置有所述调节阀。

优选的，所述燃气轮机包括压气机、燃烧室和涡轮，所述压气机上设置压气机空气入口和压气机空气出口；所述燃烧室上设置燃料喷嘴、燃烧室空气进口和燃气出口；所述涡轮上设置燃气入口和涡轮废气出口；所述压气机空气出口和所述回热器空气进口连接，所述回热器空气出口和所述燃烧室空气进口连接，所述燃气出口和所述燃气入口连接。

优选的，所述废热制冷制热系统包括溴冷机，所述溴冷机上设置热气进口和热气出口，还设置有制热进口和制热出口，制冷进口和制冷出口，所述制热进口和所述制冷进口分别安装进水管路，所述热气进口和所述涡轮废气出口通过管路连接，所述管路上设置有所述调节阀。

优选的，所述控制器包括温度传感器与调节器，所述温度传感器与所述调节器连接。

优选的，所述制热进口的进水管路和所述制冷进口进水管路上分别设置所述调节阀。

优选的，控制器包括手动模式和自动模式。

优选的，所述加热器设置有废气进口和废气排出口，所述废气进口和所述热气出口通过管路连接。

本发明公开了以下技术效果：通过回热器可调设计，根据环境变化以及客户需求，在发电、制冷、制热三项目标中能够形成多项组合、且比例可调，为不同客户对能源利用需求的差异化的热电冷联产中提供了多种方案匹配，大大提升了燃气轮机废气能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统结构图；

其中，1.1为压气机空气入口，1.2为压气机空气出口，1.3为回热器空气进口，1.4为回热器空气出口，1.5为燃烧室空气进口，2.1为燃料喷嘴、2.2为燃气出口，2.3为燃气入口，2.4为涡轮废气出口，2.5为管路，2.7为回热器废气出口，2.8为热气进口，2.9为热气出口，2.10为废气进口，2.11为废气排出口，3.1为制热进口，3.2为制热出口，4.1为制冷进口，4.2为制冷出口，6.1为温度传感器，6.2为调节器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，本发明提供一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统，该系统包括发电机、燃气轮机、回热器、废热制冷制热系统、控制器和若干调节阀，其中，燃气轮机包括压气机、燃烧室和涡轮，废热制冷制热系统包括溴冷机，本实施例中调节阀包括4个，即调节阀1、调节阀2、调节阀3和调节阀4。

压气机上设置有压气机空气入口1.1和压气机空气出口1.2，燃烧室上设置燃料喷嘴2.1、燃烧室空气进口1.5和燃气出口2.2，涡轮上设置燃气入口2.3和涡轮废气出口2.4；所述压气机空气出口1.2和所述回热器空气进口1.3连接，所述回热器空气出口1.4和所述燃烧室空气进口1.5连接，所述燃气出口2.2和所述燃气入口2.3连接，另外涡轮废气出口2.4和热气进口2.8通过管路2.5连接，管路2.5上安装有调节阀2。空气经压气机入口1.1经过压缩后从压气机出口1.2流出，经回热器空气进口端1.3进入回热器进行预热后由回热器空气出口端1.4流出，由燃烧室空气进口端1.5进入燃烧室和燃烧室燃料喷嘴2.1进入的燃料混合燃烧，形成高温高压的燃气从燃烧室出口2.2流入涡轮进口2.3，在涡轮中膨胀做功后从涡轮出口2.4排出，涡轮发出的轴功一部分带动压气机继续压缩空气，另外一部分带动发电机输出电能。

回热器上开设回热器空气进口1.3和回热器空气出口1.4，还开设回热器废气进口2.6和回热器废气出口2.7，回热器废气出口2.7通过管路连接到溴冷机，该管路上安装有调节阀2。

废气从涡轮出口2.4排出后，分为两路：一路经管系2.5和调节阀1直接进入溴冷机；另外一路进回热器废气进口端2.6，由回热器废气出口端2.7和调节阀2进入溴冷机。溴冷机上开设热气进口2.8和热气出口2.9，调节阀1和调节阀2后的废气混合后经溴冷机热气进口2.8进入，由溴冷机热气出口2.9排出，经过管路从加热器废气进口2.10进入加热器中，利用废气中的剩余热量对加热器中的水进行加热，用以提供生活用热水，冷却后的废气从废气排出口2.11排出进入大气。

在溴冷机上还开设有制热进口3.1和制热出口3.2，制冷进口4.1和制冷出口4.2。在制热进口3.1处的进水管设置调节阀3，在制冷进口4.1处的进水管设置调节阀4。常温水经调节阀3由溴冷机制热进口3.1进入溴冷机进行加热后，由溴冷机制热出口3.2输出热水(该冷水可为制热系统提供热媒或直接使用)；常温水经阀4由溴冷机制冷进口4.1进入溴冷机进行冷却后，由溴冷机制冷出口4.2输出冷水(该冷水可为制冷系统提供冷媒)。

控制器由温度传感器6.1与调节器6.2组成，控制器主要接受环境温度、燃气初温作为反馈参数，控制燃料质量流量，确保燃机安全运行。调节器6.2由PLC组态完成，在PLC组态状态中：调用温度传感器6.1的功能块，温度传感器6.1输入标准的功能块，功能块含有多种分度号，可选其中与温度传感器6.1分度号匹配的分度号，定义温度传感器6.1输入的物理地址，命名功能块的回路号。调用PID功能块，将温度传感器6.1分度号功能块的输出与PID功能块的输入定义连接，命名PID调节器6.2的回路号，将PID的输出定义其物理地址。对温度控制回路中的各个参数进行设定，如温度测量的量程，温度控制的上下限报警值，调节器6.2PID控制的P、I、D参数等。温度传感器6.1和4个调节阀分别连接到控制回路的输入、输出端子，进行P、I、D的参数设定调节。当调节到温度有变化时，输出信号立刻使调节阀动作，整个调节过程迅速而无振荡，完成有效控制。

用户一方面通过输出控制信号对调节阀1和调节阀2的开度进行多样化组合控制，实现回热器和溴冷机之间废气质量流量比例分配的功能，达到变循环的目的。用户另一方面通过输出控制信号对调节阀3和调节阀4的开度进行多样化组合控制，实现制热和制冷的水流量控制，达到冷热水温度控制的目的。

控制器有手动模式和自动模式。

(1)在手动模式下，用户根据需求可以在控制器中设定燃机运行工况以及冷、电、热三联供比例。

(2)在自动模式下，控制器通过感受环境温度的变化，通过对调节阀1～调节阀4的开度控制，来优化制冷和制热温度：

①当环境温度变化≤±10℃时，对制冷和制热的微调可采用对调节阀3和调节阀4的开度调整进行。即当环境温度降低时，通过开大调节阀3和关小调节阀4的开度的控制策略来提高热水温度来达到提高制热的效果，同时提高冷水温度来降低制冷的效果；反之，当环境温度升高时，通过关小调节阀3和开大调节阀4的开度的控制策略来降低热水温度来达到降低制热的效果，同时降低冷水温度来提高制冷的效果。

②当环境温度变化＞±10℃时，采取①的控制以外，对调节阀1和调节阀2的开度进行调整，即通过减小调节阀1和增大调节阀2开度的控制策略，充分利用回热器的回热效果，降低进入溴冷机的工质温度并且提高了涡轮燃气初温，增加了整个燃气轮机机组的热循环效率；涡轮的进气温度信号反馈到控制器内部，经换算后产生电信号，根据对热水温度和冷水温度的需求，控制器以闭环实时反馈的形式，对调节阀1和调节阀2同时产生实时的动态调节，达到调节制热或制冷的要求。

以额定发电功率为100kW燃气轮机为例，结合实验参数和理论计算，该燃气轮机的能源综合阶梯利用效率达到了92％，详见表1所示。

表1

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明，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发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

一种燃气轮机变循环能源综合阶梯利用系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。