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1、(10)申请公布号 CN 103397942 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103397942 A *CN103397942A* (21)申请号 201310366744.0 (22)申请日 2013.08.21 F02C 6/18(2006.01) (71)申请人 中国航空动力机械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 (72)发明人 李皓然 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 吴贵明 (54) 发明名称 热电系统 (57) 摘要 本发明公开了一种热电系统， 包括燃气轮机、 发电机和工业炉系统 ； 发电机与燃气轮机。
2、的输出 轴连接， 用于将燃气轮机输出的机械能转换为电 能 ； 工业炉系统与燃气轮机的出气口连接， 用于 对燃气轮机排出的高温烟气进行热能回收利用。 本发明通过将工业炉系统与燃气轮机和发电机结 合起来， 发电机将燃气轮机输出的机械能转换为 电能， 同时， 工业炉系统对燃气轮机排出的高温烟 气进行热能回收， 从而在工业炉具有较好的节能 基础上， 对工业炉的热源输入侧进行能量的回收 利用， 通过工业炉系统回收燃气轮机排出的热能， 降低了单位发电量的能源消耗量， 进而获得了更 佳的节能效果， 既提高了工业炉的整体能量利用 效率， 又减少了碳排放， 利于环境保护。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1。
3、 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103397942 A CN 103397942 A *CN103397942A* 1/1 页 2 1. 一种热电系统， 其特征在于， 包括燃气轮机 (10)、 发电机 (20) 和工业炉系统 (30) ； 所述发电机 (20) 与所述燃气轮机 (10) 的输出轴连接， 用于将所述燃气轮机 (10) 输出 的机械能转换为电能 ； 所述工业炉系统 (30) 与所述燃气轮机 (10) 的出气口连接， 用于对所述燃气轮机 (10) 排出的高温。
4、烟气进行热能回收利用。 2. 根据权利要求 1 所述的热电系统， 其特征在于， 所述工业炉系统 (30) 包括至少一个工业炉 (31)， 每个所述工业炉 (31) 均通过管道连 通至所述燃气轮机 (10) 的出气口， 且与各工业炉 (31) 相连的每个所述管道上均设有转向 调节阀 (32)。 3. 根据权利要求 2 所述的热电系统， 其特征在于， 每个所述工业炉 (31) 设有至少一个补燃燃烧器 (33)， 所述燃气轮机 (10) 排出的高温 烟气经所述补燃燃烧器 (33) 进入所述工业炉 (31) 炉体内。 4. 根据权利要求 3 所述的热电系统， 其特征在于， 还包括 ： 控制系统 (34。
5、)， 所述补燃燃烧器 (33) 及所述转向调节阀 (32) 均连接至所述控制系统 (34)， 所述控制 系统 (34) 用于根据所述工业炉 (31) 的运行参数来控制所述工业炉 (31) 的燃烧工况。 5. 根据权利要求 2 所述的热电系统， 其特征在于， 与每个所述工业炉 (31) 相连的所述管道并联连接至排烟总管 (35) 上， 所述排烟总管 (35) 的一端与所述燃气轮机 (10) 的出气口连通， 且所述排烟总管 (35) 的另一端连接有热 能平衡调节系统 (40)。 6. 根据权利要求 5 所述的热电系统， 其特征在于， 所述热能平衡调节系统 (40) 包括用能系统 (41)， 所述用。
6、能系统 (41) 经平衡调节阀 (42) 连通至所述排烟总管 (35)。 7. 根据权利要求 5 所述的热电系统， 其特征在于， 所述热能平衡调节系统 (40) 包括用能系统 (41)， 所述用能系统 (41) 连接有燃料补给 系统(43)及鼓风系统(44)， 所述用能系统(41)还经平衡调节阀(42)连通至所述排烟总管 (35)。 8. 根据权利要求 2 所述的热电系统， 其特征在于， 所述工业炉 (31) 的烟道出口连通至余热回收利用系统 (50)。 9. 根据权利要求 6 或者 7 所述的热电系统， 其特征在于， 所述工业炉 (31) 的烟道出口连通至所述用能系统 (41)。 10. 根。
7、据权利要求 1 至 9 任一项所述的热电系统， 其特征在于， 所述燃气轮机 (10) 包括依次相连的压气机 (11)、 燃烧室 (12) 及涡轮 (13)， 所述涡轮 (13) 的动力输出轴与所述发电机 (20) 连接。 权 利 要 求 书 CN 103397942 A 2 1/4 页 3 热电系统 技术领域 0001 本发明涉及工业节能技术领域， 特别地， 涉及一种用于工业供能的热电系统。 背景技术 0002 目前以气体或液体 ( 燃油 ) 为燃料的工业 ( 窑 ) 炉， 主要通过燃料的直接燃烧为 工业 ( 窑 ) 炉提供热能。高温烟气在离开工业 ( 窑 ) 炉前， 能源只得到了一次利用 ；。
8、 工业 ( 窑 ) 炉排出的烟气温度一般都很高， 其烟气余热回收利用的方式一般有 ： 通过余热锅炉产 生蒸汽、 通过换热器加热助燃空气或用作烘干生产的热源等。 0003 已有典型工业 ( 窑 ) 炉热力系统方案简图见图 1、 图 2。图 1 中， 工业炉 1 在进口 处设有燃烧器 2， 助燃空气及燃料经燃烧器 2 引燃后进入工业炉 1， 工业炉 1 的高温烟气直 接排出， 从而造成了较大的热能损失。图 2 在图 1 的基础上， 将经工业炉 1 排出的高温烟气 引入余热回收利用系统3， 该余热回收利用系统3对高温烟气的热量进行回收利用。 根据不 同的应用需求， 余热回收利用系统 3 可采用不同的。
9、热能利用方式， 例如 ： 采用余热锅炉产生 蒸汽、 换热器加热助燃空气或者用作烘干生产的热源等形式。 0004 由于工业炉需要消耗大量燃料， 现有的工业炉仅单方面对输出热能采取回收措施 进行节能改善， 其节能效果难有进一步提升的空间。 发明内容 0005 本发明目的在于提供一种热电系统， 以解决现有的工业炉热能利用率难以进一步 提高的技术问题。 0006 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案如下 ： 0007 一种热电系统， 包括燃气轮机、 发电机和工业炉系统 ； 0008 发电机与燃气轮机的输出轴连接， 用于将燃气轮机输出的机械能转换为电能 ； 0009 工业炉系统与燃气轮机的出气口连接，。
10、 用于对燃气轮机排出的高温烟气进行热能 回收。 0010 进一步地， 工业炉系统包括至少一个工业炉， 每个工业炉均通过管道连通至燃气 轮机的出气口， 且与各工业炉相连的每个管道上均设有转向调节阀。 0011 进一步地， 每个工业炉设有至少一个补燃燃烧器， 燃气轮机排出的高温烟气经补 燃燃烧器进入工业炉炉体内。 0012 进一步地， 还包括控制系统， 补燃燃烧器及转向调节阀均连接至控制系统， 控制系 统用于根据工业炉的运行参数来控制工业炉的燃烧工况。 0013 进一步地， 与每个工业炉相连的管道并联连接至排烟总管上， 排烟总管的一端与 燃气轮机的出气口连通， 且排烟总管的另一端连接有热能平衡调节。
11、系统。 0014 进一步地， 热能平衡调节系统包括用能系统， 用能系统经平衡调节阀连通至排烟 总管。 0015 进一步地， 热能平衡调节系统包括用能系统， 用能系统连接有燃料补给系统及鼓 说 明 书 CN 103397942 A 3 2/4 页 4 风系统， 用能系统还经平衡调节阀连通至排烟总管。 0016 进一步地， 工业炉的烟道出口连通至余热回收利用系统。 0017 进一步地， 工业炉的烟道出口连通至用能系统。 0018 进一步地， 燃气轮机包括依次相连的压气机、 燃烧室及涡轮， 涡轮的动力输出轴与 发电机连接。 0019 本发明具有以下有益效果 ： 0020 本发明热电系统， 通过将工业。
12、炉系统与燃气轮机和发电机结合起来， 发电机将燃 气轮机输出的机械能转换为电能， 同时， 工业炉系统对燃气轮机排出的高温烟气进行热能 回收， 从而在工业炉具有较好的节能基础上， 对工业炉的热源输入侧进行能量的回收利用， 通过工业炉系统回收燃气轮机排出的热能， 降低了单位发电量的能源消耗量， 进而获得了 更佳的节能效果， 既提高了工业炉的整体能量利用效率， 又减少了碳排放， 利于环境保护。 0021 除了上面所描述的目的、 特征和优点之外， 本发明还有其它的目的、 特征和优点。 下面将参照图， 对本发明作进一步详细的说明。 附图说明 0022 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，。
13、 本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。在附图中 ： 0023 图 1 是现有技术中工业炉的结构示意图 ； 0024 图 2 是现有技术中工业炉的另一结构示意图 ； 0025 图 3 是本发明优选实施例热电系统实施例一的结构示意图 ； 0026 图 4 是本发明优选实施例热电系统实施例二的结构示意图 ； 0027 图 5 是本发明优选实施例热电系统实施例三的结构示意图 ； 以及 0028 图 6 是本发明优选实施例热电系统实施例四的结构示意图。 0029 附图标记说明 ： 0030 10、 燃气轮机 ； 11、 压气机 ； 12、 燃烧室 ； 13、 涡轮。
14、 ； 0031 20、 发电机 ； 30、 工业炉系统 ； 31、 工业炉 ； 32、 转向调节阀 ； 0032 33、 补燃燃烧器 ； 34、 控制系统 ； 35、 排烟总管 ； 36、 补燃供给系统 ； 0033 37、 旁通阀 ； 40、 热能平衡调节系统 ； 41、 用能系统 ； 42、 平衡调节阀 ； 0034 43、 燃料补给系统 ； 44、 鼓风系统 ； 45、 补气阀 ； 46、 用能燃烧器 ； 0035 50、 余热回收利用系统 ； 51、 引风系统。 具体实施方式 0036 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明， 但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。。
15、 0037 参照图 3， 本发明的优选实施例一提供了一种热电系统， 包括燃气轮机 10、 发电机 20 和工业炉系统 30。其中， 发电机 20 与燃气轮机 10 的输出轴连接， 用于将燃气轮机 10 输 出的机械能转换为电能 ； 工业炉系统 30 与燃气轮机 10 的出气口连接， 用于对燃气轮机 10 排出的高温烟气进行热能回收。 现有的燃气轮机组成的冷热电三联供系统的综合热效率一 般可达到 70 80， 最高可到 90， 但由于受应用条件、 冷热电各负荷需求的变化及季节 说 明 书 CN 103397942 A 4 3/4 页 5 变化的影响， 燃气轮机冷热电三联供系统很难保持在最佳综合热。
16、效率状态下工作。本发明 实施例通过将工业炉系统 30 与燃气轮机 10 和发电机 20 结合起来， 发电机 20 将燃气轮机 10输出的机械能转换为电能， 同时， 工业炉系统30对燃气轮机10排出的高温烟气进行热能 回收， 从而在工业炉具有较好的节能基础上， 对工业炉的热源输入侧进行能量的回收利用， 通过工业炉系统30回收燃气轮机10排出的热能， 降低了单位发电量的能源消耗量， 进而获 得了更佳的节能效果， 既提高了工业炉的整体能量利用效率， 又减少了碳排放， 利于环境保 护， 且通过与工业炉系统 30 的配合， 燃气轮机 10 能够保持在最佳综合热效率状态下工作。 0038 在本实施例中， 。
17、工业炉系统 30 是指以气体或液体为燃料， 由单台陶瓷窑炉、 玻璃 窑炉或多台陶瓷窑炉、 玻璃窑炉并联组成的工业(窑)炉系统、 化学工业炉、 冶金工业炉、 建 材工业炉、 热风炉等类型的以气体或液体为燃料的工业 ( 窑 ) 炉系统。参照图 3， 本实施例 中， 工业炉系统30包括一个或者多个工业炉31， 每个工业炉31均通过管道并联连接至排烟 总管 35 上， 排烟总管 35 的一端与燃气轮机 10 的出气口连通， 且与各工业炉 31 相连的每个 管道上均设有转向调节阀 32。优选地， 每个工业炉 31 设有一个或者一个以上补燃燃烧器 33， 燃气轮机 10 排出的高温烟气经补燃燃烧器 33 。
18、进入工业炉 31 炉体内。实际工程中， 每 个工业炉 31 上的补燃燃烧器 33 的个数可以根据需要而设置， 图 3 中仅以工业炉 31 上设置 一个补燃燃烧器 33 为例作示意性说明。在本实施例中， 与每个工业炉 31 对应的补燃燃烧 器 33 及转向调节阀 32 均连接至控制系统 34， 控制系统 34 用于根据每个工业炉 31 的运行 参数来控制各工业炉 31 的燃烧工况。在具体应用中， 以燃气轮机 10 排出的高温烟气热能 最高利用率为原则， 设计选择不同数量的工业炉并联组成工业炉系统 30， 且工业炉系统 30 还设有补燃供给系统36， 以与燃气轮机10的工作参数相匹配， 从而达到燃。
19、气轮机10与工业 炉系统 30 的能量最优化匹配。 0039 优选地， 为了进一步提高整个热电系统的热能效率， 本实施例中， 该热电系统还包 括热能平衡调节系统 40， 热能平衡调节系统 40 与排烟总管 35 连通， 当燃气轮机 10 排出的 高温烟气的热量在经工业炉系统 30 回收后还有多余的情况下， 热能平衡调节系统 40 再对 该多余的热能进行回收利用， 从而整体上提高热电系统的热能效率。优选地， 排烟总管 35 的末端还设有旁通阀37， 旁通阀37用于将排烟总管35的多余烟气经旁通排气系统排出， 以 满足系统排气参数匹配的临时补充调节和应急排气等。在本实施例中， 热能平衡调节系统 4。
20、0包括用能系统41， 用能系统41连接有燃料补给系统43及鼓风系统44， 用能系统41还经 平衡调节阀 42 连通至排烟总管 35。其中， 鼓风系统 44 经补气阀 45 连通至用能燃烧器 46， 平衡调节阀42及燃料补给系统43均与用能燃烧器46相连。 当热电系统处于最大状态参数 运行时， 燃气轮机 10 排出的高温烟气几乎 100进入工业炉系统 30， 热能平衡调节系统 40 主要依靠鼓风系统 44 补充助燃空气及燃料补给系统 43 注入燃料， 并在用能燃烧器 46 中混 合燃烧， 以维持用能系统 41 的正常运行 ； 当热电系统的工艺操作参数减小或波动时， 燃气 轮机10此时排出的高温烟。
21、气相对于工业炉系统30所需多余的部分则进入热能平衡调节系 统 40， 通过调整鼓风系统 44 和燃料补给系统 43 的参数， 维持用能系统 41 的正常工作。本 实施例中的用能系统 41 为具有一定加热工艺要求的系统组成， 如 ： ( 窑 ) 炉或锅炉等。 0040 优选地， 为了对工业炉系统30排出的尾气进行余热回收利用， 工业炉31的烟道出 口连通至余热回收利用系统 50。该余热回收利用系统 50 可以根据不同需求而采用各不同 设置， 如加热锅炉或者换热器等。 优选地， 余热回收利用系统50还连接有引风系统51， 以调 说 明 书 CN 103397942 A 5 4/4 页 6 整工业炉。
22、 31 内的平衡压力和保持排烟通畅。其中， 余热回收利用系统 50 及引风系统 51 可 以为每台工业炉 31 单独配置， 也可以将多台工业炉 31 的排烟管路并联后共用一套余热回 收利用系统 50 及引风系统 51。采用排烟管路并联的方案时， 需在与各工业炉 31 对应的各 分支排烟管路上分别安装调节阀。 0041 本实施例中的燃气轮机 10 包括依次相连的压气机 11、 燃烧室 12 及涡轮 13， 涡轮 13 的动力输出轴与发电机 20 连接。燃料及补燃空气经压气机 11 注入燃烧室 12 内， 混合并 燃烧， 通过热 - 功转换， 涡轮 13 的动力输出轴驱动发电机 20 发电， 产生。
23、电能输出。燃气轮 机 10 输出的高温烟气所携带的热能几乎 100进入工业炉系统 30。因此， 本发明实施例将 燃气轮机 10 与工业炉系统 30 结合， 使得燃气轮机 10 的理论发电热效率接近 100。且本 发明实施例中的工业炉系统 30 可以选择不同数量的工业炉 31 进行并联组合， 同时还可以 设置热能平衡调节系统40， 使得工业炉系统30与燃气轮机10始终运行在最佳节能状态， 从 而实现节能减排的目的。 0042 参照图 4， 本发明实施例二与实施例一的区别在于， 实施例二的热能平衡调节系统 40 主要包括用能系统 41， 用能系统 41 经平衡调节阀 42 连通至排烟总管 35。本。
24、实施例中的 用能系统 41 主要由对加热工艺没有严格要求的系统组成， 如 ： 空气换热系统、 辅助烘干系 统、 辅助锅炉等。实施例二中的用能系统 41 的工作原理与实施例一类似， 用于吸纳利用热 电系统工作过程中燃气轮机 10 排出的烟气相对于工业炉系统 30 所需的多余部分， 在平衡 系统热力参数调节的过程中， 充分利用其热能， 从而提高整个热电系统的热能效率。 0043 参照图 5， 本发明实施例三在实施例一的基础上省去了余热回收利用系统 50， 而 采用用能系统 41 取代余热回收利用系统 50 的作用， 将工业炉 31 排出的尾气直接导入用能 系统 41， 从而节省了整个热电系统的构造。
25、成本， 且能保证该热电系统的热能效率。 0044 参照图 6， 本发明实施例四在实施例二的基础上省去了余热回收利用系统 50， 而 采用用能系统 41 取代余热回收利用系统 50 的作用， 将工业炉 31 排出的尾气直接导入用能 系统 41， 从而节省了整个热电系统的构造成本， 且能保证该热电系统的热能效率。 0045 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103397942 A 6 1/5 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103397942 A 7 2/5 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103397942 A 8 3/5 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103397942 A 9 4/5 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103397942 A 10 5/5 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103397942 A 11 。