[發明專利]用于渦輪機的冷卻系統

有效

• 申請號: 200910253896.3
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN101749120A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: R·J·奇拉;R·W·史密斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊松齡

技術領域

本發明一般地涉及用于渦輪機的冷卻系統；更具體地但并不是以 限制的方式涉及需要更少能量來運行的集成冷卻系統。

背景技術

通常，發電設備的許多部件和/或系統需要冷卻。圖1A和1B(統稱 為圖1)為圖示了用于渦輪機的已知的獨立式冷卻系統的示意圖。圖1 圖示了渦輪機100、余熱蒸汽發生器(HRSG)115和煙囪120。

通常，渦輪機100可包括包圍渦輪機100的部件的多個艙室。圖1 圖示了多個艙室的其中兩個艙室：第一艙室105和第二艙室110。盡管 本發明反復地參考第一艙室105和第二艙室110來進行描述，但本發明 不限于第一艙室105和第二艙室110。此外，本發明的一個實施例可適 于多個艙室中的各個艙室，其中的一些艙室在圖中沒有被圖示。

第一艙室105可包圍壓縮機段125，該壓縮機段125如箭頭所示吸 入環境空氣。環境空氣進入壓縮機段125，經壓縮后排放至燃燒系統 130，例如為天然氣的燃料在此處燃燒以提供驅動渦輪段140的高能燃 燒氣體。在渦輪段140中，燃燒氣體的能量轉化為功，其中的一些功 用來驅動壓縮機段125，而剩余的功可用來驅動負載，例如但不限于 發電機(未被示出)。當渦輪機100運行時，這些部件發出熱量，這些熱 量使被第一艙室105所包圍的環境溫度升高。

第一艙室105也可包括第一艙室(FC)冷卻回路155，該冷卻回路155 用來降低第一艙室105內的環境溫度。FC冷卻回路155的一個實施例可 包括FC空氣循環裝置160、FC供給管線165和FC排出管線170。FC空氣 循環裝置160的一個實施例可包括至少一個風扇。FC冷卻回路155可吸 入來自環境的空氣。例如但不限于，該空氣可直接從環境流入，或者 該空氣可從調節源自環境的空氣的管道系統流入。

其次，FC冷卻回路155可使環境空氣移動通過FC供給管線165進入 第一艙室105。這里，環境空氣變熱，因為來自第一艙室105的一些熱 量被去除。然后，加熱的空氣經由FC排出管線170排向大氣。

例如但不限于，FC冷卻回路155吸入環境空氣，從第一艙室105 去除熱量。然后此加熱的空氣可以200華氏度或更高的溫度排向大氣。

第二艙室110可包圍排氣架145，該排氣架145通常用來使渦輪機 100所產生的排氣向HRSG115移動。這里，排氣架145引導經由外殼從 渦輪段140流向HRSG115的排氣。外殼的一個實施例包括雙重壁150。 該雙重壁150可包括包圍排氣架145的圓形環面，如圖1B中所圖示。外 殼的一個備選實施例可包括單一外殼，其中單一壁可包括冷卻孔和/ 或用于冷卻排氣架145的蛇形冷卻通道。

第二艙室110也可包括第二艙室(SC)冷卻回路175，該冷卻回路175 用來降低第二艙室110內的環境溫度。SC冷卻回路175的一個實施例可 包括SC空氣循環裝置180和SC供給管線185。SC空氣循環裝置180的一 個實施例可包括至少一個鼓風機。SC冷卻回路175可吸入環境空氣， 然后通過SC供給管線185將環境空氣移入雙重壁150。這里，環境空氣 用來冷卻排氣架145，排氣架145由在其內流動的排氣加熱。環境空氣 變熱并被排向加熱的空氣與排氣混合的HRSG115。

例如但不限于，SC冷卻回路175吸入可變熱到350華氏度或更高溫 度的環境空氣。然后此加熱的空氣與可在1150華氏度或更高溫度下的 排氣混合。

對于現有的冷卻系統可能有一些擔憂。FC空氣循環裝置160和SC 空氣循環裝置180典型地需要電力來運行。裝置160、180可被認為是 渦輪機100上的寄生負載。通常，寄生負載消耗渦輪機所產生的能量 的一部分，導致總效率降低。

同樣，當自雙重壁150排出的相對較冷的空氣與從排氣架145的內 部排出的明顯更熱的排氣混合時，就會發生溫度稀釋(temperature dilution)。溫度稀釋可被認為是不可逆的能量損失，其導致可用于 HRSG115的及底循環的能量更少。此溫度稀釋可引起大約10到20度的 溫度下降，導致渦輪機100和HRSG115的效率降低。

由于上述原因，需要一種集成的渦輪機冷卻系統。該系統應當集 成多個渦輪機艙室的冷卻。該系統也應當降低渦輪機上的寄生負載 量。該系統還應當減少溫度降低的影響。

發明內容