[發明專利]改進動力裝置的功率輸出和效率的系統、方法和設備

無效

• 申請號: 201010157115.3
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101852134A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: R·薩哈;S·羅卡納斯;I·馬宗德;V·K·B·戈帕爾克里什納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C6/08;F22B1/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉華聯

技術領域

本發明涉及聯合循環動力裝置，且尤其涉及用于改進聯合循環動力裝置的功率輸出和效率的系統、方法和設備。

背景技術

聯合循環動力裝置可使用燃氣輪機和蒸汽輪機的組合來產生電功率。在聯合循環動力裝置中，燃氣輪機循環可借助于熱回收蒸汽發生器(“HRSG”)操作性地與蒸汽輪機組合。

在聯合循環動力裝置中，燃氣輪機循環可稱為頂循環，而蒸汽輪機循環可稱為蒸汽底循環。燃氣輪機頂循環通常具有至少一個壓縮機、至少一個燃燒器，以及膨脹器。在壓縮機中，空氣被加壓，以與燃料混合用于燃燒。然后空氣/燃料混合物在燃燒器中燃燒。此操作會產生高溫燃燒產物，然后高溫燃燒產物在燃氣輪機的膨脹器段膨脹以產生功率。然后離開燃氣輪機的排氣流被引導到HRSG，以便于產生蒸汽且使用蒸汽輪機來產生功率。

在一些燃氣輪機應用中，燃氣輪機壓力比會超過壓縮機的操作壓力極限，從而導致壓縮機喘振。當使用了低BTU(英國熱量單位)燃料時會發生這種壓縮機喘振。低BTU燃料的實例包括焦爐氣、煤氣、重整的石油產品氣體和高爐氣。當發生壓縮機喘振時，會降低燃氣輪機的功率輸出和效率，而且還會在系統中導致災難性故障。

防止壓縮機喘振的一種解決方法是從最后一級抽取點放出過剩的壓縮機排氣，并且將空氣排放到大氣中。因為這種過剩空氣包含壓力能形式的能量，所以通常要尋找管理過剩空氣的更有效率的方法。一種方法使過剩排氣再循環回到壓縮機入口，而非排到大氣中。已知為進氣加熱(IBH)控制的燃氣輪機操作的這種方法通過使較冷的環境空氣與熱的壓縮機排氣的放出部分混合來使壓縮機進氣的進入溫度升高。雖然這種方法消除了壓縮機喘振，但是使冷的環境空氣與熱排氣混合會使流到燃氣輪機的空氣密度和質量流量降低。因此，燃氣輪機性能會降低，而且可用的燃氣輪機排氣量會減少。這種減少的燃氣輪機排氣流量會在HRSG中產生較少蒸汽，并且從而產生較少的蒸汽輪機功率輸出。

用于防止壓縮機喘振的另一種解決方法是放出過剩的壓縮機排氣，并且在排氣進入HRSG中之前使過剩的壓縮機排氣與燃氣輪機排氣混合。雖然過剩排氣比壓縮機的入口處的環境空氣更熱，但是仍然比燃氣輪機排氣更冷。因此，當兩種氣體混合時，HRSG的入口處的空氣溫度降低，并且由于對HRSG的入口提供了較少的熱，HRSG就不能產生相同量的蒸汽。此外，因為排氣包含壓力能形式的能量，所以當排氣被直接供給到HRSG的入口時該能量就會被浪費。

因此，需要一種用于改進聯合循環動力裝置的功率輸出和效率的系統、方法和設備。

發明內容

本發明的實施例可解決上述需求中的一些或全部。本發明的某些實施例大體涉及用于改進聯合循環動力裝置的功率輸出和效率的系統、方法和設備。根據一個實施例，可提供一種用于改進聯合循環動力裝置的功率輸出和效率的方法，其中聯合循環動力裝置包括用于燃氣輪機的壓縮機、燃燒器，以及熱回收蒸汽發生器(“HRSG”)。該方法可包括從壓縮機中抽出過剩空氣，以及使該過剩空氣膨脹以產生功率。該方法還可包括使膨脹空氣與可燃燃料混合，以產生熱燃燒產物。該方法可進一步包括使熱燃燒產物與來自燃氣輪機的排氣混合，從而使得排氣的溫度和質量流量在被引入HRSG之前得到提高。

根據本發明的另一個實施例，可提供一種用于改進聯合循環動力裝置系統的功率輸出和效率的系統。該系統可包括燃氣輪機的壓縮機，其中壓縮機可操作來產生壓縮空氣，且壓縮機還可操作來抽出過剩的壓縮空氣，以保持燃氣輪機的性能。該系統還可包括燃燒器，該燃燒器可操作使壓縮空氣的一部分與可燃燃料混合，以產生熱燃燒產物，且操作燃氣輪機以產生功率。該系統還可包括空氣膨脹器，空氣膨脹器可操作來接收來自壓縮機的過剩的壓縮空氣，且使過剩的壓縮空氣膨脹以產生功率。另外，該系統可包括燃燒式加熱器，燃燒式加熱器可操作來接收來自空氣膨脹器的膨脹的過剩空氣且使膨脹空氣與可燃燃料混合以產生熱燃燒產物。最后，該系統可包括HRSG，HRSG可操作來接收來自燃燒式加熱器的熱燃燒產物和來自燃氣輪機的排氣，以產生功率。

根據本發明的又一個實施例，可提供一種用于改進聯合循環動力裝置系統的功率輸出和效率的設備，其中聯合循環動力裝置系統包括用于燃氣輪機的壓縮機、燃燒器和HRSG。該設備可包括可操作來接收膨脹空氣且使膨脹空氣與可燃燃料混合的燃燒式加熱器。該設備還可適于燃燒膨脹空氣和可燃燃料的混合物，以產生熱燃燒產物。另外，該設備可被改變成使熱燃燒產物與來自燃氣輪機的排氣混合，且將該混合物引導到HRSG。

根據結合附圖得到的以下描述，本發明的其它實施例和方面將變得清楚。

附圖說明