[發(fā)明專利]再熱式燃氣渦輪機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010522234.4
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN102042090A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·C·古倫
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/224
• 分類號: F02C7/224;F02C7/18;F01K23/10;F01K11/02;F01K27/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開的主題涉及焚燒化石燃料的燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及利用除主要化石燃料能量源之外的免費或廢棄的次要能量源來提高系統(tǒng)的總體轉(zhuǎn)換效率。

背景技術(shù)

在燃氣渦輪發(fā)動機中，空氣在壓縮機中加壓，且在燃燒器中與燃料相混合以產(chǎn)生熱燃燒氣體，熱燃燒氣體向下游流動至膨脹器，膨脹器從熱燃燒氣體中獲取能量。來自于現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器中的熱氣流的溫度極高，通常遠高于2500華氏度。此類溫度相當于或甚至高于高級合金的熔點，這些高級合金用于制造渦輪零件，例如，噴嘴或?qū)~(靜止的)、葉片或輪葉(旋轉(zhuǎn)的)，以及其間的輪盤空間。這些零件通常稱為熱氣通路(HGP)構(gòu)件。試想在缺乏冷卻的情況，構(gòu)成現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機的第一級的翼型件將在數(shù)秒內(nèi)熔化。用于在燃氣渦輪發(fā)動機中冷卻HGP構(gòu)件的空氣通常從壓縮機出口(discharge)或級間位置獲取，且因此未在燃燒和渦輪膨脹過程中使用，且相應(yīng)地降低了燃氣渦輪發(fā)動機的總體效率。冷卻空氣流稱為″可充填的″空氣流，其數(shù)量由從壓縮機引導至渦輪的加壓空氣的溫度控制。通常，經(jīng)受冷卻的渦輪零件處在膨脹通路中的越下游，則冷卻劑抽取點便處在壓縮機中的越上游。用過的冷卻空氣與膨脹穿過渦輪的熱氣體的混合是因混合和冷卻損失所引起的另一功損失根源。

通常，經(jīng)由在燃燒器中焚燒的燃料的發(fā)熱量(heating?valve)輸入至燃氣渦輪機的能量會由于升高燃料自身和/或來自于壓縮機出口的燃燒空氣的溫度而減少。如果免費/廢棄的能量源可用于實現(xiàn)燃料和/或燃燒空氣溫度的所述升高，則燃氣渦輪機效率的提高便表現(xiàn)為隨之發(fā)生的燃燒器中焚燒的燃料量的減少。在發(fā)電中使用的現(xiàn)代工業(yè)燃氣渦輪機或重型燃氣渦輪機中，使用熱回收鍋爐給水加熱(例如，達到365°F或更高)燃料氣體性能是慣常措施。以類似方式加熱壓縮機排出空氣盡管理論上的確是可能的，但由于排出空氣的溫度很高(例如，先進的F級渦輪中為800°F左右)和非常緊密的一體式燃氣渦輪機結(jié)構(gòu)而并不可行。

通常，例如在集光型太陽能(CSP)應(yīng)用中，免費或廢棄的能量用于在蒸汽渦輪機中生成蒸汽和產(chǎn)生功率。例如，在燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機的聯(lián)合循環(huán)(CC)發(fā)電裝備(plant)中，來自于燃氣渦輪機排氣的廢棄能量用于在熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)中生成蒸汽以便在蒸汽渦輪機中進行附加的膨脹和產(chǎn)生功率。由于分別代表燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機在溫度-熵表面上的基本熱力學循環(huán)(也即布雷頓循環(huán)和蘭金循環(huán))的相對位置，故前者通常稱為″至頂″循環(huán)，而后者稱為″及底″循環(huán)。在其它系統(tǒng)中，CC發(fā)電裝備的HRSG中的蒸汽生成通過利用(免費)太陽能在單獨的鍋爐區(qū)段中進行補充。在任一情況下，免費或廢棄的能量都用于CC發(fā)電裝備中的及底蒸汽循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種燃氣渦輪機系統(tǒng)。該燃氣渦輪機系統(tǒng)可包括壓縮機、膨脹器、設(shè)置在壓縮機與膨脹器之間的燃燒器、設(shè)置在壓縮機與膨脹器之間的鍋爐、含有可填充空氣且與鍋爐成熱連通的導管，以及聯(lián)接到鍋爐上的外部免費熱源。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燃氣渦輪機系統(tǒng)。該燃氣渦輪機系統(tǒng)可包括壓縮機、膨脹器、設(shè)置在壓縮機與膨脹器之間且具有供給燃料的燃燒器、設(shè)置在壓縮機與膨脹器之間的第一鍋爐、含有可填充空氣且與第一鍋爐成熱連通的導管、聯(lián)接到第一鍋爐上的外部免費熱源，以及將熱能提供給供給燃料的第二鍋爐，其中，第一鍋爐將熱量提供給可填充空氣，。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法。該方法可包括在具有燃燒器的燃氣渦輪機中產(chǎn)生第一能量流、在燃氣渦輪機中產(chǎn)生第二能量流、在燃氣渦輪機的外部源中產(chǎn)生第三能量流，以及將第三能量流與第一能量流相結(jié)合用以增加第一能量流和第二能量流中的熱能。

通過結(jié)合附圖的如下描述，這些及其它優(yōu)點和特征將變得更為明顯。

附圖說明

在權(quán)利要求中具體地指出且明確地主張了認作是本發(fā)明的主題。通過結(jié)合附圖的如下詳細描述，本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中：

圖1示出了其優(yōu)選實施例中的示例性外部再熱式燃氣渦輪機系統(tǒng)。

圖2示出了另一示例性的外部再熱式燃氣渦輪機系統(tǒng)。

圖3示出了用于在根據(jù)示例性實施例的燃氣渦輪機中進行外部再加熱的方法的流程圖。

本詳細說明通過舉例的方式參照附圖闡述了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。

零件清單

100外部再熱式燃氣渦輪機系統(tǒng)

110渦輪壓縮機

111大氣空氣

112壓縮空氣

113可填充空氣流

120燃燒器