[發明專利]具有三邊閃蒸循環的燃氣輪機中間冷卻器

無效

• 申請號: 201110460283.4
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102650235A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: S·W·弗羅因德;P·S·赫克;T·J·弗里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/12
• 分類號: F02C7/12;F01K23/10;F01K27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;楊炯

技術領域

本發明大體上涉及燃氣渦輪發動機，且更具體而言，涉及一種用于在稱為三邊閃蒸循環(Tri-Lateral?F1ash?cycle)的特殊有機朗肯循環中從燃氣輪機的中間冷卻器抽取和使用熱量的系統和方法。

背景技術

在串行流布置中，燃氣渦輪發動機通常包括：高壓壓縮機，該高壓壓縮機用于壓縮流過發動機的空氣；燃燒器，燃料在燃燒器中與壓縮空氣混合并點燃以形成高溫氣體流；以及高壓渦輪。高壓壓縮機、燃燒器和高壓渦輪有時統稱為核心發動機。至少一些已知的燃氣渦輪發動機還包括用于將壓縮空氣供給至高壓壓縮機的低壓壓縮機或增壓器。

燃氣渦輪發動機在包括飛行器、發電和船舶應用的許多應用中使用。當然，所需的發動機操作特性因應用彼此不同而不同。燃氣輪機單獨具有有限的效率，且大量的可用能量作為排放到環境中的熱廢氣而被浪費。

中間冷卻器有利于提高發動機的效率；然而，由中間冷卻器排出的熱量未被燃氣渦輪發動機利用，并且來自被中間冷卻的燃氣輪機或壓縮機的中間冷卻器熱量通常被浪費。在一些應用中，冷卻塔將中間冷卻器熱量在低溫水平下排放到環境中。在低溫下排放熱量需要相當大的熱交換器和風機。然而，由于這是低等級熱量，只在低于壓縮機排放空氣的溫度的溫度處可用，所以以高效的方式使用該熱量來發電是有挑戰性的。

來自對燃氣輪機壓縮機進行中間冷卻的熱量可被用來利用有機朗肯循環(ORC)發電。用于中間冷卻器的合適的ORC不但必須發電，而且此外還必須提供盡可能多的冷卻，因為中間冷卻器的主要目的是降低空氣溫度。常規的ORC(類似于蒸汽循環)對于該應用具有缺點，因為大部分熱量在沸點溫度處被抽取，導致限制熱量的量和出口空氣溫度的窄點問題。

鑒于上述情況，存在對于這樣的系統和方法的需要：其用于從燃氣輪機的中間冷卻器抽取和使用熱量，以用于發電，從而進一步提高系統的效率，同時減少冷卻系統的寄生負載。

發明內容

根據一個實施例，三邊閃蒸循環渦輪發電設備包括：

燃氣輪機；

燃氣輪機中間冷卻器，該燃氣輪機中間冷卻器構造成通過由對應的燃氣輪機壓縮機產生的熱量加熱預定有機流體，其中受熱有機流體保持處于部分蒸發或未蒸發的液相，以提供達到具有小于一的蒸氣干度的飽和狀態的受熱有機流體；以及

膨脹機，該膨脹機構造成使受熱有機流體通過三邊閃蒸循環膨脹，以增加蒸氣干度以及從該有機流體產生電能。

根據另一個實施例，一種三邊閃蒸循環中間冷卻的燃氣輪機發電設備包括：

燃氣輪機；

燃氣輪機中間冷卻器，該燃氣輪機中間冷卻器構造成通過由對應的燃氣輪機壓縮機產生的熱量朝飽和加熱預定有機流體，并且從該有機流體產生沸騰的流體；以及

渦輪膨脹機，該渦輪膨脹機構造成使沸騰的有機流體通過三邊閃蒸循環而膨脹，以從該有機流體產生電能。

根據又一實施例，一種通過三邊閃蒸循環渦輪發電設備產生電能的方法包括：

通過燃氣輪機中間冷卻器朝飽和加熱預定有機流體并從該有機流體產生沸騰的流體；以及

在濕膨脹三邊閃蒸循環期間通過膨脹機膨脹和過熱沸騰的有機流體，以從該有機流體產生電能。

附圖說明

當參考附圖閱讀下面的詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，在附圖中：

圖1是示出根據一個實施例的燃氣輪機的簡化示意圖，該燃氣輪機包括構造成加熱ORC流體的中間冷卻器；

圖2是示出根據一個實施例的三邊閃蒸循環渦輪發電設備的簡化系統圖；以及

圖3是示出響應于三邊閃蒸循環的對于空氣和有機流體兩者的冷卻曲線的曲線圖，該三邊閃蒸循環導致緊密地匹配的冷卻曲線。

雖然以上所標識的附圖闡述了特定實施例，但還構思了本發明的其它實施例，如在討論中所指出。在所有情況下，本公開以代表性而非限制性方式提供了本發明的圖示實施例。本領域的技術人員可想到落入本發明的原理的范圍和精神之內的許多其它修改和實施例。

項目清單