[發(fā)明專利]用于改進(jìn)組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的效率的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210195721.3
• 申請(qǐng)日: 2012-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN102828830A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B.加迪納;B.湯普森;A.沃雷爾;金基亨;R.康納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F02C3/34
• 分類號(hào): F02C3/34;F02C3/04;F02C6/18;F01D15/10
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于改進(jìn)利用渦輪的發(fā)電設(shè)施的效率的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

諸如燃?xì)鉁u輪、航改燃?xì)鉁u輪等的渦輪機(jī)械通常以組合循環(huán)和/或熱電聯(lián)供模式操作。在組合循環(huán)操作中，燃?xì)鉁u輪連接到發(fā)電的發(fā)電機(jī)。熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)接收由燃?xì)鉁u輪產(chǎn)生的排氣的至少一部分且HRSG使用排氣中的熱能來生成蒸汽。由HRSG產(chǎn)生的蒸汽流到蒸汽渦輪，蒸汽渦輪連接到另一發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生額外電力。在熱電聯(lián)供操作中，由HRSG生成的蒸汽的一部分發(fā)送到需要該蒸汽的單獨(dú)工藝。

組合循環(huán)和熱電聯(lián)供設(shè)備額定在基礎(chǔ)負(fù)荷操作時(shí)以最小能量消耗生成最大量的能量(機(jī)械、電等)。但是，若可能，可期望改進(jìn)該系統(tǒng)在基礎(chǔ)負(fù)荷操作時(shí)的效率。

基礎(chǔ)負(fù)荷條件，盡管是操作者所期望的，但并非總是可行的。能量市場(chǎng)(電網(wǎng)等)中可能不需要以基礎(chǔ)負(fù)荷生成的全部能量。在這些情形下，發(fā)電設(shè)備必須停機(jī)或以部分負(fù)荷操作，其中生成小于最大量的能量。當(dāng)在這種發(fā)電設(shè)施中的渦輪以部分負(fù)荷操作時(shí)，系統(tǒng)的總效率通常低于當(dāng)渦輪以基礎(chǔ)負(fù)荷操作時(shí)的情況。因此，需要改進(jìn)該系統(tǒng)在部分負(fù)荷條件下操作時(shí)的效率。

通常需要燃?xì)鉁u輪在發(fā)電的同時(shí)維持排放達(dá)標(biāo)。以部分負(fù)荷操作的燃?xì)鉁u輪在低于特定負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行時(shí)可能無(wú)法維持排放達(dá)標(biāo)。“彈性操作(turndown)范圍”為燃?xì)鉁u輪維持排放達(dá)標(biāo)的負(fù)荷范圍。寬的彈性操作范圍允許操作者維持排放達(dá)標(biāo)，最小化燃料消耗，且避免在寬范圍的電力輸出條件下與發(fā)電設(shè)備停機(jī)相關(guān)聯(lián)的熱瞬態(tài)。因此，期望使得彈性操作范圍盡可能寬。

當(dāng)期望對(duì)現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備做出變化以提高效率時(shí)，任何改造方案應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地最小化對(duì)現(xiàn)有器械的修改。這從成本角度而言是期望的，且也避免不利地影響到設(shè)備的可操作性。另外，任何改造變化不應(yīng)當(dāng)提高操作或維護(hù)成本，否則改造變化在經(jīng)濟(jì)上可能是不值得做的。

由于所有前述原因，需要一種改進(jìn)以基礎(chǔ)負(fù)荷或部分負(fù)荷條件操作的發(fā)電設(shè)施的效率的系統(tǒng)。還需要一種改進(jìn)燃?xì)鉁u輪的彈性操作范圍的系統(tǒng)。但是，為了實(shí)現(xiàn)更高的效率或提高彈性操作范圍而做出的任何改變不應(yīng)當(dāng)顯著地影響其它設(shè)備操作或維護(hù)要求。否則，效率和/或彈性操作范圍的改進(jìn)可能會(huì)被更高的操作或維護(hù)成本或者在其它操作條件期間的降低的效率所超過。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，本發(fā)明能實(shí)施于用于改進(jìn)發(fā)電設(shè)施的效率的系統(tǒng)中。該系統(tǒng)包括渦輪，其包括接收入口空氣的壓縮機(jī)、燃燒系統(tǒng)和渦輪部段，其中渦輪產(chǎn)生排氣。該系統(tǒng)還包括熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，其接收排氣的一部分且產(chǎn)生蒸汽。該系統(tǒng)還包括預(yù)熱器，其從HRSG獲得熱能且使用熱能來改進(jìn)發(fā)電設(shè)施的效率，其中從HRSG獲得的熱能從HRSG內(nèi)預(yù)定點(diǎn)處抽吸的流體獲得，且其中在從流體提取了熱能之后，流體在預(yù)定點(diǎn)處返回到HRSG。

在另一方面，本發(fā)明可實(shí)施為一種改進(jìn)發(fā)電設(shè)施的效率的方法，該發(fā)電設(shè)施包括渦輪，其具有接收入口空氣的壓縮機(jī)、燃燒系統(tǒng)和渦輪部段，渦輪產(chǎn)生排氣，排氣至少部分地提供到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。該方法包括：從HRSG內(nèi)的預(yù)定點(diǎn)處抽吸流體；從流體獲得熱能；使用所獲得的熱能來改進(jìn)發(fā)電設(shè)施的效率；以及在從流體獲得熱能之后，使流體返回到HRSG內(nèi)的預(yù)定點(diǎn)。

附圖說明

圖1為組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的第一實(shí)施例的元件的圖示；

圖2為組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的第二實(shí)施例的元件的圖示；

圖3為組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的第三實(shí)施例的元件的圖示；

圖4為能用于組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備中的熱回收蒸汽發(fā)生器的第一實(shí)施例的元件的圖示；

圖5為能用于組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備中的熱回收蒸汽發(fā)生器的第二實(shí)施例的元件的圖示；以及

圖6為能用于組合循環(huán)發(fā)電設(shè)備中的熱回收蒸汽發(fā)生器的第三實(shí)施例的元件的圖示。

部件列表

110????熱回收蒸汽發(fā)生器

120????軸流壓縮機(jī)

125????軸

130????周圍空氣

132????入口空氣

135????燃燒系統(tǒng)

145????渦輪

147????蒸汽渦輪??

155????預(yù)熱器

157,182???控制閥?????

159????泵??

160,188???供應(yīng)管線

165,169???返回管線

167????蒸汽管線

170,172???發(fā)電機(jī)

180,181???換熱器

184????循環(huán)泵