[發明專利]燃料氣體加濕和加熱的系統

有效

• 申請號: 201210225973.6
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102852645A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: S.C.居倫;J.拉納辛赫
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C6/18
• 分類號: F02C6/18;F02C3/30;F02C7/224;F01K23/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及一種連接到熱回收蒸汽發電機(HRSG)的燃氣渦輪機；更確切地說，涉及一種用于飽和和加熱燃料氣體以增加功率輸出和熱力效率的改進底循環。

背景技術

一些發電設備使用與HRSG熱耦合的燃氣渦輪機。所述HRSG可為非接觸式換熱器，其可使用于蒸發過程的進水通過燃氣渦輪機的廢氣進行加熱。HRSG具有導管，所述導管帶有插在所述導管中的管束，這樣，進水在渦輪機廢氣通過所述導管時蒸發成蒸汽。此布置的效率在于對其它廢氣能量的利用。

現代HRSG通常使用多壓式部分來回收廢氣中的最大能量。例如，用于從先進重型工業用燃氣渦輪機(通常稱為F、G或H級機器)回收廢氣能量的HRSG具有三個部分，在所述三個部分中，蒸汽在高壓、中(中間)壓和低壓條件下生成。較早期的變體通常具有兩個壓級。此外，前述HRSG還具有再熱器部分，在所述再熱器部分中，從高壓(HP)蒸汽渦輪機返回的蒸汽再次加熱到與HP蒸汽相同的溫度，以便實現較佳效率。因此，多壓再熱式HRSG的相關安裝成本顯著高于較早期的具有兩個或甚至一個壓級的非再熱式HRSG(通常用于上一代重型工業用GT，所述上一代重型工業用GT也稱為“E級”機器)。結構配置和熱流路徑相當復雜。與簡單的熱回收鍋爐相比，具有多個壓級的現代HRSG的運行明顯具有更多功能，包括：蒸發器(鍋爐)汽包水位和壓力控制；經由噴水減溫通過溫度控制進行蒸汽溫度控制；以及低壓(LP)節熱器循環，用于維持節熱器管道金屬溫度高于最低標準以防止腐蝕。

發明內容

鑒于上述原因，需要一種效率和輸出可能最高而HRSG配置最為簡單且具有成本效益的系統。所述系統在理想狀態下僅在單壓、非再熱條件下進行蒸汽生產，且由此無需成本較高的具有圓柱形薄壁式汽包的蒸發器部分以及關聯控制器，所述關聯控制器包括閥、集管和具有合金鋼翅片管的再熱過熱器部分。通過減少長度、覆蓋區域和所需的鋼筋混凝土基礎可進一步降低復雜程度和成本。通過使用與單壓非再熱式HRSG中產生的單壓蒸汽關聯的更為簡單且成本更低的蒸汽渦輪機可更進一步地降低安裝成本和復雜程度。

下文概述了本發明的最初范圍內的某些實施例。這些實施例的目的并不在于限制本發明的范圍，而僅在于概述本發明的可能形式。實際上，本發明可能包括與下述實施例的形式類似或不同的各種形式。

根據本發明的第一實施例，揭示了一種系統，包括：發電設備，其包括：燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括共同生成廢氣流的壓縮機、燃燒系統和渦輪部分；以及HRSG，所述HRSG包括接收所述廢氣流并將水蒸發成蒸汽的換熱部分；燃料加濕器，用于產生飽和燃料氣體，其包括：入口，所述入口包括接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括接收處于非飽和或干燥狀態的燃料氣體；直接接觸傳熱和傳質區域，所述直接接觸傳熱和傳質區域將所述水與所述燃料氣體混合以產生飽和燃料氣體；出口，所述出口排出處于第二溫度的水，所述第二溫度低于所述第一溫度；其中所述水通過關聯管道流向所述HRSG；以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述飽和燃料氣體的管道；閃蒸罐，其包括：供應裝置，所述供應裝置包括從所述HRSG接收水的管道；蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述閃蒸罐內生成的蒸汽的管道；排出裝置，所述排出裝置包括連接到所述燃料加濕器的所述入口的管道，從而使剩余的水從所述閃蒸罐流向所述燃料加濕器；以及其中所述閃蒸罐迅速減少從所述供應裝置接收的水的壓力，以使所述水的一部分閃蒸成蒸汽；燃料氣體過熱器，其包括：供水裝置，所述供水裝置包括從所述HRSG接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括從所述燃料加濕器接收所述飽和燃料氣體的管道；換熱區域，所述換熱區域使熱量從所述水傳遞到所述飽和燃料氣體，從而有效產生過熱的飽和燃料氣體；排水裝置，所述排水裝置包括排出處于第二溫度的水的管道；以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出由所述燃氣渦輪機的所述燃燒系統進行有效消耗的所述過熱的飽和燃料氣體的管道。

根據本發明的第二實施例，揭示了一種系統，除了上述第一實施例所列出的部件之外，所述系統包括蒸汽渦輪機，所述蒸汽渦輪機經由關聯管道從HRSG接收蒸汽，且生成有用的軸功率。所述蒸汽渦輪機可為具有供應給某些過程用戶的廢氣的背壓式渦輪機，或其可配備連接到所述蒸汽渦輪機的冷凝器，其中所述冷凝器包括從蒸汽渦輪機接收蒸汽并使用外部散熱器將其冷凝成水的管道和結構。