[發明專利]控制燃氣渦輪機部件的溫度的方法和裝置

無效

• 申請號: 201210243660.3
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102996256A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: A.K.阿南;G.M.伊策爾;B.P.萊西;V.馬泰亞;N.R.T.雷迪
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F01D25/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

聯邦研究聲明

本發明是根據由能源部授權的協議DE-FC26-05NT42643在政府支持下進行的。美國政府在本發明中具有特定權利。

技術領域

本文所公開的主題總體涉及整體氣化聯合循環(integrated?gasification?combined-cycle，IGCC)發電系統，并且更具體地涉及用于對IGCC系統中的燃氣渦輪發動機部件進行冷卻的方法和裝置。

背景技術

已知的IGCC系統典型地包括產生動力的燃氣渦輪機。壓縮空氣和燃料在燃燒室中混合并且進行燃燒，從而沿選定方向引導工作氣體。朝向渦輪輪葉引導通過燃燒所獲得的工作氣體并且使渦輪輪葉旋轉。接著，輪葉的旋轉用于產生電力。燃氣渦輪機通常在高溫下操作。在這些高溫下，排出氣體常常包含受到政府監管的大量的NO_X氣體。此外，能夠通過降低操作溫度來提高燃氣渦輪機的效率。因此，對燃氣渦輪機的部件進行冷卻是其操作的重要部分。本發明提供用于對燃氣渦輪機部件進行冷卻的方法和裝置。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種控制燃氣渦輪機的部件的溫度的方法，該方法包括以下步驟：獲得用作冷卻劑的壓縮氣體；使冷卻劑增濕；以及使增濕的冷卻劑循環至燃氣渦輪機的部件，以控制該部件的溫度。

進一步的，使所述冷卻劑增濕進一步包括：經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少一種使壓縮冷卻劑冒泡。

進一步的，所述方法進一步包括：從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少一種提供蒸汽。

進一步的，所述增濕的冷卻劑包括按照體積計算從大約0％至大約10％的蒸汽。

進一步的，所述方法進一步包括：將所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機單元所獲得的壓縮機空氣混合，并且使所述增濕的冷卻劑與壓縮機空氣的混合物循環至燃氣渦輪機部件，以控制所述部件的溫度。

進一步的，所述方法進一步包括：在所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間跨過導熱體交換熱以對所述壓縮機空氣進行冷卻，并且使經過冷卻的壓縮機空氣循環至燃氣渦輪機部件以控制所述部件的溫度。

進一步的，所述冷卻劑的增濕以及在所述增濕的冷卻劑與從所述壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間的熱交換在單個單元處發生。

進一步的，所述冷卻劑是(i)空氣、(ii)氮(N₂)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的一種。

進一步的，所述方法進一步包括：從與所述燃氣渦輪機相關聯的整體氣化聯合循環(IGCC)系統的空氣分離單元獲得所述冷卻劑。

進一步的，所述燃氣渦輪機的所述部件進一步包括(i)所述燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少一個。

進一步的，所述方法進一步包括：將所述增濕的冷卻劑與燃料混合，并且燃燒混合物，以減少所述燃氣渦輪機的NO_X排放物。

根據本發明的另一個方面，公開一種用于控制燃氣渦輪機的部件的溫度的裝置，該裝置包括：構造成提供用作冷卻劑的壓縮氣體的單元；構造成向冷卻劑增加水分的增濕器；以及循環單元，該循環單元構造成使增濕的冷卻劑循環至燃氣渦輪機的部件，以控制該部件的溫度。

進一步的，所述增濕單元構造成通過經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少一種使所述冷卻劑冒泡而使所述冷卻劑增濕。

進一步的，所述增濕單元從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少一種接收蒸汽。

進一步的，所述增濕單元進一步構造成向所述冷卻劑增加按照體積計算處于從大約0％蒸汽至大約10％蒸汽的范圍內的水分。

進一步的，所述裝置進一步包括通向所述燃氣渦輪機的燃燒器分段的入口，所述入口構造成輸送所述增濕的冷卻劑，以與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣混合，使混合物循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。

進一步的，所述裝置進一步包括導熱材料，所述導熱材料構造成在所述增濕的冷卻劑與從壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間交換熱，以對所述壓縮機空氣進行冷卻，使經過冷卻的壓縮機空氣循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。