[發明專利]用于燃氣渦輪機入口空氣加熱的系統和方法

無效

• 申請號: 201310042312.4
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103244274A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 章建民;J.P.托米
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/08
• 分類號: F02C7/08
• 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

本發明所公開的主題大體而言涉及燃氣渦輪機，并且更具體地涉及用于操作燃氣渦輪機的方法和裝置。

背景技術

本發明涉及燃氣渦輪機的操作，并且更特別地涉及用于燃氣渦輪機中的防結冰和部分負荷效率改善的系統和方法。

諸如燃氣渦輪機、航改式等的渦輪機械通常在聯合循環和/或熱電聯產模式(cogeneration?mode)下操作。在聯合循環操作中，生成蒸汽的熱回收蒸汽發生器接收來自燃氣渦輪機的廢氣；蒸汽然后流動到生成額外電力的蒸汽渦輪機。在熱電聯產操作中，由熱回收蒸汽發生器生成的蒸汽的一部分被送到需要蒸汽的獨立工藝制程。

聯合循環和熱電聯產電廠額定為(rated?to)在基本負荷下操作時生成最大量的能量(機械、電等)。然而，盡管是操作者期望的，但是基本負荷運行/操作(baseload?operation)并不總是可行。在能源市場(電網等)中可能不需要在基本負荷下產生的所有能量。在這里，動力裝置(powerplant)必須停機，或在產生少于最大量能量的部分負荷下操作。此外，部分負荷操作往往減小總效率，并且增加動力裝置的發熱率。

燃氣渦輪機典型地需要在發電時避免在入口內、尤其在壓縮器入口喇叭口處的結冰狀況。在低環境溫度下操作的燃氣渦輪機可能不能保持無冰入口空氣流。可以考慮入口加熱以允許操作者保持入口和壓縮器進口內的無冰空氣流，由此避免由于壓縮器葉片的結冰或冰磨蝕引起的過量壓降。

入口空氣加熱系統可以減小與在部分負荷和低環境溫度條件下操作燃氣渦輪機關聯的前述缺點的程度。常規方法集中于利用來自熱回收蒸汽發生器的廢氣、或另外的獨立加熱機構，例如入口加熱盤管，這會成本很高。因而，最小化硬件和安裝的方法將是期望的。

燃氣渦輪機在基本負荷操作下在更暖的溫度下可能需要更高的輸出以滿足峰值要求。這典型地通過利用入口空氣蒸發冷卻器或制冷器系統來實現。當前的方法具有獨立于入口加熱系統的這些增強選擇。燃氣渦輪機入口內的附加獨立系統造成系統成本、復雜性和入口壓降。

由于前述原因，需要一種具有入口空氣直接接觸式加熱系統的燃氣渦輪機。與此相關的方法將允許入口和壓縮器入口防結冰和調節范圍的擴大。所述系統和方法將允許在部分負荷范圍下操作時燃氣渦輪機所消耗的燃料減小。此外，所述方法和系統也將能夠靈活地提供相同結構內的入口空氣蒸發冷卻和制冷，以增加基本負荷下的燃氣渦輪機功率輸出。

發明內容

本發明的方面和優點將部分地在以下描述中進行闡述，或者可以從該描述顯而易見，或者可以通過本發明的實施而獲悉。

在本發明的一個實施例中，描述了一種用于部分負荷效率改善的燃氣渦輪機系統。該系統包括具有接收入口空氣的壓縮器的燃氣渦輪機。在入口空氣流動到壓縮器之前，直接接觸式熱交換器加熱入口空氣。加熱入口空氣可減小入口空氣密度和渦輪機質量流量，并且因此降低燃氣渦輪機的輸出和擴大調節范圍(turndown?range)。

在另一個實施例中，描述了一種控制燃氣渦輪機系統操作以用于部分負荷效率改善、以及入口和壓縮器入口喇叭口的防結冰的方法。該方法包括在入口空氣流動到燃氣渦輪機壓縮器之前利用直接接觸式熱交換器加熱入口內的入口空氣，以減小入口空氣密度和渦輪機質量流量、并且因此降低輸出和擴大調節范圍。

在本發明的備選實施例中，描述了一種控制燃氣渦輪機系統操作以用于部分負荷效率改善以及入口和壓縮器入口喇叭口的防結冰、同時也提供在基本負荷下供應入口空氣的蒸發冷卻或制冷的能力的方法。該方法包括為了擴大調節范圍、在低環境溫度下防結冰或在基本負荷下增加渦輪機功率輸出，在入口空氣流動到燃氣渦輪機壓縮器之前利用直接接觸式熱交換器加熱、冷卻或制冷入口內的入口空氣。

參考以下描述和附帶的權利要求，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解。包含在該說明書中并且構成該說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，并且與描述一起用于解釋本發明的原理。

附圖說明

在參考附圖的說明書中闡述了包括對于本領域的普通技術人員來說是本發明的最佳模式的本發明的完整和允許公開，其中：

圖1提供了根據本發明的各方面的燃氣渦輪機的示意圖。

具體實施方式