[實用新型]燃氣蒸汽聯合循環動力設備

有效

• 申請號: 201320576468.6
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN203670119U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: K·蒙德拉;N·埃爾南德斯桑切斯;R·龐
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03G6/00
• 分類號: F03G6/00
• 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

本發明涉及一種新型的燃氣蒸汽聯合循環動力設備，包括燃氣渦輪單元、發電機、熱回收蒸汽發生器(HRSG)、蒸汽渦輪、和提供補充熱量的基于整體太陽能的蒸汽發生單元，該補充熱量提高了聯合循環設備的熱效率和電力輸出。本發明還涉及用于操作帶有燃氣渦輪和蒸汽渦輪兩者的聯合循環設備的方法，其中太陽能熱量被整合到聯合循環中，以使用本文所描述的新傳熱配置和設備在太陽能“開”和太陽能“關”的條件下有效地利用。?

背景技術

當前美國和全世界的環境關注以及不管烴類燃料日益短缺而增加的能量需求促進了動力設備新技術的迅速發展，特別是能夠利用不同的可聯合和／或可交換能源的混合動力設備。近年來，燃氣聯合循環動力設備實現了比燃煤或燃油朗肯循環設備更高的效率，且通常依靠不止單個熱力循環來產生渦輪動力。典型的聯合循環動力設備和聯產設施使用燃氣渦輪基于公知的布雷頓循環原理來產生動力，且通常具有高排氣流和非常高的渦輪排氣溫度。當引入熱回收鍋爐系統例如熱回收蒸汽發生器(HRSG)時，設備在被用于產生額外動力的獨立渦輪中產生蒸汽和／或為其它相關的工業目的提供工藝蒸汽。燃氣渦輪經由布雷頓循環(通常稱為“頂循環”)產生功，且蒸汽渦輪經由朗肯循環(“底循環”)產生動力，從而限定術語“聯合循環”。?

因為聯合循環系統中的蒸汽動力設備(例如HRSG)的效率可通過添加太陽能所產生的蒸汽而提高，所以之前已有多種系統嘗試將太陽能熱量整合到聯合循環設備中。在大部分太陽能熱量動力設備中，太?陽的輻射能利用太陽能接收器(稱為“吸收器”或“收集器”)捕獲，該接收器呈多個精確排列的反射器的形式，反射器帶有會聚入射陽光并追蹤太陽日間軌跡的表面。當太陽照射時，自動定位鏡面(定日鏡)自行對準，使得陽光直接反射在中央接收器上。輻射能然后傳遞到傳熱介質中例如空氣、液體鹽或水／蒸汽流程，其然后被用于在蒸汽渦輪動力設備中產生蒸汽且最終通過聯接到蒸汽渦輪的發電機產生電力。?

用以更有效地將太陽能與聯合循環動力設備整合的各種先前嘗試是已知的。當前大部分太陽能熱能是利用由大面積拋物面槽式收集器、傳熱流體／蒸汽發生系統、蒸汽渦輪／發電機朗肯循環以及一些形式的化石燃料備用系統構成的“拋物面槽”技術來生產。一般地，太陽能場本質上是模塊化的，且包括多行沿南北水平軸線對齊的單軸追蹤拋物面槽式太陽能收集器。每個太陽能收集器包括拋物面形反射器，其將太陽輻射會聚到定位在拋物面焦軸上的直線接收器上并在白天從東至西追蹤太陽。在大部分這種系統中，傳熱流體的溫度上升到大約400℃并經過接收器循環且返回到一系列換熱器，在此太陽熱能被傳熱流體(典型地合成油)吸收。熱量然后使用蒸發器和換熱器的組合被取出，以產生過熱蒸汽。蒸汽然后被供給至蒸汽渦輪／發電機以產生電能。來自渦輪的膨脹蒸汽最后被冷凝，且冷卻的傳熱流體再循環通過太陽能場。?

如下面所描述，由本發明實現的總體時間加權熱效率水平明顯高于現有的常規設計，本發明被具體設計為以連續方式在太陽能“開”和“關”的條件下操作。新方法和系統允許由太陽能收集系統產生的過熱蒸汽被更有效地被整合到HRSG中且最終用于驅動聯合循環設備中的蒸汽渦輪。根據本發明使用太陽能用于減少烴燃料氣體(例如天然氣)的總量，否則為了產生給定的電力輸出必須一直消耗該烴燃料氣體。例如，本發明依靠恒定的燃料流在用電高峰時期提高了設備的電力輸出，在用電高峰時期電能的經濟價值通常更高(例如夏季對比冬季，或者午后對比午夜)。本發明還提高了設備的總體熱效率，而不在?太陽能蒸汽產生被臨時中斷(“關”)時遭受損失。?

相比而言，下面的專利和專利公開例示了其中一些已知的(但低效的)基于太陽能的聯合循環系統：美國專利No.5,444,972、No.5,417,052以及專利公開No.2006／0260314。如下面所述的補充太陽能的使用還在為不犧牲或限制設備自身功能的“綠色”能源的市場上具有額外的商業價值。另外，本文所描述的示例性太陽能收集系統由于它們的基本模塊化設計而可被加入不可用至它們最大生產能力的聯合循環設備，包括被設計和建造為在更高能力下操作但由于增加的成本或操作燃氣渦輪發動機所需的烴燃料的減少可用性而在操作中降低產量的那些。?

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