[發明專利]具有多個液體流型的氣?液換熱系統

有效

• 申請號: 201380075834.2
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN105358804B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 尤里·雷克特曼
• 申請（專利權）人: 諾特/埃里克森有限公司
• 主分類號: F02C6/18
• 分類號: F02C6/18;F01K23/10
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,吳啟超

相關申請案的交叉引用

本申請案為2013年3月13日提交的美國申請案序列號13/798462的繼續申請，并且要求所述美國申請案序列號13/798462的優先權。以上申請案的整體公開內容以引用的方式并入本文。

發明領域

本發明大體上涉及氣-液換熱系統，并且更具體地涉及允許多個液體路徑提供進入系統中的進料液體的不同溫度的系統。

背景技術

天然氣在美國以及其他國家代表著電能的重要來源。天然氣燃燒的排放物少，并在全世界大部分地區都可獲得。天然氣的價格近年來也顯著降低，因為新型鉆探技術(如水力壓裂(或開裂))開發出了以前不可獲得的沉積物。將天然氣轉換成電能的發電廠是有效的，并且與水電項目和燃煤工廠相比，建造起來相對容易和廉價。

在如圖1所示典型工廠中，天然氣在燃氣渦輪機(11)中燃燒，引起渦輪機(11)的轉子旋轉并向連接有轉子的發電機(13)提供動力。廢氣(基本上是二氧化碳、某些污染物及蒸汽)在約1200℉下離開燃氣渦輪機。因此，這些氣體中含有的熱量可以代表著能量的另一重要來源。為了控制這種能量，典型聯合循環天然氣燃燒發電廠還包括了熱回收蒸汽發生器(HRSG)(100)，熱的廢氣通過熱回收蒸汽發生器。HRSG(100)充當氣-液換熱器，從而允許廢氣中的熱量被捕獲并在蒸汽渦輪機(301)中再次使用。

HRSG(100)包括供燃氣渦輪機燃燒產物進入(103)的進口管道(101)和出口排氣端(105)。來自燃氣渦輪機(11)的廢氣流入管道(101)的上游端(103)。隨后，氣體會與工作流體一起通過管束(200)的通道，所述工作流體包括蒸汽、蒸汽/水混合物以及水。廢氣加熱工作流體，同時冷卻自身。一旦氣體脫離管束(200)，所述氣體傳出下游端(105)而進入將廢氣引導至大氣的煙囪。圖1的HRSG是雙壓力級HRSG。因此，如同大多數HRSG一樣，所述HRSG的管束(200)大體上由管道(101)內的三個功能區段構成。第一個是過熱器(201)，第二個是蒸發器并且第三個是省煤器(economizer)(也稱為給水加熱器)。作為雙壓力系統，高壓系統使用過熱器(201)、高壓蒸發器(203)以及高壓省煤器(207)。低壓系統使用低壓蒸發器(206)和低壓省煤器(205)。由于管束彼此連接，所以這些區段是功能上的區別，但功能部件基本上是以所述順序從上游端(103)至下游端(105)加以布置。

管束中的液體(本文稱為給水(407))作為液體進入低壓省煤器(205)。低壓省煤器(205)將給水(407)的溫度升高。高溫給水(407)隨后流入低壓蒸發器(206)，所述低壓蒸發器將給水(407)的一部分轉換成低壓飽和蒸汽。給水的一部分還會去往高壓省煤器(207)。隨后，高壓蒸發器(203)將進入的水轉換成高壓蒸汽。隨后，蒸汽從高壓蒸發器流向過熱器(201)，所述過熱器將飽和蒸汽轉換成過熱蒸汽。給水(407)的流動因此與管道(101)中氣體的流動大致相反。

一旦已使給水(407)過熱，過熱蒸汽就會流向外部蒸汽渦輪機(301)，所述外部蒸汽渦輪機向另一個發電機(13)提供動力。在蒸汽渦輪機(301)之后，工作流體(407)將傳入冷凝器(303)中，在所述冷凝器中，蒸汽在真空下冷凝回液體以供由系統再使用。冷凝泵(305)將給水(407)遞送回省煤器(205)。

由于天然氣普遍都含有在燃燒之前不易除去的作為污染物的痕量硫，所以天然氣在燃氣渦輪機(11)中的燃燒通常引起硫與氧化合來產生硫氧化物。燃氣渦輪機(11)的燃燒過程還涉及大量的只是存在于大氣中的水。只要管道(101)中的廢氣保持高于氣體的酸露點，硫氧化物就被傳出HRSG并進入排氣煙囪中，對于大多數天然氣中預期的硫的濃度來說，行業中通常接受的關于硫酸的酸露點為約至少140℉。

然而，除非預熱給水(407)，否則進入管道(101)內的管束(200)的所述給水將通常僅處于約90℉至100℉，并且因此可能的是，朝向低壓省煤器(205)的下游端(553)的管束(200)(普遍稱為“冷排”)將處于低于廢氣的露點(如以上所指出，針對來自天然氣的廢氣為約140℉)的溫度下。如果這種情況將發生，那么硫酸會由煙道氣中的硫氧化物冷凝在朝向下游端的管(200)上，并且聯合用水一起形成硫酸。由于硫酸對管(200)的材料是高腐蝕性的，所以這種形成會造成對管(200)損壞，從而最終需要停機并且花費相關費用來維修HRSG(100)。