專利名稱：用于使用太陽能加熱系統(tǒng)來加熱給水的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在蒸汽輪機的運行期間被鍋爐消耗的給水；并且更具體而言，涉及結(jié) 合太陽能加熱系統(tǒng)來加熱給水的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
結(jié)合了蒸汽輪機的動力設(shè)備典型地集成有冷凝器和鍋爐。冷凝器接收蒸汽輪機排 出的低能蒸汽或蒸汽-水混合物。在接收低能蒸汽之后，冷凝器從蒸汽中抽取熱量，蒸汽冷 凝而形成給水。鍋爐接收和加熱給水，直到轉(zhuǎn)換成蒸汽為止，蒸汽被傳送到蒸汽輪機，并且 重復(fù)這個閉環(huán)過程。一些鍋爐，例如(但不限于)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，用來自燃?xì)廨?機的排氣的能量來加熱給水。其它的鍋爐通過從蒸汽輪機抽取的蒸汽來加熱給水。用以加 熱給水的這兩種方法均減少了動力設(shè)備的輸出。太陽能是可再生能源，它的應(yīng)用和使用越來越多。太陽能的使用在渦輪機暴露于 足夠量的陽光的區(qū)域中可為有利的。使用太陽能的一些好處包括(但不限于)提高渦輪 機的輸出和效率，以及減少渦輪機排放。太陽能系統(tǒng)的效率根據(jù)使用的太陽能技術(shù)的類型 而不同。這種不同可使得對渦輪機現(xiàn)場增加太陽能技術(shù)在成本方面非常高昂。如果太陽能 系統(tǒng)可構(gòu)造成以便加熱給水，則通常用于給水加熱的蒸汽將可用來產(chǎn)生功率。出于前述原因，需要一種降低與加熱由鍋爐所消耗的給水相關(guān)聯(lián)的寄生負(fù)荷的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合相對高效的太陽能技術(shù)來提高給水的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，(提供了)一種用于提高給水的溫度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括構(gòu)造成用于將蒸汽轉(zhuǎn)換成機械能的蒸汽輪機；與蒸汽輪機集成的冷凝器，其中，冷凝器 構(gòu)造成用于將從蒸汽輪機排出的蒸汽轉(zhuǎn)換成給水；以及構(gòu)造成用于加熱給水的太陽能加熱 系統(tǒng)，其中，太陽能加熱系統(tǒng)接收從冷凝器排出的給水；其中，太陽能加熱系統(tǒng)將給水從第 一溫度加熱到第二溫度。根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例，(提供了)一種構(gòu)造成用于升高給水的溫度的動 力設(shè)備，該動力設(shè)備包括構(gòu)造成用于將蒸汽轉(zhuǎn)換成機械能的蒸汽輪機；與蒸汽輪機集成 的冷凝器，其中，冷凝器構(gòu)造成用于將從蒸汽輪機排出的蒸汽轉(zhuǎn)換成給水；構(gòu)造成用于加熱 給水的太陽能加熱系統(tǒng)，其中，太陽能加熱系統(tǒng)接收從冷凝器排出的給水；其中，太陽能加 熱系統(tǒng)將給水從第一溫度加熱到第二溫度；以及構(gòu)造成用于將給水轉(zhuǎn)換成蒸汽的鍋爐，其 中，鍋爐接收被太陽能加熱系統(tǒng)排出的、在第二溫度處的給水，以及其中，鍋爐將蒸汽排到 蒸汽輪機；其中，太陽能加熱系統(tǒng)減少了由鍋爐在將給水加熱到允許給水轉(zhuǎn)換成蒸汽的溫 度時所做的功的量；從而提高了動力設(shè)備的整體效率。根據(jù)本發(fā)明的另一個備選實施例，(提供了)一種升高給水的溫度的方法，該方法 包括提供蒸汽輪機，其中，蒸汽輪機構(gòu)造成用于將蒸汽轉(zhuǎn)換成機械能；提供與蒸汽輪機集 成的冷凝器，其中，冷凝器構(gòu)造成用于將從蒸汽輪機排出的蒸汽冷凝成給水；提供構(gòu)造成用于加熱給水的太陽能加熱系統(tǒng)，其中，太陽能加熱系統(tǒng)接收從冷凝器排出的給水；以及操作 太陽能加熱系統(tǒng)來將給水從第一溫度加熱到第二溫度。


圖1是示出了本發(fā)明的一個實施例可在其中運行的環(huán)境的示意圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能加熱系統(tǒng)的一個實例的示意圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例的太陽能加熱系統(tǒng)的一個實例的示 意圖。部件列表100燃?xì)廨啓C105壓縮機110燃燒系統(tǒng)115渦輪區(qū)段120 排氣125發(fā)電機135 HRSG140 煙囪145 蒸汽150蒸汽輪機155發(fā)電機160冷凝器165 給水170 泵175太陽能加熱系統(tǒng)200拋物線型槽系統(tǒng)205線性拋物線型反射器210接收器300太陽能塔架系統(tǒng)305跟蹤反射器310接收器315 塔架
具體實施例方式優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述參照了附圖，附圖示出了本發(fā)明的具體實施例。具有 不同的結(jié)構(gòu)和操作的其它實施例并不脫離本發(fā)明的范圍。本文公開了詳細(xì)的示例性實施例。但是，出于描述示例性實施例的目的，本文公開 的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)僅是代表性的。但是，示例性實施例可實施為許多備選形式，并且 不應(yīng)當(dāng)被看作僅限于本文闡述的實施例。因此，在示例性實施例能夠具有各種修改和備選形式的同時，在附圖中以實例的方式對其實施例進(jìn)行了說明，并且將在本文中對其進(jìn)行詳細(xì)描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，不意在 將示例性實施例限于公開的特定形式，而是相反，示例性實施例將覆蓋落在示例性實施例 的范圍內(nèi)的所有修改、等效物和備選方案。將理解，雖然本文可使用用語第一、第二等來描述不同的元件，但是這些元件不應(yīng) 當(dāng)受這些用語的限制。這些用語僅用來使不同的元件彼此區(qū)分。例如，第一元件可稱為第二 元件，并且類似地，第二元件可稱為第一元件而不脫離示例性實施例的范圍。如本文所用， 用語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項中的一個或多個的任何和所有組合。本文使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例，并且不意在限制示例性實施例。如本 文所用，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”意在還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確作出其它 表示。將進(jìn)一步理解，當(dāng)在本文中使用時，用語“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有” 規(guī)定了存在所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但是不排除存在或附加一個 或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組合。還應(yīng)當(dāng)注意，在一些備選實施方式中，所提到的功能/動作可不按照圖中所提到 的順序來發(fā)生。例如，取決于涉及的功能/操作，兩個接連的圖可基本同時執(zhí)行，或者有時 可按相反的順序執(zhí)行。僅出于方便讀者的原因，本文使用了某些術(shù)語，并且它們不應(yīng)當(dāng)被看作是對本發(fā) 明的范圍的限制。例如，諸如“上，，、“下，，、“左，，、“右，，、“前，，、“后，，、“頂，，、“底，，、“水平，，、“豎 直”、“上游”、“下游”、“頭”、“尾”等等的詞語僅對圖中所示的構(gòu)造進(jìn)行描述。實際上，本發(fā)明 的實施例的元件或多個元件可沿任何方向定向，且因此，術(shù)語應(yīng)當(dāng)理解為包括這樣的變型， 除非另有規(guī)定。本發(fā)明可應(yīng)用于具有蒸汽輪機的多種動力設(shè)備，例如但不限于聯(lián)合循環(huán)動力設(shè) 備、聯(lián)合發(fā)電動力設(shè)備、單獨的蒸汽輪機設(shè)備等。本發(fā)明的一個實施例可應(yīng)用于或者單個蒸 汽輪機或者多個蒸汽輪機。本發(fā)明的一個實施例采用這樣一種系統(tǒng)和方法的形式這種系統(tǒng)和方法可至少使 用至少一個太陽能加熱系統(tǒng)來加熱鍋爐(例如但不限于HRSG)所消耗的給水。本發(fā)明的元 件可由可經(jīng)受太陽能加熱系統(tǒng)可在其中運行和操作的運行環(huán)境的任何材料制成。本發(fā)明的一個實施例可結(jié)合集中式太陽能(CSP)系統(tǒng)。大體上，CSP系統(tǒng)結(jié)合了 多個透鏡、反射鏡或它們的組合以及跟蹤系統(tǒng)，以使大面積的陽光聚焦，從而形成小的集中 的光束。集中的光然后可用作熱源。在本發(fā)明的一個實施例中，熱源可用來部分地或完全 加熱被HRSG消耗的給水。CSP系統(tǒng)可采用太陽能槽系統(tǒng)、拋物線型盤系統(tǒng)、太陽能塔架系統(tǒng) 等的形式?，F(xiàn)在參看附圖，在附圖中，不同的標(biāo)號貫穿幾幅圖表示相似的元件，圖1是示出了 本發(fā)明的一個實施例可在其中操作的環(huán)境的示意圖。圖1示出了包括成聯(lián)合循環(huán)構(gòu)造的燃 氣輪機100和至少一個太陽能加熱系統(tǒng)175的聯(lián)合循環(huán)動力設(shè)備。燃?xì)廨啓C100大體上包 括壓縮機105、燃燒系統(tǒng)110和渦輪區(qū)段115。煙囪140可位于渦輪區(qū)段115的下游。大體上，壓縮機105接收和壓縮入口空氣，入口空氣由圖1中的箭頭表示。壓縮空 氣可向下游流到燃燒系統(tǒng)110，在燃燒系統(tǒng)110中，壓縮空氣與諸如但不限于天然氣的燃料 (未示出)混合，且然后燃燒。在燃燒過程期間釋放的能量向下游流動，并且驅(qū)動渦輪區(qū)段 115。諸如但不限于發(fā)電機125的負(fù)載可聯(lián)接到燃?xì)廨啓C100上，其中，渦輪區(qū)段115中產(chǎn)生的機械扭矩可驅(qū)動發(fā)電機125。在燃?xì)廨啓C100的運行期間產(chǎn)生的排氣120可向下游流向熱回收蒸汽發(fā)生器 (HRSG) 135。HRSG135可結(jié)合熱交換過程來將給水165變換成蒸汽145。這里，本發(fā)明的一 個實施例使用太陽能加熱系統(tǒng)175來加熱(部分或完全地)給水165。蒸汽145可向下游 流到蒸汽輪機150，蒸汽輪機150可聯(lián)接到諸如但不限于發(fā)電機155的負(fù)載上。在蒸汽輪機 150的運行期間，蒸汽145可在冷凝器160中冷凝，從而形成給水165。這里，在一些動力設(shè) 備構(gòu)造中，來自蒸汽輪機150的抽取物可部分地加熱給水。諸如但不限于鍋爐供給泵的泵 170可將給水165驅(qū)動到HRSG135中，在HRSG135中可重復(fù)前述過程。在流過HRSG135之 后，排氣120可流過煙囪140。太陽能加熱系統(tǒng)175的第一個實施例可包括拋物線型槽系統(tǒng)200，如圖1和2所 示。拋物線型槽系統(tǒng)200的一個實施例可包括多個線性拋物線型反射器205，其將陽光集中 到沿著拋物線型反射器205的焦線定位的接收器210上。線性拋物線型反射器205設(shè)計成 以便通過沿著至少一個軸線(，未在圖中示出)進(jìn)行跟蹤來在白天時間期間跟隨陽光。接收 器210可包括給水165可流過其中的管。這里，太陽能加熱系統(tǒng)175可通過對流形式的傳 熱(例如但不限于強制對流、自然對流等)來加熱給水165。太陽能加熱系統(tǒng)175的第二個實施例可包括太陽能塔架系統(tǒng)300，如圖3所示。太 陽能塔架系統(tǒng)300的一個實施例可結(jié)合多個跟蹤反射器305，以用于將陽光集中到塔架315 的頂部附近的中央接收器310上。接收器310可包括給水165可流過其中的管。這里，太 陽能加熱系統(tǒng)175可通過對流形式的傳熱(例如但不限于強制對流、自然對流等)來加熱 給水165。在使用中，該至少一個太陽能加熱系統(tǒng)175可將給水165從第一溫度加熱到第二 溫度。這里，第一溫度可看作離開冷凝器160的給水165的溫度。在本發(fā)明的一個實施例 中，第一溫度可高達(dá)約150度華氏溫度。此外，第二溫度可看作給水165的加熱溫度。在本 發(fā)明的一個實施例中，第二溫度可高達(dá)約700度華氏溫度。該至少一個太陽能加熱系統(tǒng)175可對用戶提供多個好處。在本發(fā)明的一個實施例 中，該至少一個太陽能加熱系統(tǒng)175可提供高達(dá)約8兆瓦的由典型的重型渦輪機產(chǎn)生的等 效功率。在本發(fā)明的一個實施例中，該至少一個太陽能加熱系統(tǒng)175可具有高達(dá)約85%的效率。本發(fā)明的一個實施例可提供控制系統(tǒng)，以便以用來共同加熱給水165的方式操作 結(jié)合了太陽能加熱系統(tǒng)175和HRSG135的構(gòu)造。這里，控制系統(tǒng)可確定將給水165轉(zhuǎn)換成 蒸汽所必需的熱量的量。接下來，控制系統(tǒng)可確定太陽能加熱系統(tǒng)175當(dāng)前可用的熱量的 量，以及必需由HRSG135提供的剩余的熱量(如果有的話)的量。接下來，控制系統(tǒng)可操作 這個構(gòu)造，從而使得使用可從太陽能加熱系統(tǒng)175獲得的最大量的熱量來加熱給水165，剩 余的熱量從HRSG135獲得，如果有的話。本發(fā)明的一個備選實施例可提供控制系統(tǒng)，以便以用來共同加熱給水165的方式 操作結(jié)合了太陽能加熱系統(tǒng)175和蒸汽輪機150的抽取物的構(gòu)造。這里，控制系統(tǒng)可確定將 給水165轉(zhuǎn)換成蒸汽所必需的熱量的量。接下來，控制系統(tǒng)可確定太陽能加熱系統(tǒng)175當(dāng) 前可用的熱量的量，以及必需由蒸汽輪機150提供的剩余的熱量(如果有的話)的量。接 下來，控制系統(tǒng)可操作這個構(gòu)造，從而使得使用可從太陽能加熱系統(tǒng)175獲得的最大量的熱量來加熱給水165，剩余的熱量從蒸汽輪機150獲得，如果有的話。本文使用的術(shù)語僅是出于描述特定實施例的目的，并且不意在限制本公開。如本 文所用，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”意在還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確作出其 它表示。將進(jìn)一步理解，在本說明書中使用時，用語“包括”和/或“包括有”規(guī)定了存在所 陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但是不排除存在或附加一個或多個其它特 征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組。雖然本文對具體實施例進(jìn)行了說明和描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，打算實現(xiàn)相同目的的 任何布置可代替所示具體實施例，并且本發(fā)明具有在其它環(huán)境中的其它應(yīng)用。本申請意在 覆蓋本發(fā)明的任何修改或變型。所附權(quán)利要求書決不意圖將本發(fā)明的范圍限制于本文描述 的具體實施例。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，可進(jìn)一步選擇性地應(yīng)用上面關(guān)于若干示例性實 施例所描述的許多不同的特征和構(gòu)造，以形成本發(fā)明的其它可行的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將進(jìn)一步理解，未提供或詳細(xì)論述本發(fā)明的所有可行的重復(fù)，但是由若干所附的權(quán)利要 求書或其它方式包含的所有組合和可行的實施例意在成為本申請的一部分。另外，根據(jù)上 面對本發(fā)明的若干示例性實施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到改進(jìn)、改變和修改。在本領(lǐng) 域的技術(shù)內(nèi)的這種改進(jìn)、改變和修改也意在由所附權(quán)利要求書覆蓋。另外，應(yīng)當(dāng)顯而易見的 是，前述內(nèi)容僅涉及本申請的所述實施例，并且可在其中作出許多改變和修改，而不脫離由 所附權(quán)利要求書及其等效物限定的本申請的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于提高給水(165)的溫度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于將蒸汽(145)轉(zhuǎn)換成機械能的蒸汽輪機(150)；與所述蒸汽輪機(150)集成的冷凝器(160)，其中，所述冷凝器(160)構(gòu)造成用于將從 所述蒸汽輪機(150)排出的蒸汽(14 轉(zhuǎn)換成給水(165)；以及構(gòu)造成用于加熱所述給水的太陽能加熱系統(tǒng)(175)，其中，所述太陽能加熱系統(tǒng)(175) 接收從所述冷凝器(160)排出的所述給水(165)；其中，所述太陽能加熱系統(tǒng)(17 將所述給水(16 從第一溫度加熱到第二溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能加熱系統(tǒng)(175)包括下者中的 至少一個拋物線型槽系統(tǒng)000)、太陽能塔架系統(tǒng)(300)或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能加熱系統(tǒng)(175)將所述給水 (165)排到鍋爐(135)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，對于加熱所述給水(165)而言，所述太陽 能加熱系統(tǒng)(175)由所述鍋爐(135)協(xié)助。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述給水(165)的所述第一溫度高達(dá)約 150度華氏溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述給水(165)的所述第二溫度高達(dá)約 700度華氏溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括燃?xì)廨啓C(100)，其 中，所述燃?xì)廨啓C(100)將排氣排到所述鍋爐(135)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能加熱系統(tǒng)(175)的操作減少了 由所述鍋爐(13 對所述給水(16 執(zhí)行的加熱的量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能加熱系統(tǒng)(175)提供高達(dá)約8 兆瓦的太陽能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個太陽能加熱系統(tǒng)(175)的 效率高達(dá)約85%高效。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用太陽能加熱系統(tǒng)來加熱給水的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個實施例可采用這樣一種系統(tǒng)和方法的形式這種系統(tǒng)和方法可至少使用至少一個太陽能加熱系統(tǒng)(175)來加熱鍋爐(135)所消耗的給水(165)。本發(fā)明的一個實施例可結(jié)合集中式太陽能(CSP)。大體上，CSP系統(tǒng)結(jié)合了多個透鏡、反射鏡或它們的組合以及跟蹤系統(tǒng)，以使大面積的陽光聚焦，從而形成小的集中式光束。然后集中的光可用作熱源。在本發(fā)明的一個實施例中，熱源可用來部分地或完全地加熱鍋爐(135)所消耗的給水(165)。CSP系統(tǒng)可采用太陽能槽系統(tǒng)(200)、拋物線型盤系統(tǒng)(205)、太陽能塔架系統(tǒng)(300)等的形式。
文檔編號F22D1/00GK102102548SQ20101062081
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者M·J·博斯 申請人:通用電氣公司