專(zhuān)利名稱(chēng)：控制燃?xì)鉁u輪機(jī)部件的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開(kāi)的主題總體涉及整體氣化聯(lián)合循環(huán)(integrated gasificationcombined-cycle, IGCC)發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于對(duì)IGCC系統(tǒng)中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行冷卻的方法和裝置。
背景技術(shù)：
已知的IGCC系統(tǒng)典型地包括產(chǎn)生動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪機(jī)。壓縮空氣和燃料在燃燒室中混合并且進(jìn)行燃燒，從而沿選定方向引導(dǎo)工作氣體。朝向渦輪輪葉引導(dǎo)通過(guò)燃燒所獲得的工作氣體并且使渦輪輪葉旋轉(zhuǎn)。接著，輪葉的旋轉(zhuǎn)用于產(chǎn)生電力。燃?xì)鉁u輪機(jī)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(jiān)管的大量的NOx氣體。此外，能夠通過(guò)降低操作溫度來(lái)提高燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率。因此，對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件進(jìn)行冷卻是其操作的重要部分。本發(fā)明提供用于對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)部件進(jìn)行冷卻的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種控制燃?xì)鉁u輪機(jī)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(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件，以控制該部件的溫度。進(jìn)一步的，使所述冷卻劑增濕進(jìn)一步包括經(jīng)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(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括從(i)抽氣低溫?fù)Q熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發(fā)生器中的至少一種提供蒸汽。進(jìn)一步的，所述增濕的冷卻劑包括按照體積計(jì)算從大約0%至大約10%的蒸汽。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括將所述增濕的冷卻劑與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)單元所獲得的壓縮機(jī)空氣混合，并且使所述增濕的冷卻劑與壓縮機(jī)空氣的混合物循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)部件，以控制所述部件的溫度。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括在所述增濕的冷卻劑與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間跨過(guò)導(dǎo)熱體交換熱以對(duì)所述壓縮機(jī)空氣進(jìn)行冷卻，并且使經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮機(jī)空氣循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)部件以控制所述部件的溫度。進(jìn)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(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間的熱交換在單個(gè)單元處發(fā)生。進(jìn)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(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括從與所述燃?xì)鉁u輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)的空氣分離單元獲得所述冷卻劑。進(jìn)一步的，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件進(jìn)一步包括(i)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)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(gè)。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)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?xì)鉁u輪機(jī)的NOx排放物。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開(kāi)一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件的溫度的裝置，該裝置包括構(gòu)造成提供用作冷卻劑的壓縮氣體的單元；構(gòu)造成向冷卻劑增加水分的增濕器；以及循環(huán)單元，該循環(huán)單元構(gòu)造成使增濕的冷卻劑循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件，以控制該部件的溫度。進(jìn)一步的，所述增濕單元構(gòu)造成通過(guò)經(jīng)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(jìn)一步的，所述增濕單元從(i)抽氣低溫?fù)Q熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發(fā)生器中的至少一種接收蒸汽。進(jìn)一步的,所述增濕單元進(jìn)一步構(gòu)造成向所述冷卻劑增加按照體積計(jì)算處于從大約0%蒸汽至大約10%蒸汽的范圍內(nèi)的水分。進(jìn)一步的，所述裝置進(jìn)一步包括通向所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器分段的入口，所述入口構(gòu)造成輸送所述增濕的冷卻劑，以與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣混合，使混合物循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。進(jìn)一步的，所述裝置進(jìn)一步包括導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料構(gòu)造成在所述增濕的冷卻劑與從壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間交換熱，以對(duì)所述壓縮機(jī)空氣進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮機(jī)空氣循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。進(jìn)一步的，所述增濕單元包括導(dǎo)熱材料，以用于在所述增濕的冷卻劑與所述壓縮機(jī)空氣之間交換熱。進(jìn)一步的，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的一種。進(jìn)一步的，所述裝置進(jìn)一步包括整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)，所述整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)構(gòu)造成提供所述冷卻劑。進(jìn)一步的，所述渦輪機(jī)的所述部件進(jìn)一步包括(i)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)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(gè)。進(jìn)一步的，所述裝置進(jìn)一步包括燃燒器，所述燃燒器構(gòu)造成燃燒燃料與增濕的冷卻劑氣體的混合物，以減少所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的NOX排放物。結(jié)合附圖及如下描述，這些以及其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


權(quán)利要求中特別指出本發(fā)明的主題并且明確要求其權(quán)利。通過(guò)如下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中圖1示出電廠的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)；圖2示出用于提供本發(fā)明的示例性冷卻劑以用于循環(huán)至圖1的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的各部件的示例性冷卻劑制備單元；圖3示出示例性換熱器，該示例性換熱器適于在冷卻劑與從圖1的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的分段所獲得的氣體之間交換熱；圖4示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的示例性燃燒器分段的詳細(xì)視圖；圖5示出燃燒器分段的詳細(xì)視圖，該燃燒器分段具有用于對(duì)燃燒器分段進(jìn)行冷卻的備選裝置；圖6示出示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的各種示例性參數(shù)的燃?xì)鉁u輪機(jī)性能的圖表；以及圖7示出示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的性能，使用具有各種水平的含水量的冷卻劑對(duì)該示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。通過(guò)參照附圖的示例，詳細(xì)的描述解釋本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。附圖標(biāo)記列表
權(quán)利要求
1.一種控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件的溫度的方法，所述方法包括以下步驟 獲得用作冷卻劑的壓縮氣體； 使所述冷卻劑增濕；以及 使增濕的冷卻劑循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述冷卻劑增濕進(jìn)ー步包括經(jīng)由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少ー種使壓縮冷卻劑冒泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)ー步包括從(i)抽氣低溫?fù)Q熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發(fā)生器中的至少ー種提供蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增濕的冷卻劑包括按照體積計(jì)算從大約0%至大約10%的蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)ー步包括將所述增濕的冷卻劑與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)単元所獲得的壓縮機(jī)空氣混合，并且使所述增濕的冷卻劑與壓縮機(jī)空氣的混合物循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)部件，以控制所述部件的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)ー步包括在所述增濕的冷卻劑與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間跨過(guò)導(dǎo)熱體交換熱以對(duì)所述壓縮機(jī)空氣進(jìn)行冷卻，并且使經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮機(jī)空氣循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)部件以控制所述部件的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，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(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間的熱交換在單個(gè)單元處發(fā)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的ー種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)ー步包括從與所述燃?xì)鉁u輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)的空氣分離單元獲得所述冷卻剤。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件進(jìn)ー步包括(i)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少ー個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)ー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?xì)鉁u輪機(jī)的NOx排放物。
12.一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件的溫度的裝置，所述裝置包括 構(gòu)造成提供用作冷卻劑的壓縮氣體的単元； 增濕單元，所述增濕單元構(gòu)造成向所述冷卻劑增加水分；以及循環(huán)單元，所述循環(huán)單元構(gòu)造成使增濕的冷卻劑循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元構(gòu)造成通過(guò)經(jīng)由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少ー種使所述冷卻劑冒泡而使所述冷卻劑增濕。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元從(i)抽氣低溫?fù)Q熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發(fā)生器中的至少ー種接收蒸汽。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元進(jìn)ー步構(gòu)造成向所述冷卻劑增加按照體積計(jì)算處于從大約0%蒸汽至大約10%蒸汽的范圍內(nèi)的水分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)ー步包括通向所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器分段的入ロ，所述入ロ構(gòu)造成輸送所述增濕的冷卻剤，以與從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣混合，使混合物循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)ー步包括導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料構(gòu)造成在所述增濕的冷卻劑與從壓縮機(jī)分段所獲得的壓縮機(jī)空氣之間交換熱，以對(duì)所述壓縮機(jī)空氣進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮機(jī)空氣循環(huán)至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述部件，以控制所述部件的溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述增濕単元包括導(dǎo)熱材料，以用于在所述增濕的冷卻劑與所述壓縮機(jī)空氣之間交換熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的ー種。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)ー步包括整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)，所述整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)構(gòu)造成提供所述冷卻剤。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述渦輪機(jī)的所述部件進(jìn)ー步包括(i)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少ー個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)ー步包括燃燒器，所述燃燒器構(gòu)造成燃燒燃料與增濕的冷卻劑氣體的混合物，以減少所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的NOx排放物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)部件的溫度的方法和裝置。提供用作冷卻劑的壓縮氣體。在增濕單元處使冷卻劑增濕。循環(huán)單元使增濕的冷卻劑循環(huán)至燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件，以控制該部件的溫度。在各種實(shí)施例中，冷卻劑能夠是空氣、氮、和空氣與氮的混合物。渦輪機(jī)的部件能夠例如是燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪分段的輪葉、渦輪噴嘴和燃燒器。燃燒器能夠燃燒燃料與增濕的壓縮冷卻劑氣體的混合物，以減少燃?xì)鉁u輪機(jī)的NOX排放物。
文檔編號(hào)F01D25/12GK102996256SQ201210243660
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者A.K.阿南, G.M.伊策爾, B.P.萊西, V.馬泰亞, N.R.T.雷迪 申請(qǐng)人:通用電氣公司