具有形成過量空氣流的壓縮機(jī)和噴射器增強(qiáng)的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)電系統(tǒng)包括：第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件、第一集成壓縮機(jī)和第一燃燒器，來自第一集成壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至第一燃燒器，第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第一渦輪構(gòu)件，且第一集成壓縮機(jī)具有比第一燃燒器和/或第一渦輪構(gòu)件的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流。第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包括與第一類似的構(gòu)件但在其壓縮機(jī)中沒有過量容量?？刂崎y系統(tǒng)控制過量空氣流的去往第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的流動。噴射器可定位在過量空氣流路徑中，以用于將過量空氣流用作動力流體來以附加空氣增強(qiáng)去往第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流。
【專利說明】具有形成過量空氣流的壓縮機(jī)和噴射器増強(qiáng)的發(fā)電系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用本申請涉及在___提交的共同未決的美國申請?zhí)?___，GE卷號280346-1、280348-1、
280349-1、280352-1、280353-1、280354-1和280355-1。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開大體上涉及發(fā)電系統(tǒng)，且更具體而言，涉及如下的發(fā)電系統(tǒng)，其包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，該燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)具有形成過量空氣流及其噴射器增強(qiáng)(eductor augmentat1n)的壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)電系統(tǒng)通常采用一個或更多個燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其可與一個或更多個蒸汽渦輪系統(tǒng)聯(lián)接來發(fā)電。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包括具有旋轉(zhuǎn)軸的多級軸流式壓縮機(jī)?？諝膺M(jìn)入壓縮機(jī)的入口，且由壓縮機(jī)葉片級壓縮，且然后被排放至燃燒器，在此，焚燒燃料如天然氣，以提供高能燃燒氣流來驅(qū)動渦輪構(gòu)件。在渦輪構(gòu)件中，熱氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，該功中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸來驅(qū)動集成的壓縮機(jī)，其余的可用于有用功，以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸(例如，旋轉(zhuǎn)軸的延伸部)驅(qū)動負(fù)載如發(fā)電機(jī)以用于產(chǎn)生電力。多個燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)地使用。在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，一個或更多個蒸汽渦輪系統(tǒng)還可與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)一起使用。在此情形中，來自燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的熱排出氣體被給送到一個或更多個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)來形成蒸汽，蒸汽然后被給送到具有與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)分開的或集成的旋轉(zhuǎn)軸的蒸汽渦輪構(gòu)件。在任何情況下，蒸汽的能量都轉(zhuǎn)換成功，該功可用于驅(qū)動負(fù)載如發(fā)電機(jī)，以用于產(chǎn)生電力。
[0004]當(dāng)形成發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，其零件構(gòu)造成一起工作來提供具有期望的功率輸出的系統(tǒng)。根據(jù)需要提高功率輸出并且/或者在挑戰(zhàn)性環(huán)境情形下維持功率輸出的能力是本行業(yè)中的不斷挑戰(zhàn)。例如，在熱天，電力消耗增大，因此增大發(fā)電需求。熱天的另一個挑戰(zhàn)是隨著溫度升高，壓縮機(jī)流減少，這導(dǎo)致減少的發(fā)電機(jī)輸出。增大功率輸出(或維持功率輸出，例如，在熱天)的一個途徑是對發(fā)電系統(tǒng)添加可增大去往燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)燃燒器的空氣流的構(gòu)件。增大空氣流的一個途徑是添加補(bǔ)充壓縮機(jī)來對燃?xì)鉁u輪燃燒器進(jìn)行給送。然而，該特定途徑通常需要用于補(bǔ)充壓縮機(jī)的單獨(dú)的能量源，這不是高效的。
[0005]增大空氣流的另一途徑是升級壓縮機(jī)。目前，壓縮機(jī)已得到改進(jìn)，使得它們的流動容量高于它們的前代壓縮機(jī)。這些新的、更高容量的壓縮機(jī)通常制造成或者適應(yīng)新的類似構(gòu)造的燃燒器，或者能夠處理增大的容量的較舊的燃燒器。升級較舊的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)來使用新的、更高容量的壓縮機(jī)的一個挑戰(zhàn)是，目前沒有與不可處理增大的容量的系統(tǒng)一起在不升級系統(tǒng)的其他昂貴部分的情況下使用更高容量的壓縮機(jī)的機(jī)構(gòu)。通常需要與壓縮機(jī)升級同時(shí)升級的其他部分包括但不限于燃燒器、燃?xì)鉁u輪構(gòu)件、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)裝置、HRSG、蒸汽渦輪構(gòu)件、蒸汽渦輪控制閥等。因此，即使壓縮機(jī)升級理論上可能是可行的，但升級其他部分的額外成本由于額外的花費(fèi)而使得升級是考慮不周的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開的第一方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括:第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件、第一集成壓縮機(jī)和第一燃燒器，來自第一集成壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第一燃燒器，該第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第一渦輪構(gòu)件，且第一集成壓縮機(jī)具有比第一燃燒器和第一渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流;第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構(gòu)件、第二壓縮機(jī)和第二燃燒器，來自第二壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第二渦輪構(gòu)件;控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流的沿過量空氣流路徑到第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的流動;和噴射器，其定位在該過量空氣流路徑中以用于將該過量空氣流用作動力流體來利用附加空氣增強(qiáng)從第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)到第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流。
[0007]本公開的第二方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件、第一集成壓縮機(jī)和第一燃燒器，來自第一集成壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第一燃燒器，第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第一渦輪構(gòu)件，且第一集成壓縮機(jī)具有比第一燃燒器和第一渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流;第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構(gòu)件、第二壓縮機(jī)和第二燃燒器，來自第二壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第二渦輪構(gòu)件;控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流沿過量空氣流路徑至第二壓縮機(jī)的排放、第二燃燒器和第二渦輪構(gòu)件的渦輪噴嘴冷卻入口中的至少一者的流動;和噴射器，其定位在該過量空氣流路徑中，以用于將過量空氣流用作動力流體來以附加空氣增強(qiáng)過量空氣流，其中，控制閥系統(tǒng)包括第一控制閥、第二控制閥、和第三控制閥，第一控制閥控制過量空氣流的去往第二壓縮機(jī)的排放的第一部分，第二控制閥控制過量空氣流的去往第二燃燒器的第二部分，第三控制閥控制過量空氣流的流動的去往第二渦輪構(gòu)件的渦輪噴嘴冷卻入口的第三部分，且其中，第一渦輪系統(tǒng)和第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣供應(yīng)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)供能。
[0008]本公開的第三方面提供了一種方法，其包括:從第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的第一集成壓縮機(jī)獲得過量空氣流，第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括第一渦輪構(gòu)件、第一集成壓縮機(jī)和第一燃燒器，來自第一集成壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第一燃燒器，第一集成壓縮機(jī)具有比第一燃燒器和第一渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入容量大的流動容量;將過量空氣流引導(dǎo)至第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括第二渦輪構(gòu)件、第二壓縮機(jī)和第二燃燒器，來自第二壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至該第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第二渦輪構(gòu)件;和利用定位在過量空氣流路徑中的噴射器以附加空氣增強(qiáng)去往第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流，該噴射器將過量空氣流用作動力流體來以附加空氣增強(qiáng)去往第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流。
[0009]技術(shù)方案1:一種發(fā)電系統(tǒng)100，包括:
第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件104、第一集成壓縮機(jī)106和第一燃燒器108，來自所述第一集成壓縮機(jī)106的空氣和燃料供應(yīng)至所述第一燃燒器108，所述第一燃燒器108布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第一渦輪構(gòu)件104，且所述第一集成壓縮機(jī)106具有比所述第一燃燒器108和所述第一渦輪構(gòu)件104中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流200;
第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140，其包括第二渦輪構(gòu)件144、第二壓縮機(jī)146和第二燃燒器158，來自所述第二壓縮機(jī)146的空氣和燃料供應(yīng)至所述第二燃燒器158，所述第二燃燒器158布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件144;
控制閥系統(tǒng)202，其控制所述過量空氣流200的沿過量空氣流200路徑去往所述第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140的流動;和
噴射器252，其定位在所述過量空氣流200路徑中，以用于將所述過量空氣流200用作動力流體來以附加空氣251增強(qiáng)去往所述第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流200。
[0010]技術(shù)方案2:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述過量空氣流200供應(yīng)至所述第二壓縮機(jī)146的排放。
[0011]技術(shù)方案3:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述過量空氣流200供應(yīng)至所述第二燃燒器158。
[0012]技術(shù)方案4:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述過量空氣流200供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。
[0013]技術(shù)方案5:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述控制閥系統(tǒng)202控制所述過量空氣流200的去往以下中的至少一者的流動:所述第二壓縮機(jī)146的排放，所述第二燃燒器158和所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。
[0014]技術(shù)方案6:根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述控制閥系統(tǒng)202包括第一控制閥、第二控制閥214、和第三控制閥，所述第一控制閥控制所述過量空氣流200的去往所述第二壓縮機(jī)146的排放的第一部分，所述第二控制閥214控制所述過量空氣流200的去往所述第二燃燒器158的第二部分，所述第三控制閥216控制所述過量空氣流200的流動的去往所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158的第三部分。
[0015]技術(shù)方案7:根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)100，還包括至少一個傳感器220，所述至少一個傳感器220用于測量所述過量空氣流200的至少一部分的流速，各傳感器220可操作地聯(lián)接到所述控制閥系統(tǒng)202。
[0016]技術(shù)方案8:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣172、174供應(yīng)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)160供能。
[0017]技術(shù)方案9:根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，定位在所述過量空氣流200路徑中的所述噴射器252包括吸入側(cè)流動路徑254，所述吸入側(cè)流動路徑254聯(lián)接到第二集成壓縮機(jī)的入口過濾器殼體120、150。
[0018]技術(shù)方案10:—種發(fā)電系統(tǒng)100，包括:
第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件104、第一集成壓縮機(jī)106和第一燃燒器108，來自所述第一集成壓縮機(jī)106的空氣和燃料供應(yīng)至所述第一燃燒器108，所述第一燃燒器108布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第一渦輪構(gòu)件104，且所述第一集成壓縮機(jī)106具有比所述第一燃燒器108和所述第一渦輪構(gòu)件104中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流200;
第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140，其包括第二渦輪構(gòu)件144、第二壓縮機(jī)146和第二燃燒器158，來自所述第二壓縮機(jī)146的空氣和燃料供應(yīng)至所述第二燃燒器158，所述第二燃燒器158布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件144;
控制閥系統(tǒng)202，其控制所述過量空氣流200的沿過量空氣流200路徑去往以下中的至少一者的流動:所述第二壓縮機(jī)146的排放，所述第二燃燒器158和所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158;和
噴射器252，其定位在所述過量空氣流200路徑中，以用于將所述過量空氣流200用作動力流體來以附加空氣251增強(qiáng)所述過量空氣流200，
其中，所述控制閥系統(tǒng)202包括第一控制閥、第二控制閥214、和第三控制閥216，所述第一控制閥控制所述過量空氣流200的去往所述第二壓縮機(jī)146的排放的第一部分，所述第二控制閥214控制所述過量空氣流200的去往所述第二燃燒器158的第二部分，所述第三控制閥216控制所述過量空氣流200的流動的去往所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口158的第三部分，且
其中，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣172、174供應(yīng)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)160供能。
[0019]技術(shù)方案11:根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電系統(tǒng)100，其中，定位在所述過量空氣流200路徑中的所述噴射器252包括吸入側(cè)流動路徑254，所述吸入側(cè)流動路徑254聯(lián)接到第二集成壓縮機(jī)的入口過濾器殼體120、150。
[°02°]技術(shù)方案12: —種方法，其包括:
從第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的第一集成壓縮機(jī)106獲得過量空氣流200，所述第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括第一渦輪構(gòu)件104、所述第一集成壓縮機(jī)106和第一燃燒器108，來自所述第一集成壓縮機(jī)106的空氣和燃料供應(yīng)至所述第一燃燒器108，所述第一集成壓縮機(jī)106具有比所述第一燃燒器108和所述第一渦輪構(gòu)件104中的至少一者的吸入容量大的流動容量；
將所述過量空氣流200引導(dǎo)至第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140，所述第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140包括第二渦輪構(gòu)件144、第二壓縮機(jī)146和第二燃燒器158，來自所述第二壓縮機(jī)146的空氣和燃料供應(yīng)至所述第二燃燒器158，所述第二燃燒器158布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件144;和
利用定位在所述過量空氣流200路徑中的噴射器252以附加空氣251增強(qiáng)去往所述第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流200，所述噴射器252將所述過量空氣流200用作動力流體來以附加空氣251增強(qiáng)去往所述第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流200。
[0021]技術(shù)方案13:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述引導(dǎo)包括將所述過量空氣流200引導(dǎo)至所述第二壓縮機(jī)146的排放。
[0022]技術(shù)方案14:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述引導(dǎo)包括將所述過量空氣流200引導(dǎo)至所述第二燃燒器158。
[0023]技術(shù)方案15:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述引導(dǎo)包括將所述過量空氣流200引導(dǎo)至所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。
[0024]技術(shù)方案16:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述引導(dǎo)包括使用控制閥系統(tǒng)202來控制所述過量空氣流200的去往以下中的至少一者的流動:所述第二壓縮機(jī)146的排放、所述第二燃燒器158和所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。
[0025]技術(shù)方案17:根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述控制閥系統(tǒng)20 2包括第一控制閥256、第二控制閥214、和第三控制閥216，所述第一控制閥256控制所述過量空氣流200的去往所述第二壓縮機(jī)146的排放的第一部分的引導(dǎo)，所述第二控制閥214控制所述過量空氣流200的去往所述第二燃燒器158的第二部分的引導(dǎo)，所述第三控制閥216控制所述過量空氣流200的流動的去往所述第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158的第三部分的引
B
寸ο
[0026]技術(shù)方案18:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括測量所述過量空氣流200的至少一部分的流速。
[0027]技術(shù)方案19:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣172、174引導(dǎo)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)160供能。
[0028]技術(shù)方案20:根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述增強(qiáng)包括將所述噴射器252在所述過量空氣流200路徑中定位成其吸入側(cè)流動路徑254聯(lián)接到第二集成壓縮機(jī)的入口過濾器殼體120、150。
[0029]本公開的例示性方面設(shè)計(jì)成解決在本文中所述的問題和/或未論述的其他問題。
【附圖說明】
[0030]根據(jù)結(jié)合附圖作出本公開的各種方面的以下詳細(xì)描述，將更容易理解本公開的這些和其他特征，附圖繪出了本公開的各種實(shí)施例，在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0031]應(yīng)注意，本公開的附圖不按照比例。附圖旨在僅繪出本公開的典型方面，且因此不應(yīng)認(rèn)作是限制本公開的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)號表示附圖之間的相似元件。
[0032]部件列表 100發(fā)電系統(tǒng)
102第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng) 104第一渦輪構(gòu)件 106第一集成壓縮機(jī) 108第一燃燒器 110壓縮機(jī)/渦輪旋轉(zhuǎn)軸 120、150入口過濾器殼體 122、166發(fā)電機(jī) 140第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng) 144第二渦輪構(gòu)件(144)
146第二壓縮機(jī) 148第二燃燒器 158噴嘴冷卻入口 160蒸汽渦輪系統(tǒng) 162葉片引起旋轉(zhuǎn)的軸 168、170蒸汽發(fā)生器 172、174 排氣 178控制系統(tǒng) 180以后開發(fā)的控制系統(tǒng)
200空氣流
202控制閥系統(tǒng)
214第二控制閥
216第三控制閥
220傳感器
250過量空氣流路徑
251附加空氣
252噴射器
254吸入側(cè)流動路徑
256控制閥(256)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如上所述，本公開提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括形成過量空氣流的壓縮機(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了使用過量空氣流來改善發(fā)電系統(tǒng)輸出的方式。
[0034]參看圖1，提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102。第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102除其他構(gòu)件外可包括第一渦輪構(gòu)件104、第一集成壓縮機(jī)106和第一燃燒器108。如在本文中使用的，第一“集成”壓縮機(jī)106如此稱呼是因?yàn)閴嚎s機(jī)106和渦輪構(gòu)件104可尤其由公共壓縮機(jī)/渦輪旋轉(zhuǎn)軸110(有時(shí)稱為轉(zhuǎn)子110) —體地聯(lián)接在一起。該結(jié)構(gòu)不同于被單獨(dú)地供能且不與渦輪構(gòu)件104集成的許多補(bǔ)充壓縮機(jī)。
[0035]燃燒器108可包括任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的燃燒器系統(tǒng)，該燃燒器系統(tǒng)大體上包括燃燒區(qū)和燃料噴嘴組件。燃燒器108可采用環(huán)形燃燒系統(tǒng)或筒環(huán)形燃燒系統(tǒng)(如附圖中所例示的)的形式。在操作中，來自第一集成壓縮機(jī)106的空氣和燃料如天然氣被供應(yīng)至燃燒器108。稀釋劑也可選地以任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方式輸送至燃燒器108。由第一集成壓縮機(jī)106吸取的空氣可穿過任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的入口過濾器殼體120。如所理解的，燃燒器108布置成通過燃料和空氣混合物的燃燒來將熱燃燒氣體供應(yīng)至第一渦輪構(gòu)件104。在渦輪構(gòu)件104中，熱燃燒氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，該功中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸110來驅(qū)動壓縮機(jī)106，其余的可用于有用功，以驅(qū)動負(fù)載(諸如但不限于用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)122)，并且/或者經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸110(旋轉(zhuǎn)軸110的延伸部)驅(qū)動另一渦輪。渦輪構(gòu)件104可包括用于借助于旋轉(zhuǎn)軸110將熱燃燒氣流轉(zhuǎn)換成功的任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的渦輪。
[0036]在一個實(shí)施例中，燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)102可包括可從General Electric Company ,Greenville, S.C商業(yè)地獲得的型式MS7001FB，有時(shí)稱為7FB發(fā)動機(jī)。然而，本發(fā)明不限于任一種特定的燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)，且可結(jié)合其他系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，包括例如Genera I ElectricCompany 的型式 MS7001FA(7FA)和 MS9001FA(9FA)。
[0037]不同于常規(guī)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)型式，第一集成壓縮機(jī)106具有比渦輪構(gòu)件104和/或第一燃燒器108的吸入容量大的流動容量，S卩，來自其的輸出。即，壓縮機(jī)106相比于構(gòu)造成與燃燒器108和渦輪構(gòu)件104匹配的壓縮機(jī)是升級的壓縮機(jī)。如在本文中使用的，“容量”指流速容量。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的初始壓縮機(jī)可具有大約487千克/秒(kg/s) (I，075鎊質(zhì)量/秒(lbm/s))的最大流動容量，且渦輪構(gòu)件104可具有基本上相等的最大流動容量，8卩，大約487 kg/s。然而，在此，壓縮機(jī)108替換了初始壓縮機(jī)，且可具有例如大約544 kg/s(1200lbm/s)的增大的最大流動容量，而渦輪構(gòu)件104繼續(xù)具有例如大約487 kg/s的最大流動容量。因此，渦輪構(gòu)件104不可利用壓縮機(jī)106的所有容量，且過量空氣流200由壓縮機(jī)106在高于例如渦輪構(gòu)件104的最大容量下形成。類似地，集成壓縮機(jī)106的流動容量可超過燃燒器108的最大吸入容量。以類似的方式，如果暴露于集成壓縮機(jī)106的滿流動容量，則渦輪構(gòu)件104的功率輸出可超過用于發(fā)電機(jī)122的最大允許輸入。盡管本文中已描述了特定的示例流速值，但要強(qiáng)調(diào)的是，流速容量可取決于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)和所使用的新的大容量集成壓縮機(jī)106來大大地改變。如本文中將描述的那樣，本發(fā)明提供了在發(fā)電系統(tǒng)100的其他部分中使用過量空氣流的發(fā)電系統(tǒng)100的各種實(shí)施例。
[0038]在圖1中所示的實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)100還包括一個或更多個第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140。各第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140可包括第二渦輪構(gòu)件144、第二壓縮機(jī)146和第二燃燒器148。各第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140可基本上類似于第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102，只是其壓縮機(jī)146未升級或替換，且繼續(xù)具有構(gòu)造成匹配其相應(yīng)渦輪構(gòu)件144和/或燃燒器148流動容量的流動容量。如在本文中關(guān)于第一集成壓縮機(jī)106所述的，來自第二壓縮機(jī)146的空氣與燃料一同供應(yīng)至第二燃燒器148，且第二燃燒器148布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至第二渦輪構(gòu)件144。稀釋劑也可以可選地以任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的方式輸送至第二燃燒器148。由第二壓縮機(jī)146吸取的空氣可穿過任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的入口過濾器殼體150。在第二渦輪構(gòu)件144中，熱燃燒氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，該功中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸152來驅(qū)動壓縮機(jī)146，其余的可用于有效功來驅(qū)動負(fù)載，諸如但不限于用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)154，和/或經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸152(旋轉(zhuǎn)軸152的延伸部)驅(qū)動另一渦輪。
[0039]第二渦輪構(gòu)件144還可包括一個或更多個渦輪噴嘴冷卻入口 158。如本領(lǐng)域中理解的那樣，渦輪構(gòu)件中的靜止噴嘴可包括多個入口(未示出)，以用于噴射冷卻流體來尤其冷卻渦輪構(gòu)件的噴嘴。噴嘴內(nèi)和周圍的通路在需要時(shí)引導(dǎo)冷卻流體。盡管為了清楚起見，在渦輪構(gòu)件144的第一級處僅示出一個入口，但應(yīng)理解的是，渦輪構(gòu)件144的各級可包括例如圍繞渦輪構(gòu)件沿周向間隔的一個或更多個入口。此外，盡管渦輪噴嘴冷卻入口 158示為在第二渦輪構(gòu)件144的第一級處或附近進(jìn)入，但應(yīng)理解，入口可設(shè)在實(shí)際上任何級處。
[0040]還如圖1中所示，在一個實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)100可以可選地采用包括蒸汽渦輪系統(tǒng)160的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的形式。蒸汽渦輪系統(tǒng)160可包括任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的蒸汽渦輪布置。在所示的實(shí)例中，示出了高壓(HP)、中壓(IP)和低壓(LP)區(qū)段;然而，并非全部是在所有情況下都需要的。如本領(lǐng)域中已知的那樣，在操作中，蒸汽進(jìn)入蒸汽渦輪區(qū)段的入口，且被導(dǎo)送穿過靜止導(dǎo)葉，導(dǎo)葉向下游相對于聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸162(轉(zhuǎn)子)的葉片引導(dǎo)蒸汽。蒸汽可穿過其余級，從而將力施加在葉片上，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸162旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸162的至少一個端部可附接到負(fù)載或機(jī)器，諸如但不限于發(fā)電機(jī)166、和/或另一渦輪，例如，燃?xì)鉁u輪102、140中的一個。用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽可由一個或更多個蒸汽發(fā)生器168、170生成，即，熱回收蒸汽發(fā)生器(HSRG) ARSG 168可聯(lián)接到第一渦輪系統(tǒng)102的排氣172，且HRSG170可聯(lián)接到第二渦輪系統(tǒng)104的排氣174。即，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102和/或燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140的排氣172、174分別可供應(yīng)至至少一個HRSG 168、170，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)160供能。各燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可聯(lián)接到專用的HRSG，或者一些系統(tǒng)可共用HRSG。在后一情況中，盡管例示了兩個蒸汽發(fā)生器168、170，但可僅提供一個，且排氣172、174二者都被引導(dǎo)至其。在穿過HRSG168、170之后，現(xiàn)在耗盡熱的燃燒氣流可經(jīng)由任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的排放物控制系統(tǒng)178來排氣，例如，煙道、選擇性催化還原(SCR)單元、一氧化二氮過濾器等。盡管圖1示出了聯(lián)合循環(huán)實(shí)施例，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，可省略包括蒸汽發(fā)生器168、170的蒸汽渦輪系統(tǒng)160。在此后一情況中，排氣172、174將直接地傳送至排放物控制系統(tǒng)178或用于其他過程中。[0041 ]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括用于控制其各種構(gòu)件的任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的控制系統(tǒng)180。盡管與構(gòu)件分開示出，但應(yīng)理解的是，控制系統(tǒng)180電聯(lián)接到所有構(gòu)件和它們相應(yīng)的可控制特征，例如，閥、栗、馬達(dá)、傳感器、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)控制件等。
[0042]回到第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的細(xì)節(jié)，如本文中所提到的，第一集成壓縮機(jī)106具有比渦輪構(gòu)件104和/或第一燃燒器108的吸入容量大的流動容量，這形成了過量空氣流200。過量空氣流200示為從第一集成壓縮機(jī)106在其排放處獲得的流。然而，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，過量空氣流200可在期望的情況下在集成壓縮機(jī)106的任何級處使用適合的閥和相關(guān)控制系統(tǒng)獲得，例如，在排放上游的一個或更多個位置處，在排放和排放上游的一個或更多個位置處，等。在任何情況下，過量空氣流200最終沿過量空氣流路徑250穿過，路徑250可包括去往第二渦輪系統(tǒng)140的一個或更多個管。在圖1實(shí)施例中，控制閥系統(tǒng)202提供成用于控制去往第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140的過量空氣流200的流動。盡管示為好像過量空氣流200被引導(dǎo)至僅一個第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140，但應(yīng)理解的是，過量空氣流可在期望時(shí)被引導(dǎo)至一個或更多個第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)140，且其中，過量空氣流可支持多于一個的系統(tǒng)。
[0043]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括噴射器252，噴射器252定位在過量空氣流路徑250中，來以附加空氣251增強(qiáng)去往第二燃?xì)鉁u輪140的過量空氣流200。噴射器252可采用使用動力流體流來栗送吸入流體的任何栗的形式。在此，噴射器250將過量空氣流200用作動力流體將附加空氣251，且因此將總空氣質(zhì)量加至去往第二燃?xì)鉁u輪140的過量空氣流200，即，通過吸入附加空氣251。去往噴射器252的吸入側(cè)流動路徑254可聯(lián)接到第二集成壓縮機(jī)146的入口過濾器殼體150或任何其他環(huán)境空氣源，以將空氣作為吸入流體抽入過量空氣流路徑250中?？刂崎y256可操作成控制過量空氣流200的進(jìn)入噴射器252中的量，且因此控制從吸入側(cè)流動路徑254加入的總空氣質(zhì)量的量。
[0044]過量空氣流200可以通過控制閥系統(tǒng)202以多種方式從第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102引導(dǎo)至第二渦輪系統(tǒng)140。如所例示的，控制閥系統(tǒng)202控制過量空氣流200的去往第二壓縮機(jī)146的排放210、第二燃燒器148和第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158中的至少一者的流動?？刂崎y系統(tǒng)202可包括對第二渦輪系統(tǒng)140的期望部分供應(yīng)過量空氣流200的至少一部分所需的任何數(shù)目的閥。如所例示的，控制閥系統(tǒng)202可包括三個閥。第一控制閥212可控制過量空氣流200的去往第二壓縮機(jī)146的排放210的第一部分。以此方式，由此，過量空氣流200可被加至來自壓縮機(jī)146的空氣流，而沒有額外的能量消耗。第二控制閥214可控制過量空氣流200的去往第二燃燒器148的第二部分，從而提供用于燃燒的額外空氣。第三控制閥216可控制過量空氣流200的去往第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158的第三部分，以尤其對渦輪構(gòu)件的噴嘴提供冷卻流體。在操作中，所示實(shí)例可如下地作用:首先，在控制閥210打開且控制閥212、214關(guān)閉的情況下，將過量空氣流200供應(yīng)至第二壓縮機(jī)146的排放210;接著，在控制閥210和216關(guān)閉且控制閥214打開的情況下，將過量空氣流200供應(yīng)至燃燒器148;和最后，在控制閥210、212關(guān)閉且控制閥216打開的情況下，將過量空氣流200供應(yīng)至第二渦輪構(gòu)件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。各控制閥210、212、214可定位在打開與關(guān)閉之間的任何位置，以對規(guī)定的構(gòu)件通過期望的部分流。此外，盡管去往各構(gòu)件的一個通路例示在各控制閥之后，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，可提供其他管路和控制閥，以將過量空氣流200的相應(yīng)部分進(jìn)一步分送至各種子部分，例如，第二渦輪構(gòu)件144上的多個渦輪噴嘴冷卻入口 158、燃燒器148的多個燃燒筒等?？刂崎y系統(tǒng)202還可包括控制閥256以用于控制去往噴射器252中的過量空氣流200。還如所例示的，可提供至少一個傳感器220以用于測量過量空氣流200的至少一部分的流速，該至少一部分例如為，如從第一集成壓縮機(jī)106獲取的、各控制閥212、214、216之后的，在噴射器之前的，等。各傳感器220可操作地聯(lián)接到控制閥系統(tǒng)202，控制閥系統(tǒng)202可包括用于所示各種控制閥的自動操作的任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的工業(yè)控制。
[0045]控制閥系統(tǒng)202且因此過量空氣流200的流動和噴射器252的操作可使用任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的工業(yè)控制器來控制，該工業(yè)控制器可為總體發(fā)電系統(tǒng)100控制系統(tǒng)180的一部分?？刂葡到y(tǒng)180可以以已知的方式控制發(fā)電系統(tǒng)100的所有各種構(gòu)件的操作，包括對控制閥系統(tǒng)202進(jìn)行控制。
[0046]包括第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的發(fā)電系統(tǒng)100與常規(guī)系統(tǒng)相比提供了多個優(yōu)點(diǎn)，第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102具有形成過量空氣流200的第一集成壓縮機(jī)106。例如，相對于在系統(tǒng)中升級所有壓縮機(jī)(在在使用多個燃?xì)鉁u輪的情況下可能是非常昂貴的)，壓縮機(jī)106可以以較低的成本改善發(fā)電系統(tǒng)100的動力塊峰、基本和熱天輸出。此外，本發(fā)明的實(shí)施例降低了升級的壓縮機(jī)(即，壓縮機(jī)106)的相對成本，且又通過提供有效地消耗更多過量空氣流的方式改善了升級的壓縮機(jī)的耐久性和合意性。此外，包括第一集成壓縮機(jī)106的發(fā)電系統(tǒng)100通過在以下示范性子系統(tǒng)中的任何一個或更多個尺寸過小的情況下改善項(xiàng)目耐久性來擴(kuò)大系統(tǒng)100的操作包線:渦輪構(gòu)件104、發(fā)電機(jī)122、變壓器(未示出)、開關(guān)裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統(tǒng)160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，與升級兩個壓縮機(jī)106、146或無所作為的情況相比，系統(tǒng)100提供了升級例如兩個燃?xì)鉁u輪和一個蒸汽渦輪聯(lián)合循環(huán)(2x1 CC)系統(tǒng)中的單個壓縮機(jī)的改善的情況。
[0047]在本文中使用的用語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，且不旨在限制本公開。如在本文中使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。還將理解的是，用語“包括”和/或“包含”當(dāng)用于此說明書中時(shí)表示所規(guī)定的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或構(gòu)件的存在，但不排除存在或添加一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件、和/或其組合。
[0048]以下權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能要素的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作、和等同物旨在包括用于與如特別規(guī)定的其他要求保護(hù)的要素結(jié)合地執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本公開的描述是出于例示和描述的目的而提出的，但不意圖為窮舉的或?qū)⒈竟_限于所公開的形式。許多改型和變型對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，而不脫離本公開的范圍和精神。選擇和描述實(shí)施例，以便最佳地闡釋本公開的原理及其實(shí)際應(yīng)用，且使本領(lǐng)域技術(shù)人員因適于所構(gòu)想的特定用途的具有各種修改的各種實(shí)施例而能夠理解本公開。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)電系統(tǒng)(100)，包括: 第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、第一集成壓縮機(jī)(106)和第一燃燒器(108)，來自所述第一集成壓縮機(jī)(106)的空氣和燃料供應(yīng)至所述第一燃燒器(108)，所述第一燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第一渦輪構(gòu)件(104)，且所述第一集成壓縮機(jī)(106)具有比所述第一燃燒器(108)和所述第一渦輪構(gòu)件(104)中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流(200)； 第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(140)，其包括第二渦輪構(gòu)件(144)、第二壓縮機(jī)(146)和第二燃燒器(158)，來自所述第二壓縮機(jī)(146)的空氣和燃料供應(yīng)至所述第二燃燒器(158)，所述第二燃燒器(158)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件(144); 控制閥系統(tǒng)(202)，其控制所述過量空氣流(200)的沿過量空氣流(200)路徑去往所述第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(140)的流動;和 噴射器(252)，其定位在所述過量空氣流(200)路徑中，以用于將所述過量空氣流(200)用作動力流體來以附加空氣(251)增強(qiáng)去往所述第二燃?xì)鉁u輪的過量空氣流(200)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述過量空氣流(200)供應(yīng)至所述第二壓縮機(jī)(146)的排放。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述過量空氣流(200)供應(yīng)至所述第二燃燒器(158)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述過量空氣流(200)供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述控制閥系統(tǒng)(202)控制所述過量空氣流(200)的去往以下中的至少一者的流動:所述第二壓縮機(jī)(146)的排放，所述第二燃燒器(158)和所述第二渦輪構(gòu)件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述控制閥系統(tǒng)(202)包括第一控制閥、第二控制閥(214)、和第三控制閥，所述第一控制閥控制所述過量空氣流(200)的去往所述第二壓縮機(jī)(146)的排放的第一部分，所述第二控制閥(214)控制所述過量空氣流(200)的去往所述第二燃燒器(158)的第二部分，所述第三控制閥(216)控制所述過量空氣流(200)的流動的去往所述第二渦輪構(gòu)件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)的第三部分。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，還包括至少一個傳感器(220)，所述至少一個傳感器(220)用于測量所述過量空氣流(200)的至少一部分的流速，各傳感器(220)可操作地聯(lián)接到所述控制閥系統(tǒng)(202)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣(172、174)供應(yīng)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)供會K。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其中，定位在所述過量空氣流(200)路徑中的所述噴射器(252)包括吸入側(cè)流動路徑(254)，所述吸入側(cè)流動路徑(254)聯(lián)接到第二集成壓縮機(jī)的入口過濾器殼體(120、150)。10.—種發(fā)電系統(tǒng)(100)，包括: 第一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、第一集成壓縮機(jī)(106)和第一燃燒器(108)，來自所述第一集成壓縮機(jī)(106)的空氣和燃料供應(yīng)至所述第一燃燒器(108)，所述第一燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第一渦輪構(gòu)件(104)，且所述第一集成壓縮機(jī)(106)具有比所述第一燃燒器(108)和所述第一渦輪構(gòu)件(104)中的至少一者的吸入容量大的流動容量，從而形成過量空氣流(200)； 第二燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(140)，其包括第二渦輪構(gòu)件(144)、第二壓縮機(jī)(146)和第二燃燒器(158)，來自所述第二壓縮機(jī)(146)的空氣和燃料供應(yīng)至所述第二燃燒器(158)，所述第二燃燒器(158)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至所述第二渦輪構(gòu)件(144); 控制閥系統(tǒng)(202)，其控制所述過量空氣流(200)的沿過量空氣流(200)路徑去往以下中的至少一者的流動:所述第二壓縮機(jī)(146)的排放，所述第二燃燒器(158)和所述第二渦輪構(gòu)件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158);和 噴射器(252)，其定位在所述過量空氣流(200)路徑中，以用于將所述過量空氣流(200)用作動力流體來以附加空氣(251)增強(qiáng)所述過量空氣流(200)， 其中，所述控制閥系統(tǒng)(202)包括第一控制閥、第二控制閥(214)、和第三控制閥(216)，所述第一控制閥控制所述過量空氣流(200)的去往所述第二壓縮機(jī)(146)的排放的第一部分，所述第二控制閥(214)控制所述過量空氣流(200)的去往所述第二燃燒器(158)的第二部分，所述第三控制閥(216)控制所述過量空氣流(200)的流動的去往所述第二渦輪構(gòu)件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)的第三部分，且 其中，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的各個的排氣(172、174)供應(yīng)至至少一個蒸汽發(fā)生器，以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)供能。
【文檔編號】F02C9/18GK105986897SQ201610159529
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】S.?？{亞科, D.J.達(dá)維斯, J.P.克洛辛斯基, R.M.奧倫斯泰恩, A.I.斯西皮奧
【申請人】通用電氣公司