專利名稱：用于從燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的主題涉及從燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣，并且更加具體地涉及調(diào)節(jié)來自燃氣渦輪發(fā)動機的組合的抽出的空氣的壓力。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪。壓縮機通常提供壓縮空氣，以與燃燒器中的燃料混合，并且燃料空氣混合物燃燒而產(chǎn)生熱氣，以驅(qū)動渦輪。在某些應(yīng)用中，外部設(shè)備可以使用從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機抽出的空氣。不幸的是，空氣的壓力可能基于燃氣渦輪發(fā)動機的各種運行條件而變化。例如，如果燃氣渦輪發(fā)動機在部分負載條件下運行，那么對于上述的外部設(shè)備而言，空氣的壓力可能是不足的。因此，當(dāng)在部分負載條件下運行時，現(xiàn)有的系統(tǒng)不使用從燃氣渦輪發(fā)動機抽出的空氣。

發(fā)明內(nèi)容
下面概括了在范圍上與原始主張的發(fā)明相稱的某些實施例。這些實施例并不意圖限制權(quán)利要求的范圍，而是，這些實施例僅僅意圖提供當(dāng)前方法的可能形式的簡要概括。實際上，本公開可以涵蓋可能類似于或不同于下面闡述的實施例的各種形式。在一個實施例中，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括抽出空氣集管，其配置成接收來自第一燃氣渦輪發(fā)動機的第一壓縮機的第一抽出空氣流和來自第二燃氣渦輪發(fā)動機的第二壓縮機的第二抽出空氣流。該系統(tǒng)還包括抽出空氣控制器，其配置成在對稱負載條件下和不對稱負載條件下維持流到抽出空氣集管的第一和第二抽出空氣流。對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載，并且不對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的明顯不同的負載。在另一實施例中，提供了一種方法，其包括利用抽出空氣控制器來監(jiān)測表示來自第一燃氣渦輪發(fā)動機的第一抽出空氣流的第一信號和表示來自第二燃氣渦輪發(fā)動機的第二抽出空氣流的第二信號，或表示抽出空氣集管的集管壓力的第三信號，或者組合。該方法還包括在對稱負載條件下和不對稱負載條件下維持流到抽出空氣集管的第一和第二抽出空氣流。對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載，并且不對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的明顯不同的負載。在又一實施例中，提供一種系統(tǒng)，其包括非暫時性的機器可讀介質(zhì)。該介質(zhì)包括具有一個或更多計算機可執(zhí)行程序的代碼。程序包括利用抽出空氣控制器來監(jiān)測表示來自第一燃氣渦輪發(fā)動機的第一抽出空氣流的第一信號和表示來自第二燃氣渦輪發(fā)動機的第二抽出空氣流的第二信號，或表示抽出空氣集管的集管壓力的第三信號，或者其任意組合。程序還包括在對稱負載條件下和不對稱負載條件下維持流到抽出空氣集管的第一和第二抽出空氣流。對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載，并且不對稱負載條件表示第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機上的明顯不同的負載。


當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細的描述時，本發(fā)明的這些和其他的特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相似的符號始終在圖中表示相似的部分，其中圖I是配置成從多個燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣并將抽出的空氣提供給下游過程的系統(tǒng)的一個實施例的圖解說明；圖2是配置成從多個燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣并將抽出的空氣提供給下游過程的系統(tǒng)的另一實施例的圖解說明；圖3是顯示了用于從多個燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣并以大致恒定的壓力將抽出的空氣提供給下游過程的方法的實施例的過程流程圖；以及圖4是顯示了具有圖I或圖2的系統(tǒng)的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)工廠的實施例的框圖。 構(gòu)件列表10 系統(tǒng)12 燃氣渦輪發(fā)動機14 集管(header)18 工廠構(gòu)件20 控制器22 第一燃氣渦輪發(fā)動機24 第二燃氣渦輪發(fā)動機26 第三燃氣渦輪發(fā)動機28 吸入空氣30 相應(yīng)的壓縮機32 相應(yīng)的壓縮機34 相應(yīng)的壓縮機36 壓縮空氣38 壓縮空氣40 壓縮空氣42 燃燒室44 燃燒室46 燃燒室48 產(chǎn)生相應(yīng)的燃燒氣體50 產(chǎn)生相應(yīng)的燃燒氣體52 產(chǎn)生相應(yīng)的燃燒氣體54 可以驅(qū)動渦輪56 可以驅(qū)動渦輪58 可以驅(qū)動渦輪60 相應(yīng)的抽出線路62 相應(yīng)的抽出線路64 相應(yīng)的抽出線路
66相應(yīng)的壓力變換器68相應(yīng)的壓力變換器70相應(yīng)的壓力變換器72相應(yīng)的流量控制閥74相應(yīng)的流量控制閥76相應(yīng)的流量控制閥78通信線路80控制線路 73致動器75致動器77致動器82相應(yīng)的單向閥(check valve)84相應(yīng)的單向閥86相應(yīng)的單向閥88壓力變換器90通信線路92流量控制閥94流動路徑96通信線路93致動器100壓力變換器102下游部分104通信線路106通信線路110壓力調(diào)節(jié)器112通信線路114致動器116流量控制閥118額外的流動路徑119通信線路120方法122監(jiān)測來自多個燃氣渦輪和集管的壓力124至少一個GT在部分負載下運行？126將P集管調(diào)整至等于或低于最低的Pgt的水平128針對各個GT調(diào)整流量控制閥以解釋(account for)新的P集管130繼續(xù)監(jiān)測Pfts和Pgt并在適當(dāng)時將抽出空氣送至過程150 IGCC 工廠152氣化器154燃料源
156產(chǎn)生的合成氣158氣體處理單元160處理的合成氣162燃料集管164相應(yīng)的燃料流166空氣分離單元168負載170各種熱回收系統(tǒng)172氧氣流 174N2 流176N2 集管178相應(yīng)的N2流180相應(yīng)的N2流
具體實施例方式下面將描述本發(fā)明的一個或更多具體的實施例。在提供這些實施例的簡明描述的努力中，實際實施的所有特征可能未在說明書中描述。應(yīng)當(dāng)意識到，在任何這種實際實施的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須做出眾多的具體實施的決定，以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān)的及業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，其可能從一個實施變化到另一個。此外，應(yīng)當(dāng)意識到，這一開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，不過對于受益于該公開的普通技術(shù)人員而言，卻將是設(shè)計、制作及制造的例行任務(wù)。當(dāng)引入本發(fā)明的各種實施例的要素時，冠詞“一”、“一個”、“該”及“所述”意圖表
示有一個或更多該要素。術(shù)語“包括”、“包含”及“具有”意圖是包容的并表示可能有除了所列的要素之外的額外要素。在一些系統(tǒng)中，多個燃氣渦輪發(fā)動機可以在對稱負載條件下運行，其由各個燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載表示。然而，在一些情形下，多個發(fā)動機的運行條件可能變?yōu)椴粚ΨQ的負載條件，其中系統(tǒng)內(nèi)的一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機降為部分負載條件。這一下降可能防止處于適于用在一些下游過程中的壓力的空氣的抽出，例如在空氣分離單元(ASU)中。不幸的是，針對減輕這種事件的很多過程可能涉及通過切斷來自在部分負載(即，非設(shè)計的)條件下運行的燃氣渦輪發(fā)動機的抽出流而停止供至下游過程的抽出供給。當(dāng)前實施例通過提供甚至在一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機在不對稱負載條件下運行的情形下允許空氣從多個燃氣渦輪發(fā)動機中被抽出并供給至下游過程的系統(tǒng)和方法，來克服現(xiàn)有的方法和系統(tǒng)的這些及其他的缺點。作為示例，不對稱負載條件可以包括一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機在部分負載下運行或者當(dāng)一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機在退化條件下運行時的情形。退化條件可能是燃氣渦輪發(fā)動機在全負載或基本負載下運行的運行條件，但是其抽出空氣壓力對于下游過程是不足的。作為示例實施例，多個燃氣渦輪發(fā)動機的下游的集管可以結(jié)合從各個渦輪抽出的空氣，導(dǎo)致了本文中稱為”的集管壓力，并且可以向下游過程提供結(jié)合的空氣。在從多個燃氣渦輪發(fā)動機抽出的空氣的壓力波動的實施例中，Pfts也波動。當(dāng)燃氣渦輪發(fā)動機中的至少一個降到部分負載運行條件或處于退化條件時，Pas可以被調(diào)節(jié)至大致等于多個燃氣渦輪發(fā)動機的最低的空氣抽出壓力或者比其少預(yù)定量的壓力。例如，如本文中討論的，調(diào)整集管壓力可以包括調(diào)整集管上游的一個或更多流動壓力、調(diào)整集管下游的一個或更多流動壓力、調(diào)整集管處的壓力(例如，使用直接位于集管上或附接至集管的一個或更多閥)或者其任意組合的行為。在一個實施例中，預(yù)定量可以表示燃氣渦輪發(fā)動機和集管之間的輸送壓力損失。通過以這種方式調(diào)節(jié)集管的壓力，各個燃氣渦輪可能有助于供至下游過程的整體抽出空氣供給。這樣的過程可以包括空氣分離、各種壓縮機、熱交換器、氣體輸出等。要牢記的是，本文中描述的燃氣渦輪發(fā)動機可以與工廠或任何能量產(chǎn)生系統(tǒng)的各種特征結(jié)合起來使用，各種特征例如為各種氣化單元、燃料源、空氣凈化源等。圖I和圖2是配置成調(diào)節(jié)來自多個燃氣渦輪發(fā)動機的空氣的抽出的系統(tǒng)的圖解說明。圖3是 運行這樣的系統(tǒng)的方法的實施例的過程流程圖，并且圖4是可以利用本文中描述的空氣抽出控制系統(tǒng)和方法的工廠系統(tǒng)的實施例的框圖。移至圖1，系統(tǒng)10顯示為具有多個燃氣渦輪發(fā)動機12，其配置成將抽出空氣輸出至設(shè)置在各個發(fā)動機12的下游的集管14。集管14通常結(jié)合抽出的空氣，其可以被送至設(shè)置在集管14的下游的工廠構(gòu)件18。作為示例，工廠構(gòu)件18可以包括如上提到的ASU、發(fā)電機、壓縮機或者可以利用處于大致恒定的壓力的空氣的任何系統(tǒng)。系統(tǒng)10還包括控制器20，其可以是分布式控制系統(tǒng)(DCS)、專用計算機、通用計算機等。如所顯示的，控制器20連接至配置成監(jiān)測及\或控制抽出空氣的流動的各種構(gòu)件。此外，這些構(gòu)件可以包括使得控制器20能夠處理各種監(jiān)測操作的結(jié)果的特征，例如處理器，以及儲存及執(zhí)行用于控制系統(tǒng)10的運行的一個或更多程序的特征，例如存儲器。多個燃氣渦輪發(fā)動機12可以包括至少兩個例如2、3、4或更多的燃氣渦輪發(fā)動機12。在所示的實施例中，系統(tǒng)10包括三個燃氣渦輪發(fā)動機,第一燃氣渦輪發(fā)動機22，第二燃氣渦輪發(fā)動機24以及第三燃氣渦輪發(fā)動機26。燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26中的每一個包括配置成吸入空氣28的相應(yīng)的入口，該空氣可以是從另一供給源提供的大氣或空氣。燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26還包括相應(yīng)的壓縮機30、32、34，其配置成收集并壓縮吸入空氣28以產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮空氣36、38、40的流。各個壓縮機30、32、34可以是單級壓縮機或者帶有2至20壓縮級的多級壓縮機。壓縮空氣流36、38、40中的每一個被壓縮至的壓力可能各自取決于許多因素，例如針對燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26中的每一個的截然不同的運行參數(shù)，以及由各個燃氣渦輪發(fā)動機驅(qū)動的負載。壓縮空氣36，38，40，在壓縮之后，然后可以提供給相應(yīng)的燃燒器或燃燒室42、44、46，在此，至少一部分壓縮空氣與燃料(例如，合成的氣體(合成氣)、替代天然氣、液體燃料)反應(yīng)而產(chǎn)生相應(yīng)的燃燒氣體48、50、52。在這個過程中產(chǎn)生的熱的燃燒氣體48、50、52可以驅(qū)動渦輪54、56、58。各個渦輪54、56、58可以是單級渦輪或者帶有2至20渦輪級的多級渦輪。渦輪54、56、58可以用于驅(qū)動共同的負載或相應(yīng)的負載而發(fā)電等。在運行期間，燃燒室42、44、46中的每一個利用燃料、壓縮空氣30、32、34以及其他添加劑(例如，稀釋氣體)的預(yù)定混合物，其中，各自以一定比例存在。在一些情形下，燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26可以壓縮比適于用在針對特定的操作或負載的發(fā)動機中更多的空氣，例如用于與相應(yīng)的燃燒室42、44、46中的燃料混合以及用于冷卻各種渦輪和/或工廠構(gòu)件。在一些實施例中，這種過量的空氣可以沿著相應(yīng)的抽出線路60、62、64以本文中稱為Pm、Pgt2及Pm的相應(yīng)的壓力被抽出?？刂破?0可以監(jiān)測燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26的各種運行參數(shù)，以確定可能適合于各個燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26的抽出的空氣的水平?？刂破?0可以利用相應(yīng)的壓力變換器66、68、70 (例如，壓力監(jiān)測器、壓力計)來監(jiān)測通過抽出線路60、62、64中的每一個的抽出的空氣的流量和/或Pm、Pgt2及Pct3。此外，控制器20可以可操作地連接至沿著抽出線路60、62、64中的每一個設(shè)置的相應(yīng)的流量控制閥72、74、76，這允許控制器20分別控制Pm、Pct2及Pct3，并且在一些實施例中，Pas。例如，控制器20可以通過監(jiān)測由至少一個通信線路78連接至控制器20的壓力變換器66、68、70中的每一個來監(jiān)測抽出的空氣的壓力。響應(yīng)于所監(jiān)測的壓力以及在一些實施例中諸如Pa胃和/或適于用在下游過程中的預(yù)定壓力的其他輸出，控制器20可以沿著控制線路80將控制信號發(fā)送至流量控制閥72、74、76中的一個或更多，以調(diào)整它們的相應(yīng)的位置。具體而言，在所示的實施例中，控制器20可以將信號發(fā)送至相應(yīng)的驅(qū)動器或致動器73、75、77，其移動流量控制閥72、74、76而調(diào)整它們的位置。以這種方式調(diào)整通過抽出線路60、62、64的抽出的空氣的流量可能是控制器20調(diào)整Pfts以及在一些實施例中供至下游過程(S卩，工廠構(gòu)件18)的抽出空氣供給的壓力的一種方式，該壓力在本文中稱為“P供給”。
從抽出線路60、62、64中的每一個流到集管14的抽出空氣可能以不同的流動速率和流動壓力流動，如上所述。因此，抽出線路60、62、64中的每一個可以包括設(shè)置在流量控制閥72、74、76的下游但在集管14的上游的相應(yīng)的單向閥82、84、86。通常，單向閥82、84、86配置成當(dāng)Pm、Pgt2或Pm中的任何一個比其他更低時防止抽出線路60、62、64中的回流情形。例如，在Pm大于PeT2的實施例中，單向閥84可以阻止流過抽出線路60的抽出空氣流入抽出線路62中。雖然單向閥82、84、86可以阻止這種不期望的流動，但是在Pfts僅是來自抽出線路60、62、64中的每一個的壓力的組合的實施例中，具有比P_的更低的抽出空氣壓力的來自任何燃氣渦輪發(fā)動機的抽出空氣可能不具有通過其相應(yīng)的抽出線路并到達集管14的抽出空氣的正向流動。如上所述，集管14可以結(jié)合相應(yīng)的抽出空氣流而形成具有大致等于Pfts的壓力的結(jié)合的抽出空氣流。根據(jù)當(dāng)前實施例，控制器20可以大致連續(xù)地監(jiān)測Pm、Pgt2及Pm和/或Pfts，并且，當(dāng)有必要時，調(diào)整Pas而維持來自所有燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26的抽出空氣的大致連續(xù)的流動。例如，在所示的實施例中，控制器20由通信線路90通信地連接至集管14和集管14的壓力變換器88?？刂破?0可以在變換器88監(jiān)測P_，并且，當(dāng)Pm、Pgt2或Pct3中的任何一個或更多下降或具有低于Pfts的基礎(chǔ)壓力時(即，一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機的不對稱負載條件或退化條件的指示)，可以將Pas減小到大致等于具有抽出空氣的最低壓力的燃氣渦輪或比其低預(yù)定量例如低大約I %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %的壓力。如上所述，預(yù)定量可以表示具有最低抽出空氣壓力的燃氣渦輪發(fā)動機和集管14之間的輸送壓力損失，例如以提供大致持續(xù)的正向空氣流動。作為示例，控制器20可以將控制信號發(fā)送到集管14，這導(dǎo)致集管14釋放一定量的抽出空氣，其繼而可降低Pft胃。在其他實施例中，在下述實施例中可以流體地聯(lián)接至集管14的壓縮機16可以包括多個入口導(dǎo)向葉片，可以調(diào)整導(dǎo)向葉片而調(diào)整在關(guān)于圖2進一步詳細地討論的仍然其他實施例中，控制器20可以連接到配置成調(diào)整Pfts的壓力調(diào)節(jié)器。另外或作為備選，如上所述，可以調(diào)整流量控制閥72、74、76中的一個或更多而調(diào)整P集胃。響應(yīng)于減小Pfts，控制器20還可以將控制信號發(fā)送至流量控制閥72、74、76中的一個或更多，使得Pm、Pct2或Pct3減小而防止過量的抽出空氣的釋放。作為示例，在Pm和Pgt3比PeT2更大的上述情形中，Pas可以由控制器20減小至預(yù)定量，例如比PeT2低大約I %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %。實際上，控制器20還配置成在燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26在大致相等的負載下運行的對稱負載條件和燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26在明顯不同的負載下運行的不對稱負載條件之間的過渡期間及之后，通過減小Pas而維持抽出空氣從燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26中的每一個流至集管14。響應(yīng)于以該量減小Pas，在一些實施例中，控制器20可以調(diào)整流量控制閥72和76而分別將Pm和Pct3減小到大致等于Pct2和/或新的調(diào)整的Pas的壓力。在某些實施例中，在抽出空氣集管14處結(jié)合的抽出空氣可以以本文中稱為“P 的期望的壓力用在工廠構(gòu)件的過程中。在所示的實施例中，系統(tǒng)10包括沿著流動路徑94設(shè)置的流量控制閥92,該流動路徑將集管14聯(lián)接到工廠構(gòu)件18?？刂破?0由通信線路96可操作地連接至流量控制閥92，并且可以將控制信號發(fā)送至致動器93，其移動流量控制閥92而打開、關(guān)閉或以其他方式調(diào)整抽出空氣從集管14到工廠構(gòu)件18的流量。在這一實施例中，可以操作流量控制閥92而打開、關(guān)閉、增加或減少通過流動路徑94的流量，從而調(diào)整P集 在所示的實施例中，系統(tǒng)10還包括沿著流動路徑94的下游部分102設(shè)置的壓力變換器100，以在遞送到工廠構(gòu)件18之前確定Pii^的壓力。然而，在其他實施例中，這種監(jiān)測可以使用設(shè)置在系統(tǒng)10中的其他地方的其他特征或其他變換器來完成。壓力變換器100可以利用通信線路104將表示的信號發(fā)送至控制器20，并且，如果合適的話，控制器20可以對系統(tǒng)10的各種構(gòu)件做出調(diào)整，以相應(yīng)地調(diào)整Ρ Μ&。此外，在一些實施例中，控制器20可以由通信線路106通信地聯(lián)接至工廠構(gòu)件18，以確定對于Pag的波動或其他調(diào)整。如上所述，在一些實施例中，系統(tǒng)10可以包括位于集管14外部的各種特征，用于控制、調(diào)節(jié)或以其他方式影響具有這一特征(更加具體地，壓力調(diào)節(jié)器110)的系統(tǒng)10的實施例顯示在圖2中。在所示的實施例中，壓力調(diào)節(jié)器110設(shè)置在集管14的下游，但在工廠構(gòu)件18的上游。然而，在一些實施例中，壓力調(diào)節(jié)器110可以與集管14 一體或直接附接至該集管，例如以至少部分地調(diào)整作為示例，控制器20可以沿著通信線路112將一個或更多控制信號發(fā)送至流量控制閥116的致動器114。沿著額外的流動路徑118設(shè)置的流量控制閥116配置成響應(yīng)于控制信號而打開或以其他方式增加抽出空氣到額外的流動路徑118的流量。大致同步地，控制器20可以將控制信號發(fā)送至流量控制閥92的致動器93，以停止或以其他方式減小沿著流動路徑94的下游部分102的流量。額外的流動路徑118流體地連接集管14與壓力調(diào)節(jié)器110，以及壓力調(diào)節(jié)器110與工廠構(gòu)件18。因此，額外的流動路徑118可以被認為是從流動路徑94分岔并與流動路徑94重新匯合的備選的或分岔的流動路徑。在不使用或僅僅部分使用壓力調(diào)節(jié)器110的實施例中，控制器20可以將控制信號發(fā)送至流量控制閥92的致動器93，以啟動或以其他方式增加沿著流動路徑94的流量，同時關(guān)閉閥116以停止或以其他方式減少沿著額外的流動路徑118的流量。壓力調(diào)節(jié)器110可以包括一個或更多壓力調(diào)節(jié)閥，并且可以是單級或多級壓力調(diào)節(jié)器。作為示例，壓力調(diào)節(jié)器110可以包括能夠調(diào)整通過壓力調(diào)節(jié)器110的抽出空氣的流量的一個或更多隔膜閥、V型球閥、扼流閥等。因此，在一個實施例中，壓力調(diào)節(jié)器110可以打開一個或更多隔膜閥，以允許進入流動路徑94中的抽出空氣的增加的流量，當(dāng)在全負載和/或部分負載下運行時，這減少了 Pas并能夠?qū)崿F(xiàn)來自燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26(圖I)中的每一個的抽出空氣的大致恒定的流量。另外或作為備選，壓力調(diào)節(jié)器110可以包括具有多個入口導(dǎo)向葉片的壓縮機。在這樣的實施例中，控制器20可以將信號發(fā)送至壓縮機，以調(diào)整入口導(dǎo)向葉片的位置，從而影響通過流動路徑94的抽出空氣的流量。例如，在一個實施例中，當(dāng)導(dǎo)向葉片調(diào)整它們的位置而允許通過壓力調(diào)節(jié)器110的壓縮機的更多流量時，通過流動路徑94的抽出空氣的流量可能增加，這減小了相反，當(dāng)導(dǎo)向葉片調(diào)整為限制通過壓力調(diào)節(jié)器110的壓縮機的流量時，通過流動路徑94的抽出空氣的流量可能減少，這增加了因此，當(dāng)發(fā)動機的任何一個或組合在全負載和/或部分負載下運行時，壓縮機的入口導(dǎo)向葉片可以調(diào)整Pas，以允許來自燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26(圖I)中的每一個的大致連續(xù)的流動。作為具有壓力調(diào)節(jié)器110的系統(tǒng)10的運行的一個示例，如上面關(guān)于圖I所述的，控制器20可以監(jiān)測Ρ,Ρ,Ρ^Ρ錢、P供肖、Pag等的任何一個或組合。在燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26中的每一個在全負載或設(shè)計條件下運行的實施例中，Pa胃可能足以用在工廠構(gòu)件18中。作為示例，Pas可以具有等于Pag和集管14與工廠構(gòu)件18之間的輸送損失之和的 壓力。在這一實施例中，可能不需要由控制器20進行調(diào)整。然而，在Pm、PCT2或Pct3中的任何一個表示燃氣渦輪發(fā)動機中的任何一個的部分負載條件的實施例中，控制器20可以沿著通信線路119將一個或更多控制信號發(fā)送至壓力調(diào)節(jié)器110，以導(dǎo)致P 胃減小。例如，控制器20可以發(fā)送導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)器110以與Pas的期望的減少相關(guān)的量調(diào)整(例如，打開)一個或更多壓力調(diào)節(jié)閥的控制信號。離開壓力調(diào)節(jié)器110后，抽出空氣然后可以進入流動路徑94，并且然后可以直接提供給工廠構(gòu)件18。例如，在Pfts對于Pag足夠的實施例中，抽出空氣可以沿著流動路徑94直接從壓力調(diào)節(jié)器110流動到工廠構(gòu)件18。在其他實施例中，例如當(dāng)控制器20確定燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26處于不對稱運行條件時，可以調(diào)整Pfts而提供來自所有燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26的抽出空氣的大致連續(xù)的流動。因此，在一個實施例中，Pfts可以由壓力調(diào)節(jié)器110減小。在這一實施例中，結(jié)果的抽出空氣在提供給工廠構(gòu)件18之前可以被進一步處理(例如，壓力提高)。實際上，在一些實施例中，如上所述，壓力調(diào)節(jié)器110的壓縮機的入口導(dǎo)向葉片可以調(diào)整在Pas的調(diào)整之后，系統(tǒng)10的運行可能類似于上面關(guān)于圖I描述的，控制器20執(zhí)行監(jiān)測，并且，當(dāng)探測到部分負載條件時，執(zhí)行合適的壓力調(diào)整操作。因此，在運行期間，控制器20可以執(zhí)行一個或更多監(jiān)測和控制程序，以維持來自所有運行的燃氣渦輪發(fā)動機的大致連續(xù)的抽出空氣流。控制器20可以執(zhí)行為基于計算機的程序的這一方法120的實施例顯示為圖3中的過程流程圖。例如，控制器20可以訪問或以其他方式接收有形的、非暫時性的機器可讀介質(zhì)或媒介，例如光存儲裝置、磁存儲裝置、固態(tài)存儲裝置等，其具有帶有處于方法120的形式的計算機可執(zhí)行程序的代碼。因此，存儲介質(zhì)或媒介，例如上面提到的那些，可以以計算機可執(zhí)行程序的形式存儲方法120，該程序可以由控制器20執(zhí)行?？刂破?0可以訪問代碼并執(zhí)行作為程序的方法120的行為。最初，例如當(dāng)燃氣渦輪發(fā)動機成為聯(lián)機或者供參考處于執(zhí)行方法120的開始時，控制器20可以從上面關(guān)于圖I提到的多個壓力變換器接收壓力數(shù)據(jù)，并且監(jiān)測針對壓力波動或變化的數(shù)據(jù)(框122)。在執(zhí)行由框122表示的行為時，控制器20可以接收壓力數(shù)據(jù)并將該壓力數(shù)據(jù)與一個或更多預(yù)定量相比，例如針對從各個壓力變換器接收的各組數(shù)據(jù)的預(yù)定壓力值。作為示例，控制器20可以針對各個燃氣渦輪發(fā)動機監(jiān)測在本文中稱為“PeT,”和Pas的抽出空氣壓力。在這些測量的任何一個或組合表明為部分負載條件(即，不對稱負載條件)的實施例中，控制器20可以繼續(xù)對系統(tǒng)10做出調(diào)整。因此，控制器20執(zhí)行查詢，以確定是否至少一個燃氣渦輪發(fā)動機(GT)在部分負載下運行(查詢124)。在壓力數(shù)據(jù)表明為部分負載條件的實施例中，控制器20然后可以將控制信號發(fā)送至系統(tǒng)10的各種特征，以將Pa胃調(diào)整到等于最低的Pct或比其低某一量的水平(框126)。例如，如上面關(guān)于圖I和圖2的討論所述的，可以在集管14處由壓力調(diào)節(jié)器110 (例如，使用壓縮機入口導(dǎo)向葉片)或由流量控制閥72、74、76、94或其任何組合來調(diào)節(jié)為了解釋新的Pas，控制器20可以將控制信號發(fā)送至沿著各個燃氣渦輪發(fā)動機的抽出線路設(shè)置的流量控制閥，以調(diào)整它們的位置(框128)。作為示例，在全負載或設(shè)計條件下運行的燃氣渦輪發(fā)動機的流量控制閥可以部分關(guān)閉，減少了通過它們相應(yīng)的導(dǎo)管流動到集管14的抽出空氣的壓力。一旦完成由框128表示的行為，集管14就處于比來自所有燃氣渦輪發(fā)動機的抽出空氣的最低壓力低大約1%和30%之間的壓力。例如，Pfts可以比來自所有燃氣渦輪發(fā)動機的抽出空氣的最低壓力低大約I %、5 %、10 %、20 %或25 %。控制器20可以繼續(xù)監(jiān)測，并且可以在適當(dāng)時將抽出空氣送到下游過程(框130)。例如，因為Pfts可能 低于Pag,所以可以執(zhí)行其他行為，以在提供給下游過程18之前使抽出空氣流達到對于Pag合適的壓力，例如壓縮或增壓。在其他實施例中，Pas可能是足夠高的，使得不需要壓縮或增壓。如果查詢124表明沒有燃氣渦輪發(fā)動機在部分負載下運行，那么控制器20的實施例可以執(zhí)行由框130表示的操作，而不對抽出空氣的流量做出調(diào)整。例如，在Pfts在PeT上浮動(即，由Pct和燃氣渦輪發(fā)動機與抽出空氣集管之間的壓力降決定)的一個實施例中，
可能處于比Pag更高的預(yù)定量。如上所述，？『？_和Pag之間的壓力差可以解釋燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26和集管14以及集管14和工廠構(gòu)件18之間的輸送壓力損失。因此，在燃氣渦輪發(fā)動機在全負載下運行的實施例中，通過維持從燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26到工廠構(gòu)件18的大致連續(xù)的壓力降，可以由控制器20維持大致連續(xù)的抽出空氣流。上面關(guān)于圖I和圖2描述的系統(tǒng)10，以及由上面關(guān)于圖3描述的系統(tǒng)10的控制器執(zhí)行的控制程序，可以作為能源產(chǎn)生工廠或其他合成氣產(chǎn)生工廠的一部分被實施。這一工廠的實施例，具體而言整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)工廠150，以圖解的方式顯示在圖4中。IGCC工廠150可以包括用于產(chǎn)生氣態(tài)燃料的特征，例如氣化器152。氣化器152可以接收諸如煤的燃料源154，并且在其他反應(yīng)物之間使煤與水和氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生所產(chǎn)生的合成氣156的流。在一般意義上,合成氣流156可以包括合成氣的成分一氧化碳(CO)和氫氣(H2),以及諸如甲烷(CH4)，酸性氣體、水等的其他氣態(tài)成分。如上面關(guān)于系統(tǒng)10的運行所述的，燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26可以燃燒壓縮空氣和合成氣的混合物。然而，在一些實施例中，可能期望從產(chǎn)生自氣化反應(yīng)的其他成分中分離合成氣成分，以增加燃燒效率、增加碳捕獲、捕獲有用的副產(chǎn)物等。因此，產(chǎn)生的合成氣156可以被送到氣體處理單元(GPU) 158用于處理。例如，氣體處理單元158可以包括酸性氣體去除(AGR)單元、碳捕獲單元或其組合。通過GPU158處的處理，處理的合成氣160的流可以被送到燃氣渦輪系統(tǒng)10。具體而言，處理的合成氣160的流可以提供給燃料集管162，其可以將處理的合成氣160的流分離成將在例如第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機22、24中燃燒的相應(yīng)的燃料流164、166。如上所述可以包括兩個或更多這樣的燃氣渦輪發(fā)動機的燃氣渦輪機系統(tǒng)10可以用于通過燃燒合成氣和壓縮空氣來驅(qū)動一個或更多負載168。具體而言，從燃燒過程產(chǎn)生的熱的燃燒氣體用于驅(qū)動圖I所示的渦輪54、56、58。繼而，由渦輪54、56、58產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動力可以驅(qū)動負載168,例如發(fā)電機。另外，潤輪54、56、58的出口處的熱廢氣可以用在各種熱回收系統(tǒng)170中，例如在一個或更多熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)單元中。如上所述，壓縮機30、32、34可以吸入并壓縮比燃氣渦輪發(fā)動機22、24、26所需要的更多的空氣。再者，如上所述，過量的壓縮空氣的至少一部分可以被抽出并沿著抽出空氣路徑60、62被送到抽出空氣集管14，其可以結(jié)合抽出空氣而產(chǎn)生結(jié)合的抽出空氣流。 如果合適的話，抽出空氣流穿過且/或沿著壓力調(diào)節(jié)器110傳遞，并且沿著流動路徑94被送到空氣分離單元(ASU) 166。如上所述，ASU166可以使用壓力大致恒定的抽出空氣，以從壓縮空氣分離出氧氣(O2)流172和氮氣流(N2) 174。如所顯示的，流172作為反應(yīng)氣體被提供給氣化器152。另外，N2流174可以作為稀釋劑被提供給燃氣渦輪系統(tǒng)10。更具體而言，N2流174可以被送到N2集管176，其可以將N2流174分離成被送至第一和第二燃氣渦輪發(fā)動機22、24的相應(yīng)的N2流178、180。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且也使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有差異的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言有非實質(zhì)性差異的等同結(jié)構(gòu)要素，那么這樣的其它示例意圖落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(10),包括 抽出空氣集管(14)，其配置成接收來自第一燃氣渦輪發(fā)動機(22)的第一壓縮機(30)的第一抽出空氣流和來自第二燃氣渦輪發(fā)動機(24)的第二壓縮機(32)的第二抽出空氣流；以及 抽出空氣控制器(20)，其配置成在對稱負載條件下和不對稱負載條件下維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流，其中，所述對稱負載條件表示所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載，并且所述不對稱負載條件表示所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機上的明顯不同的負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成在對稱壓力條件下和不對稱壓力條件下維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成在所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機中的至少一個的退化條件下維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成在所述對稱負載條件和所述不對稱負載條件之間的過渡期間及之后維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述對稱負載條件表示相應(yīng)的所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機上的第一和第二全負載條件，并且所述不對稱負載條件表示所述第一燃氣渦輪發(fā)動機(22)上的部分負載條件和所述第二燃氣渦輪發(fā)動機上的第二全負載條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成控制所述抽出空氣集管(14)的集管壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成如果所述第二抽出空氣流具有比所述第一抽出空氣流更小的壓力則減小所述第一抽出空氣流。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成如果所述第二抽出空氣流具有比所述第一抽出空氣流更小的壓力則減小所述抽出空氣集管(14)的集管壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述抽出空氣控制器(20)配置成維持所述抽出空氣集管(14)的集管壓力至少小于或等于所述第一和第二抽出空氣流的最低壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，包括設(shè)置在所述抽出空氣集管(14)的下游的壓力調(diào)節(jié)器(110)，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器(110)配置成響應(yīng)于來自所述抽出空氣控制器(20)的控制信號而維持所述集管壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，包括所述第一燃氣渦輪發(fā)動機(22)、所述第二燃氣渦輪發(fā)動機(24)以及聯(lián)接至所述抽出空氣集管(14)的空氣分離單元(ASU) (166)。
12.—種方法(120),包括利用抽出空氣控制器(20)，監(jiān)測表示來自第一燃氣渦輪發(fā)動機(22)的第一抽出空氣流的第一信號和表示來自第二燃氣渦輪發(fā)動機(24)的第二抽出空氣流的第二信號，或表示抽出空氣集管(14)的集管壓力的第三信號，或者組合；以及 在對稱負載條件下和不對稱負載條件下維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流，其中，所述對稱負載條件表示所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機上的大致相等的負載，并且所述不對稱負載條件表示所述第一(22)和第二(24)燃氣渦輪發(fā)動機上的明顯不同的負載。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法(120)，其特征在于，維持流到所述抽出空氣集管(14)的所述第一和第二抽出空氣流包括如果所述第一信號、所述第二信號或所述第三信號或者組合表明為不對稱負載條件則調(diào)整所述集管壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法(120)，其特征在于，調(diào)整所述集管壓力包括將所述集管壓力減小到大致等于或低于所述第一和第二抽出空氣流的所述最低壓力的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法(120)，其特征在于，調(diào)整所述集管壓力包括調(diào)整沿著第一導(dǎo)管￠0)設(shè)置的第一流量控制閥(72)的位置，調(diào)整沿著第二導(dǎo)管￠2)設(shè)置的第二流量控制閥(74)的位置，或調(diào)整所述集管(14)的集管閥，或者其任意組合，所述第一導(dǎo)管將所述第一燃氣渦輪發(fā)動機(22)與所述抽出空氣集管(14)流體地聯(lián)接，所述第二導(dǎo)管將所述第二燃氣渦輪發(fā)動機(24)與所述抽出空氣集管(14)流體地聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從燃氣渦輪發(fā)動機抽出空氣的系統(tǒng)和方法。公開的實施例涉及系統(tǒng)(10)和方法(120)，其允許空氣從多個燃氣渦輪發(fā)動機(22，24，26)中被抽出并供給至下游過程(18)，甚至在燃氣渦輪發(fā)動機(22，24，26)中的一個或更多在部分負載條件下運行的情形下。例如，在一實施例中，方法(120)包括監(jiān)測表示集管(14)的集管壓力或從一個或更多燃氣渦輪發(fā)動機(22，24，26)到集管(14)的抽出空氣流的壓力或者兩者的信號，以及維持從燃氣渦輪發(fā)動機(22，24，26)到集管(14)的大致連續(xù)的抽出空氣流。當(dāng)燃氣渦輪發(fā)動機(22，24，26)處于對稱和不對稱負載條件下時，大致連續(xù)的流被維持。
文檔編號F02C6/08GK102808696SQ201210164329
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者V·A·R·嫩梅尼, M·J·亞歷山大, P·W·普盧默, T·L·詹森 申請人:通用電氣公司