具有太陽(yáng)能系統(tǒng)的功率裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及具有太陽(yáng)能系統(tǒng)的功率裝置。一種功率裝置(1)包括借助于一級(jí)回路(10a，10b，10c)和二級(jí)回路系統(tǒng)(20a)而操作性地連接到發(fā)熱部件(諸如太陽(yáng)能系統(tǒng)(S太陽(yáng)能))上的下者中的至少一個(gè)：燃?xì)鉁u輪(GT)、具有水-蒸汽循環(huán)的蒸汽渦輪(ST)，以及熱回收蒸汽發(fā)生器(B)。一級(jí)熱傳遞回路(10a，10b)包括構(gòu)造成加熱一級(jí)流體(10)的太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)(S太陽(yáng)能)，而二級(jí)回路包括用于二級(jí)流(20)的流管線(20A)，以及用以在二級(jí)水流和燃?xì)鉁u輪入口空氣流(2)之間交換熱的主熱交換器(23)。一級(jí)回路中的第一管線(10B)通往第一熱交換器(12)，以加熱二級(jí)回路(20a)中的水流。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有太陽(yáng)能系統(tǒng)的功率裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)行功率裝置來(lái)發(fā)電的方法，并且更特別地，涉及運(yùn)行具有發(fā)熱源(特別是太陽(yáng)能系統(tǒng))的聯(lián)合循環(huán)功率裝置的方法。此外，本發(fā)明涉及可由該方法運(yùn)行的功
率裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用于產(chǎn)生電能的傳統(tǒng)功率裝置(諸如聯(lián)合循環(huán)功率裝置)可與可再生能源結(jié)合起來(lái)運(yùn)行，以便針對(duì)給定的電功率產(chǎn)量減少CO2排放。當(dāng)可獲得可再生能源(諸風(fēng)如或太陽(yáng)能)，并且可使它們對(duì)電功率生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)時(shí)，燃燒化石燃料的聯(lián)合循環(huán)功率裝置可在部分負(fù)荷下運(yùn)行，并且仍然產(chǎn)生滿電功率。但是，聯(lián)合循環(huán)功率裝置在其部分負(fù)荷運(yùn)行期間的效率典型地低于其在全負(fù)荷下運(yùn)行的效率。然后在聯(lián)合循環(huán)功率裝置的部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的具體CO2排放會(huì)提高，而且由于實(shí)施可再生能源而產(chǎn)生的CO2排放減少又變小了。
[0003]DE 19627425論述了一種聯(lián)合循環(huán)功率裝置，其中，蒸汽渦輪的水-蒸汽循環(huán)的給水被引導(dǎo)到太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器中，而產(chǎn)生的太陽(yáng)能蒸汽添加到由功率裝置的熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽。使兩個(gè)蒸汽流的混合物過(guò)熱，以供在蒸汽渦輪中使用。在僅使用太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行期間，經(jīng)預(yù)熱的給水被引導(dǎo)到太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)中，而在那里產(chǎn)生的蒸汽則直接被引導(dǎo)到蒸汽渦輪。
[0004]美國(guó)專(zhuān)利N0.US 2009/0235634論述了一種允許在部分負(fù)荷運(yùn)行期間擴(kuò)大渦輪機(jī)的低速(turn down)范圍的系統(tǒng)。在那里，低速范圍被定義為渦輪機(jī)的這樣的負(fù)荷范圍，即，渦輪機(jī)在該范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)保持遵從排放。通過(guò)使用渦輪機(jī)外部的熱源(諸如太陽(yáng)能熱)來(lái)預(yù)熱通往渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的入口空氣，來(lái)實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷運(yùn)行低速范圍的擴(kuò)大。預(yù)熱入口空氣會(huì)使得離開(kāi)壓縮機(jī)且進(jìn)入燃燒室的空氣有較高的溫度。實(shí)際上，然后需要較少燃料來(lái)達(dá)到燃?xì)鉁u輪的必要燃燒溫度。
[0005]GB 2449181論述了一種包括燃?xì)鉁u輪和太陽(yáng)能混合循環(huán)的功率裝置，其中，在燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)之后且在燃燒過(guò)程之前提供給空氣的熱由直接太陽(yáng)能熱供應(yīng)。通過(guò)直接將熱從太陽(yáng)能輻射傳遞到空氣而產(chǎn)生高于350°C的高的空氣溫度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的加熱。該概念允許以較高的溫度從燃?xì)鉁u輪和蒸汽渦輪的熱力循環(huán)中抽取能量，從而產(chǎn)生較高的功率輸出和較大循環(huán)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)示例性實(shí)施例，提供一種具有改進(jìn)的部分負(fù)荷運(yùn)行和高負(fù)荷運(yùn)行的方法，其用于運(yùn)行功率裝置來(lái)發(fā)電，功率裝置包括燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪，并且結(jié)合有發(fā)熱部件。
[0007]—方面提供一種用于運(yùn)行功率裝置的方法，其包括:通過(guò)發(fā)熱部件加熱一級(jí)流體，發(fā)熱部件操作性地與燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪和熱回收蒸汽發(fā)生器連接；以及在部分負(fù)荷運(yùn)行和高負(fù)荷運(yùn)行期間，將經(jīng)加熱的一級(jí)流體引導(dǎo)到多個(gè)一級(jí)回路中的至少一個(gè)。在部分負(fù)荷運(yùn)行期間，經(jīng)加熱的一級(jí)流體通過(guò)一級(jí)回路而被引導(dǎo)到熱交換器，以將熱引導(dǎo)到二級(jí)流體，二級(jí)流體用于將熱傳遞到主熱交換器來(lái)加熱燃?xì)鉁u輪入口空氣，而在高負(fù)荷運(yùn)行期間，經(jīng)加熱的一級(jí)流體通過(guò)一級(jí)回路而被引導(dǎo)到熱交換器，以傳遞熱來(lái)對(duì)吸收冷卻器提供功率，以冷卻二級(jí)流體；以及將二級(jí)流體引導(dǎo)主熱交換器，以通過(guò)主熱交換器冷卻燃?xì)鉁u輪入口空氣。
[0008]典型地，用來(lái)在部分負(fù)荷運(yùn)行期間加熱燃?xì)鉁u輪入口空氣，以及用來(lái)在高負(fù)荷運(yùn)行期間冷卻燃?xì)鉁u輪入口空氣的二級(jí)流體在單個(gè)閉合回路中循環(huán)，該閉合回路包含布置成在二級(jí)流體和燃?xì)鉁u輪入口空氣之間進(jìn)行熱交換的主熱交換器、用來(lái)加熱二級(jí)流體的熱交換器，以及用來(lái)冷卻二級(jí)流體的吸收冷卻器(系統(tǒng))。發(fā)熱部件可為太陽(yáng)能源或任何其它類(lèi)似的源。
[0009]方法在部分負(fù)荷運(yùn)行和高負(fù)荷運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)CO2排放的減少，以及功率裝置(例如聯(lián)合循環(huán)功率裝置)的整體性能的提高。在部分負(fù)荷運(yùn)行期間，通往燃?xì)鉁u輪或渦輪的入口空氣的溫度升高會(huì)對(duì)聯(lián)合循環(huán)功率裝置實(shí)現(xiàn)效率提高，而高負(fù)荷運(yùn)行下，熱交換器加熱入口空氣的操作停止，而太陽(yáng)能蒸汽用來(lái)對(duì)吸收冷卻器提供功率，以冷卻二級(jí)流體，二級(jí)流體又在高負(fù)荷運(yùn)行期間冷卻入口空氣。從而，本來(lái)為了加熱目的從蒸汽渦輪或熱回收蒸汽發(fā)生器中抽取的蒸汽質(zhì)量流可全部用來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪。因此，產(chǎn)生較多功率。
[0010]根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的方法使得能夠使用一個(gè)單個(gè)二級(jí)流體熱交換回路來(lái)對(duì)兩個(gè)不同的熱交換過(guò)程供應(yīng)能量(例如太陽(yáng)能熱能)，其中，兩個(gè)過(guò)程都會(huì)提高功率裝置性能，而且覆蓋了整個(gè)負(fù)荷范圍。
[0011]因此根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的方法具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，可利用一個(gè)發(fā)熱部件(諸如單個(gè)太陽(yáng)能裝置)來(lái)執(zhí)行該方法，該發(fā)熱部件對(duì)不同的功率裝置過(guò)程供熱且服務(wù)于功率裝置的整個(gè)負(fù)荷范圍。此外，可使用為冷卻和加熱二級(jí)流體以冷卻或加熱入口空氣而提供的現(xiàn)有的熱交換器，來(lái)對(duì)吸收冷卻器和入口空氣供應(yīng)太陽(yáng)能熱。從而，可通過(guò)以有限的投資成本對(duì)現(xiàn)有的功率裝置設(shè)施改型來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法。
[0012]方法典型地利用單個(gè)二級(jí)回路和僅一個(gè)熱交換器來(lái)在覆蓋整個(gè)負(fù)荷范圍不同的負(fù)荷運(yùn)行中執(zhí)行冷卻和加熱功能兩者。
[0013]在示例性方法中，在功率裝置以任何負(fù)荷運(yùn)行的期間，發(fā)熱部件(諸如太陽(yáng)能系統(tǒng))的一部分用來(lái)對(duì)功率裝置的水-蒸汽循環(huán)的給水供熱。特別地，可使用太陽(yáng)能蒸汽的一部分或全部來(lái)加熱功率裝置中的給水，而非使用從渦輪中抽取的高質(zhì)量的起停備用蒸汽(pegging steam)。
[0014]此外，在使用含硫燃料來(lái)運(yùn)行燃?xì)鉁u輪的情況下，對(duì)給水供應(yīng)太陽(yáng)能熱是特別有利的。這種燃料需要較高的給水溫度，以便阻止由煙囪氣體溫度升高而引起的煙囪腐蝕。在這種情況下，供應(yīng)太陽(yáng)能熱會(huì)允許顯著地減少蒸汽質(zhì)量流抽取，從而提高裝置性能。
[0015]一級(jí)流體可加熱到在例如90°C _120°C的范圍中的溫度，以將通往燃?xì)鉁u輪的入口空氣預(yù)熱高達(dá)25°C或更多的溫度，或者將通往燃?xì)鉁u輪的入口空氣冷卻高達(dá)15°C或更多的溫度。
[0016]空氣入口溫度在部分負(fù)荷下升高大約20°C可使有關(guān)的聯(lián)合循環(huán)效率有0.945至
0.954的改進(jìn)，而部分負(fù)荷效率可提高0.5%。
[0017]在根據(jù)本公開(kāi)的方法的實(shí)施例中，被發(fā)熱部件(諸如太陽(yáng)能系統(tǒng))加熱的一級(jí)流體被弓I導(dǎo)通過(guò)包含給水加熱器的一級(jí)回路中的至少一個(gè)。可動(dòng)閥容許在任何負(fù)荷下，改變?cè)诮o水加熱器中以及另外在熱回收蒸汽發(fā)生器中使用的太陽(yáng)能的一部分。該部分可按等級(jí)排列，以完全使用太陽(yáng)能。除了運(yùn)行功率裝置的方法，示例性實(shí)施例提供一種能夠執(zhí)行示例性方法的功率裝置。功率裝置包括用于加熱至少一個(gè)一級(jí)回路中的一級(jí)流體的發(fā)熱部件。發(fā)熱部件操作性地與燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、熱回收蒸汽發(fā)生器和具有冷凝器的水-蒸汽循環(huán)中的至少一個(gè)連接。
[0018]發(fā)熱部件是連接到二級(jí)回路上的至少一個(gè)一級(jí)回路的一部分，其中，至少一個(gè)一級(jí)回路包括從發(fā)熱部件通往第一熱交換器的第一流管線，以及回到發(fā)熱部件的流管線，其中，第一熱交換器布置成與二級(jí)回路中的二級(jí)流體進(jìn)行熱交換。一級(jí)回路包括從發(fā)熱部件通往第二熱交換器且回到發(fā)熱部件的第二流管線，并且其中，第二熱交換器布置成對(duì)吸收冷卻器提供功率，吸收冷卻器又布置成與二級(jí)回路中的二級(jí)流進(jìn)行熱交換，而二級(jí)回路包括主熱交換器，主熱交換器布置在管線中，以在整個(gè)裝置負(fù)荷內(nèi)，與燃?xì)鉁u輪的入口空氣流進(jìn)行熱交換。
[0019]特別地，一級(jí)回路包括太陽(yáng)能系統(tǒng)，以及供一級(jí)流體流通往第一熱交換器以加熱二級(jí)回路中的二級(jí)流體的第一管線。第二管線從太陽(yáng)能系統(tǒng)通往布置成對(duì)吸收冷卻器提供功率的第二熱交換器，吸收冷卻器又布置成冷卻二級(jí)回路中的流。二級(jí)回路包括用于二級(jí)流體流的管線、布置在燃?xì)鉁u輪的入口空氣流中的主熱交換器、第一和第二熱交換器。
[0020]在示例性實(shí)施例中，來(lái)自一級(jí)回路的第一管線和第二管線包括允許根據(jù)功率裝置的運(yùn)行負(fù)荷和功率裝置現(xiàn)場(chǎng)處的照射程度來(lái)控制經(jīng)太陽(yáng)能加熱的一級(jí)流體的閥。
[0021]將一級(jí)流體加熱到這樣的溫度可由太陽(yáng)能系統(tǒng)完成，諸如，包括非集中式太陽(yáng)能元件(諸如平坦元件)和稍微集中的太陽(yáng)能單元的太陽(yáng)能場(chǎng)?？墒褂米阋援a(chǎn)生例如高達(dá)90°C-120°C的溫度的平坦的非集中式太陽(yáng)能板表面，該溫度足以運(yùn)行熱交換器來(lái)加熱入口空氣加熱，以及對(duì)吸收冷卻器提供功率來(lái)冷卻空氣。集中式太陽(yáng)能單元產(chǎn)生較高的溫度，并且在運(yùn)行期間提供較強(qiáng)的冷卻/加熱。一級(jí)流體可獲得大約200°C或更高的溫度。因而，基于直接太陽(yáng)能加熱的太陽(yáng)能系統(tǒng)是合適的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施例的示例性功率裝置的示意圖，該示例性功率裝置結(jié)合了諸如太陽(yáng)能系統(tǒng)的發(fā)熱部件，以便能夠執(zhí)行示例性方法。
[0023]部件列表 I功率裝置
2入口空氣流 A環(huán)境空氣
B鍋爐或熱回收蒸汽發(fā)生器
Cm壓縮機(jī)
C冷凝器
GT燃?xì)鉁u輪
CC燃燒室
ST蒸汽渦輪
P泵 10 一級(jí)流體 IOa 一級(jí)回路 IOb 一級(jí)回路 IOc 一級(jí)回路 10 一級(jí)流管線 IOB 一級(jí)流管線 IOC 一級(jí)流管線 11泵
12熱交換器 13閥
14吸收冷卻器 15熱交換器 16熱交換器 20 二級(jí)流體 20a 二級(jí)回路 20 二級(jí)流管線 21泵
23主熱交換器 30管線、給水加熱回路 31給水加熱器 32可動(dòng)閥
S*陽(yáng)能太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器
34第一調(diào)整器部件
36第二調(diào)整器部件
38控制模塊
42控制閥
44控制閥
46控制閥
48控制閥
50、52可動(dòng)閥的位置。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1顯示用于發(fā)電的功率裝置I的實(shí)施例的示意性布局。功率裝置I包括燃?xì)鉁u輪裝置GP，其具有:壓縮機(jī)Cm，其壓縮通過(guò)管線2而引導(dǎo)到壓縮機(jī)Cm的環(huán)境空氣；燃燒室CC ;以及燃?xì)鉁u輪GT，其使經(jīng)燃燒的燃料膨脹，并且驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)G。提供管線，以將燃?xì)鉁u輪GT排出的氣體引導(dǎo)到熱回收蒸汽發(fā)生器B，熱回收蒸汽發(fā)生器利用熱的燃?xì)鉁u輪排氣來(lái)為蒸汽渦輪ST產(chǎn)生蒸汽。功率裝置的水-蒸汽循環(huán)包括冷凝器C、冷凝物預(yù)熱器、給水泵P和給水預(yù)熱器，來(lái)自給水預(yù)熱器的給水被引導(dǎo)回?zé)峄厥照羝l(fā)生器B。在示例性實(shí)施例中，功率裝置I是聯(lián)合循環(huán)功率裝置。[0025]功率裝置I借助于一級(jí)回路10a、IObUOc和二級(jí)回路20a而操作性地連接到發(fā)熱部件上，諸如太陽(yáng)能系統(tǒng)
[0026]發(fā)熱部件(諸如與聯(lián)合循環(huán)功率裝置I結(jié)合的太陽(yáng)能系統(tǒng)Sicraffi)包括多個(gè)太陽(yáng)能元件，諸如用于加熱一級(jí)流體10(諸如在一級(jí)熱交換回路10a、10b、10c的單個(gè)裝置中循環(huán)的水、軟化水或油)的平坦的太陽(yáng)能元件。太陽(yáng)能系統(tǒng)Sicraffi布置成在一級(jí)熱交換回路IOaUObUOc的單個(gè)裝置中產(chǎn)生熱的水或流體或蒸汽。提供泵11來(lái)將一級(jí)流體10泵送通過(guò)一級(jí)回路IOaUOb和10c。
[0027]具有太陽(yáng)能系統(tǒng)Sicratg的一級(jí)回路10a、10b兩者都通過(guò)一級(jí)流體10來(lái)提供熱，以加熱或冷卻引導(dǎo)到燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)Cm的入口空氣A。因此，一級(jí)回路IOa和IOb分別通過(guò)熱交換器15或12而連接到二級(jí)回路20a上，二級(jí)回路20a包括泵21和主熱交換器23，主熱交換器23構(gòu)造成在二級(jí)流體20 (例如，在二級(jí)回路20a中循環(huán)的水、軟化水或油)和在管線2中的入口空氣流之間進(jìn)行熱交換。
[0028]如圖1中顯示的那樣，一級(jí)回路IOa連接到布置成對(duì)吸收冷卻器14提供功率的熱交換器15上，吸收冷卻器14布置成冷卻二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20。二級(jí)回路20a又將管線20A中的二級(jí)流體20引導(dǎo)到主熱交換器23，主熱交換器23冷卻管線2中的入口空氣流。
[0029]如圖1中顯示的那樣，一級(jí)回路IOb連接到熱交換器12上，熱交換器12上也布置在二級(jí)回路20a中，以將熱傳遞到管線20A中的同一二級(jí)流體20。熱交換器12布置成加熱二級(jí)流體20。在這種情況下，二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20被加熱，而且當(dāng)被引導(dǎo)到主熱交換器23時(shí)，二級(jí)流體20將熱傳遞到管線2中的入口空氣。
[0030]在示例性實(shí)施例中，在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，二級(jí)流體20在二級(jí)回路20a中循環(huán)，以在主熱交換器23中進(jìn)行熱交換。
[0031]在示例性實(shí)施例中，構(gòu)造有太陽(yáng)能系統(tǒng)Sicratg的一級(jí)回路IOc與熱交換器31連接，熱交換器31布置成與水-蒸汽循環(huán)進(jìn)行能量交換，例如以加熱給水。
[0032]在示例性實(shí)施例中，對(duì)熱交換器16布置第一調(diào)整器部件34，而對(duì)二級(jí)回路20中的熱交換器12布置第二調(diào)整器部件36。
[0033]對(duì)一級(jí)回路10a、IOb和IOc構(gòu)造控制模塊38，以控制一級(jí)流體10，諸如在一級(jí)熱交換回路10a、10b、IOc的單個(gè)裝置中循環(huán)的水、軟化水或油。
[0034]控制模塊38具有帶有內(nèi)置存儲(chǔ)器的微控制器、信號(hào)調(diào)節(jié)器和馬達(dá)控制器。馬達(dá)控制器通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)器來(lái)接收信號(hào)，信號(hào)調(diào)節(jié)器連接到在一級(jí)熱交換回路10a、10b、IOc的單個(gè)裝置中以及在功率裝置I和水-蒸汽循環(huán)中附連的各種傳感器(未顯示)上。
[0035]控制模塊38從環(huán)境傳感器(未顯示)接收表示環(huán)境溫度和壓力、太陽(yáng)能系統(tǒng)Sic 接收到的太陽(yáng)能輻射的量的輸入信號(hào)。控制模塊38還從傳感器(未顯示)接收關(guān)于燃
燒室內(nèi)部的燃料類(lèi)別、一級(jí)熱交換回路10a、10b、10c、功率裝置I和水-蒸汽循環(huán)的內(nèi)部的溫度和壓力的輸入信號(hào)，以及表示功率需求的信號(hào)。
[0036]基于傳感器(未顯示)所確定的裝置負(fù)荷，通過(guò)控制模塊38而被控制的閥13供應(yīng)一級(jí)流體10，以將其引導(dǎo)到兩個(gè)一級(jí)回路IOa或IOb中的任一個(gè)。根據(jù)功率裝置I的運(yùn)行負(fù)荷，閥13布置在一級(jí)回路10a、10b的管線10AU0B中，以控制一級(jí)流體10的流動(dòng)。
[0037]閥13允許從在部分負(fù)荷運(yùn)行期間加熱入口空氣2的運(yùn)行轉(zhuǎn)換到在功率裝置I的高負(fù)荷運(yùn)行期間冷卻入口空氣2的運(yùn)行。取決于裝置負(fù)荷，管線2中的空氣流將被二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20冷卻或加熱。
[0038]二級(jí)流體20傳送通過(guò)二級(jí)回路20a中的多個(gè)調(diào)整器部件34、36。可根據(jù)功率裝置的運(yùn)行負(fù)荷來(lái)加熱或冷卻二級(jí)流體20?？刂颇K38在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)控制二級(jí)回路20a中的多個(gè)調(diào)整器部件34、36。
[0039]一級(jí)回路IOa中的管線IOA通往具有第一熱交換器15和第二熱交換器16的吸收冷卻器14，第一熱交換器15和第二熱交換器16構(gòu)造成和布置成冷卻二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20。在功率裝置I的高負(fù)荷運(yùn)行期間，閥13設(shè)定成允許一級(jí)流體10流過(guò)回路10，從而啟動(dòng)吸收冷卻器的運(yùn)行。二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20將冷卻到例如0-15°C的溫度。二級(jí)回路20a中的二級(jí)流體20流過(guò)第二調(diào)整器部件36而避開(kāi)熱交換器12。通過(guò)將熱傳遞到主熱交換器23中的二級(jí)流體20，入口空氣將達(dá)到例如5-10°C的溫度，從而允許有較大的功率輸出和減少的CO2排放。這些溫度基于例如大約15°C的環(huán)境溫度，感測(cè)一級(jí)回路IOa中的流量的傳感器(未顯示)對(duì)控制模塊38提供信號(hào)，控制模塊38通過(guò)控制閥42、44來(lái)調(diào)整通過(guò)第二調(diào)整器部件36的流量。備選地，入口空氣可在壓縮機(jī)的各種級(jí)處進(jìn)行中間冷卻。
[0040]在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)熱交換所進(jìn)行的間接非接觸冷卻來(lái)對(duì)入口空氣流A實(shí)現(xiàn)冷卻。在本公開(kāi)的另一個(gè)備選方案中，可借助于直接接觸冷卻，即，直接將二級(jí)流體20噴射到空氣流A中，來(lái)對(duì)壓縮機(jī)級(jí)間(interstage)處的入口空氣A或壓縮機(jī)空氣實(shí)現(xiàn)冷卻。
[0041]在裝置的部分負(fù)荷運(yùn)行期間，閥13設(shè)定成允許一級(jí)流體10在一級(jí)回路IOb中流動(dòng)。二級(jí)回路20中的二級(jí)流體20將被加熱，以將通往燃?xì)鉁u輪A的入口空氣A預(yù)熱高達(dá)例如25°C或更多的溫度。二級(jí)流體20流過(guò)第一調(diào)整器部件34而避開(kāi)熱交換器16。入口空氣A的加熱允許有較大的功率輸出，以及減少的CO2排放。感測(cè)一級(jí)回路IOb中的一級(jí)流體10的流量的傳感器(未顯示)對(duì)控制模塊38提供信號(hào)，控制模塊38通過(guò)控制閥46、48來(lái)調(diào)整通過(guò)第一調(diào)整器部件34的二級(jí)流體20的流量。
[0042]在高負(fù)荷下，經(jīng)冷卻的二級(jí)流體20傳送通過(guò)第二調(diào)整部件36而避開(kāi)熱交換器12，而在部分負(fù)荷下，經(jīng)加熱的二級(jí)流體20傳送通過(guò)第一調(diào)整部件34而避開(kāi)熱交換器16，從而覆蓋整個(gè)裝置負(fù)荷范圍。
[0043]在部分負(fù)荷運(yùn)行期間，借助于流過(guò)二級(jí)回路20a以及在一級(jí)回路IOb中流動(dòng)的熱的一級(jí)流體10的二級(jí)流體20來(lái)加熱入口空氣流A，在一級(jí)回路IOb中的具有大約90°C的溫度的一級(jí)流體10的一些流可通過(guò)源自可動(dòng)閥32的管線30而轉(zhuǎn)移到一級(jí)回路IOc中，管線30貫穿構(gòu)造成和布置成預(yù)熱給水的熱交換器31。管線30另外連接到一級(jí)回路IOc中的泵11上。此方法允許使用太陽(yáng)能熱來(lái)支持給水加熱，并且允許減少使用從蒸汽渦輪ST中抽取的起停備用蒸汽。
[0044]如圖1中指示的那樣，可動(dòng)閥32能夠從之前的位置50移動(dòng)到另一個(gè)位置52，其中，在一級(jí)回路IOa中的具有大約90°C的溫度的一級(jí)流體10的一些流可通過(guò)管線30(其通過(guò)可動(dòng)閥32到達(dá)熱交換器31)而轉(zhuǎn)移到一級(jí)回路IOc中，從而覆蓋整個(gè)裝置負(fù)荷范圍，以及允許使用太陽(yáng)能熱來(lái)支持給水加熱，而且例如，允許減少使用從蒸汽渦輪ST中抽取的起停備用蒸汽。通過(guò)在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，測(cè)量通過(guò)可動(dòng)閥32而轉(zhuǎn)移到給水加熱器31的一級(jí)流體10的量來(lái)在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)計(jì)算起停備用蒸汽的節(jié)約量，太陽(yáng)能熱的供應(yīng)允許顯著地減少蒸汽質(zhì)量流抽取，從而提高裝置性能。
[0045]在示例性實(shí)施例中，燃燒室中的燃料類(lèi)別傳感器(未顯示)提供關(guān)于在使用的燃料中的硫含量的量的信息。基于這些信號(hào)，一級(jí)回路10a、10b和IOc提供太陽(yáng)能熱，以支持給水加熱，而且在一個(gè)示例性實(shí)施例中，允許減少使用從蒸汽渦輪ST中抽取的起停備用蒸汽，或者在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，允許不使用起停備用蒸汽。通過(guò)提供全部太陽(yáng)能熱來(lái)加熱給水，來(lái)實(shí)現(xiàn)消除這個(gè)對(duì)起停備用蒸汽的使用，從而覆蓋整個(gè)裝置范圍。
[0046]—級(jí)回路10b、IOc中的一級(jí)流體10被加熱到在90_120°C的范圍中的溫度，以將入口空氣A預(yù)熱25°C或更多的范圍，或者將入口空氣A冷卻15°C或更多的范圍。
[0047]第一調(diào)整器部件34和第二調(diào)整器部件36減少不必要的壓力損失，因?yàn)槎?jí)流體20僅需要流過(guò)一個(gè)熱交換器12或16，這取決于裝置負(fù)荷，而且在二級(jí)流體20減少在不同的應(yīng)用期間(例如在高負(fù)荷下)混合時(shí)的不必要的熱傳遞，經(jīng)冷卻的二級(jí)流體20可避免被熱交換器12加熱，而在部分負(fù)荷下，經(jīng)加熱的二級(jí)流體20避免被熱交換器16冷卻。基于提高/降低的功率裝置負(fù)荷，控制第一調(diào)整器部件34和第二調(diào)整器部件36，以分別在部分負(fù)荷和高負(fù)荷條件期間，加熱和冷卻入口空氣A，從而覆蓋整個(gè)裝置范圍。
[0048]基于傳感器確定的裝置負(fù)荷，例如10%_70%的部分負(fù)荷、70%_100%的高負(fù)荷和100%的全負(fù)荷，一級(jí)熱交換回路10a、10b、IOc的單個(gè)裝置以及太陽(yáng)能系統(tǒng)的單個(gè)源對(duì)三個(gè)不同的過(guò)程供應(yīng)熱能，從而覆蓋整個(gè)裝置負(fù)荷范圍。
[0049]三個(gè)一級(jí)回路10a、10b和IOc可獨(dú)立地或共同地工作，以提高運(yùn)行柔性。在部分負(fù)荷和高負(fù)荷下使用太陽(yáng)能，由此在部分負(fù)荷下，太陽(yáng)能用來(lái)預(yù)熱燃?xì)鉁u輪GT入口空氣，而在高負(fù)荷下，用來(lái)補(bǔ)充給水預(yù)熱。
[0050]在示例性實(shí)施例中，使用單個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)來(lái)對(duì)不同的性能增強(qiáng)應(yīng)用產(chǎn)生太陽(yáng)能熱，以及在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)改進(jìn)功率裝置I性能。而且，單個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)能夠在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)烈的時(shí)候以及在太陽(yáng)輻射減弱的時(shí)候供應(yīng)太陽(yáng)能熱，以便供應(yīng)高峰功率需求，這不會(huì)同時(shí)發(fā)生。
[0051]可使用用于防冰的已經(jīng)存在的熱交換器。事實(shí)上，在示例性實(shí)施例中，通過(guò)現(xiàn)有的空氣預(yù)熱器來(lái)增加太陽(yáng)能熱，從而消除對(duì)新的熱交換器的需要。此外，在這種布置中，可在處于類(lèi)似的水壓等級(jí)下的太陽(yáng)能系統(tǒng)和水-蒸汽循環(huán)之間共同承擔(dān)空氣預(yù)熱任務(wù)，這允許有最大柔性?？墒褂酶鞣N太陽(yáng)能收集裝置，例如太陽(yáng)能板、拋物面槽形集熱器、平板集熱器和其它類(lèi)似的裝置。在本公開(kāi)中，溫度可受環(huán)境條件、燃料的類(lèi)型和運(yùn)行條件和過(guò)程的影響。
[0052]由于燃料成本節(jié)約而產(chǎn)生的收益有望勝過(guò)在功率裝置的壽命周期里的投資成本?？紤]到功率裝置在部分負(fù)荷下運(yùn)行，而且如果化石燃料價(jià)格在功率裝置的壽命里上漲，在較低的部分負(fù)荷運(yùn)行期間，收益甚至?xí)摺?br> [0053]已經(jīng)出于說(shuō)明和描述的目的而介紹了本公開(kāi)的具體實(shí)施例的以上描述。但它們不意于為窮盡性的，或者將本公開(kāi)限于公開(kāi)的確切形式。按照以上教導(dǎo)，許多修改和變化是可行的。選擇和描述實(shí)施例來(lái)最佳地闡明本公開(kāi)的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以便使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠用適合構(gòu)想到的實(shí)際用途的各種修改來(lái)最好地利用本公開(kāi)和各種實(shí)施例。要理解的是，構(gòu)想到各種省略和等效物的替換，因?yàn)榍樾慰商嶙h或呈獻(xiàn)權(quán)宜之計(jì)，但它們因而意于覆蓋本申請(qǐng)或?qū)崿F(xiàn)，而不偏離本公開(kāi)的權(quán)利要求的范圍。盡管如此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非以上描述指明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運(yùn)行功率裝置(I)的方法，包括: 通過(guò)發(fā)熱部件加熱一級(jí)流體(10)，所述發(fā)熱部件操作性地與燃?xì)鉁u輪(GT)、蒸汽渦輪(ST)和熱回收蒸汽發(fā)生器⑶連接；以及 在部分負(fù)荷運(yùn)行和高負(fù)荷運(yùn)行期間，將經(jīng)加熱的一級(jí)流體(10)引導(dǎo)到至少一個(gè)一級(jí)回路(10a, 10b, 10c)， 其中，在部分負(fù)荷運(yùn)行期間，所述經(jīng)加熱的一級(jí)流體(10)通過(guò)所述一級(jí)回路而被引導(dǎo)到熱交換器(12)，以將熱引導(dǎo)到二級(jí)流體(20)，所述二級(jí)流體(20)用于將熱傳遞到用于加熱燃?xì)鉁u輪入口空氣(A)的主熱交換器(23)， 其中，在高負(fù)荷運(yùn)行期間，所述經(jīng)加熱的一級(jí)流體(10)通過(guò)所述一級(jí)回路而被引導(dǎo)到熱交換器(15)，以傳遞熱而對(duì)吸收冷卻器(14)提供功率來(lái)冷卻所述二級(jí)流體(20)，以及將所述二級(jí)流體(20)引導(dǎo)到所述主熱交換器(23)，以通過(guò)所述主熱交換器(23)冷卻燃?xì)鉁u輪入口空氣(A)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)(Cm)的一個(gè)或多個(gè)級(jí)間處，借助于直接接觸冷卻，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)所述入口空氣(A)的冷卻，以及借助于所述主熱交換器(23)中的間接非接觸冷卻，間接地實(shí)現(xiàn)對(duì)所述入口空氣㈧的冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:根據(jù)所述功率裝置的運(yùn)行負(fù)荷，控制所述至少一個(gè)一級(jí)回路(10a，10b，IOc)中的所述一級(jí)流體(10)的流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，使所述二級(jí)流體(20)在二級(jí)回路(20a)中循環(huán)，以在所述主熱交換器(23)中進(jìn)行熱交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括以下步驟: 將所述二級(jí)流體(20)傳送通過(guò)所述二級(jí)回路(20a)中的多個(gè)調(diào)整器部件(34，36)； 根據(jù)所述功率裝置的運(yùn)行負(fù)荷來(lái)加熱或冷卻所述二級(jí)流體(20);以及 在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)，通過(guò)控制模塊(38)來(lái)控制所述二級(jí)回路(20a)中的所述多個(gè)調(diào)整器部件(34，36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:在高負(fù)荷下，將經(jīng)冷卻的二級(jí)流體(20)傳送通過(guò)第二調(diào)整部件(36)，以便避開(kāi)所述熱交換器(12)，而在部分負(fù)荷下，將經(jīng)加熱的二級(jí)流體(20)傳送通過(guò)第一調(diào)整部件(34)，以便避開(kāi)所述熱交換器(16)，從而覆蓋整個(gè)裝置負(fù)荷范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過(guò)可動(dòng)閥(32)來(lái)將所述一級(jí)流體(10)的一部分轉(zhuǎn)移到給水加熱器(31)； 在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)加熱所述給水；以及 在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)消除對(duì)為了在水-蒸汽循環(huán)中預(yù)熱所述給水而抽取的起停備用蒸汽的使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:將一級(jí)回路(10b，IOc)中的所述一級(jí)流體(10)加熱到在90°C _120°C的范圍中的溫度，以便將所述入口空氣A預(yù)熱25 °C或更多的范圍，或者將所述入口空氣A冷卻15 °C或更多的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)，所述發(fā)熱部件是單個(gè)太陽(yáng)能源
10.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法的功率裝置(I)，包括:燃?xì)鉁u輪(GT)、蒸汽渦輪(ST)、熱回收蒸汽發(fā)生器(B)和具有冷凝器(C)的水-蒸汽循環(huán)； 具有一級(jí)流體(10)的第一和第二一級(jí)回路(10a，10b，10c)； 發(fā)熱部件(Sicraffi),其構(gòu)造成和布置成對(duì)所述一級(jí)流體(10)提供熱； 在所述第一一級(jí)回路(IOb)中的第一熱交換器(12)，其具有從所述發(fā)熱部件通往所述第一熱交換器(12)且回到所述發(fā)熱部件的第一流管線(IOB)； 在所述第二一級(jí)回路(IOa)中的吸收冷卻器(14)，其具有第二熱交換器(15)； 從所述發(fā)熱部件(Sicraffi)通往所述第二熱交換器(15)且回到所述發(fā)熱部件(Sicraffi)的第二流管線(IOA)； 選自操作性地連接到所述發(fā)熱部件(Sicraffi)上的下者中的至少一個(gè):燃?xì)鉁u輪(GT)、蒸汽渦輪(ST)、熱回收蒸汽發(fā)生器(B)、具有冷凝器(C)的水-蒸汽循環(huán)；以及具有二級(jí)流體(20)的二級(jí)回路(20)， 其中，所述第二回路(20)進(jìn)行下者: 通過(guò)所述第一熱交換器(12)而連接到所述第一一級(jí)回路(IOb)上，以便使得能夠在所述一級(jí)流體(10)和所述二級(jí)流體(20)之間進(jìn)行熱交換； 連接到所述吸收冷卻器(14)上，以便對(duì)所述吸收冷卻器(14)提供功率；以及連接到主熱交換器(23)上，以便在整個(gè)裝置負(fù)荷內(nèi)，在所述二級(jí)流體(20)和所述燃?xì)鉁u輪(GT)的入口空氣流㈧之間交換熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述二級(jí)回路(20a)中的多個(gè)調(diào)整器部件(34，36)，其用于在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)調(diào)整所述二級(jí)流體(20)的流動(dòng)；以及 控制模塊(38)，其連接到所述多個(gè)調(diào)整器部件(34，36)上，以控制所述二級(jí)回路(20a)中的所述二級(jí)流體(20)的流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率裝置，其特征在于，在高負(fù)荷下，將經(jīng)冷卻的二級(jí)流體(20)傳送通過(guò)第二調(diào)整部件(36)而避開(kāi)所述熱交換器(12)，并且在部分負(fù)荷下，將經(jīng)加熱的二級(jí)流體(20)傳送通過(guò)第一調(diào)整部件(34)而避開(kāi)所述熱交換器(16)，從而覆蓋整個(gè)裝置負(fù)荷范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)一級(jí)回路(10a，IOb,)各自進(jìn)一步包括管線(10A，10B)，并且所述功率裝置進(jìn)一步包括閥(13)，所述閥布置在所述管線(10A，10B)中的至少一個(gè)中，以根據(jù)所述功率裝置的運(yùn)行負(fù)荷來(lái)控制所述一級(jí)回路(10a，IOb)中的一級(jí)流體(10)的流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括給水加熱器(31)，其構(gòu)造成和布置成通過(guò)所述一級(jí)回路(10a, 10b, IOc)的所述一級(jí)流體(10)來(lái)加熱所述水-蒸汽循環(huán)的給水。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的功率裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括可動(dòng)閥(32)，其布置在至少一個(gè)一級(jí)回路(10a，10b，IOc)中，以便在整個(gè)裝置負(fù)荷范圍內(nèi)，將所述一級(jí)回路(10a, 10b, IOc)的所述一級(jí)流體(10)提供給給水加熱器(31)，以加熱給水。
【文檔編號(hào)】F02C6/00GK103485892SQ201310231806
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】R.卡羅尼, C.魯奇蒂, J.迪伊茨曼恩 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司