用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)包括位于渦輪出口下游的燃料熱交換器，并且該燃料熱交換器具有排氣入口、排氣出口、燃料入口和燃料出口。第一排氣氣室具有位于渦輪出口與熱交換器之間的第一排氣入口連接部和位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部。第二排氣氣室具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部和位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
【專利說明】用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪廣泛用于工業(yè)和商業(yè)運營中。典型的燃氣渦輪包括入口區(qū)段、壓縮機區(qū)段、燃燒區(qū)段、渦輪區(qū)段和排氣區(qū)段。入口區(qū)段清潔并調(diào)節(jié)工作流體(例如，空氣)并將工作流體供應(yīng)至壓縮機區(qū)段。壓縮機區(qū)段升高工作流體的壓力并將壓縮工作流體供應(yīng)至燃燒區(qū)段。燃燒區(qū)段將燃料與壓縮工作流體混合，并點燃該混合物以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。供應(yīng)至燃燒區(qū)段的燃料可以是液體燃料、氣態(tài)燃料或液體和氣態(tài)燃料的組合。燃燒氣體流至渦輪區(qū)段，在此它們膨脹而做功。例如，燃燒氣體在渦輪區(qū)段中的膨脹可使連接到發(fā)電機的軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力。
[0003]作為排氣離開渦輪區(qū)段的燃燒氣體通常具有可在排出至環(huán)境之前被提取以進一步提高燃氣渦輪的總效率的大量余熱。在聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中，排氣區(qū)段可包括熱回收蒸汽發(fā)生器或其它熱交換器，以從排氣提取另外的熱能，從而產(chǎn)生可繼而用于產(chǎn)生動力的蒸汽。此外，流經(jīng)排氣區(qū)段的排氣可轉(zhuǎn)向至燃料熱交換器以加熱供應(yīng)至燃燒區(qū)段的燃料，從而提高燃燒效率并減少不希望的氮氧化物(NOx)排放。
[0004]排氣的溫度可根據(jù)聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪的各種操作狀態(tài)而變化。例如，在燃氣渦輪的初始起動期間，排氣的溫度可能不會足夠高以將熱供應(yīng)至燃料熱交換器和熱回收蒸汽發(fā)生器兩者。備選地，在正常燃氣渦輪操作期間，熱回收蒸汽發(fā)生器可能需要隔離以免暴露于排氣，例如，以支持對熱回收蒸汽發(fā)生器進行安排或非計劃的維護或修理。因此，用于在寬范圍的操作狀態(tài)上使用排氣加熱燃料的系統(tǒng)和方法將是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的方面和優(yōu)點在以下說明中闡述，或可從說明變得顯而易見，或可通過實施本發(fā)明來獲知。
[0006]本發(fā)明的一個實施例是一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，該聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于渦輪出口下游的熱交換器。該系統(tǒng)包括位于渦輪出口下游的燃料熱交換器，并且該燃料熱交換器具有排氣入口、排氣出口、燃料入口和燃料出口。第一排氣氣室具有位于渦輪出口與熱交換器之間的第一排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部。第二排氣氣室具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
[0007]本發(fā)明的另一實施例是一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，該聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于渦輪出口下游的熱交換器。該系統(tǒng)包括位于渦輪出口下游的燃料熱交換器，并且該燃料熱交換器具有排氣入口和排氣出口。該系統(tǒng)還包括用于控制通往熱交換器的排氣流的裝置。第二排氣氣室具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。[0008]在又一實施例中，一種用于加熱燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)包括壓縮機、位于壓縮機下游的燃燒器、位于燃燒器下游的渦輪和位于渦輪下游的熱交換器。燃料熱交換器位于渦輪下游并具有排氣入口和排氣出口。第一排氣氣室具有位于渦輪與熱交換器之間的第一排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部。第二排氣氣室具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于渦輪出口下游的熱交換器，該系統(tǒng)包括:a.位于渦輪出口下游的燃料熱交換器，其中燃料熱交換器具有排氣入口、排氣出口、燃料入口和燃料出口 ；b.第一排氣氣室，其具有位于渦輪出口與熱交換器之間的第一排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部；以及c.第二排氣氣室，其具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
[0010]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制通過第一和第二排氣氣室的排氣流的裝置。
[0011]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制通往熱交換器的排氣流的裝置。
[0012]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括排氣再循環(huán)氣室，其具有位于排氣出口下游的再循環(huán)入口連接部、以及位于排氣入口上游的再循環(huán)出口連接部。
[0013]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制從排氣出口到排氣再循環(huán)氣室內(nèi)的再循環(huán)排氣流的裝置。
[0014]優(yōu)選地，第一排氣出口連接部、第二排氣出口連接部和再循環(huán)出口連接部在混合氣室處與混合氣室中的柵板相交。
[0015]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括第三排氣氣室，其提供排氣出口與熱交換器的至少一部分下游之間的流體連通。
[0016]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括燃料旁通氣室，其具有位于通向燃料熱交換器的燃料入口上游的燃料旁通入口、以及位于來自燃料熱交換器的燃料出口下游的燃料旁通出口。
[0017]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制進入燃料旁通氣室內(nèi)的旁通燃料流的裝置。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于渦輪出口下游的熱交換器，該系統(tǒng)包括:a.位于渦輪出口下游的燃料熱交換器，其中燃料熱交換器具有排氣入口和排氣出口 ；b.用于控制通往熱交換器的排氣流的裝置；以及c.第二排氣氣室，其具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
[0019]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括第一排氣氣室，其具有位于熱交換器上游的第一排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部。
[0020]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制通過第一和第二排氣氣室的排氣流的裝置。
[0021]優(yōu)選地，第一排氣出口連接部和第二排氣出口連接部在混合氣室處與混合氣室中的柵板相交。
[0022]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括排氣再循環(huán)氣室，其具有位于排氣出口下游的再循環(huán)入口連接部、以及位于排氣入口上游的再循環(huán)出口連接部。
[0023]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制從排氣出口到排氣再循環(huán)氣室內(nèi)的再循環(huán)排氣流的裝置。
[0024]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括第三排氣氣室，其提供排氣出口與熱交換器的至少一部分下游之間的流體連通。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于加熱燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，包括:a.壓縮機；b.位于壓縮機下游的燃燒器；c.位于燃燒器下游的渦輪；d.位于渦輪下游的熱交換器；e.位于渦輪下游的燃料熱交換器，其中燃料熱交換器具有排氣入口和排氣出口 ；f.第一排氣氣室，其具有位于渦輪與熱交換器之間的第一排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第一排氣出口連接部；以及g.第二排氣氣室，其具有位于熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
[0026]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制通過第一和第二排氣氣室的排氣流的裝置。
[0027]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于控制通往熱交換器的排氣流的裝置。
[0028]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括排氣再循環(huán)氣室，其具有位于排氣出口下游的再循環(huán)入口連接部、以及位于排氣入口上游的再循環(huán)出口連接部。
[0029]通過閱讀本說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地理解此類實施例的特征和方面及其它。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]在說明書的剩余部分中，包括對附圖的參考，更特定地闡述了本發(fā)明的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容，包括其對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的最佳模式，在附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在起動期間加熱燃料的系統(tǒng)的框圖；以及 圖2是在正常操作期間的圖1中所示的系統(tǒng)的框圖。
[0031]附圖標記:
10系統(tǒng)
12燃氣渦輪 14入口區(qū)段 16工作流體 18壓縮機 20壓縮工作流體 22燃燒器 24燃料 26燃燒氣體 28渦輪 30軸 32發(fā)電機 34排氣 36渦輪出口 38排氣器 40再生熱交換器 42高壓蒸汽發(fā)生器44中壓蒸汽發(fā)生器46低壓蒸汽發(fā)生器50燃料熱交換器52排氣入口54排氣出口56燃料入口58燃料出口60鼓風機62燃料供應(yīng)系統(tǒng)70第一排氣氣室72第一排氣入口連接部74第一排氣出口連接部80第二排氣氣室82第二排氣入口連接部84第二排氣出口連接部90第三排氣氣室92第三排氣入口連接部94第三排氣出口連接部96排氣流98供應(yīng)閥100排氣再循環(huán)氣室102再循環(huán)入口連接部104再循環(huán)出口連接部106再循環(huán)排氣流108混合氣室110再循環(huán)節(jié)流閥112回流閥114 柵板(baffle)
116 擋板(damper)
120燃料旁通氣室122燃料旁通入口124燃料旁通出口126旁通燃料流128 三向閥130溫度傳感器132沃泊指數(shù)傳感器134信號136控制器138控制信號?！揪唧w實施方式】
[0032]現(xiàn)在將詳細提及本發(fā)明的實施例，其一個或多個示例在附圖中示出。詳細描述使用數(shù)字和字母標號來指代附圖中的特征。已在附圖和描述中使用同樣或類似的標號來指代本發(fā)明的同樣或類似的部分。如文中所用，用語“第一”、“第二”和“第三”可互換地用來區(qū)分一個構(gòu)件與另一構(gòu)件，且并未意在表示各個構(gòu)件的位置或重要性。此外，用語“上游”和“下游”指的是構(gòu)件在流體路徑中的相對位置。例如，如果流體從構(gòu)件A流向構(gòu)件B，則構(gòu)件A在構(gòu)件B的上游。相反，如果構(gòu)件B從構(gòu)件A接收流體流，則構(gòu)件B在構(gòu)件A的下游。
[0033]以本發(fā)明的說明而非本發(fā)明的限制的方式來提供每個示例。事實上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可在本發(fā)明中做出修改和變型而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個實施例的一部分所示出或描述的特征可用于另一實施例上以產(chǎn)生再一實施例。因此，本發(fā)明意圖覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的此類修改和變型。
[0034]本發(fā)明的各種實施例包括用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)和方法。該聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪大體包括帶有渦輪出口的燃氣渦輪和位于渦輪出口下游的熱交換器。該系統(tǒng)和方法大體包括位于渦輪出口下游的燃料熱交換器以及將排氣供應(yīng)至燃料熱交換器的連接在熱交換器的上游和/或下游的一個或多個排氣氣室。在特定實施例中，該系統(tǒng)和方法還可包括排氣再循環(huán)氣室、混合氣室和/或用于控制排氣經(jīng)排氣氣室和/或經(jīng)排氣再循環(huán)氣室流至熱交換器的裝置。盡管本發(fā)明的特定實施例可大體在燃氣渦輪的上下文中描述和示出，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本文的教導將容易地理解的是，本發(fā)明的實施例可與其它渦輪機聯(lián)用，并且本發(fā)明并不限于燃氣渦輪，除非在權(quán)利要求中具體敘述。
[0035]圖1和圖2提供了在不同操作模式期間根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪12中的燃料的系統(tǒng)10的功能框圖。如圖所示，燃氣渦輪12大體包括入口區(qū)段14，其可包括一系列過濾器、冷卻盤管、水分分離器和/或其它裝置，以凈化和以其它方式調(diào)節(jié)進入燃氣渦輪12的工作流體(例如，空氣)16。工作流體16流至壓縮機18，并且壓縮機18將動能逐漸賦予工作流體16以產(chǎn)生處于高能狀態(tài)的壓縮工作流體20。壓縮工作流體20流至一個或多個燃燒器22，在此，它在燃燒以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體26之前與燃料24混合。燃燒氣體26流經(jīng)渦輪28而做功。例如，軸30可將渦輪28連接到壓縮機18，使得渦輪28的操作驅(qū)動壓縮機18產(chǎn)生壓縮工作流體20。備選地或另外，軸30可將渦輪28連接到發(fā)電機32以產(chǎn)生電力。
[0036]來自渦輪28的排氣34流經(jīng)渦輪出口 36，該渦輪出口 36可將渦輪28連接到位于渦輪28下游的一個或多個排氣器38。排氣器38可包括例如位于渦輪出口 36下游的熱回收蒸汽發(fā)生器或其它熱交換器40，以用于在釋放至環(huán)境之前從排氣34提取另外的熱。如圖1和圖2中所示，熱交換器40可包括串聯(lián)或分級布置的多個蒸汽發(fā)生器，以從排氣34逐漸提取熱。例如，熱交換器40可包括高壓蒸汽發(fā)生器42，接著是中壓蒸汽發(fā)生器44和低壓蒸汽發(fā)生器46。高壓蒸汽發(fā)生器42可有規(guī)律地暴露于1，100華氏度或更高的排氣34溫度，而流過低壓蒸汽發(fā)生器46的排氣34可能已冷卻至480華氏度或更低。
[0037]供應(yīng)至燃燒器22的燃料24可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的任何可用燃料。可能的燃料24可包括例如高爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、甲烷、氣化的液化天然氣(LNG)、氫氣、合成氣、丁烷、丙烷、烯烴、柴油、石油餾分和它們的組合。一般而言，在燃燒前加熱液體燃料增強了與壓縮工作流體20的混合并允許較稀薄燃料-空氣混合物的更完全燃燒。[0038]如圖1和圖2中所示，系統(tǒng)10可包括位于渦輪出口 36下游的燃料熱交換器50，其接收從渦輪出口 36流出的排氣34的至少一部分以在燃燒前將來自排氣的熱傳遞至燃料24。燃料熱交換器50大體包括排氣入口 52、排氣出口 54、燃料入口 56和燃料出口 58。系統(tǒng)10中的鼓風機60可擴大排氣34跨燃料熱交換器50的壓差，使得排氣34可從排氣入口52經(jīng)燃料熱交換器50流至排氣出口 54。在特定實施例中，鼓風機60可具有可變的速度，以調(diào)節(jié)排氣34跨燃料熱交換器50的流率和/或壓差。來自燃料供應(yīng)系統(tǒng)62的燃料24可類似地從燃料入口 56經(jīng)燃料熱交換器50流至燃料出口 58。這樣，燃料熱交換器50可將來自排氣34的余熱傳遞至燃料24，以將燃料24加熱至期望溫度。
[0039]系統(tǒng)10還包括一個或多個排氣氣室，其在渦輪出口 36下游的各個點連接，以使排氣34的一部分轉(zhuǎn)向通過燃料熱交換器50并回到排氣器38。例如，系統(tǒng)10可包括第一排氣氣室70，其具有在渦輪出口 36與熱交換器40之間的第一排氣入口連接部72和位于排氣入口 52上游的第一排氣出口連接部74。系統(tǒng)10還可包括第二排氣氣室80，其具有位于熱交換器40的至少一部分下游的第二排氣入口連接部82和位于排氣入口 52上游的第二排氣出口連接部84。最后，系統(tǒng)10可包括第三排氣氣室90，其具有位于排氣出口 54下游的第三排氣入口連接部92和位于熱交換器40的至少一部分下游的第三排氣出口連接部94，以提供在排氣出口 54與排氣器38之間的流體連通。
[0040]系統(tǒng)10還可包括用于控制通過第一氣室70和第二氣室80的排氣流96的各種裝置。裝置的功能是控制或調(diào)整經(jīng)第一氣室70和/或第二氣室80轉(zhuǎn)向至燃料熱交換器50的排氣96的量。與執(zhí)行該功能相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)可包括本領(lǐng)域中已知用于交替地容許或防止流體流動的一個或多個球形閥、閘閥、蝶閥、球閥、擋板或其它可變孔口的任意組合。例如，在圖1和圖2所示的特定實施例中，用于控制通過第一氣室70和第二氣室80的排氣流96的結(jié)構(gòu)可以是位于每個氣室70、80中的供應(yīng)閥98，以控制或調(diào)整從排氣器38轉(zhuǎn)向的排氣96的量。在其它特定實施例中，供應(yīng)閥98可在功能上組合成三向閥，其帶有來自每個氣室70,80的分開輸入和通向燃料熱交換器50的單個輸出。該三向閥可包括本領(lǐng)域中已知用于將來自兩個流動路徑的流體流組合為一個流動路徑的球形閥、閘閥、蝶閥、球閥、擋板或其它可變孔口的組合。
[0041]進入燃料熱交換器50的燃料24的溫度可高于、低于或等于環(huán)境溫度。相比之下，流經(jīng)第二排氣氣室80的排氣96的溫度可超過480華氏度，并且流經(jīng)第一排氣氣室70的排氣96的溫度可為1，100華氏度或更高。排氣96與燃料24之間的該大溫差可在燃料熱交換器50中形成不希望的熱應(yīng)力。如圖1和圖2中所示，系統(tǒng)10可包括呈排氣再循環(huán)氣室100形式的調(diào)溫器，以降低進入排氣入口 52的排氣96的溫度。排氣再循環(huán)氣室100可包括位于排氣出口 54下游的再循環(huán)入口連接部102和位于排氣入口 52上游的再循環(huán)出口連接部104。具體而言，再循環(huán)入口連接部102可與位于第三排氣出口連接部94上游的第三排氣氣室90相交，并且再循環(huán)出口連接部104可在排氣入口 52與第一和/或第二排氣入口連接部72、82之間與第一和/或第二排氣氣室70、80相交。
[0042]如圖1和圖2中所示，系統(tǒng)10還可包括用于控制在再循環(huán)出口連接部104從排氣出口 54到排氣再循環(huán)氣室100和混合氣室108內(nèi)的再循環(huán)排氣流106的裝置。用于控制從排氣出口 54到排氣再循環(huán)氣室100內(nèi)的再循環(huán)排氣流106的裝置的功能是控制或調(diào)整從排氣出口 54流來并進入排氣再循環(huán)氣室100的排氣流96的量。與執(zhí)行該功能相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)可包括用于調(diào)整系統(tǒng)中的流體流的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的一個或多個控制閥、節(jié)流閥、擋板和/或傳感器的任意組合。例如，在圖1和圖2所示的特定實施例中，用于執(zhí)行該功能的結(jié)構(gòu)是排氣再循環(huán)氣室100中的節(jié)流閥110。節(jié)流閥110可以是本領(lǐng)域中已知用于控制流體流的球形閥、閘閥、蝶閥、球閥、擋板或其它可變孔口。備選地或另外，第三排氣氣室90中的回流閥112可協(xié)助控制或調(diào)整通過排氣再循環(huán)氣室100的再循環(huán)排氣流106的量。在又一些實施例中，節(jié)流閥110和回流閥112可在功能上組合成三向閥，其帶有來自排氣出口 54的單個輸入和進入排氣再循環(huán)氣室100或第三排氣出口連接部94中的分開輸出。該三向閥可包括本領(lǐng)域中已知用于將來自一個流動路徑的流體流分割或分配到兩個流動路徑中的球形閥、閘閥、蝶閥、球閥、擋板或其它可變孔口的組合。
[0043]混合氣室108可以是腔室、罐或者在其中和/或在混合氣室108下游帶有一個或多個柵板114的其它合適容積，以增強流經(jīng)第一和/或第二排氣氣室70、80的相對較熱排氣96與流經(jīng)排氣再循環(huán)氣室100的相對較冷再循環(huán)排氣流106之間的混合。這樣，排氣再循環(huán)氣室100和/或混合氣室108的組合可在排氣96到達燃料熱交換器50的排氣入口 52之前對排氣96進行調(diào)溫，以減小跨燃料熱交換器50的熱應(yīng)力。此外，排氣再循環(huán)氣室100和/或混合氣室108還可將排氣96溫度保持在與氣態(tài)燃料相關(guān)聯(lián)的自動點燃溫度以下且在與液體燃料相關(guān)聯(lián)的焦化溫度以下。
[0044]在特定實施例中，系統(tǒng)10還可包括用于控制排氣34流至熱交換器40的裝置，以支持燃氣渦輪12的不同操作狀態(tài)。用于控制排氣34流至熱交換器40的裝置的功能是交替地防止或容許或在一些情形中調(diào)整跨熱交換器40的排氣34流。與執(zhí)行該功能相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)可包括用于調(diào)整系統(tǒng)中的流體流的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的一個或多個控制閥、節(jié)流閥、擋板和/或傳感器的任意組合。例如，在圖1和圖2所示的特定實施例中，用于執(zhí)行該功能的結(jié)構(gòu)是排氣器38中的擋板116。擋板116可在熱交換器40的上游或下游定位在排氣器38中，以根據(jù)燃氣渦輪12的特定操作模式而防止或容許排氣34流過熱交換器40。如圖1中所不，例如，擋板116可定位在第一位置，以防止排氣34流過熱交換器40。該第一位置可例如在對熱交換器40進行維護或修理期間或者在燃氣渦輪12的起動期間當排氣34溫度不夠高以支持熱交換器40操作時使用。如圖2中所示，擋板116可定位在第二位置，以容許排氣34流過熱交換器40，從而從排氣34提取另外的熱并提高聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪12的總效率。
[0045]參照圖1和2的左下側(cè)，燃料24從燃料供應(yīng)系統(tǒng)62流經(jīng)燃料熱交換器50的燃料入口 56和燃料出口 58，以從流經(jīng)燃料熱交換器50的排氣96提取余熱。燃料24的類型、對于氣體燃料而言其相關(guān)的沃泊指數(shù)和/或?qū)τ谝后w燃料而言其粘度是可用于為燃料24確定期望溫度以增強燃燒的因素。如圖1和圖2中所示，燃料旁通氣室120允許燃料24的一部分繞開燃料熱交換器50以實現(xiàn)燃料24的期望溫度。燃料旁通氣室120可包括位于通向燃料熱交換器50的燃料入口 56上游的燃料旁通入口 122、以及位于來自燃料熱交換器50的燃料出口 58下游的燃料旁通出口 124。
[0046]系統(tǒng)10還可包括用于控制進入燃料旁通氣室120中的旁通燃料流126的裝置。該裝置的功能是控制或調(diào)整進入燃料旁通氣室120的旁通燃料流126的量。用于控制進入燃料旁通氣室120中的旁通燃料流126的結(jié)構(gòu)可包括用于調(diào)整系統(tǒng)中的流體流的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的一個或多個控制閥、節(jié)流閥和/或傳感器的任意組合。例如，在圖1和圖2所示的特定實施例中，用于控制進入燃料旁通氣室120中的旁通燃料流126的結(jié)構(gòu)是燃料旁通入口 122處的三向閥128。該三向閥128可包括本領(lǐng)域中已知用于將來自一個流動路徑的流體流分割或分配到兩個流動路徑中的球形閥、閘閥、蝶閥、球閥或其它可變孔口的組合。在備選實施例中，用于控制進入燃料旁通氣室120中的旁通燃料流126的結(jié)構(gòu)可包括位于燃料旁通氣室120中、燃料入口 56上游和/或燃料出口 58下游的分開節(jié)流閥。
[0047]可手動或遠程地操作各種供應(yīng)閥98、再循環(huán)節(jié)流閥110、回流閥112、三向閥128和/或鼓風機60速度。例如，一個或多個溫度傳感器130、沃泊指數(shù)計132、熱量計、粘度計和/或其它傳感器可提供反映系統(tǒng)10中各個位置處的排氣96溫度和燃料24特性的信號134。控制器136可接收信號134并產(chǎn)生一個或多個控制信號138，以遠程控制各種排氣閥98、110、128、三向閥128的位置和/或鼓風機60速度，從而為燃料24實現(xiàn)期望的溫度和/或沃泊指數(shù)?？刂破?36的技術(shù)效果是，將反映排氣96溫度和燃料24特性的信號134與預定條件(例如，燃料溫度、排氣流量等)進行比較并產(chǎn)生控制信號138以用于操作各種閥98、110、112、128和鼓風機60速度。如文中所用，控制器136可包括微處理器、電路或其它編程邏輯電路的任意組合，且不局限于任何特定硬件架構(gòu)或構(gòu)型。本文中闡述的系統(tǒng)和方法的實施例可通過適于以任何適當方式提供期望功能的一個或多個通用或定制的控制器136來實施?？刂破?36可適于提供與本主題互補或與不相關(guān)的附加功能。例如，一個或多個控制器136可適于通過存取以計算機可讀形式表現(xiàn)的軟件指令而提供所述的功能。當使用軟件時，可使用任何適當?shù)某绦颉⒛_本或其它類型的語言或語言的組合來實施本文包含的教導。然而，不需要排他地使用軟件，或根本不需要使用軟件。例如，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要另外詳細論述的情況下將會理解的，本文中闡述和公開的系統(tǒng)和方法的一些實施例也可通過硬連線邏輯或其它電路實施，包括但不限于專用電路。當然，計算機執(zhí)行的軟件和硬連線邏輯或其它電路的各種組合也可以是合適的。
[0048]圖1和圖2中所示的實施例還可提供一種用于加熱燃燒器燃料24的方法，該方法通過從排氣34回收余熱而提高效率。該方法可包括例如使排氣34流經(jīng)渦輪出口 36或排氣器38并使排氣96的至少一部分轉(zhuǎn)向通過第一和/或第二排氣氣室70、80到渦輪出口 36下游的燃料熱交換器50。在特定實施例中，該方法還可包括控制通過第一和第二排氣氣室70、80的排氣流96和/或控制通往熱交換器40的排氣流34。
[0049]該方法還可包括使排氣96的一部分流經(jīng)排氣再循環(huán)氣室100以及控制或調(diào)整進入排氣再循環(huán)氣室100內(nèi)的再循環(huán)排氣流106以對到達燃料熱交換器50的排氣96進行調(diào)溫。備選地或另外，該方法可包括使排氣96在再循環(huán)出口連接部104處與混合氣室108中的再循環(huán)排氣流106混合。此外，該方法可包括使燃料126的一部分旁通通過燃料旁通氣室120和圍繞熱交換器50。
[0050]該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所并入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例包括與權(quán)利要求的文字語言沒有差別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)性差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認為此類其它示例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，所述聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于所述渦輪出口下游的熱交換器，所述系統(tǒng)包括: a.位于所述渦輪出口下游的燃料熱交換器，其中所述燃料熱交換器具有排氣入口、排氣出口、燃料入口和燃料出口 ； b.第一排氣氣室，其具有位于所述渦輪出口與所述熱交換器之間的第一排氣入口連接部、以及位于所述排氣入口上游的第一排氣出口連接部；以及 c.第二排氣氣室，其具有位于所述熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于所述排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于控制通過所述第一和第二排氣氣室的排氣流的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于控制通往所述熱交換器的排氣流的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括排氣再循環(huán)氣室，其具有位于所述排氣出口下游的再循環(huán)入口連接部、以及位于所述排氣入口上游的再循環(huán)出口連接部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于控制從所述排氣出口到所述排氣再循環(huán)氣室內(nèi)的再循環(huán)排氣流的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一排氣出口連接部、所述第二排氣出口連接部和所述再循環(huán)出口連接部在混合氣室處與所述混合氣室中的柵板相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三排氣氣室，其提供所述排氣出口與所述熱交換器的至少一部分下游之間的流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括燃料旁通氣室，其具有位于通向所述燃料熱交換器的所述燃料入口上游的燃料旁通入口、以及位于來自所述燃料熱交換器的所述燃料出口下游的燃料旁通出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于控制進入所述燃料旁通氣室內(nèi)的旁通燃料流的裝置。
10.一種用于加熱聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪中的燃料的系統(tǒng)，所述聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪具有渦輪出口和位于所述渦輪出口下游的熱交換器，所述系統(tǒng)包括: a.位于所述渦輪出口下游的燃料熱交換器，其中所述燃料熱交換器具有排氣入口和排氣出口 ； b.用于控制通往所述熱交換器的排氣流的裝置；以及 c.第二排氣氣室，其具有位于所述熱交換器的至少一部分下游的第二排氣入口連接部、以及位于所述排氣入口上游的第二排氣出口連接部。
【文檔編號】F02C7/224GK103726932SQ201310480751
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月15日
【發(fā)明者】D.W.小鮑爾, K.F.倫多, D.M.埃里克森, D.F.蘭克呂爾, 唐永明 申請人:通用電氣公司