使用熱能儲(chǔ)存的燃料氣體加熱系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種使用熱能儲(chǔ)存的燃料氣體加熱系統(tǒng)，所述熱能儲(chǔ)存包括從底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)提取的熱能，所述熱能儲(chǔ)存用于對(duì)供應(yīng)到在頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料氣體進(jìn)行加熱。此外，所述底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的工作流體的提取部分可與所述熱能儲(chǔ)存一起用于對(duì)燃料氣體加熱。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型總體上涉及一種燃料氣體加熱系統(tǒng)，確切地說(shuō)，涉及利用熱能儲(chǔ)存單 元加熱供應(yīng)到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料氣體。 使用熱能儲(chǔ)存的燃料氣體加熱系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)行期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料氣體和空氣的混合物以產(chǎn)生高溫燃燒氣體， 所述高溫燃燒氣體驅(qū)動(dòng)一級(jí)或多級(jí)渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)可以用于驅(qū)動(dòng)諸如發(fā)電機(jī)等 負(fù)載。通常，當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，燃料氣體和空氣直接在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒 室內(nèi)混合。最終，隨著負(fù)載產(chǎn)能提升，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)將以預(yù)混合產(chǎn)生模式運(yùn)行，其中燃料 氣體和空氣在燃燒室的上游混合。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的初始啟動(dòng)期間內(nèi)，有害物質(zhì)排放，例 如單氮氧化物（N0 X)通常十分高，并且將在啟動(dòng)預(yù)混合模式之后顯著改善。因此，燃?xì)鉁u輪 發(fā)動(dòng)機(jī)需要快速進(jìn)入在預(yù)混合燃燒模式下運(yùn)行的負(fù)載水平，以達(dá)到符合相關(guān)規(guī)章的N0 X排 放水平。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)越快進(jìn)入所謂的"符合排放限制的"負(fù)載水平，有害物質(zhì)的排放總 量就越少。
[0003] 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝載速率通常取決于燃燒室的穩(wěn)定運(yùn)行。燃燒室的穩(wěn)定運(yùn)行主 要受燃料氣體溫度的控制。具體來(lái)說(shuō)，在啟動(dòng)期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)將在多個(gè)燃燒模式之間 循環(huán)，然后才啟動(dòng)預(yù)混合燃燒模式。這些燃燒模式包括預(yù)混合燃燒模式，每個(gè)燃燒模式需要 燃燒室入口處達(dá)到特定的最低燃料氣體溫度，然后才能進(jìn)入到下一模式。
[0004] 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間通常會(huì)使用燃料氣體加熱系統(tǒng)，以便更快速地滿足在 低排放運(yùn)行負(fù)載下運(yùn)行所需的燃料氣體溫度要求。一個(gè)燃料氣體加熱系統(tǒng)的實(shí)例包括使用 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)所屬發(fā)電廠中所用的其他部件內(nèi)產(chǎn)生的熱水來(lái)加熱燃料氣體。此類(lèi)燃料氣 體加熱系統(tǒng)的使用受限于這些發(fā)電廠部件即時(shí)并有效產(chǎn)生熱水的能力。例如，在發(fā)電廠在 長(zhǎng)期關(guān)機(jī)之后的啟動(dòng)期間內(nèi)，這些發(fā)電廠部件可能需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)際上提供滿足 燃料氣體加熱所需溫度的熱水，從而達(dá)到所需的溫度水平。在此實(shí)例中，在所述部件充分預(yù) 熱以使熱水溫度能夠提供充分燃料氣體加熱期間，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)只能處于部分負(fù)載 條件下的空轉(zhuǎn)狀態(tài)。其他燃料氣體加熱系統(tǒng)的實(shí)例包括使用諸如電熱或輔助鍋爐等輔助系 統(tǒng)來(lái)加熱燃料氣體。部署這些類(lèi)型的燃料氣體加熱系統(tǒng)的成本通常十分高昂。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 在本實(shí)用新型的一方面中，提供了一種系統(tǒng)。在本實(shí)用新型的此方面中，所述系統(tǒng) 包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和蒸汽發(fā)生源，所述蒸汽發(fā)生源配置成回收所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的排出能 量、并產(chǎn)生工作流體供應(yīng)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括儲(chǔ)熱單元，所述儲(chǔ)熱單元具有：冷罐，所述冷 罐容納處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)；以及熱罐，所述熱罐容納處于受熱狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)。 燃料氣體源配置成將燃料氣體供應(yīng)到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。第一燃料氣體加熱器配置成加 熱從所述燃料氣體源供應(yīng)的所述燃料氣體。第二燃料氣體加熱器配置成輔助所述第一燃料 氣體加熱器加熱從所述燃料氣體源供應(yīng)的所述燃料氣體。具體來(lái)說(shuō)，所述第一燃料氣體加 熱器和所述第二燃料氣體加熱器使用在所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的工作流體的提取部分、以 及儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱單元的所述熱罐中的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)來(lái)將所述燃料氣體加熱到預(yù)定 的燃料氣體溫度水平。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的發(fā)電廠的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料氣體 加熱系統(tǒng)；
[0007] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的發(fā)電廠的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料氣體 加熱系統(tǒng)；
[0008] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的發(fā)電廠的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料氣體 加熱系統(tǒng)；以及
[0009] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的發(fā)電廠的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料氣體 加熱系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例涉及利用儲(chǔ)熱單元來(lái)加熱燃料氣體以用于發(fā)電廠中，例 如，具有聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，所述發(fā)電廠具有隨頂層熱力循環(huán)運(yùn)行的頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)以 及隨底層熱力循環(huán)運(yùn)行的底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。儲(chǔ)熱單元可以包括儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，所述儲(chǔ) 熱工作介質(zhì)可以包括從所述底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)提取的熱能。所述熱能可以?xún)?chǔ)存在介質(zhì) 中，例如無(wú)機(jī)鹽(例如，熔鹽)、熱油、加壓水等。所述儲(chǔ)熱單元可以包括：冷罐，所述冷罐容納 處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)；以及熱罐，所述熱罐容納處于受熱狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)。除了利 用所述儲(chǔ)熱單元之外，本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例可以利用在諸如蒸汽發(fā)生源(例如，熱回收 蒸汽發(fā)生（HRSG)單元)等底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的工作流體的提取部分來(lái)加熱燃料氣 體。
[0011] 本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的燃料氣體加熱系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括第一燃料氣體加熱 器，所述第一燃料氣體加熱器可以加熱從燃料氣體源供應(yīng)到與所述頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)相 關(guān)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料氣體。此外，第二燃料氣體加熱器可以用于輔助所述第一燃料 氣體加熱器加熱從所述燃料氣體源供應(yīng)到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料氣體。具體來(lái)說(shuō)，所 述第二燃料氣體加熱器可以利用從儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱單元的所述熱罐中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)中 的熱能，來(lái)促使通過(guò)所述第一燃料氣體加熱器和所述第二燃料氣體加熱器將所述燃料氣體 加熱到預(yù)定燃料氣體溫度。在本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例中，所述第一燃料氣體加熱器和第 二燃料氣體加熱器可以在使用在所述底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的工作流體的提取部分 的同時(shí)，結(jié)合使用所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)以提供多種燃料氣體加熱配置，如下詳述。
[0012] 相對(duì)于已用于加熱燃料氣體的已知方法而言，這些配置能夠更快速地加熱燃料氣 體。通過(guò)更快速地加熱燃料氣體，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)將在啟動(dòng)序列中更早在預(yù)混合燃燒模式 下運(yùn)行。這意味著，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更快達(dá)到更高的"符合排放限制的"負(fù)載水平， 因?yàn)槿剂蠚怏w和空氣在燃燒室上游混合時(shí)的N0 X排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)更少，而與之相對(duì)地，在啟動(dòng)期間 內(nèi)直接在燃燒器中混合，其中N0X排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高。因此，本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例在燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間具有特定的效用。
[0013] 本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在啟動(dòng)序列中更早達(dá)到在預(yù)混 合燃燒模式下運(yùn)行所必需的預(yù)定燃料氣體要求，無(wú)論是"冷"啟動(dòng)還是"熱"啟動(dòng)。這使得 發(fā)電廠操作員能夠減少燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的排放，這通常為典型發(fā)電廠的整體減排 做出了顯著貢獻(xiàn)。這些技術(shù)效應(yīng)說(shuō)明了與本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例相關(guān)的一些方面，并且并 不用于限制本實(shí)用新型。下文將更詳細(xì)地描述與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的這些技術(shù)效應(yīng)和 其他效應(yīng)。
[0014] 現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，圖1是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的發(fā)電廠100的示意圖，所述發(fā) 電廠具有燃料氣體加熱系統(tǒng)102。圖1所示的發(fā)電廠100是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，所述聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電廠包括：隨頂層熱動(dòng)力循環(huán)（topping thermodynamic cycle)運(yùn)行的頂層循環(huán)熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)104,所述頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)配置成產(chǎn)生電能；以及隨底層熱動(dòng)力循環(huán)運(yùn)行的底層 循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106,所述底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)配置成產(chǎn)生額外的電能。盡管以下說(shuō)明與聯(lián) 合循環(huán)發(fā)電廠相關(guān)，但是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例可以 適用于使用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的任何類(lèi)型的發(fā)電廠，例如，簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電廠。
[0015] 如圖1所示，頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)104包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)108,所述燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)部分（C) 103、燃燒室部分（CC) 105和燃?xì)鉁u輪機(jī)部分（GT) 107。所屬領(lǐng)域 中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)108僅為可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng) 機(jī)配置的一個(gè)實(shí)例，并不限制本說(shuō)明書(shū)中所述的本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例。本說(shuō)明書(shū)中所述 的頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)104通常是指燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)108,所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括作為 主要部件的壓縮機(jī)部分103、燃燒室部分105和燃?xì)鉁u輪機(jī)部分107,但是，圖1中未圖示 的頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部件可以包括氣體燃料導(dǎo)軌和流量控制閥、可變致動(dòng)入口導(dǎo) 葉、排氣擴(kuò)散器、具有冷卻系統(tǒng)的壓縮機(jī)入口外殼等。
[0016] 底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106是指圖1中與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)108不相關(guān)的所有部件， 但排除儲(chǔ)熱單元110、發(fā)電機(jī)152、燃料氣體加熱器112和冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114,這些 部件是燃料氣體加熱系統(tǒng)102的一部分。也就是說(shuō)，底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106可以包括： HRSG116及其所有部件，其中的一些部件將在下文詳述；蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118 ;冷凝器120 ; 冷凝泵122 ;鍋爐給水器泵124,所述鍋爐給水器泵將水供應(yīng)從低壓蒸發(fā)器連接到HRSG116 的較高壓部分；多個(gè)閥126,所述閥控制工作流體的流動(dòng)；以及管系(例如，導(dǎo)管)，所述管系 向并且從HRSG116輸送流體。此外，底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106可以包括未特別圖示的其他 部件，例如發(fā)電廠100與相關(guān)輔助設(shè)備的平衡。
[0017] 繼續(xù)描述底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106, HRSG116使用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)108的燃?xì)鉁u輪 機(jī)部分107的排出能量來(lái)產(chǎn)生工作流體源，所述工作流體源通過(guò)管系和閥126供應(yīng)到蒸汽 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118。具體來(lái)說(shuō)，HRSG116提供蒸汽以驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的渦輪機(jī)部分。 HRSG116僅為可用于產(chǎn)生水/蒸汽的工作流體的蒸汽發(fā)生源的一個(gè)實(shí)例，所述工作流體將 在蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118中膨脹，并且所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，存在包括HRSG的其 他蒸汽發(fā)生源，所述蒸汽發(fā)生源在兩個(gè)或更多個(gè)壓力級(jí)下產(chǎn)生蒸汽，并且具有或不具有再 加熱過(guò)熱器部分。
[0018] 如圖1所示。HRSG116是多壓力部分HRSG，其包括高壓部分128、中壓部分130和 低壓部分132。高壓部分128包括高壓（HP)蒸發(fā)器134、HP節(jié)約器136和HP過(guò)熱器138。 中壓部分130包括中壓（IP)蒸發(fā)器142、IP節(jié)約器144和IP過(guò)熱器146以及中壓再加熱 器140。低壓部分132包括包括低壓（LP)蒸發(fā)器148、LP節(jié)約器149和IP過(guò)熱器150。所 屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這僅為可用于燃料加熱系統(tǒng)102的HRSG的一個(gè)實(shí)例，并不 用于限制本說(shuō)明書(shū)中所述的多個(gè)實(shí)施例的范圍。具有多壓力部分和多個(gè)熱交換器的其他 HRSG配置也適用于本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例。此外，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，HP 部分128、IP部分130和LP部分132中所示的過(guò)熱器的數(shù)量可以多于或少于圖1所示的過(guò) 熱器。類(lèi)似地，IP部分130所具有的再加熱器140可以多于或少于圖1所示的過(guò)熱器。此 夕卜，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，為便于清楚說(shuō)明，圖1中示出的HRSG116具有說(shuō)明本 實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的部件，但是還存在除圖1所示部件以外的其他部件。
[0019] 在圖1中，蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118包括HP渦輪機(jī)部分119、LP渦輪機(jī)部分121和IP 渦輪機(jī)部分123,所述IP渦輪機(jī)部分位于所述HP渦輪機(jī)部分與所述LP渦輪機(jī)部分之間。 公共軸125連接HP渦輪機(jī)部分119、LP渦輪機(jī)部分121和IP渦輪機(jī)部分123以驅(qū)動(dòng)發(fā)電 機(jī)152,所述發(fā)電機(jī)也連接到所述軸。盡管HP渦輪機(jī)部分119、LP渦輪機(jī)部分121和IP渦 輪機(jī)部分123在圖1中圖示為彼此連接并且通過(guò)軸125連接到發(fā)電機(jī)152,但是所屬領(lǐng)域中 的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以使用其他連接和軸線布置。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所示，LP渦輪機(jī)部分121可以包括兩個(gè)LP渦輪機(jī)部分， 每個(gè)LP渦輪機(jī)部分具有蒸汽導(dǎo)管127,所述蒸汽導(dǎo)管將從LP渦輪機(jī)部分121排出的蒸汽 供應(yīng)到冷凝器120,所述冷凝器可以冷凝從LP渦輪機(jī)部分排出的蒸汽、并且通過(guò)冷凝泵122 將冷凝物再循環(huán)回HRSG116。所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，LP渦輪機(jī)部分可以配置于 其他實(shí)施方案中，并不用于限制本說(shuō)明書(shū)中所述的本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的范圍。例如，LP 渦輪機(jī)部分可以包括單流LP部分、一個(gè)雙流LP部分、兩個(gè)或更多個(gè)雙流LP部分、以及單流 和雙流LP部分的任意組合。
[0021] 所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，圖示為位于發(fā)電廠100中的蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī) 118僅為可以實(shí)施本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的蒸汽渦輪機(jī)配置的一個(gè)實(shí)例，并不用于限制本 實(shí)用新型。
[0022] 此外，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，發(fā)電廠100中的頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)104 和底層循環(huán)熱力發(fā)電機(jī)106可以具有除圖1所示部件以外的其他部件。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)108和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118可以具有用于控制渦輪機(jī)運(yùn)行(例如，速度和負(fù)載）的控制 器。除了控制渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和負(fù)載之外，控制器可以執(zhí)行其他功能。例如，蒸汽渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)118的控制器可以通過(guò)蒸汽閥126調(diào)整來(lái)自HP渦輪機(jī)部分119、IP渦輪機(jī)部分123和 LP渦輪機(jī)部分121的蒸汽供應(yīng)。
[0023] 頂層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)104和底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106可以下列方式運(yùn)行。排氣從 燃?xì)鉁u輪機(jī)部分107通過(guò)排氣導(dǎo)管154供應(yīng)到HRSG116。此外，工作流體從LP蒸發(fā)器148 通過(guò)用于預(yù)熱的鍋爐給水泵124供應(yīng)到IP節(jié)約器144和HP節(jié)約器136中。盡管圖示了兩 個(gè)鍋爐給水泵124來(lái)將工作流體從鍋爐供應(yīng)到IP節(jié)約器144和HP節(jié)約器136中，但是所 屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)了解，可以使用執(zhí)行相同功能的其他配置。例如，所述兩個(gè)鍋爐給水 泵可以并入一個(gè)給水泵中，所述給水泵中包括兩個(gè)抽取點(diǎn)，每個(gè)抽取點(diǎn)將工作流體供應(yīng)到 IP節(jié)約器144和HP節(jié)約器136中的一個(gè)。
[0024] IP節(jié)約器144和HP節(jié)約器136在相應(yīng)的壓力設(shè)置下預(yù)熱工作流體之后，流體分別 供應(yīng)到IP蒸發(fā)器142和HP蒸發(fā)器134,并在視為高壓(例如，從約1500PSI至約2400PSI) 和中壓(例如，從約300PSI至約550PSI)的壓力下蒸發(fā)或氣化成蒸汽。在HP過(guò)熱器138中 將來(lái)自HP蒸發(fā)器134的工作流體加熱到顯著較高的溫度。HP過(guò)熱器138在高壓下將蒸汽 供應(yīng)到蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的HP部分119。來(lái)自蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的HP部分119的排 氣與IP過(guò)熱器146中產(chǎn)生的蒸汽合并。此混合物通過(guò)再加熱器140再加熱到較高的溫度。 再加熱器140隨后將此蒸汽供應(yīng)到蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的IP部分123以進(jìn)行膨脹。來(lái)自蒸 汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的IP部分123的排氣與從LP再加熱器150提供的蒸汽合并，并且供應(yīng)到 蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的LP部分121以膨脹。冷凝器120冷凝從蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的LP部分 121產(chǎn)生的膨脹工作流體以產(chǎn)生液體(冷凝物)，所述冷凝物通過(guò)冷凝泵122供應(yīng)回HRSG116 中。具體來(lái)說(shuō)，冷凝泵122將冷凝物供應(yīng)到LP節(jié)約器149,所述LP節(jié)約器在低壓(例如，從 約60PSI到約100PSI)下預(yù)熱所述冷凝物，并且將其提供到LP蒸發(fā)器148。HRSG116產(chǎn)生 的副產(chǎn)物可以通過(guò)煙囪釋放到大氣中。
[0025] 通過(guò)這種方式，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)152。 發(fā)電機(jī)152可以產(chǎn)生電力并且產(chǎn)生用于輸送到供電網(wǎng)的電力。盡管圖1示出了燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)104和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118,所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)位于單個(gè)公共軸 上、并且將動(dòng)力輸送到與此軸相連的單個(gè)發(fā)電機(jī)，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，其他連 接和軸線布置也在本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的范圍內(nèi)。例如，可以使用多軸構(gòu)造，其中燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)位于單獨(dú)的軸上，每個(gè)軸驅(qū)動(dòng)自己的發(fā)電機(jī)。此外，多軸工廠構(gòu) 造也在本實(shí)用新型多個(gè)實(shí)施例的范圍內(nèi)。例如，可以使用兩個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)為一個(gè)蒸汽 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生蒸汽。其他非排他性實(shí)例可以包括用于為一個(gè)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生蒸汽的 三個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、用于為兩個(gè)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生蒸汽的三個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等。
[0026] 本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例涉及一種燃料氣體加熱系統(tǒng)，所述燃料氣體加熱系統(tǒng)使 用儲(chǔ)熱單元以及在底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的工作流體的提取部分來(lái)加熱燃料氣體以 供發(fā)電廠使用。在圖1中，燃料氣體加熱系統(tǒng)102包括儲(chǔ)熱單元110,所述儲(chǔ)熱單元儲(chǔ)存有 儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與從底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中提取的工作流體部分一起用 于加熱燃料氣體，所述燃料氣體供應(yīng)到燃燒室105的入口。儲(chǔ)熱單元110可以包括：冷罐 156,所述冷罐容納處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)；以及絕緣熱罐158,所述熱罐容納處于受熱 狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，熱能儲(chǔ)存單元110在冷罐156和熱罐158中使用 的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)可以包括多個(gè)儲(chǔ)熱介質(zhì)中的任一個(gè)，所述儲(chǔ)熱介質(zhì)能夠在任意所需的工作 循環(huán)中吸收、保留和釋放熱能。此外，儲(chǔ)熱工作介質(zhì)應(yīng)具有高熔化熱、寬運(yùn)行溫度范圍以及 相對(duì)惰性。如圖所示，但并非排他性地，熱能儲(chǔ)存單元110所用的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)可以包括諸 如熔鹽等無(wú)機(jī)鹽熱油、加壓水等。所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，其他化學(xué)無(wú)機(jī)化合物可 用作儲(chǔ)熱工作介質(zhì)。例如，諸如氫氧化鈉等堿金屬氫氧化物是可用作儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的無(wú)機(jī) 化合物類(lèi)型。
[0027] 燃料氣體加熱系統(tǒng)102進(jìn)一步包括儲(chǔ)能料熱交換器160 (儲(chǔ)能料hx)，所述儲(chǔ)能料 熱交換器促使HRSG116中產(chǎn)生的工作流體與儲(chǔ)熱單元110的冷罐156中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之 間進(jìn)行熱能交換，并且將處于受熱狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)中排放到儲(chǔ)熱單元的熱罐158中。 在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)能熱負(fù)荷熱交換器160位于HRSG116中。所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到，儲(chǔ)能料熱交換器160可以位于HRSG116內(nèi)，并且仍然用作熱交換器，促使HRSG的工作 流體與儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間的熱交換。
[0028] 通常，儲(chǔ)能料熱交換器160在發(fā)電廠100的常規(guī)運(yùn)行期間(例如，處于基本負(fù)載下） 促使HRSG116產(chǎn)生的工作流體與冷罐156中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱能交換。通過(guò)這種 方式，儲(chǔ)能料熱交換器160可以將處于受熱狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)排放到熱罐158中。燃料 氣體加熱系統(tǒng)102隨后可以在啟動(dòng)期間，例如冷啟動(dòng)，即發(fā)電廠在致使關(guān)鍵HRSG和蒸汽渦 輪機(jī)硬件已從基本負(fù)載運(yùn)行溫度熱衰減并達(dá)到環(huán)境溫度的足夠長(zhǎng)時(shí)間之后重新啟動(dòng)期間， 使用受熱的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)來(lái)加熱提供到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的燃燒室105的燃料氣體。盡 管"冷啟動(dòng)"溫度的嚴(yán)格規(guī)定不同，但是冷啟動(dòng)通常定義為在進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)加速階段之前 蒸汽渦輪機(jī)高壓部分的金屬溫度低于200° F到400° F(93°C到204°C)。在冷啟動(dòng)期間， 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常聯(lián)機(jī)并轉(zhuǎn)到全速、〇%負(fù)荷，然后轉(zhuǎn)到全速、100%負(fù)載。盡管以下說(shuō)明涉 及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，但是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型的實(shí)施例 還適用于熱啟動(dòng)，或者其他類(lèi)型的啟動(dòng)，所述啟動(dòng)受限于在執(zhí)行多個(gè)燃燒模式序列之前所 要達(dá)到的燃料氣體溫度的需求。對(duì)于熱啟動(dòng)，盡管"熱啟動(dòng)"溫度的嚴(yán)格規(guī)定不同，但是此 范圍通常包括在進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)加速階段之前的蒸汽渦輪機(jī)高壓部分金屬溫度，即，高于 200。F 到 400。F(93°C到 204°C)但低于 600。F 到 800。F(316°C到 427°C)。
[0029] 繼續(xù)描述燃料氣體加熱系統(tǒng)102,燃料氣體加熱器112配置成加熱從燃料氣體源 (如圖1所示)供應(yīng)到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的燃燒室105的燃料氣體。如圖1所示，從HRSG116 提取的工作流體部分供應(yīng)到燃料氣體加熱器112。在一個(gè)實(shí)施例中，工作流體可以是從IP 節(jié)約器144提取的熱水。燃料氣體加熱器112可以是熱交換器，其可以使用所述熱水加熱 燃料氣體，以提高燃料源所提供的溫度水平。盡管圖1示出了使用從IP節(jié)約器144提取的 熱水來(lái)加熱燃料氣體，但是所述熱水也可以提取自HP節(jié)約器136、LP節(jié)約器149或者部署 在HRSG116中的任何多壓力節(jié)約器的組合。此外，工作流體可以提取自冷凝器120,并且可 供燃料氣體加熱器112用于加熱燃料氣體。通常情況下，對(duì)在HRSG116中用于提取工作流 體的節(jié)約器或者底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106內(nèi)的其他部件的選擇將取決于在燃料氣體加熱 期間所需達(dá)到的燃料氣體的溫度。例如，如果需要使燃料氣體在燃料氣體加熱器112的出 口處達(dá)到約400華氏度（F) (204攝氏度（C))的溫度，則IP節(jié)約器144產(chǎn)生的熱水，其中所 述熱水相對(duì)于IP部分130的壓力可以具有約430° F (22ΓΟ的溫度，應(yīng)通過(guò)燃料氣體加 熱器112將燃料氣體充分加熱到約400° F (204°C)。
[0030] 冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114配置成輔助燃料氣體加熱器112加熱從所述燃料氣體 源供應(yīng)的所述燃料氣體。在圖1所示的實(shí)施例中，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114進(jìn)一步加熱 從燃料氣體加熱器112產(chǎn)生的燃料氣體。具體來(lái)說(shuō)，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114可以使用 儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱單元110的熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的熱能來(lái)進(jìn)一步促使燃料氣體加熱。通 過(guò)從熱罐158接納儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114可以促使儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與從 燃料氣體加熱器112產(chǎn)生的燃料氣體之間進(jìn)行熱能交換。冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114執(zhí)行 的加熱進(jìn)一步將燃料氣體的溫度升高到預(yù)定的燃料氣體溫度水平，所述溫度水平高于燃料 氣體加熱器112的出口處的燃料氣體溫度。冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114隨后可以將受熱燃 料氣體提供到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的燃燒室105。
[0031] 通過(guò)這種方式，燃料加熱氣體系統(tǒng)102可以在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)序列中 實(shí)現(xiàn)燃料氣體的快速加熱。以此方式實(shí)現(xiàn)的燃料氣體快速加熱能夠在依賴(lài)充分加熱HRSG 工作流體的傳統(tǒng)方法之前達(dá)到加熱燃料氣體所需的典型所需溫度。這使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 104能夠在啟動(dòng)序列中更早進(jìn)入預(yù)混合燃燒模式下運(yùn)行。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104可以更 快速地達(dá)到更高的"符合排放限制的"負(fù)載水平，因?yàn)楫?dāng)燃料氣體和空氣在預(yù)混合燃燒模式 下在燃燒室105的上游混合時(shí)，NO x排放顯著較少。
[0032] 冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114用于加熱燃料氣體的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)隨后可以輸送到 儲(chǔ)熱單元110的冷罐156。冷罐156隨后看可以將處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)輸送到儲(chǔ)能料 熱交換器160,以將工作流體裝載HRSG116中。如上所述，這將促使從HRSG116供應(yīng)的工作 流體與儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間進(jìn)行直接熱能交換。在此裝料運(yùn)行模式期間發(fā)生的傳熱的結(jié)果是 儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的溫度升高，從而產(chǎn)生受熱的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)。受熱的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)隨后可以 儲(chǔ)存在熱罐158中，并且在下一啟動(dòng)序列期間排出。請(qǐng)注意，在這些裝料和排放運(yùn)行模式期 間，HRSG116及其多個(gè)部件可以并行或同時(shí)地將工作流體供應(yīng)到蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118,而儲(chǔ) 能料熱交換器160促使工作流體與儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間進(jìn)行直接熱交換。此外，所屬領(lǐng)域中 的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的裝料和排放可以在與圖1以及圖2到4中所示的不 同位置中發(fā)生。
[0033] 在發(fā)電廠100已完成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)序列的情況下，儲(chǔ)熱單元110可 以處于關(guān)閉模式，而從燃?xì)鉁u輪機(jī)排出的所有能量均施加到從HRSG116輸送到蒸汽渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)118的加熱工作流體(例如，水/蒸汽）中，以進(jìn)行膨脹做功。在儲(chǔ)熱單元關(guān)閉模式中， HRSG116配置成直接將所有工作流體輸送到蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)118,而不通過(guò)儲(chǔ)能料熱交換 器160與儲(chǔ)熱單元110中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)進(jìn)行任何熱交換。
[0034] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的發(fā)電廠200的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料 氣體加熱系統(tǒng)202。在圖2所示的實(shí)施例中，燃料氣體加熱器112與冷啟動(dòng)燃料氣體加熱 器114并置，以使冷啟動(dòng)燃料加熱器的功能從"最終"氣體加熱器變?yōu)橛糜诩訜釓腍RSG116 提取的工作流體部分的熱交換器，而燃料氣體加熱器112用作最終氣體加熱器。在圖2 中，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114可以使用儲(chǔ)熱單元110的熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)將從 HRSG116提取的工作流體部分加熱到更高溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，施加到冷啟動(dòng)燃料氣體 加熱器114的工作流體可以是從IP節(jié)約器144提取的熱水。盡管圖2示出了通過(guò)冷啟動(dòng) 燃料氣體加熱器114促使熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與從IP節(jié)約器144中提取的熱水之 間傳熱，但是冷啟動(dòng)燃料加熱器可以使用儲(chǔ)熱介質(zhì)來(lái)加熱提取自以下項(xiàng)的熱水：HP節(jié)約器 136、LP節(jié)約器149或者部署在HRSG116中的任何多壓力節(jié)約器的組合。此外，冷啟動(dòng)燃料 加熱器114可以使用儲(chǔ)熱介質(zhì)來(lái)加熱從冷凝器120提取的工作流體。
[0035] 冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114用于加熱從HRSG116提取的工作流體部分的儲(chǔ)熱工作 介質(zhì)隨后可以輸送到儲(chǔ)熱單元110的冷罐156。冷罐156隨后可以將處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作 介質(zhì)輸送到儲(chǔ)能料熱交換器160,以隨后將工作流體裝載HRSG116中，例如在發(fā)電廠200的 基本負(fù)載運(yùn)行期間。
[0036] 在燃料加熱系統(tǒng)202中，燃料氣體加熱器112從冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114接納 受熱的所提取工作流體部分，并且促使與從燃料氣體源供應(yīng)的燃料氣體之間進(jìn)行熱能交 換。通過(guò)這種方式，燃料氣體加熱器112可以使用從HRSG116提取的工作流體加熱燃料氣 體，所提取的工作流體已經(jīng)過(guò)冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114的加熱。燃料氣體加熱器112執(zhí) 行的這種加熱可將燃料氣體的溫度升高到預(yù)定燃料氣體溫度水平，所述預(yù)定燃料氣體溫度 水平是燃燒室105在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)序列期間經(jīng)歷的特定燃燒模式所需的。在 達(dá)到預(yù)定燃料氣體溫度水平之后，燃料氣體加熱器112隨后可以將受熱的燃料氣體提供到 燃燒室105。
[0037] 所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在圖2所示的實(shí)施例中，儲(chǔ)熱單元110的熱罐 158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于燃燒室105進(jìn)展到下一燃燒模式所需的預(yù)定溫度 水平。這是必要的，因?yàn)槔鋯?dòng)燃料氣體加熱器114加熱從HRSG116提取的工作流體，氣 體燃料加熱器112使用所述工作流體加熱供應(yīng)到燃燒室105的燃料氣體。在某些情況下， HRSG116在啟動(dòng)期間的溫度可能過(guò)低，因?yàn)闊o(wú)法產(chǎn)生足夠溫度的工作流體來(lái)便于有效地將 燃料氣體加熱到所需溫度。將熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)維持在足夠高的溫度可以避免出 現(xiàn)這些問(wèn)題。例如，如果需要在400° F (204°C)下將燃料氣體供應(yīng)到燃燒室105的入口， 則從HRSG116提取的用于加熱燃料氣體的工作流體應(yīng)假定具有約430° F (221°C )的溫度。 在約460° F(238°C)到約480° F(249°C)的溫度范圍內(nèi)將諸如無(wú)機(jī)鹽等儲(chǔ)熱工作介質(zhì) 儲(chǔ)存在熱罐158中，能夠確保所提取的工作流體達(dá)到約430° F (221°C )的溫度。這使燃料 氣體加熱器112能夠?qū)⑷剂蠚怏w加熱到燃燒室105所需的預(yù)定燃料氣體溫度。
[0038] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的發(fā)電廠300的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料 氣體加熱系統(tǒng)302。在圖3所示的實(shí)施例中，燃料氣體加熱器112和冷啟動(dòng)燃料氣體加熱 器114處于與圖2中相同的位置中。但在此實(shí)施例中，已省去儲(chǔ)能料熱交換器160。在圖3 中，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114可以使用儲(chǔ)熱單元110的熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)將從 HRSG116提取的工作流體部分加熱到更高溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，施加到冷啟動(dòng)燃料氣體 加熱器114的工作流體可以是從IP節(jié)約器144提取的熱水。盡管圖3示出了通過(guò)冷啟動(dòng) 燃料氣體加熱器114促使熱罐158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與從IP節(jié)約器144中提取的熱水之 間傳熱，但是冷啟動(dòng)燃料加熱器可以使用儲(chǔ)熱介質(zhì)來(lái)加熱提取自以下項(xiàng)的熱水：HP節(jié)約器 136、LP節(jié)約器149或者部署在HRSG116中的任何多壓力節(jié)約器的組合。此外，冷啟動(dòng)燃料 加熱器114可以使用儲(chǔ)熱介質(zhì)來(lái)加熱從冷凝器120提取的工作流體。
[0039] 冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114用于加熱從HRSG116提取的工作流體部分的儲(chǔ)熱工作 介質(zhì)隨后可以輸送到儲(chǔ)熱單元110的冷罐156。在基本負(fù)載運(yùn)行條件下，冷罐156隨后可以 將處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)供應(yīng)回到冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114,以隨后裝載從HRSG116 提取的工作流體。在裝載儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之后，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114隨后可以將受熱 的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)置于熱罐158中。儲(chǔ)熱單元110隨后可以將處于受熱狀態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì) 從熱罐158排放到冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114中，以便在燃燒室105需要限定溫度的下一 啟動(dòng)序列中加熱來(lái)自HRSG116的工作流體。
[0040] 如圖2所示，燃料加熱系統(tǒng)302將燃料氣體加熱器112配置成從冷啟動(dòng)燃料氣體 加熱器114接納受熱的所提取工作流體部分，并且促使與從燃料氣體源供應(yīng)的燃料氣體之 間進(jìn)行熱能交換。通過(guò)這種方式，燃料氣體加熱器112可以使用從HRSG116提取的工作流 體加熱燃料氣體，所提取的工作流體已經(jīng)過(guò)冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114的加熱。燃料氣體 加熱器112執(zhí)行的這種加熱可將燃料氣體的溫度升高到預(yù)定燃料氣體溫度水平，所述預(yù)定 燃料氣體溫度水平是燃燒室105在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)期間經(jīng)歷的特定燃燒模式所 需的。當(dāng)達(dá)到預(yù)定燃料氣體溫度水平，燃料氣體加熱器112隨后可以將受熱的燃料氣體提 供到燃燒室105。
[0041] 所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在圖3所示的實(shí)施例中，儲(chǔ)熱單元110的熱罐 158中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的溫度始終不得高于HRSG116中可能提供的最高熱水溫度。這是因 為使用冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114向儲(chǔ)熱工作流體裝載來(lái)自HRSG116的工作流體(例如，熱 水)。因此，必須確保儲(chǔ)熱工作介質(zhì)不得過(guò)于迅速地裝載從HRSG116提取的工作流體。如果 儲(chǔ)熱工作介質(zhì)裝載過(guò)于迅速，則冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114產(chǎn)生的受熱工作流體的溫度可 能在重新裝載之后迅速下降。這樣燃料氣體加熱器112將更難以將滿足特定燃燒模式的預(yù) 定燃料氣體要求的受熱燃料氣體提供到燃燒室105。因此，冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114應(yīng)以 相對(duì)較低的速率裝載儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，以便維持燃料氣體加熱系統(tǒng)302在啟動(dòng)循環(huán)中迅速加 熱燃料氣體的能力，從而維持符合負(fù)載水平的排放。
[0042] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的發(fā)電廠400的示意圖，所述發(fā)電廠具有燃料 氣體加熱系統(tǒng)402。具體來(lái)說(shuō)，燃料氣體加熱系統(tǒng)402提供一種配置，所述配置消除了與燃 料加熱系統(tǒng)302中的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題。如圖4所示，工作流體熱交換器404(工作 流體H x)用于促使儲(chǔ)熱工作介質(zhì)即時(shí)裝載。工作流體熱交換器404,所述熱交換器基本上為 水-到-水熱交換器，可以促使從HRSG116中的至少兩種不同壓力部分提取的工作流體部 分之間傳熱。工作流體熱交換器404隨后可以將此受熱的工作流體作為從HRSG116提取的 流體供應(yīng)到冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114。
[0043] 如圖4所示，工作流體熱交換器404可以促使取自IP節(jié)約器144的受熱水與取自 HP節(jié)約器136的受熱水之間傳熱。在此實(shí)施例中，取自HP節(jié)約器136的受熱水可以用于 加熱取自IP節(jié)約器144的水。這允許取自IP節(jié)約器144的水加熱到可供冷啟動(dòng)燃料氣體 加熱器114用于即時(shí)加熱儲(chǔ)熱工作介質(zhì)的溫度水平。這樣，燃料氣體加熱系統(tǒng)402始終能 夠提供滿足與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)序列中的每個(gè)燃燒模式相關(guān)的燃燒室105要求的燃料 氣體溫度。例如，如果IP節(jié)約器144中的水溫在約800PS下為約430° F (22ΓΟ,則HP 節(jié)約器136中的水溫在約550° F(288°C)至約600° F(316°C)的范圍內(nèi)，隨后工作流體 熱交換器404可以在從IP節(jié)約器144取水之后促使傳熱，從而將其溫度升高到約500° F (260°C)。所述受熱水隨后可以從工作流體熱交換器404供應(yīng)到冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器 114。從HRSG116提取的工作流體部分的此溫度水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠使冷啟動(dòng)燃料氣體加熱器114 和燃料氣體加熱器112提供滿足預(yù)定燃料氣體溫度水平的受熱燃料氣體。對(duì)于此實(shí)施例， 從HRSG116提取的工作流體部分裝載所需的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)溫度不再是問(wèn)題，與圖3所示的 實(shí)施例一樣。此實(shí)施例的唯一限制是HP節(jié)約器136提供的熱水的溫度。但是，HP節(jié)約器 提供的熱水應(yīng)為HP節(jié)約器136提供的熱水的溫度。但是，通用HRSG中的HP節(jié)約器提供的 熱水通常足夠?qū)?chǔ)熱工作介質(zhì)迅速加熱到滿足在符合排放限制的負(fù)載水平下運(yùn)行所需的 燃燒室要求的溫度水平。
[0044] 盡管圖4示出了工作流體熱交換器404,所述工作流體熱交換器促使取自IP節(jié)約 器144的熱水與取自HP節(jié)約器136的熱水之間傳熱，但工作流體熱交換器能夠使用提取自 以下項(xiàng)的任意組合的熱水：HP節(jié)約器136、IP節(jié)約器144或者LP節(jié)約器149。這些取自節(jié) 約器的熱水的組合還可以與諸如冷凝器120等底層循環(huán)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)106中的其他部件結(jié)合 使用。
[0045] 本說(shuō)明書(shū)中所用的本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例能夠在發(fā)電廠內(nèi)運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)序列中更快速地加熱燃料氣體。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更快速地達(dá)到"符合 排放限制的"負(fù)載水平。這樣能夠減少燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的排放。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)期間排放的減少能夠減少發(fā)電廠的總排放。
[0046] 本說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例，并不限定本實(shí)用新型。除非上下 文另作明確規(guī)定，否則本說(shuō)明書(shū)中所用的單數(shù)形式"一種"、"一個(gè)"和"所述"意在同時(shí)包括 復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步了解，說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"和/或"具有"指定存在所 述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、 整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。進(jìn)一步了解，術(shù)語(yǔ)"前"和"后"并不用于限制 本實(shí)用新型，并且可在適當(dāng)情況下互換使用。
[〇〇47] 已結(jié)合其優(yōu)選實(shí)施例具體圖示并描述本實(shí)用新型，但是應(yīng)了解，所屬領(lǐng)域中的技 術(shù)人員可以做出各種改變和修改。因此，應(yīng)了解，隨附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型實(shí) 際精神內(nèi)的所有此類(lèi)修改和更改。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃料氣體加熱系統(tǒng)，包括： 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)； 蒸汽發(fā)生源，所述蒸汽發(fā)生源配置成從所述燃?xì)鉁u輪回收排出能量并產(chǎn)生工作流體供 應(yīng)； 儲(chǔ)熱單元，所述儲(chǔ)熱單元具有冷罐，所述冷罐包括處于冷態(tài)的儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，并且具有 熱罐，所述熱罐包括處于受熱狀態(tài)的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)； 燃料氣體源，所述燃料氣體源配置成將燃料氣體供應(yīng)到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)； 第一燃料氣體加熱器，所述第一燃料氣體加熱器配置成對(duì)從所述燃料氣體源供應(yīng)的所 述燃料氣體進(jìn)行加熱；以及 第二燃料氣體加熱器，所述燃料氣體加熱器配置成輔助所述第一燃料氣體加熱器對(duì)從 所述燃料氣體源提供的所述燃料氣體進(jìn)行加熱，其中所述第一燃料氣體加熱器和所述第二 燃料氣體加熱器利用所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的工作流體的提取部分以及儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱 單元的所述熱罐中的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)來(lái)將所述燃料氣體加熱到預(yù)定燃料氣體溫度水平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一燃料氣體加熱器配置成對(duì)從所述燃料氣 體源提供的所述燃料氣體進(jìn)行加熱，并且所述第二燃料氣體加熱器配置成進(jìn)一步對(duì)從所述 第一燃料氣體加熱器產(chǎn)生的所述燃料氣體進(jìn)行加熱；其中所述第二燃料氣體加熱器從所述 儲(chǔ)熱單元的所述熱罐接收所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，并且促使所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與從所述第一燃 料氣體加熱器產(chǎn)生的所述燃料氣體之間進(jìn)行熱能交換，以將所述燃料氣體的溫度提高到所 述預(yù)定燃料氣體溫度水平。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源包括儲(chǔ)能料熱交換器，所述儲(chǔ)能 熱交換器促使所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的所述工作流體與所述儲(chǔ)熱單元的所述冷罐中的所 述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱能交換，并且將處于受熱狀態(tài)的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)排放到所述 儲(chǔ)熱單元的所述熱罐中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源配置成將其中產(chǎn)生的所述工作流 體的提取部分供應(yīng)到所述第一燃料氣體加熱器中，所述第一燃料氣體加熱器配置成促使所 述工作流體的提取部分與所述燃料氣體之間進(jìn)行熱能交換，以提高從所述燃料氣體源提供 的所述燃料氣體的溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源包括多壓力熱回收蒸汽發(fā)生單 元，所述單元包括高壓部分、中壓部分和低壓部分，其中所述高壓部分、所述中壓部分和所 述低壓部分各自包括過(guò)熱器、蒸發(fā)器和節(jié)約器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述多壓力熱回收蒸汽發(fā)生單元中的所述壓力部 分中的至少一個(gè)壓力部分的節(jié)約器配置成將其中產(chǎn)生的所述工作流體的提取部分供應(yīng)到 所述第一燃料氣體加熱器中，所述第一燃料氣體加熱器配置成促使所述工作流體的提取部 分與所述燃料氣體之間進(jìn)行熱能交換，以提高所述燃料氣體的溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第二燃料氣體加熱器配置成將加熱到所述預(yù) 定燃料氣體溫度水平的所述燃料氣體提供到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二燃料氣體加熱器配置成使用所述儲(chǔ)熱單 元的所述熱罐中的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)對(duì)所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的工作流體的提取部分進(jìn) 行加熱，所述第一燃料氣體加熱器從所述第二燃料氣體加熱器接收受熱的所述工作流體的 提取部分，并且促使與從所述燃料氣體源供應(yīng)的所述燃料氣體進(jìn)行熱能交換。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第二燃料氣體加熱器配置成從所述儲(chǔ)熱單元 的所述熱罐接收所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)，并且促使所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與所述工作流體的提取 部分之間進(jìn)行熱能交換，以在供應(yīng)到所述第一燃料氣體加熱器中之前提高所述工作流體的 提取部分的溫度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第二燃料氣體加熱器配置成在所述儲(chǔ)熱工 作介質(zhì)與所述工作流體的提取部分之間發(fā)生傳熱之后將其供應(yīng)到所述儲(chǔ)熱單元的所述冷 罐中儲(chǔ)存。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源包括儲(chǔ)能料熱交換器，所述儲(chǔ)能 熱交換器在所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的所述工作流體與所述儲(chǔ)熱單元的所述冷罐中的所述 儲(chǔ)熱工作介質(zhì)之間傳熱，并且將處于受熱狀態(tài)的所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)排放到所述儲(chǔ)熱單元的 所述熱罐中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源包括多壓力熱回收蒸汽發(fā)生單 元，所述單元包括高壓部分、中壓部分和低壓部分，其中所述高壓部分、所述中壓部分和所 述低壓部分各自包括過(guò)熱器、蒸發(fā)器和節(jié)約器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述熱回收蒸汽發(fā)生單元中的所述壓力部分中 的至少一個(gè)壓力部分的節(jié)約器配置成將所述工作流體的提取部分供應(yīng)到所述第二燃料氣 體加熱器中，所述第二燃料氣體加熱器促使所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)與所述工作流體的提取部分 之間進(jìn)行熱能交換，以提高所述工作流體的提取部分的溫度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第二燃料氣體加熱器配置成接收儲(chǔ)存在所 述儲(chǔ)熱單元的所述冷罐中的所述儲(chǔ)熱介質(zhì)，并使用所述蒸汽發(fā)生源中產(chǎn)生的所述工作流體 的提取部分將所述儲(chǔ)熱介質(zhì)裝載到受熱狀態(tài)；所述第二燃料氣體加熱器將處于受熱狀態(tài)的 所述儲(chǔ)熱介質(zhì)排放到所述儲(chǔ)熱單元的所述熱罐中儲(chǔ)存。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括工作流體熱交換器，所述工作流體熱交換 器促使從所述蒸汽發(fā)生源的至少兩個(gè)不同壓力部分中提取的多個(gè)工作流體部分之間傳熱， 其中所述多個(gè)工作流體部分得到從所述蒸汽發(fā)生源產(chǎn)生的所述工作流體的提取部分，所 述工作流體熱交換器配置成將所述工作流體的提取部分供應(yīng)到所述第二燃料氣體加熱器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽發(fā)生源包括多壓力熱回收蒸汽發(fā)生單 元，所述單元包括高壓部分、中壓部分和低壓部分，其中所述高壓部分、所述中壓部分和所 述低壓部分各自包括過(guò)熱器、蒸發(fā)器和節(jié)約器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述工作流體熱交換器促使從所述蒸汽發(fā)生源 的至少兩個(gè)所述壓力部分的所述節(jié)約器產(chǎn)生的多個(gè)工作流體部分之間傳熱。
18. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第一燃料氣體加熱器配置成將加熱到所述 預(yù)定燃料氣體溫度水平的所述燃料氣體提供到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)配 置成從所述蒸汽發(fā)生源接收所述工作流體供應(yīng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)熱工作介質(zhì)包括無(wú)機(jī)鹽。
【文檔編號(hào)】F02C7/224GK203892027SQ201320824496
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】R.龐, K.蒙德拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司