本發(fā)明大體上涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備，如聯(lián)合循環(huán)或熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于生成蒸汽且將冷卻的燃燒氣體提供至發(fā)電設(shè)備的副燃?xì)鉁u輪的燃燒器的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備如聯(lián)合循環(huán)或熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備大體上包括燃?xì)鉁u輪，其具有壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪、設(shè)置在渦輪下游的余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)，以及與hrsg流體連通的蒸汽渦輪。在操作期間，空氣經(jīng)由入口系統(tǒng)進(jìn)入壓縮機(jī)，并且在其朝至少部分地包繞燃燒器的壓縮機(jī)排放部或擴(kuò)散器殼發(fā)送時(shí)逐漸地壓縮。壓縮空氣的至少一部分與燃料混合并且在限定于燃燒器內(nèi)的燃燒室內(nèi)焚燒，由此生成高溫和高壓的燃燒氣體。

燃燒氣體沿從燃燒器穿過渦輪的熱氣體路徑發(fā)送，其中它們?cè)谒鼈兞鲃?dòng)橫跨靜止導(dǎo)葉和聯(lián)接于轉(zhuǎn)子軸的可旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的交替級(jí)時(shí)逐漸地膨脹。動(dòng)能從燃燒氣體傳遞至渦輪葉片，因此引起轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)能可經(jīng)由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能。燃燒氣體作為排出氣體離開渦輪，并且排出氣體進(jìn)入hrsg。來自排出氣體的熱能傳遞至流動(dòng)穿過hrsg的一個(gè)或更多個(gè)換熱器的水，由此產(chǎn)生過熱蒸汽。過熱蒸汽接著發(fā)送到蒸汽渦輪中，該蒸汽渦輪可用于生成附加電，因此提高總體發(fā)電設(shè)備效率。

針對(duì)來自基于燃?xì)鉁u輪的發(fā)電設(shè)備的低排放的法規(guī)要求近年來繼續(xù)變得更嚴(yán)。世界各地的環(huán)保機(jī)構(gòu)現(xiàn)在要求來自新的和現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪兩者的甚至更低水平的氮氧化物(nox)和其它污染物和一氧化碳(co)的排放。

傳統(tǒng)上，至少部分地由于排放限制，用于聯(lián)合循環(huán)或熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備的燃?xì)鉁u輪負(fù)載耦合于發(fā)電設(shè)備的蒸汽產(chǎn)生要求或者由其驅(qū)使，并且不一定由電網(wǎng)電力需求驅(qū)使。例如，為了滿足發(fā)電設(shè)備蒸汽需求同時(shí)保持可接受的排放水平，可必要的是在全速滿載狀態(tài)下，甚至在電網(wǎng)需求或發(fā)電設(shè)備對(duì)電的需求為低的時(shí)操作燃?xì)鉁u輪，由此降低總體發(fā)電設(shè)備效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)在以下描述中在下面闡述，或者可從描述為明顯的，或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為發(fā)電設(shè)備。發(fā)電設(shè)備包括第一燃?xì)鉁u輪，其包括壓縮機(jī)、壓縮機(jī)下游的燃燒器、設(shè)置在燃燒器下游的渦輪，以及渦輪的出口下游的排氣導(dǎo)管。渦輪包括與渦輪的熱氣體路徑流體連通的至少一個(gè)渦輪抽取端口。排氣導(dǎo)管從渦輪出口接收排出氣體，并且(多個(gè))渦輪抽取端口限定燃燒氣流流出熱氣體路徑的流動(dòng)路徑。發(fā)電設(shè)備還包括第一氣體冷卻器，其具有流體地聯(lián)接于渦輪抽取端口的主入口、流體地聯(lián)接于冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)的副入口，以及與排氣導(dǎo)管流體連通的出口。第一氣體冷卻器提供冷卻的燃燒氣體至排氣導(dǎo)管，該冷卻的燃燒氣體與排出氣體混合來將排出氣體混合物提供至排氣導(dǎo)管下游的第一換熱器。發(fā)電設(shè)備還包括第二燃?xì)鉁u輪，其包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。第二燃?xì)鉁u輪的燃燒器與第一氣體冷卻器的出口流體連通。

技術(shù)方案1.一種發(fā)電設(shè)備，其包括：

第一燃?xì)鉁u輪，其包括壓縮機(jī)、所述壓縮機(jī)下游的燃燒器、設(shè)置在所述燃燒器下游的渦輪，以及所述渦輪的出口下游的排氣導(dǎo)管，所述渦輪包括與所述渦輪的熱氣體路徑流體連通的渦輪抽取端口，其中所述排氣導(dǎo)管從所述渦輪出口接收排出氣體，并且其中所述渦輪抽取端口限定燃燒氣流流出所述熱氣體路徑的流動(dòng)路徑；

第一氣體冷卻器，其具有流體地聯(lián)接于所述渦輪抽取端口的主入口、流體地聯(lián)接于冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)的副入口，以及與所述排氣導(dǎo)管流體連通的出口，其中所述第一氣體冷卻器將冷卻的燃燒氣體提供至所述排氣導(dǎo)管，其中所述冷卻的燃燒氣體與所述排出氣體混合來將排出氣體混合物提供至所述排氣導(dǎo)管下游的第一換熱器；以及

第二燃?xì)鉁u輪，其包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪，其中所述燃燒器與所述第一氣體冷卻器的所述出口流體連通，并且從其接收所述冷卻的燃燒氣體的一部分。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴流體連通。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器的所述出口在所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴下游的點(diǎn)處與所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器流體連通。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器包括設(shè)置在主燃燒區(qū)下游的多個(gè)燃料噴射器，其中所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述多個(gè)燃料噴射器流體連通。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第一換熱器從所述排出氣體混合物抽取熱能來產(chǎn)生蒸汽。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備還包括設(shè)置在所述第一換熱器下游的蒸汽渦輪。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備還包括流體地聯(lián)接在所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器之間的第二換熱器。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第二換熱器在所述第二燃?xì)鉁u輪的所述燃燒器上游從所述冷卻的燃燒氣體抽取熱能。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器包括噴射器。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器包括聯(lián)機(jī)的靜止混合器。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)包括流體地聯(lián)接于所述第一氣體冷卻器的所述副入口的周圍空氣進(jìn)氣系統(tǒng)。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)包括所述第一燃?xì)鉁u輪的所述壓縮機(jī)，其中所述壓縮機(jī)經(jīng)由壓縮機(jī)抽取端口流體地聯(lián)接于所述第一氣體冷卻器的所述副入口。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)包括第二氣體冷卻器，其具有流體地聯(lián)接于所述第一燃?xì)鉁u輪的所述壓縮機(jī)的主入口、流體地聯(lián)接于周圍空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的副入口，以及與所述第一氣體冷卻器的所述副入口流體連通的出口。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體冷卻器包括噴射器。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案13所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體冷卻器包括聯(lián)機(jī)的靜止混合器。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備還包括設(shè)置在所述第一氣體冷卻器出口下游和所述排氣導(dǎo)管上游的冷卻劑噴射系統(tǒng)，其中所述冷卻劑噴射系統(tǒng)將冷卻劑噴射到從所述第一氣體冷卻器出口流動(dòng)的冷卻的燃燒氣流中。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑為水。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑為蒸汽。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備還包括控制器，其電子地聯(lián)接于流體地連接在所述渦輪抽取端口與所述第一氣體冷卻器主入口之間的第一控制閥，以及設(shè)置在所述第一氣體冷卻器的所述副入口上游的第二控制閥。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備還包括電子地聯(lián)接于所述控制器并且在所述排氣導(dǎo)管上游與所述渦輪抽取端口熱連通的溫度監(jiān)測(cè)器，以及設(shè)置在所述第一換熱器下游并且電子地聯(lián)接于所述控制器的蒸汽流監(jiān)測(cè)器，其中所述控制器響應(yīng)于由所述溫度監(jiān)測(cè)器提供至所述控制器的數(shù)據(jù)信號(hào)來促動(dòng)增大或減小來自所述渦輪的所述燃燒氣流的所述第一控制閥和增大或減小穿過所述第一氣體冷卻器的所述副入口的質(zhì)量流的所述第二控制閥中的至少一個(gè)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將在審閱說明書時(shí)更好地認(rèn)識(shí)到此類實(shí)施例及其它實(shí)施例的特征和方面。

附圖說明

包括針對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的其最佳模式的本發(fā)明的完整且開放的公開在包括參照附圖的說明書的其余部分中更詳細(xì)闡述，在該附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性的基于燃?xì)鉁u輪的熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪的一部分的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的如圖1中所示的示例性的基于燃?xì)鉁u輪的熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備的示意圖；以及

圖4為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的包括示例性燃燒器的一部分的如圖1-3中所示的發(fā)電設(shè)備的示例性第二燃?xì)鉁u輪的一部分的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D。

部件列表

10發(fā)電設(shè)備

12軸向中心線-燃?xì)鉁u輪

100第一燃?xì)鉁u輪

102壓縮機(jī)

104燃燒器

106渦輪

108入口導(dǎo)葉

110空氣

112壓縮空氣

114燃燒氣體

116軸

118排出氣體

120排氣導(dǎo)管

122換熱器

124蒸汽

126蒸汽渦輪

128設(shè)施

130流監(jiān)測(cè)器

132流監(jiān)測(cè)器

134內(nèi)渦輪殼

136外渦輪殼

138熱氣體路徑

140抽取端口

142抽取管

144第一氣體冷卻器

146第一氣體冷卻器主入口

148第一氣體冷卻器-副入口

150冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)

152第一氣體冷卻器-出口

154冷卻劑

156周圍空氣供應(yīng)系統(tǒng)

158壓縮機(jī)抽取端口

160冷卻的燃燒氣體

162排出氣體混合物

164第二氣體冷卻器

166第二氣體冷卻器主入口

168第二氣體冷卻器-副入口

170第二氣體冷卻器-出口

172冷卻劑噴射系統(tǒng)

174冷卻劑

176冷卻劑供應(yīng)源

178混合室

180控制閥

182控制閥

184控制閥

186控制閥

188控制閥

190溫度監(jiān)測(cè)器

192溫度監(jiān)測(cè)器

194溫度監(jiān)測(cè)器

196溫度監(jiān)測(cè)器

198溫度監(jiān)測(cè)器

200第二燃?xì)鉁u輪

202壓縮機(jī)

204燃燒器

206渦輪

208第二換熱器

210燃料噴嘴

212端蓋

214燃燒區(qū)

216入口-渦輪

218燃料噴射器

220閥

300控制器

302數(shù)據(jù)信號(hào)-冷卻的燃燒氣體溫度

304數(shù)據(jù)信號(hào)-燃燒氣體溫度

306數(shù)據(jù)信號(hào)-排出氣體混合物溫度

308數(shù)據(jù)信號(hào)-冷卻劑溫度

310數(shù)據(jù)信號(hào)-冷卻的燃燒氣體溫度

312數(shù)據(jù)信號(hào)-蒸汽流數(shù)據(jù)

314數(shù)據(jù)信號(hào)-蒸汽流數(shù)據(jù)

316信號(hào)

318信號(hào)

320信號(hào)

322信號(hào)

324信號(hào)

326信號(hào)

328信號(hào)

330信號(hào)

332信號(hào)

334信號(hào)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的本實(shí)施例，其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。詳細(xì)描述使用了數(shù)字和字母標(biāo)號(hào)來表示附圖中的特征。附圖和描述中相似或類似的標(biāo)號(hào)用于表示本發(fā)明的相似或類似的部分。如本文中使用的，用語(yǔ)"第一"、"第二"和"第三"可以可互換地使用，以將一個(gè)構(gòu)件與另一個(gè)區(qū)分開，并且不旨在表示獨(dú)立構(gòu)件的位置或重要性。用語(yǔ)"上游"和"下游"是指相對(duì)于流體通道中的流體流的相對(duì)方向。例如，"上游"是指流體流自的方向，而"下游"是指流體流至的方向。

本文中使用的用語(yǔ)出于僅描述特定實(shí)施例的目的，并且不旨在限制本發(fā)明。如本文中使用的，單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指示。還將理解的是，用語(yǔ)"包括(comprises)"和/或"包含(comprising)"在用于本說明書中時(shí)表示敘述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或添加一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組。

各個(gè)實(shí)例經(jīng)由闡釋本發(fā)明提供，而不限制本發(fā)明。實(shí)際上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可在本發(fā)明中作出改型和變型，而不脫離其范圍或精神。例如，示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例上以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖是，本發(fā)明覆蓋歸入所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的此類改型和變型。

在常規(guī)熱電聯(lián)合發(fā)電設(shè)備中，燃料和空氣供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪?？諝獯┻^燃?xì)鉁u輪的入口到燃?xì)鉁u輪中的燃燒器上游的壓縮機(jī)區(qū)段中。在空氣由燃燒器加熱之后，在過程中產(chǎn)生的加熱的空氣和其它氣體(即，燃燒氣體)穿過渦輪區(qū)段。來自燃?xì)鉁u輪的全部量的排出氣體從渦輪區(qū)段經(jīng)過至燃?xì)鉁u輪的排氣區(qū)段，并且流動(dòng)至余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)，其經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)換熱器從排出氣體抽取熱來產(chǎn)生蒸汽。

在某些情況中，對(duì)蒸汽的需求可低于可由燃?xì)鉁u輪排氣生成的蒸汽的量，排出氣體中的一些可引導(dǎo)遠(yuǎn)離余熱回收蒸汽發(fā)生器，如，傳輸至排氣煙囪，其在釋放到大氣中之前過濾排出氣體。作為備選，如果蒸汽產(chǎn)生需求高于由燃?xì)鉁u輪排氣生成的蒸汽，則來自燃?xì)鉁u輪的排出氣體的增加可產(chǎn)生來生成期望的蒸汽。

本實(shí)施例提供系統(tǒng)，其用以在與從渦輪的出口流動(dòng)的排出氣體混合之前使從燃?xì)鉁u輪的渦輪直接抽取的熱燃燒氣體冷卻或回火，并且用于將冷卻的燃燒氣流提供至第二或副燃?xì)鉁u輪，特別是至第二燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)和/或渦輪。盡管燃燒氣體使用從壓縮機(jī)抽取的壓縮空氣經(jīng)由氣體冷卻器冷卻，但冷卻的燃燒氣體仍比從渦輪流動(dòng)的排出氣體顯著更熱。結(jié)果，來自冷卻的燃燒氣體的熱能在換熱器/鍋爐和/或余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)上游升高排出氣體的溫度，由此提高由燃?xì)鉁u輪的蒸汽產(chǎn)生。

蒸汽可用管輸送至蒸汽渦輪，用于熱產(chǎn)生和/或用于其它工業(yè)過程。系統(tǒng)可用于熱電聯(lián)合系統(tǒng)中，使得熱電聯(lián)合系統(tǒng)可產(chǎn)生較高量的蒸汽，而不產(chǎn)生功率的成比例增加。實(shí)施例系統(tǒng)因此提供到熱電聯(lián)合系統(tǒng)中的燃料輸入的有效使用，并且避免由燃?xì)鉁u輪的非期望的功率的浪費(fèi)產(chǎn)生。第二燃?xì)鉁u輪的潛在益處可包括提高的壓縮機(jī)效率、提高的渦輪效率和/或提高的渦輪冷卻。

本文中提供的實(shí)施例提供優(yōu)于現(xiàn)有的熱電聯(lián)合或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的各種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，本文中提供的系統(tǒng)可包括將蒸汽產(chǎn)生調(diào)制在期望的水平處同時(shí)保持熱和其它操作效率的能力；提供較高溫度的氣體來產(chǎn)生燃?xì)鉁u輪下游的更多蒸汽的能力；在關(guān)于燃?xì)鉁u輪的較低功率輸出下操作并且生成更多蒸汽的能力；最小化浪費(fèi)的產(chǎn)物(即，產(chǎn)生燃?xì)鉁u輪中的不必要的功率)的能力；以及以更成本有效且高效的容量操作熱電聯(lián)合系統(tǒng)的能力。

現(xiàn)在參照附圖，其中同樣的標(biāo)記遍及附圖指示相同的元件，圖1提供了具有蒸汽產(chǎn)生能力的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備10的功能框圖。發(fā)電設(shè)備10包括第一燃?xì)鉁u輪100，其可并入本發(fā)明的各種實(shí)施例。第一燃?xì)鉁u輪100大體上包括按串流順序的壓縮機(jī)102、具有一個(gè)或更多個(gè)燃燒器104的燃燒區(qū)段，以及渦輪106。第一燃?xì)鉁u輪100還可包括設(shè)置在壓縮機(jī)108的入口或上游端處的入口導(dǎo)葉108。在操作中，空氣110流動(dòng)橫跨入口導(dǎo)葉108并且流入壓縮機(jī)102中。壓縮機(jī)102將動(dòng)能給予空氣110來產(chǎn)生如由箭頭112示意性指示的壓縮空氣。

壓縮空氣112與來自燃料供應(yīng)系統(tǒng)的燃料如天然氣混合，以形成(多個(gè))燃燒器104內(nèi)的可燃混合物?？扇蓟旌衔锓贌齺懋a(chǎn)生具有高溫、高壓和高速的如由箭頭114示意性指示的燃燒氣體。燃燒氣體114流動(dòng)穿過渦輪106的各種渦輪級(jí)s1,s2,s3,sn來產(chǎn)生功。

渦輪106可具有兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)，例如，低壓區(qū)段和高壓區(qū)段。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪106可為兩軸渦輪，其包括低壓區(qū)段和高壓區(qū)段。在特定構(gòu)造中，渦輪106可具有4個(gè)或更多個(gè)級(jí)。渦輪106可連接于軸116，以使渦輪106的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)102產(chǎn)生壓縮空氣112。作為備選或此外，軸116可將渦輪106連接于發(fā)電機(jī)(未示出)用于產(chǎn)生電。燃燒氣體114在其流動(dòng)穿過渦輪106時(shí)失去熱能和動(dòng)能，并且作為排出氣體118經(jīng)由排氣導(dǎo)管120離開渦輪106，排氣導(dǎo)管120可操作地聯(lián)接于渦輪106的下游端。

排氣導(dǎo)管120可經(jīng)由各種管、導(dǎo)管、閥等流體地聯(lián)接于第一換熱器或鍋爐122。換熱器122可為獨(dú)立的構(gòu)件，或者可為余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)的構(gòu)件。在各種實(shí)施例中，換熱器122用于從排出氣體118抽取熱能來產(chǎn)生蒸汽124。在特定實(shí)施例中，蒸汽124可接著經(jīng)由各種管、閥管道等發(fā)送至蒸汽渦輪126，以產(chǎn)生附加的功率或電。蒸汽124的至少一部分可從換熱器122用管輸送至現(xiàn)場(chǎng)或場(chǎng)外的設(shè)施128，其將蒸汽分送至用戶，并且/或者使用蒸汽用于二次操作，如，熱產(chǎn)生或其它工業(yè)操作或過程。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸汽124可用管輸送至蒸汽渦輪126下游，并且進(jìn)一步用于各種二次操作，如，熱產(chǎn)生或其它二次操作。

來自換熱器122的蒸汽流速或輸出可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)流監(jiān)測(cè)器來監(jiān)測(cè)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，流監(jiān)測(cè)器130可提供在換熱器122下游。在一個(gè)實(shí)施例中，流監(jiān)測(cè)器132可設(shè)置在蒸汽渦輪126下游。

圖2提供了如可并入本發(fā)明的各種實(shí)施例的示例性第一燃?xì)鉁u輪100的一部分的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D，該部分包括壓縮機(jī)102的一部分、燃燒器104、渦輪106和排氣導(dǎo)管120。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中所示，渦輪106包括內(nèi)渦輪殼134和外渦輪殼136。內(nèi)渦輪殼134和外渦輪殼136繞著第一燃?xì)鉁u輪100的軸向中心線12沿周向延伸。內(nèi)渦輪殼134和/或外渦輪殼136至少部分地包圍連續(xù)成排的定子導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)子葉片，它們構(gòu)成渦輪106的各種級(jí)s1,s2,s3,sn。

渦輪殼134,136正常地密封，具有僅兩個(gè)開口：渦輪106的上游處的燃燒氣體入口，以及渦輪106的下游端處的排出氣體或渦輪出口。渦輪106的下游端可操作地連接于排氣導(dǎo)管120。常規(guī)地，全部量的燃燒氣體114穿過由內(nèi)渦輪殼134和外渦輪殼136內(nèi)的渦輪106的各種級(jí)限定的熱氣體路徑138，到排氣導(dǎo)管120中，并且排出氣體118的至少一部分可引導(dǎo)出排氣導(dǎo)管120至換熱器122。

在操作期間，如果確定對(duì)蒸汽產(chǎn)生的需求高于對(duì)由第一燃?xì)鉁u輪100產(chǎn)生的功率的需求，則燃燒氣體114的一部分可經(jīng)由如圖2中所示的一個(gè)或更多個(gè)對(duì)應(yīng)渦輪抽取端口140從渦輪級(jí)s1,s2,s3,sn中的一個(gè)或更多個(gè)抽取。為了圖示，示出了四個(gè)渦輪抽取端口140(a-d)。然而，渦輪106可包括任何數(shù)量的渦輪抽取端口140。例如，渦輪106可包括一個(gè)渦輪抽取端口140、兩個(gè)渦輪抽取端口140、三個(gè)渦輪抽取端口140，或四個(gè)或更多個(gè)渦輪抽取端口140。各個(gè)渦輪抽取端口140流體地聯(lián)接于渦輪級(jí)s1,s2,s3,sn中的一個(gè)或更多個(gè)和/或與其流體連通。各個(gè)渦輪抽取端口140提供燃燒氣流114從在燃燒器104下游但在排氣導(dǎo)管120上游的點(diǎn)流出渦輪106的流動(dòng)路徑。

如圖2中所示，渦輪抽取端口140(a-d)中的一個(gè)或更多個(gè)可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)抽取管142與渦輪級(jí)s1,s2,s3或sn中的一個(gè)或更多個(gè)流體連通。(多個(gè))抽取管142和渦輪抽取端口140提供從熱氣體路徑138穿過內(nèi)渦輪殼134和/或外渦輪殼136并且離開渦輪106的燃燒氣體114的流體連通，以在高于從渦輪106的出口流入排氣導(dǎo)管120中的排出氣體118的溫度下獲得燃燒氣體114的一部分。

如圖2中所示，渦輪106中的級(jí)是連續(xù)的，使得燃燒氣體114流動(dòng)穿過從s1至末級(jí)sn的級(jí)。渦輪級(jí)s1為第一級(jí)，并且直接從燃燒器104接收熱燃燒氣體114。燃燒氣體114的溫度隨各個(gè)連續(xù)級(jí)降低。例如，s1渦輪級(jí)處的燃燒氣體114具有高于后續(xù)渦輪級(jí)s2,s3,sn等處的溫度。排出氣體118在低于渦輪106內(nèi)的燃燒氣體114的溫度下，并且因此具有較少熱能。

圖3提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有如圖1中所示的蒸汽產(chǎn)生能力的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備10的功能框圖。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1,2和3中所示，發(fā)電設(shè)備10包括第一氣體冷卻器144。第一氣體冷卻器144包括流體地聯(lián)接于一個(gè)或更多個(gè)渦輪抽取端口140中的一個(gè)或更多個(gè)的主入口146、經(jīng)由各種管、管道、閥等來流體地聯(lián)接于冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150的副入口148，以及經(jīng)由各種管、管道、閥等與排氣導(dǎo)管120流體連通的出口152。在一個(gè)實(shí)施例中，第一氣體冷卻器144包括噴射器。在一個(gè)實(shí)施例中，第一氣體冷卻器144包括靜止混合器。靜止混合器大體上包括在外殼或管內(nèi)串聯(lián)堆疊并且與主入口146和副入口148以及與出口152流體連通的獨(dú)立混合元件。各個(gè)混合元件可關(guān)于相鄰的混合元件定向成使流動(dòng)穿過靜止混合器的兩種或更多種流體均勻。

冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150將冷卻劑154提供至第一氣體冷卻器144的副入口148。在特定實(shí)施例中，如圖1和3中所示，冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150包括周圍空氣供應(yīng)系統(tǒng)156，用于收集和/或調(diào)節(jié)第一氣體冷卻器144的副入口148上游的周圍空氣。在特定實(shí)施例中，如圖2和3中所示，冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150包括第一燃?xì)鉁u輪100的壓縮機(jī)102。壓縮機(jī)102可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)抽取端口158并且經(jīng)由各種管、管道、閥等流體地聯(lián)接于第一氣體冷卻器144的副入口148。

(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158提供用于壓縮空氣112的一部分在壓縮機(jī)102的上游或入口與限定在燃燒器102上游或緊接上游的壓縮機(jī)102的出口之間的點(diǎn)處流出壓縮機(jī)102的流動(dòng)路徑。由于壓縮空氣112從入口到出口提高壓力和溫度，故(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158可在各種點(diǎn)處沿壓縮機(jī)102軸向地間隔，以捕獲期望溫度和壓力下的壓縮空氣112的一部分。

在操作中，從一個(gè)或更多個(gè)渦輪抽取端口140抽取的燃燒氣體114用作流動(dòng)穿過第一氣體冷卻器144的原動(dòng)流體。來自周圍空氣供應(yīng)源156的周圍空氣或從壓縮機(jī)抽取端口148抽取的壓縮空氣112的一部分流入第一氣體冷卻器144的副入口148中，并且在排氣導(dǎo)管120上游冷卻燃燒氣流114，并且還可增大從第一氣體冷卻器144到排氣導(dǎo)管120中的質(zhì)量流。冷卻的燃燒氣體160從第一氣體冷卻器144的出口152流動(dòng)，并且在高于排出氣體118的溫度下發(fā)送到排氣導(dǎo)管120中。冷卻的燃燒氣體160與排出氣體118在排氣導(dǎo)管120內(nèi)混合，以將加熱的排出氣體混合物162提供至設(shè)置在排氣導(dǎo)管120下游的換熱器122。來自冷卻的燃燒氣體160的熱能升高排出氣體118的溫度，由此提高發(fā)電設(shè)備10的蒸汽產(chǎn)生能力。

在特定實(shí)施例中，如圖3中所示，冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150可包括設(shè)置在(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158下游并且在第一氣體冷卻器144的副入口148上游的第二氣體冷卻器164。第二氣體冷卻器164可經(jīng)由各種管、管道、閥等流體地聯(lián)接于(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158和第一氣體冷卻器144的副入口148。第二氣體冷卻器164包括流體地聯(lián)接于(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158的主入口166、與周圍空氣供應(yīng)系統(tǒng)156流體連通的副入口168，以及與第一氣體冷卻器144的副入口148流體連通的出口170。在該實(shí)施例中，來自(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口158的壓縮空氣112充當(dāng)穿過第二氣體冷卻器164的原動(dòng)流體。從周圍空氣供應(yīng)系統(tǒng)156進(jìn)入第二氣體冷卻器164的副入口168的空氣在第一氣體冷卻器144的副入口148上游冷卻壓縮空氣流112，由此增強(qiáng)流動(dòng)穿過其的燃燒氣體114的冷卻。流入第二氣體冷卻器164中的空氣還可增大從(多個(gè))壓縮機(jī)抽取端口148到第一氣體冷卻器144中的空氣質(zhì)量流。

在特定實(shí)施例中，如圖2和3中所示，發(fā)電設(shè)備10還包括設(shè)置在第一氣體冷卻器144的出口152下游和在排氣導(dǎo)管120上游的冷卻劑噴射系統(tǒng)172。冷卻劑噴射系統(tǒng)172可包括噴霧噴嘴、噴霧塔、洗滌器，或構(gòu)造成將冷卻劑174從冷卻劑供應(yīng)源176噴射到從第一氣體冷卻器144的出口152流動(dòng)的冷卻的燃燒氣流160中，由此在排氣導(dǎo)管120上游進(jìn)一步冷卻冷卻的燃燒氣體160的其它各種構(gòu)件(未示出)。

在特定實(shí)施例中，如圖2和3中所示，冷卻劑噴射系統(tǒng)172可包括混合室178，混合室178流體地聯(lián)接于第一氣體冷卻器144的出口152并且定位在其下游?；旌鲜?78可經(jīng)由各種管、管道、閥等流體地聯(lián)接于排氣導(dǎo)管120。混合室178可構(gòu)造成混和來自第一氣體冷卻器144出口152的冷卻的燃燒氣流160和來自排氣導(dǎo)管120上游的冷卻劑供應(yīng)源176的冷卻劑174。以該方式，冷卻劑174可用于進(jìn)一步降低或控制換熱器122和/或排氣導(dǎo)管120上游的冷卻的燃燒氣體160的溫度。冷卻劑174可為可與燃燒氣體160混合用于其預(yù)期目的的任何液體或氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑174為水。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑174包括蒸汽。

在如圖1-3中所示的各種實(shí)施例中，發(fā)電設(shè)備10包括流體地聯(lián)接于第一氣體冷卻器144的出口152并且設(shè)置在其下游的第二燃?xì)鉁u輪200。第二燃?xì)鉁u輪200包括按串流順序的壓縮機(jī)202、具有至少一個(gè)燃燒器204的燃燒系統(tǒng)和渦輪206。在特定實(shí)施例中，第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204可經(jīng)由各種管、管道、閥等流體地聯(lián)接于第一氣體冷卻器144的出口152。在特定實(shí)施例中，第二換熱器208流體地聯(lián)接于第一氣體冷卻器144的出口152并且設(shè)置在其下游，并且流體地聯(lián)接于第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204并且設(shè)置在其上游。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的如圖1-3中所示的發(fā)電設(shè)備10的第二燃?xì)鉁u輪200的一部分的簡(jiǎn)化截面?zhèn)纫晥D，該部分包括燃燒器204的一部分。如圖4中所示，燃燒器204可包括一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴210，其從端蓋212朝限定在燃燒器204內(nèi)的主燃燒區(qū)214延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)燃料噴嘴210中的至少一個(gè)燃料噴嘴210與第一氣體冷卻器144的出口152流體連通，并且/或者與第二換熱器208流體連通。

在特定實(shí)施例中，燃燒器202與第一氣體冷卻器144的出口152流體連通，并且/或者在多個(gè)燃料噴嘴210下游但在渦輪206的入口216上游的一個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處與第二換熱器208流體連通。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒器204包括設(shè)置在多個(gè)燃料噴嘴210下游和渦輪入口216上游的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴射器或延遲貧燃料噴射器218。各種管、聯(lián)接件、配件管道等可并入在燃燒器204的結(jié)構(gòu)周圍和/或到其中，以提供燃燒器202與第一氣體冷卻器144的出口152和/或第二換熱器208之間的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)路徑。

在操作中，冷卻的燃燒氣體160的一部分可從第一氣體冷卻器144的出口152下游但在排氣導(dǎo)管122上游的點(diǎn)發(fā)送至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204。冷卻的燃燒氣體160可用于將熱能添加至燃燒器204，由此提高燃燒效率，和/或保持在第二燃?xì)鉁u輪200的各種操作模式下的排放符合。

共同參照?qǐng)D1,2,3和4，控制器300可用于確定期望的蒸汽產(chǎn)生能力，和/或通過生成和/或發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)至流體地聯(lián)接于渦輪抽取端口140中的一個(gè)或更多個(gè)的各種控制閥180，和/或冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)150的一個(gè)或更多個(gè)控制閥182,184，和/或冷卻劑噴射系統(tǒng)172的一個(gè)或更多個(gè)控制閥186(圖2)，和/或設(shè)置在第一氣體冷卻器144的出口152和第二燃?xì)鉁u輪200之間的一個(gè)或更多個(gè)控制閥188，和/或設(shè)置在換熱器208與第二燃?xì)鉁u輪200燃燒器204之間的一個(gè)或更多個(gè)控制閥220來調(diào)節(jié)冷卻的燃燒氣體160至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204的流。控制器300可為基于微處理器的處理器，其包括非暫時(shí)性存儲(chǔ)器，并且具有計(jì)算算法的能力。

控制器300可并入generalelectric的speedtronic?燃?xì)鉁u輪控制系統(tǒng)，如由geindustrial&powersystems(schenectady,n.y)公布的rowen,w.i.的"speedtronic?markvgasturbinecontrolsystem"ge-3658d中描述的?？刂破?00還可并入具有(多個(gè))處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該(多個(gè))處理器執(zhí)行儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的程序，以使用傳感器輸入和來自人類操作者的指令控制燃?xì)鉁u輪的操作。

在特定實(shí)施例中，控制器300編程成確定生成期望量的蒸汽流所需的排出氣體的期望溫度，調(diào)節(jié)穿過(多個(gè))閥180的燃燒氣流，穿過(多個(gè))閥182,184的空氣流、穿過閥186的冷卻劑流，以及經(jīng)由閥188和/或(多個(gè))閥220至第二燃?xì)鉁u輪的冷卻的燃燒氣流，以實(shí)現(xiàn)發(fā)送至換熱器122的排出氣體混合物162的期望溫度，并且實(shí)現(xiàn)冷卻的燃燒氣體160至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204的期望流速。

在操作中，如圖1-4中共同所示，控制器300可接收各種輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，如，來自設(shè)置在第一氣體冷卻器144的出口152下游的溫度監(jiān)測(cè)器190(圖1-3)的冷卻的燃燒氣體溫度302，和/或來自設(shè)置在混合室178處或下游的溫度監(jiān)測(cè)器192(圖2-3)的燃燒氣體溫度304，和/或來自設(shè)置在排氣導(dǎo)管120下游和/或換熱器122上游的溫度監(jiān)測(cè)器194(圖1-3)的排出氣體混合物溫度306，和/或來自設(shè)置在第二氣體冷卻器164的出口170下游的溫度監(jiān)測(cè)器196(圖3)的冷卻劑溫度308，和/或來自設(shè)置在第二換熱器208處或下游的溫度監(jiān)測(cè)器198(圖1-3)的冷卻的燃燒氣體溫度310。

控制器300還可接收來自流監(jiān)測(cè)器132的蒸汽流數(shù)據(jù)312和/或來自流監(jiān)測(cè)器130的蒸汽流數(shù)據(jù)314。響應(yīng)于一個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)302,304,306,308,310,312,314，控制器300可促動(dòng)(多個(gè))閥180,182,184,186,188和220中的一個(gè)或更多個(gè)來控制來自渦輪級(jí)s1-sn的燃燒氣流、到第一氣體冷卻器144的副入口148中的壓縮空氣流速、到混合室178中的冷卻劑流速，和/或至第二燃?xì)鉁u輪200，特別是至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204的冷卻燃燒氣流，以產(chǎn)生排出氣體混合物162的期望溫度，并且產(chǎn)生至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204的冷卻的燃燒氣體160的期望的溫度和/或流速。

來自蒸汽渦輪126的蒸汽流輸出可使用流監(jiān)測(cè)器132經(jīng)由控制器300來監(jiān)測(cè)。至二次操作的蒸汽流輸出可使用流監(jiān)測(cè)器130經(jīng)由控制器300監(jiān)測(cè)?？刂破?00可至少部分地基于如由流監(jiān)測(cè)器130,132中的至少一個(gè)測(cè)得的流輸出來促動(dòng)(多個(gè))閥180,182,184,186,188中的一個(gè)或更多個(gè)，以控制來自渦輪級(jí)s1-sn的燃燒氣流、到第一氣體冷卻器144的副入口148中的冷卻劑流速、至混合室178的冷卻劑流速，以產(chǎn)生排出氣體混合物162的期望溫度和/或來自換熱器122的期望蒸汽輸出。

由控制器300接收的數(shù)據(jù)信號(hào)，如燃燒氣體溫度、冷卻的燃燒氣體溫度、排出氣體溫度、混合的排出氣體溫度和蒸汽流速，可分析來與預(yù)定的期望量蒸汽流相比較?？刂破?00可使用接收的數(shù)據(jù)信號(hào)來確定是否將期望排出氣體溫度的升高。計(jì)算包括確定所需的蒸汽量和期望的功率量，以及確定產(chǎn)生期望的蒸汽量所需的燃燒氣體的溫度和量。

在確定換熱器122產(chǎn)生期望的蒸汽量所需的燃燒氣體114的期望溫度和量之后，控制器300可生成和發(fā)送一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)316,318,320,322(圖1和3)至適當(dāng)?shù)?多個(gè))閥180的接收器，以在適當(dāng)?shù)臏u輪級(jí)s1,s2,s3,sn處通過渦輪殼134,136抽取燃燒氣體114?？刂破?00可將信號(hào)324發(fā)送至任一或兩個(gè)閥182,184的接收器，以控制流入第一氣體冷卻器144的副入口148中的冷卻劑154的流速?？刂破?00還可將信號(hào)326發(fā)送至閥186(圖2)，以調(diào)節(jié)期望量的冷卻劑174到混合室178中和/或到來自第一氣體冷卻器144的出口152的冷卻的燃燒氣流160中的流，以將冷卻的燃燒氣體160進(jìn)一步冷卻至期望的溫度。

控制器300可將信號(hào)328(圖1和3)發(fā)送至閥188的接收器，以控制流動(dòng)至第二燃?xì)鉁u輪200的冷卻的燃燒氣體160的流速?？刂破?00可將一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)330,332,334(圖4)發(fā)送至(多個(gè))閥220的接收器，以控制在沿燃燒器204的一個(gè)或更多個(gè)位置處流動(dòng)至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204的冷卻的燃燒氣體160的流速?？刂破?00和/或其中提供的系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)使排出氣體118與冷卻的燃燒氣流160自動(dòng)地混和，以使排出氣體混合物的溫度高于標(biāo)稱排出氣體溫度，但低于換熱器122或hrsg的熱極限，同時(shí)將冷卻的燃燒氣流提供至第二燃?xì)鉁u輪200的燃燒器204。

盡管本文中示出和描述了特定實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，計(jì)算成實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可替換所示的特定實(shí)施例，并且本發(fā)明在其它環(huán)境中具有其它應(yīng)用。本申請(qǐng)旨在覆蓋本發(fā)明的任何改變或變型。以下權(quán)利要求絕不旨在將本發(fā)明的范圍限于本文中所述的特定實(shí)施例。