專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)功率的增大的制作方法
生產(chǎn)工業(yè)電力的燃?xì)鉁u輪機(jī)是設(shè)計(jì)成在預(yù)先規(guī)定的環(huán)境溫度、氣壓、燃料熱值和蒸汽噴射速率的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的。這種運(yùn)轉(zhuǎn)上的靈活性是由于將燃?xì)鉁u輪機(jī)的空氣壓縮機(jī)和熱氣體膨脹器設(shè)計(jì)成能有效地在一個(gè)流率和壓力比的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。在大多數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，空氣壓縮機(jī)限制了燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率，可是在有一些狀態(tài)下，熱氣體膨脹器限制了燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率。這種運(yùn)轉(zhuǎn)上的靈活性的最后結(jié)果是，燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率沒有充分利用，和/或熱量消耗偏高。
現(xiàn)有技術(shù)曾經(jīng)試圖設(shè)計(jì)一種能夠增加功率輸出和/或把熱消耗(效率)的損失減少到最少的熱動(dòng)力循環(huán)裝置和工藝設(shè)備。在許多情況下，主要的注意力集中在用冷卻法(較低的吸氣溫度，較高的密度)或用增濕法來增加空氣的質(zhì)量流量。也曾經(jīng)考慮過進(jìn)行中間冷卻以減少壓縮的能量消耗。
燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商曾把主要注意力集中在改進(jìn)燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)和控制技術(shù)方法，以達(dá)到低熱量消耗，減少NOx和CO的散發(fā)，更高的可靠性和更少的維修。在歷史上，曾經(jīng)將水或蒸汽噴入燃?xì)鉁u輪機(jī)中，用以控制NOx(氮的氧化物)的散發(fā)，并且還有增大動(dòng)力的附加效益。也常常只噴射蒸汽，用以增大動(dòng)力。然而，隨著干燥的低NOx(DLN)裝置的開發(fā)，利用噴射水或蒸汽來控制NOx的散發(fā)已經(jīng)減少了。
已經(jīng)研制出一種燃?xì)鉁u輪機(jī)操作系統(tǒng)，它包括了組合起來的空氣分離和燃?xì)鉁u輪機(jī)工作過程，它回收從空氣分離設(shè)備送來的高純度或廢棄的氮?dú)猱a(chǎn)品，把它噴射到燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)。另一種現(xiàn)有技術(shù)的裝置包括一種組成一體的空氣分離氣化/部分氧化燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù)方法，該方法在空氣分離設(shè)備分離一部分燃?xì)鉁u輪機(jī)的空氣，以制造氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品；利用氧氣使碳質(zhì)燃料氣化或部分氧化，制造合成氣體；在燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器中燃燒上述合成氣體；以及回收氮?dú)猱a(chǎn)品，噴射到燃?xì)鉁u輪機(jī)壓縮機(jī)的排氣口，和/或燃燒器中。
雖然已經(jīng)證明，這些現(xiàn)有技術(shù)中的措施對(duì)于增大功率輸出和/或提高效率是有用的，但仍然有需要一種更有效的技術(shù)和設(shè)備，以及更高的效率，以增大功率輸出和降低NOx的散發(fā)，同時(shí)把熱量的損失減少到最小。
本發(fā)明研制了一種經(jīng)過改進(jìn)的設(shè)備和工藝方法，用以增大燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出，并同時(shí)降低NOx的散發(fā)，并把熱量的損失減少到最小。
本發(fā)明能使功率增大，并盡可能降低NOx的散發(fā)。在實(shí)踐中，制備了一種混合燃料氣體，它包含了預(yù)先設(shè)定了濃度的燃料和稀釋劑，例如氮?dú)夂退羝；旌先剂系臒嶂涤谜{(diào)節(jié)水蒸汽(相對(duì)較高的熱容量)和氮?dú)獾臐舛葋韰f(xié)調(diào)。把過熱的混合燃料氣體輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器裝置的燃料氣體總導(dǎo)管內(nèi)。根據(jù)燃?xì)鉁u輪機(jī)的設(shè)計(jì)，這種混合燃料氣體需要在壓力比燃?xì)鉁u輪機(jī)的工作壓力大的狀態(tài)下輸送。對(duì)于有些燃?xì)鉁u輪機(jī)來說，這意味著燃料的壓力必須在150-300psia的范圍內(nèi)，而對(duì)于另外一些燃?xì)鉁u輪機(jī)則要高于300psia。本發(fā)明使得能利用低壓蒸汽(壓力低于所要求的混合燃料氣體輸送壓力的蒸汽)來制備具有所要求的水蒸汽含量和過熱狀態(tài)的混合燃料氣體。這種混合燃料氣體是借助于使氮?dú)饧訚瘢缓蟀殉睗竦牡獨(dú)馀c燃料混合。為此，要從30pisa的壓力或更大的壓力，但不超過燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料輸送壓力的蒸汽中取得水份。對(duì)于大多數(shù)市售的燃?xì)鉁u輪機(jī)來說，最佳的蒸汽壓力是低于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料疏松壓力至少50psia。增加水份是由使氮?dú)夂蜔崴诰哂姓_的設(shè)計(jì)和工程特點(diǎn)的逆流接觸器中完成的，以便以最少的壓力損失取得高數(shù)量的轉(zhuǎn)換率。在潮濕的氮?dú)庵械乃羝靠筛哌_(dá)60％摩爾，一般在30-50％摩爾的范圍內(nèi)。在與燃料，例如天然氣混合之前，潮濕的氮?dú)庖訜岬竭^熱，以防止凝結(jié)。混合是這樣完成的，即，獲得了熱值和成分都是恒定的混合燃料氣體。在混合燃料氣體中的燃料的含量可為25-75％摩爾，一般為30-50％摩爾。最后得到的混合燃料氣體加熱達(dá)到50F的過熱，以避免在燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料氣體的進(jìn)氣總管內(nèi)凝結(jié)。本發(fā)明能使得低壓蒸汽既用作水份的來源，又用作熱能的來源。本發(fā)明還使得能主要從低壓蒸汽取得水份，而利用壓力較高的蒸汽作為附加的水份來源和/或熱能的來源。然而，本發(fā)明并不排除使用壓力比較高的蒸汽作為主要的水份來源和/或熱能來源。把低量級(jí)的熱能，例如低壓蒸汽最大限度地利用起來，以使熱量的損失減到最少。
與空氣的冷卻或空氣的加濕相比，本發(fā)明在能夠被噴射進(jìn)燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)去的附加物質(zhì)的量上提供了更大幅度的變化范圍。本發(fā)明并不是依靠空氣分離裝置與燃?xì)鉁u輪機(jī)的整體化。本發(fā)明可以利用位置很遠(yuǎn)的空氣分離裝置，或者從現(xiàn)場(chǎng)的裝置用管道供應(yīng)的氮?dú)狻１景l(fā)明不是依靠用于空氣分離的那些技術(shù)，例如低溫蒸餾法，或壓力回轉(zhuǎn)吸附法，或真空壓力回轉(zhuǎn)吸附法，或薄膜技術(shù)。本發(fā)明既能使用高純度的氮?dú)猱a(chǎn)品(氧氣少于10ppm)，也能使用低純度的氮?dú)猱a(chǎn)品，例如空氣分離裝置中的廢氮?dú)饬?氧氣少于5％)。
本文中公開的發(fā)明能在一定工作條件范圍內(nèi)增大燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出。它特別適用于由于現(xiàn)場(chǎng)的條件使得燃?xì)鉁u輪機(jī)壓縮機(jī)成為瓶頸的情況。它還特別適用于有大量低等級(jí)熱量的場(chǎng)合，例如使用50-200psia的低壓飽和蒸汽的場(chǎng)合。
下面，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意圖，其中的燃?xì)鉁u輪機(jī)通過使用氮?dú)夂偷偷燃?jí)熱量的水蒸汽的過熱混合物而提高了功率輸出；圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中，較高熱量的燃料和氮?dú)舛脊┤腼柡推鲀?nèi)；圖3是表示用于潮濕的氮?dú)夂腿剂狭鞯膯为?dú)的過熱器的示意圖；圖4是另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中，所有的燃料都通過一個(gè)單獨(dú)的燃料氣體總導(dǎo)管供入燃燒器；圖5是另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中所用的蒸汽具有足夠的壓力和溫度，使得回收的水不必額外加熱就可以供入飽和器。
在本文中使用的低壓蒸汽這個(gè)術(shù)語是指它的壓力低于燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商規(guī)定的最低燃料輸送壓力的蒸汽。
圖1是代表本發(fā)明的用于增大燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出的第一實(shí)施例的示意圖，這種燃?xì)鉁u輪機(jī)利用潮濕氮?dú)夂腿剂?，例如天然氣的過熱的混合物。空氣通過管線1流入燃?xì)鉁u輪機(jī)的空氣壓縮機(jī)2內(nèi)，經(jīng)過壓縮后，分成兩部分。一部分空氣(以下稱為燃燒空氣)供入燃燒器3內(nèi)，另一部分(以下稱為冷卻空氣)則流入熱氣體膨脹器4內(nèi)，把葉片冷卻到低于燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商規(guī)定的最高溫度。
流過總導(dǎo)管系統(tǒng)5的包括燃料、氮?dú)夂退羝倪^熱混合燃料氣體流入燃燒器3內(nèi)，在其中，混合物中的燃料成分與燃燒空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。存在于燃料中的稀釋劑、氮?dú)夂退羝麑⑿纬奢^冷的火焰，并且因而散發(fā)出較少的NOx。除了在燃燒器中比較少的熱量損失之外，燃燒反應(yīng)所釋放出來的熱量都被燃燒產(chǎn)物、過剩的燃燒空氣和稀釋劑(燃料中的氮?dú)夂退羝约叭魏纹渌M(jìn)入燃料內(nèi)的惰性成分，例如CO2)所吸收。燃燒后的熱氣體流入膨脹器4內(nèi)，起工作氣流的作用。在膨脹器4的某些部位，熱的燃燒產(chǎn)物和冷的空氣全部混合在一起，然后離開燃?xì)鉁u輪機(jī)總成6。熱氣體膨脹器的輸出功率用于驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)2，和發(fā)電機(jī)7(或者帶動(dòng)一個(gè)負(fù)載)。
從熱氣體膨脹器4排出的廢氣含有大量處于高溫的熱能，可以通過本技術(shù)領(lǐng)域公知的各種途徑來回收。
通過總導(dǎo)管系統(tǒng)5供入的混合燃料氣體是由增濕的氮?dú)夂团c燃料混合的潮濕的氮?dú)庵苽涠傻?。從管線8送來的氮?dú)夤┤虢M合起來的，或者用盤疊起來的塔9的底部，下文中稱為飽和塔。一個(gè)用泵進(jìn)行循環(huán)的水管道10用作水份和熱能的來源，以便獲得水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔?，并通過管道11離開飽和塔的頂部。與此相關(guān)的冷卻水流則通過管道12離開飽和塔的頂部。在飽和塔10的頂部包含一個(gè)除掉濕氣的區(qū)段13，以防止帶走液體的水。
從飽和塔9出來的氮?dú)夂退羝幕旌衔镌跓峤粨Q器14(以下稱為稀釋劑過熱器)內(nèi)加熱到過熱溫度。從管道15送來的低壓蒸汽用作熱能的來源，以達(dá)到所要求的過熱程度(以避免在與從管道18送來的燃料混合時(shí)冷凝)。過熱的氮?dú)馀c水蒸汽的混合物通過管道16流出稀釋劑過熱器。上述蒸汽在完成它的加熱任務(wù)后通過管道17排出。
從管道16送來的氮?dú)馀c水蒸汽的過熱混合物在標(biāo)號(hào)50處與從管道18送來的燃料氣體混合，標(biāo)號(hào)50可以是一段管道，或者專門設(shè)計(jì)的混合裝置。最后的混合燃料氣體、氮?dú)夂退羝ㄟ^管道19送到熱交換器20內(nèi)(以下稱為燃料加熱器)。從管道21送來的低壓蒸汽用作熱能的來源，以達(dá)到所要求的過熱溫度(以避免在總管道5中冷凝)。過熱后的混合燃料氣體通過管道22流出燃料加熱器，并通過燃料氣體總導(dǎo)管5流向燃?xì)鉁u輪機(jī)。上述蒸汽在完成它的加熱任務(wù)之后通過管道23流出。
閥40用于降低通過管道12離開飽和塔的水的壓力，以便能利用低壓蒸汽作為加濕和加熱的來源。從飽和塔9流出來的一小部分水通過管道24排污，以防止在循環(huán)水中積聚雜質(zhì)，并保持所要求的回收率。其余的水通過管道25與蒸汽/凝結(jié)水混合，這些蒸汽/凝結(jié)水是通過管道17從稀釋劑過熱器14，通過管道43從燃料加熱器20，通過管道32從循環(huán)水加熱器30流過來的，以及通過管道27流過來的補(bǔ)充水(或低壓蒸汽)。泵29和抽吸管道26及排出管道28用于把循環(huán)水泵壓到足夠的壓力，送到飽和塔中去。在飽和塔與泵之間安裝了一個(gè)分離器(圖中未示出)，以保證在抽吸管道中沒有蒸汽?；厥盏乃訜岬侥繕?biāo)溫度，使飽和塔頂上的氣體達(dá)到所要求的加濕程度。通過管道31的低蒸汽用于加熱加熱器30中的水。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明包括利用把循環(huán)水的循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽與稱為飽和塔9的這種設(shè)備，以及直接接觸水加熱器45相結(jié)合，以制造一種濕氮?dú)饬鞯姆椒āＤ康氖钱a(chǎn)生一種氮?dú)夂退羝@兩種成分的含量經(jīng)過預(yù)先調(diào)配并且受到控制的稀釋氣體，用于與燃料混合。飽和塔9是一種連續(xù)逆流組合或疊盤式接觸器，它能在不必增壓就能把氣體送入燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。泵壓的熱水，液態(tài)物質(zhì)借助于重力向下流動(dòng)，并與上升的氮?dú)饨佑|。氮?dú)庠诃h(huán)境壓力下供入飽和塔，但仍有足夠的壓力，以利于氣體和液體的良好接觸。飽和塔的設(shè)計(jì)能符合液體流量上預(yù)期的變化，這種流量的變化是為把所需要范圍內(nèi)的水蒸汽含量送入潮濕的稀釋氣體所要求的。對(duì)于產(chǎn)生為70MW功率的燃?xì)鉁u輪機(jī)來說，上述飽和塔一般直徑在5-6英尺，高度為15-30英尺。
離開飽和塔9的一部分水作為排污水排出，以便把水循環(huán)系統(tǒng)中的雜質(zhì)減少到最少。剩余的水送入直接接觸加熱器45，用于再循環(huán)。離開潮濕的稀釋劑過熱器和燃料加熱器的低壓蒸汽和單相或雙相H2O用作補(bǔ)充水的來源，也作為實(shí)現(xiàn)上述工藝過程所需要的熱能的來源。上述直接接觸加熱器的壓力值是這樣選擇的，即，消除了排出低壓蒸汽。附錄可以安裝在圖1中未表示的回收換熱器，用以從排出的氣流中回收熱量。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明包括利用把潮濕的稀釋劑過熱器和燃料加熱器組合在一起來制造過熱的燃料氣體的工藝方法。氮?dú)夂吞幱诼饵c(diǎn)的水蒸汽的混合氣體在飽和塔9的頂上利用適當(dāng)壓力值的蒸汽讓它過熱。其目的是使稀釋氣體與燃料氣體(例如天然氣)接觸時(shí)的凝結(jié)減少到最少。然后，上述混合氣流在燃料加熱器中過熱，以達(dá)到燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商推薦的在燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料氣體總導(dǎo)管處的過熱溫度。一般，燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商推薦的最小過熱值為50度F。因此，這種工藝方法可有效地使用較高的熱值(壓力較高的蒸汽)。
仍請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明包括輸出符合由燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商所建立的燃料互換性標(biāo)準(zhǔn)的燃料氣體。這種標(biāo)準(zhǔn)中的一種是Wobbe系數(shù)，該系數(shù)是由通用電氣公司制訂的，它是燃料氣體的低熱值被燃料氣體總導(dǎo)管處的比重與溫度的乘積的平方根的比值。一般，燃料氣體總導(dǎo)管設(shè)計(jì)成能容許Wobbe系數(shù)在5-10％的量值內(nèi)變動(dòng)。更大的變動(dòng)要由使用分離的燃料氣體總導(dǎo)管和/或在總導(dǎo)管內(nèi)組合了其他技術(shù)特征來解決。按照本發(fā)明，如果按照Wobbe系數(shù)中所容許的變動(dòng)來限制氮?dú)夂退羝康恼{(diào)節(jié)，那么在輸送到燃料氣體總導(dǎo)管去的氣體中的燃料含量，就能夠保持在預(yù)先設(shè)定的值上。這樣就能夠利用蒸汽、氮?dú)夂腿剂铣煞值臒崛萘康牟顒e，來協(xié)調(diào)燃料氣體的熱學(xué)性能。
以上所描述的本發(fā)明還使得能夠利用壓力比較高的蒸汽(壓力大于輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)中去的燃料壓力的蒸汽)作為熱能的來源，也作為水份的來源。如果在稀釋劑過熱器14中所使用的蒸汽具有足夠高的壓力，那么，就能夠直接把通過管道17流出來的蒸汽/冷凝物送到飽和塔9中。如果用于燃料加熱器20的蒸汽具有足夠高的壓力，那么，就能夠直接把通過管道23流出來的蒸汽/冷凝物送到飽和塔9中。如果用于回收水加熱器30的蒸汽具有足夠高的壓力，那么，就能夠直接把通過管道32流出來的蒸汽/冷凝物送到飽和塔9中。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這一點(diǎn)也是很明顯的，即，通過管道17、23和32的蒸汽/冷凝物還可以分別或者混合在一起通過管道42送去作別的用途。
對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這一點(diǎn)也是很明顯的，即，本發(fā)明可以與把潮濕的氮?dú)庠谝惶幓蚨嗵巼娚涞饺細(xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)部去結(jié)合起來進(jìn)行。這個(gè)特點(diǎn)為增加功率輸出提供了靈活性，同時(shí)控制了燃?xì)鉁u輪機(jī)燃料中稀釋劑的濃度，以保證穩(wěn)定的燃燒。這個(gè)實(shí)施例包括了向空氣壓縮機(jī)的排氣內(nèi)，向燃燒器或者渦輪機(jī)內(nèi)噴射所有各種類型，或者某些類型的稀釋劑，或者不噴射稀釋劑(氮?dú)饣蜃鳛榈獨(dú)馀c水蒸汽的混合物的潮濕的氮?dú)?的各種變型。
圖2是本發(fā)明的用于增大功率輸出和減少NOx的散發(fā)的另一個(gè)示意性的例子。高熱值的燃料，例如天然氣，和氮?dú)夥謩e通過管道35和8送入飽和塔9內(nèi)。然后，加濕了的氮?dú)夂腿剂系幕旌衔锝?jīng)過過熱，送入燃燒器內(nèi)。這個(gè)實(shí)施例的工藝設(shè)備需要比較少的換熱器，但是排出的廢水需要進(jìn)行專門的處理，以去除碳?xì)浠衔锖秃虻碾s質(zhì)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這一點(diǎn)也是很明顯的，即，全部或者一部分高熱值的燃料可以通過一根單獨(dú)的燃料總導(dǎo)管直接噴入燃燒器內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
圖3是本發(fā)明的用于增大功率輸出和減少NOx的散發(fā)的另一種工藝設(shè)備的示意性的例子。稀釋劑(氮?dú)饣虻獨(dú)馀c水蒸汽的混合物)在過熱器14中，而燃料則單獨(dú)在燃料加熱器20中加熱。該實(shí)施例的目的是符合燃?xì)鉁u輪機(jī)制造商所制訂的過熱指南，以防止液體進(jìn)入燃料總導(dǎo)管，或在其中凝結(jié)。很明顯，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，有若干種換熱器可以達(dá)到這個(gè)目的。例如，有一種變型能夠完全取消燃料加熱器，同時(shí)卻增大了稀釋劑的過熱功能，并且使得燃料與稀釋劑氣體的混合不會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)物的生成。
請(qǐng)參閱圖3，流過管道15、21和31的蒸汽可以從同一個(gè)蒸汽源送來，雖然這可能會(huì)導(dǎo)致熱動(dòng)力效率有些降低。通過管道27的蒸汽也可以從同一個(gè)來源，或者從一個(gè)低壓源，例如50psia的蒸汽源送來。在給定的飽和塔工作壓力下，循環(huán)水(回收水)的溫度越高，飽和塔頂部氣體的加濕程度就越大。因此，本發(fā)明能使飽和塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)最優(yōu)化，在最小的熱量損失下獲得燃?xì)鉁u輪機(jī)較大的功率輸出。
圖4是這種工藝設(shè)備的另一種設(shè)計(jì)方案。所有的燃料都通過單獨(dú)的燃料氣體總導(dǎo)管送入燃燒器內(nèi)。稀釋劑、氮?dú)夂?或氮?dú)馀c水蒸汽的混合物與燃料分開噴射進(jìn)燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)。有一些未在圖4中表示，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的可替換的方案包括，把稀釋劑氣體噴射到燃?xì)鉁u輪機(jī)的空氣壓縮機(jī)的排出氣體中，和/或燃燒器的排出氣體中。
圖5是實(shí)施本發(fā)明的工藝設(shè)備的另一種設(shè)計(jì)方案。它在管道15和/或27中使用溫度和壓力足夠的蒸汽，使得管道28中回收的水不經(jīng)過額外的加熱就被送入飽和塔9內(nèi)。
以上所描述的那些工藝設(shè)備，以及它們的未在本文中描述的，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員卻是顯而易見的，在換熱裝置、燃料和稀釋劑在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的噴射部位等等方面的變型，構(gòu)成了本發(fā)明的在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件范圍內(nèi)增大功率輸出和降低NOx的散發(fā)的技術(shù)方案。本發(fā)明公開了一種用于在燃?xì)鉁u輪機(jī)中增加氮?dú)饣虻獨(dú)馀c水蒸汽的混合物，同時(shí)結(jié)合低壓蒸汽的使用，以便把熱量損失減少到最少的工藝方法和設(shè)備。它適用于由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的條件而成為瓶頸的情況。它也特別適合于使用等級(jí)特別低的熱源，例如低壓蒸汽的情況。下面的表1總結(jié)了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
表1采用加濕的氮?dú)夂笕細(xì)鉁u輪機(jī)功率的增大(氮?dú)馀c水蒸汽的混合物)

*基本參數(shù)燃?xì)鉁u輪機(jī)軸的功率，kW＝64598熱耗，Btu/kWh＝10860**Δ熱耗＝增加的燃料消耗/增加的燃?xì)鉁u輪機(jī)軸的功。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了本說明書之后，以上所公開的實(shí)施例以及本發(fā)明的其他實(shí)施例的各種其他變型將是顯而易見的，或者是可以在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)作出的。
權(quán)利要求
1.一種用于在用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料氣體中加入氮?dú)夂蛷牡蛪赫羝蝎@得的水份的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)一個(gè)飽和塔，它用于使氮?dú)馀c熱的水蒸汽接觸，以形成水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?b)管道裝置，它用于讓水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到一個(gè)換熱器裝置，其中，用低壓蒸汽產(chǎn)生過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?c)管道裝置，它用于讓上述過熱的混合物通過，流到一個(gè)腔室內(nèi)，以便與送來的氣體混合，形成混合燃料氣體；(d)管道裝置，它用于讓由燃料氣體、氮?dú)夂退羝旌隙傻幕旌先剂蠚怏w通過，流到一個(gè)換熱器內(nèi)，并在其中用低壓蒸汽產(chǎn)生一種過熱的混合燃料氣體；(e)管道裝置，它用于讓過熱的混合燃料氣體通過，流到一臺(tái)燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，它還有下述裝置(a)減壓裝置，它用于離開上述飽和塔的水，以利于借助于與低壓蒸汽直接接觸使上述水加熱，或者凝結(jié)，或者形成兩相的蒸汽—凝結(jié)物的混合物；(b)讓熱水返回上述飽和塔去的重新加壓裝置；以及(c)加熱從飽和塔流出來的水的間接加熱裝置，以便回收到上述飽和塔內(nèi)。
3.一種用于在用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料氣體中加入氮?dú)夂蛷牡蛪赫羝蝎@得的水份的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)一個(gè)飽和塔，它用于使氮?dú)夂透邿崃康娜剂蠚怏w與熱的水蒸汽接觸，以形成水蒸汽與氮?dú)夂腿剂蠚怏w的混合物；(b)管道裝置，它用于讓混合燃料氣體通過，流到一個(gè)換熱器裝置，在其中，用低壓蒸汽產(chǎn)生過熱的混合燃料氣體；(c)管道裝置，它用于讓上述過熱的混合燃料氣體通過，流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)。
4.一種用于在用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的燃料氣體中加入氮?dú)夂偷蛪赫羝脑O(shè)備，該設(shè)備包括(a)一個(gè)飽和塔，它用于使氮?dú)馀c熱的水蒸汽接觸，以形成水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?b)管道裝置，它用于讓水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到一個(gè)換熱器裝置，在其中，用低壓蒸汽產(chǎn)生過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?c)管道裝置，它用于讓上述燃料氣體流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器中；(d)管道裝置，它用于讓上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)；(e)管道裝置，它用于把上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锛尤霃目諝鈮嚎s機(jī)送來的壓縮空氣中，上述空氣壓縮機(jī)是由上述燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的；(f)管道裝置，它用于將上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锛尤霃娜細(xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器排出的氣體中。
5.如權(quán)利要求4所述的用于在用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的燃料氣體中加入低壓蒸汽和氮?dú)獾脑O(shè)備，其特征在于，它還包括下列部件(a)一個(gè)飽和塔，它用于使氮?dú)夂蜔岬乃羝佑|，以形成水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?b)管道裝置，它用于讓水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到一個(gè)換熱器裝置，在其中，用低壓蒸汽產(chǎn)生過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?c)一個(gè)第二換熱器裝置，在其中，利用低壓蒸汽來產(chǎn)生過熱的燃料氣體；(d)管道裝置，它用于讓上述燃料氣體通過，流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)；(e)管道裝置，它用于讓上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)；(f)管道裝置，它用于把上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锛尤霃目諝鈮嚎s機(jī)送來的壓縮空氣中，上述空氣壓縮機(jī)是由上述燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的；(g)管道裝置，它用于將上述過熱的水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锛尤霃娜細(xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器排出的氣體中。
6.一種用于在用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃料氣體中加入氮?dú)夂妥畛鯊牡蛪赫羝a(chǎn)生的水份的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)一個(gè)飽和塔，它用于使氮?dú)馀c熱的水蒸汽接觸，以形成水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔铮?b)管道裝置，它用于讓水蒸汽與氮?dú)獾幕旌衔锿ㄟ^，流到一個(gè)換熱器裝置，以產(chǎn)生過熱的加濕的氮?dú)猓?c)一個(gè)在足夠高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的直接接觸換熱器裝置，它使得從換熱器中流出來的熱水能夠直接泵入上述飽和塔內(nèi)；(d)管道裝置，它用于讓上述過熱的加濕的氮?dú)馔ㄟ^，流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器內(nèi)；(e)管道裝置，它用于讓上述燃料流到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器中。
7.一種增大燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的功率輸出的方法，該燃?xì)鉁u輪機(jī)帶有一臺(tái)的空氣壓縮機(jī)，用于產(chǎn)生壓縮空氣，并將其排入一個(gè)燃燒器內(nèi)，以加熱上述壓縮空氣和產(chǎn)生熱氣體，上述熱氣體被排入一個(gè)向應(yīng)上述熱氣體的膨脹器內(nèi)，用以驅(qū)動(dòng)上述空氣壓縮機(jī)和一個(gè)負(fù)載，該方法包括下列步驟使一種包括燃料氣體、氮?dú)夂退羝倪^熱的燃料通過一根總導(dǎo)管進(jìn)入上述燃燒器內(nèi)，在其中，在上述混合物中的燃料成分與氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生熱的氣體，這種熱的氣體流入上述膨脹器內(nèi)，并用作一種工作流體，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在上述燃燒器中引入一種由燃料氣體、氮?dú)夂退羝幕旌衔锼M成的第一過熱燃料，并向從上述空氣壓縮機(jī)排出來的壓縮空氣和/或從上述燃燒器中排出來的熱氣體中引入由氮?dú)夂退羝幕旌衔锼M成的第二過熱氣體。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，把一種由燃料氣體、氮?dú)夂退羝幕旌衔锼M成的過熱燃料通過一根燃料總導(dǎo)管引入上述燃燒器內(nèi)，并且，把一種高熱值的第二燃料通過一根第二燃料總導(dǎo)管引入上述燃燒器內(nèi)。
全文摘要
一種用于增大燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出的方法和設(shè)備。由于結(jié)合使用了低壓蒸汽,向燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)加入了氮?dú)饣虻獨(dú)馀c水蒸汽的混合物,從而增大了功率輸出和消除了NOx,同時(shí)使熱量的損失減少到最少。
文檔編號(hào)F02C3/30GK1256358SQ9912432
公開日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月13日
發(fā)明者R·F·德爾內(nèi)維查, M·M·艾哈邁德 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司