具有形成過量空氣流的壓縮機(jī)和利用其的渦輪膨脹機(jī)的功率生成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種功率生成系統(tǒng)(100)可包括發(fā)電機(jī)和用于對發(fā)電機(jī)(122，166)供能的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(102)，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件(104)、一體壓縮機(jī)(106)和燃燒器(108)，對燃燒器供應(yīng)來自一體壓縮機(jī)的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構(gòu)件供應(yīng)熱燃燒氣體，且一體壓縮機(jī)具有比燃燒器和渦輪構(gòu)件中至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量從而形成過量空氣流。渦輪膨脹機(jī)(272)還可對發(fā)電機(jī)供能。第一控制閥控制沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機(jī)的入口的過量空氣流的流動(dòng)。引射器(252)可位于過量空氣流路徑中以將過量空氣流用作動(dòng)力來利用額外空氣擴(kuò)增過量空氣流。渦輪膨脹機(jī)的排放物(204，274)供應(yīng)給一體壓縮機(jī)的入口。
【專利說明】具有形成過量空氣流的壓縮機(jī)和利用其的渦輪膨脹機(jī)的功率生成系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請涉及共同未決的美國申請?zhí)?GE案號(hào)280356-1 (14/662814) ； 280357-1 (14/662822); 280358-1 (14/662828); 280359-1 (14/662836);案號(hào)280360-1 (14/662847)；280361-1(14/662851) ;280362-1(14/662858);和281470-1(14/662751)，它們都是在2015年3月19日提交的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及功率生成系統(tǒng)，且更具體地，涉及包含燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的功率生成系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)具有形成過量空氣流的壓縮機(jī)，該過量空氣流用于對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)供能的渦輪膨脹機(jī)。還提供用于擴(kuò)增過量空氣流的引射器(eductor)。
【背景技術(shù)】
[0004]功率生成系統(tǒng)通常采用可與一個(gè)或更多個(gè)蒸汽渦輪系統(tǒng)聯(lián)接的一個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)來生成功率。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包括具有旋轉(zhuǎn)軸的多級(jí)軸流壓縮機(jī)?？諝膺M(jìn)入壓縮機(jī)的入口，且被壓縮機(jī)葉片級(jí)壓縮，且然后被排放到燃燒器，在此，焚燒諸如天然氣的燃料以提供驅(qū)動(dòng)渦輪構(gòu)件的高能燃燒氣流。在渦輪構(gòu)件中，熱氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，功中的一些可用于通過旋轉(zhuǎn)軸來驅(qū)動(dòng)一體壓縮機(jī)，其余的可用于有用功，以通過旋轉(zhuǎn)軸(例如，旋轉(zhuǎn)軸的延伸部分)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，諸如發(fā)電機(jī)，以用于產(chǎn)生電。多個(gè)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在功率生成系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)地采用。在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，一個(gè)或更多個(gè)蒸汽渦輪系統(tǒng)也可與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)一起使用。在該設(shè)定中，來自燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的熱排氣被供給到一個(gè)或更多個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，以形成蒸汽，蒸汽然后被供給具有與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)分開或一體的旋轉(zhuǎn)軸的蒸汽渦輪構(gòu)件。在任何情況下，蒸汽的能量被轉(zhuǎn)換成功，功可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，諸如發(fā)電機(jī)，以用于產(chǎn)生電。
[0005]當(dāng)形成功率生成系統(tǒng)時(shí)，其部件構(gòu)造成一起工作，以提供具有期望功率輸出的系統(tǒng)。按照需求提高功率輸出和/或在復(fù)雜的環(huán)境條件下維持功率輸出的能力在本行業(yè)中是持續(xù)的難題。例如，在熱天，電力消耗增加，因此功率生成需求增加。熱天的另一難題是在溫度升高時(shí)，壓縮機(jī)流量降低，這導(dǎo)致降低的發(fā)電機(jī)輸出。提高功率輸出(或維持功率輸出，例如，在熱天)的一個(gè)途徑是對功率生成系統(tǒng)添加可增大去往燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)燃燒器的空氣流的構(gòu)件。增大空氣流的一個(gè)途徑是添加儲(chǔ)存容器以對燃?xì)鉁u輪燃燒器進(jìn)行供給。然而，該特殊的途徑通常要求用于儲(chǔ)存容器的單獨(dú)的功率源，這是效率差的。
[0006]增大空氣流的另一途徑是升級(jí)壓縮機(jī)。目前，已改進(jìn)壓縮機(jī)，使得它們的流動(dòng)容量比它們之前的壓縮機(jī)高。這些新的更高容量的壓縮機(jī)通常被制造以適應(yīng)新的類似地構(gòu)造的燃燒器，或者能夠應(yīng)付增大的容量的較舊燃燒器。升級(jí)較舊燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)以使用更新、更高容量的壓縮機(jī)的難題在于:目前沒有能夠在不升級(jí)系統(tǒng)的其他昂貴部件的情況下，采用具有不能夠應(yīng)付增大的容量的系統(tǒng)的更高容量壓縮機(jī)的機(jī)制。時(shí)常被要求與壓縮機(jī)升級(jí)同時(shí)地升級(jí)的其他部件包括但不限于燃燒器、燃?xì)鉁u輪構(gòu)件、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)裝置、HRSG、蒸汽渦輪構(gòu)件、蒸汽渦輪控制閥等。因此，即使壓縮機(jī)升級(jí)在理論上可能是可取的，但是升級(jí)其他部件的附加成本導(dǎo)致升級(jí)由于額外的費(fèi)用而是不可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一方面提供一種功率生成系統(tǒng)，其包括:發(fā)電機(jī);燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其用于對發(fā)電機(jī)供能，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、一體壓縮機(jī)和燃燒器，對該燃燒器供應(yīng)來自一體壓縮機(jī)的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構(gòu)件供應(yīng)熱燃燒氣體，且一體壓縮機(jī)具有比燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流;渦輪膨脹機(jī)，其對發(fā)電機(jī)供能;第一控制閥，其控制過量空氣流的沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機(jī)的入口的流動(dòng);和引射器，其定位在過量空氣流路徑中以用于將過量空氣流用作動(dòng)力來利用額外空氣擴(kuò)增過量空氣流，其中，渦輪膨脹機(jī)的排放物被供應(yīng)至一體壓縮機(jī)的入口。
[0008]本公開的第二方面提供一種功率生成系統(tǒng)，其包括:發(fā)電機(jī);燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其用于對發(fā)電機(jī)供能，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、一體壓縮機(jī)和燃燒器，對該燃燒器供應(yīng)來自一體壓縮機(jī)的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構(gòu)件提供熱燃燒氣體，且一體壓縮機(jī)具有比燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流;渦輪膨脹機(jī)，其用于對發(fā)電機(jī)供能;第一控制閥，其控制過量空氣流的沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機(jī)的入口的流動(dòng);和引射器，其定位在過量空氣流路徑中以用于將過量空氣流用作動(dòng)力來利用周圍空氣擴(kuò)增過量空氣流，其中，渦輪膨脹機(jī)的排放物被供應(yīng)到一體壓縮機(jī)的入
□ O
[0009]本發(fā)明的第三方面提供一種方法，包括:使用燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)來對發(fā)電機(jī)供能，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、一體壓縮機(jī)和燃燒器，對該燃燒器供應(yīng)來自一體壓縮機(jī)的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構(gòu)件供應(yīng)熱燃燒氣體，且一體壓縮機(jī)具有比燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流;使用渦輪膨脹機(jī)來對發(fā)電機(jī)供能;從燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)提取過量空氣流且將過量空氣流引導(dǎo)到渦輪膨脹機(jī)的入口；和將渦輪膨脹機(jī)的排放物引導(dǎo)到供應(yīng)到一體壓縮機(jī)的入口。
[0010]技術(shù)方案1:一種功率生成系統(tǒng)100，包括:
[0011]發(fā)電機(jī)122;
[0012]燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102，其用于對所述發(fā)電機(jī)122供能，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102包括渦輪構(gòu)件104、一體壓縮機(jī)106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應(yīng)來自所述一體壓縮機(jī)106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構(gòu)件104供應(yīng)熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機(jī)106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構(gòu)件104中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流；
[0013]渦輪膨脹機(jī)272，其用于對所述發(fā)電機(jī)122，166供能;和
[0014]第一控制閥262，206，其控制沿過量空氣流路徑250到所述渦輪膨脹機(jī)272的入口的所述過量空氣流的流動(dòng)，
[0015]其中，所述渦輪膨脹機(jī)272的排放物204，274被供應(yīng)到所述一體壓縮機(jī)106的入口。
[0016]技術(shù)方案2:根據(jù)技術(shù)方案I所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述渦輪構(gòu)件104的排氣172對熱回收蒸汽發(fā)生器168(HRSG)進(jìn)行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。
[0017]技術(shù)方案3:根據(jù)技術(shù)方案2所述的功率生成系統(tǒng)100，其中HRSG還對聯(lián)合發(fā)電蒸汽負(fù)載170供給蒸汽。
[0018]技術(shù)方案4:根據(jù)技術(shù)方案I所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述第一控制閥262，206系統(tǒng)202包括控制從所述一體壓縮機(jī)106的排放物204，274取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機(jī)排放物204，274控制閥262，206，和控制從所述排放物204，274上游的所述一體壓縮機(jī)106的級(jí)取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥262，206。
[0019]技術(shù)方案5:根據(jù)技術(shù)方案4所述的功率生成系統(tǒng)100，還包括用于測量所述過量空氣流的各部分的流速的至少一個(gè)傳感器220，各傳感器220可操作地聯(lián)接到相應(yīng)的控制閥262，206o
[0020]技術(shù)方案6:根據(jù)技術(shù)方案5所述的功率生成系統(tǒng)100，還包括引射器252，所述引射器252定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動(dòng)力來利用額外空氣254擴(kuò)增所述過量空氣流。
[0021]技術(shù)方案7:根據(jù)技術(shù)方案6所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述引射器252包括抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258，且還包括所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258中的第二控制閥系統(tǒng)262，206，所述第二控制閥系統(tǒng)262，206控制到所述引射器252中的所述額外空氣254的流動(dòng)。
[0022]技術(shù)方案8:根據(jù)技術(shù)方案7所述的功率生成系統(tǒng)100，還包括用于測量在所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258中的所述額外空氣254的流速的傳感器220，所述傳感器220可操作地聯(lián)接到所述第二控制閥系統(tǒng)262，206。
[0023]技術(shù)方案9:根據(jù)技術(shù)方案7所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258流體地連接到所述一體壓縮機(jī)106的入口過濾器。
[0024]技術(shù)方案10:根據(jù)技術(shù)方案I所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述額外空氣254包括周圍空氣。
[0025]技術(shù)方案11:根據(jù)技術(shù)方案I所述的功率生成系統(tǒng)100，還包括引射器252，所述引射器252定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動(dòng)力來利用額外空氣254擴(kuò)增所述過量空氣流。
[0026]技術(shù)方案12:—種功率生成系統(tǒng)100，包括:
[0027]發(fā)電機(jī)122，166;
[0028]燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102，其用于對所述發(fā)電機(jī)122，166供能，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102包括渦輪構(gòu)件104、一體壓縮機(jī)106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應(yīng)來自所述一體壓縮機(jī)106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構(gòu)件104供應(yīng)熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機(jī)106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構(gòu)件104中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流；
[0029]渦輪膨脹機(jī)272，其用于對所述發(fā)電機(jī)122，166供能；
[0030]第一控制閥262，206，其控制沿過量空氣流路徑250到所述渦輪膨脹機(jī)272的入口的所述過量空氣流的流動(dòng);和
[0031]引射器252，其定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動(dòng)力來利用周圍空氣擴(kuò)增所述過量空氣流，
[0032]其中，所述渦輪膨脹機(jī)272的排放物204，274被供應(yīng)到所述一體壓縮機(jī)106的入口。
[0033]技術(shù)方案13:根據(jù)技術(shù)方案12所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述渦輪構(gòu)件104的排氣172對熱回收蒸汽發(fā)生器168(HRSG)進(jìn)行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。
[0034]技術(shù)方案14:根據(jù)技術(shù)方案13所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，HRSG還對聯(lián)合發(fā)電蒸汽負(fù)載170供給蒸汽。
[0035]技術(shù)方案15:根據(jù)技術(shù)方案12所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述第一控制閥262，206系統(tǒng)202包括控制從所述一體壓縮機(jī)106的排放物204，274取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機(jī)排放物204，274控制閥262，206，和控制從所述排放物204，274上游的所述一體壓縮機(jī)106的級(jí)取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥262，206。
[0036]技術(shù)方案16:根據(jù)技術(shù)方案12所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述引射器252包括抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258，且還包括所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258中的第二控制閥系統(tǒng)262，206，所述第二控制閥系統(tǒng)262，206控制到所述引射器252中的周圍空氣254的流動(dòng)。
[0037]技術(shù)方案17:根據(jù)技術(shù)方案16所述的功率生成系統(tǒng)100，其中，所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258流體地聯(lián)接到所述一體壓縮機(jī)106的入口過濾器。
[0038]技術(shù)方案18:—種方法，包括:
[0039]使用燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102來對發(fā)電機(jī)122，166供能，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102包括渦輪構(gòu)件104、一體壓縮機(jī)106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應(yīng)來自所述一體壓縮機(jī)106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構(gòu)件104供應(yīng)熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機(jī)106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構(gòu)件104中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流；
[0040]使用渦輪膨脹機(jī)272來對所述發(fā)電機(jī)122，166供能；
[0041]從所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102提取所述過量空氣流，并將所述過量空氣流引導(dǎo)到所述渦輪膨脹機(jī)272的入口；和
[0042]將所述渦輪膨脹機(jī)272的排放物204，274引導(dǎo)到供應(yīng)到所述一體壓縮機(jī)106的入
□ O
[0043]技術(shù)方案19:根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，還包括:
[0044]使用定位在過量空氣流路徑250中的引射器252來利用額外空氣254擴(kuò)增所述過量空氣流，所述引射器252將所述過量空氣流用作動(dòng)力來形成擴(kuò)增的過量空氣流270;和
[0045]將所述擴(kuò)增的過量空氣流270在所述過量空氣流路徑250中引導(dǎo)到所述渦輪膨脹機(jī)272的入口。
[0046]技術(shù)方案20:根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，還包括將所述渦輪構(gòu)件104的排氣172引導(dǎo)到熱回收蒸汽發(fā)生器168(HRSG)，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。
[0047]本發(fā)明的例示方面被設(shè)計(jì)成解決本文中論述的問題和/或未論述的其他問題。
【附圖說明】
[0048]根據(jù)結(jié)合附圖作出的本公開的各種方面的詳細(xì)描述，本公開的這些和其他特征將更容易理解，附圖描繪本公開的各種實(shí)施例，在附圖中:
[0049]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率生成系統(tǒng)的示意圖。
[0050]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括引射器的功率生成系統(tǒng)的示意圖。
[0051]應(yīng)該明白，本發(fā)明的附圖不按照比例。附圖意圖僅描繪本發(fā)明的典型方面，且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，類似的數(shù)字代表附圖之間類似的元件。
[0052]部件列表
[0053]100示例
[0054]100 功率生成系統(tǒng)
[0055]102 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)
[0056]104 渦輪構(gòu)件
[0057]106一體壓縮機(jī)
[0058]108燃燒器
[0059]HO旋轉(zhuǎn)軸
[0060]112 起動(dòng)馬達(dá)
[0061]120 入口過濾器殼體
[0062]122，166 發(fā)電機(jī)
[0063]160 蒸汽渦輪系統(tǒng)
[0064]162旋轉(zhuǎn)軸
[0065]168 蒸汽發(fā)生器
[0066]170 蒸汽負(fù)載
[0067]172排氣
[0068]178 排放控制系統(tǒng)
[0069]180 控制系統(tǒng)
[0070]202 控制閥系統(tǒng)
[0071]204，274 排放物
[0072]206，262 控制閥
[0073]212上游控制閥
[0074]220傳感器
[0075]250 過量空氣流路徑
[0076]252引射器
[0077]254額外空氣
[0078]256額外空氣源
[0079]258側(cè)流動(dòng)路徑
[0080]260 第二控制閥系統(tǒng)
[0081]270 增大的過量空氣流
[0082]272 渦輪膨脹機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0083]如前所述，本公開提供一種包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的功率生成系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包含形成過量空氣流的壓縮機(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例提供利用過量空氣流來改善功率生成系統(tǒng)的輸出和值的方法。
[0084]參見圖1，提供根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率生成系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102。其中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102可包括渦輪構(gòu)件104、一體壓縮機(jī)106和燃燒器108。如在本文中使用的，“一體”壓縮機(jī)106由此稱為壓縮機(jī)106，且可通過公共的壓縮機(jī)/渦輪旋轉(zhuǎn)軸110(有時(shí)稱為轉(zhuǎn)子110)將渦輪構(gòu)件104—體地聯(lián)接在一起。該結(jié)構(gòu)與被單獨(dú)地供能且不與渦輪構(gòu)件104—體的許多壓縮機(jī)不同。
[0085]燃燒器108可包括任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的大體上包括燃燒區(qū)和燃料噴嘴組件的燃燒器系統(tǒng)。燃燒器108可采用環(huán)形燃燒系統(tǒng)，或筒環(huán)形燃燒系統(tǒng)(如圖中例示的)的形式。在操作中，來自一體壓縮機(jī)106的空氣，和燃料(諸如天然氣)，被供應(yīng)給燃燒器108。稀釋劑也可以可選地以任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的方式輸送給燃燒器108。被一體壓縮機(jī)106吸入的空氣可行進(jìn)穿過任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的入口過濾器殼體120。如所理解的，燃燒器108布置為通過燃料和空氣混合物的燃燒來對渦輪構(gòu)件104供應(yīng)熱燃燒氣體。在渦輪構(gòu)件104中，熱燃燒氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，該功中的一些可用于通過旋轉(zhuǎn)軸110來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)106，其余可用于有用功以通過旋轉(zhuǎn)軸110(旋轉(zhuǎn)軸110的延伸部分)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，諸如但不限于用于產(chǎn)生電的發(fā)電機(jī)122，和/或另一渦輪。起動(dòng)馬達(dá)112，諸如但不限于常規(guī)起動(dòng)馬達(dá)或負(fù)載整流逆變器(LCI)馬達(dá)(圖示)，也可聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸110，以用于以任何常規(guī)的方式起動(dòng)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102。渦輪構(gòu)件104可包括任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的渦輪，以用于借助于旋轉(zhuǎn)軸110將熱燃燒氣體流轉(zhuǎn)換成功。
[0086]在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)102可包括可從General Electric Company ,6代61^丨116，3.(:.商業(yè)上獲得的137001?8型，有時(shí)稱為7?8發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，本發(fā)明不限于任何一種特定的燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)，且可與其他系統(tǒng)結(jié)合地實(shí)現(xiàn)，包括例如Genera I ElectricCompany的MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)型。
[0087]與常規(guī)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)機(jī)型不同，第一一體壓縮機(jī)106具有比渦輪構(gòu)件104和/或第一燃燒器108的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量。即，壓縮機(jī)106是與構(gòu)造成匹配燃燒器108和渦輪構(gòu)件104的壓縮機(jī)相比升級(jí)的壓縮機(jī)。如在本文中使用的，“容量”指流速容量。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的原始的壓縮機(jī)可具有大約487千克/秒(kg/s) (1075鎊質(zhì)量/秒(lbm/s))的最大流速容量，且渦輪構(gòu)件104可具有基本上相等的最大流動(dòng)容量，即，大約487kg/s ο然而，在此，壓縮機(jī)106已取代了原始?jí)嚎s機(jī)，且具有例如為大約544kg/s(12001bm/s)的增大的最大流量，而渦輪構(gòu)件104繼續(xù)具有例如為大約487kg/s的最大流動(dòng)容量。(在必要的情況下，起動(dòng)馬達(dá)112也可如例示的那樣已升級(jí)為例如LCI馬達(dá)，以適應(yīng)用于起動(dòng)一體壓縮機(jī)106所需要的增大的功率要求)因此，渦輪構(gòu)件104不可利用壓縮機(jī)106的全部容量，且由壓縮機(jī)106形成高于例如渦輪構(gòu)件104最大容量的過量空氣流200。類似地，一體壓縮機(jī)106的流動(dòng)容量可超過燃燒器108的最大進(jìn)氣容量。以類似的方式，如果暴露于一體壓縮機(jī)106的全部流動(dòng)容量，則渦輪構(gòu)件104的功率輸出可超過發(fā)電機(jī)122的最大允許輸入。雖然在本中已描述了具體的示例流速值，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，流速容量可取決于依據(jù)所采用的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)和新的、高容量一體壓縮機(jī)106而大大地變化。如將在本文中描述的，本發(fā)明提供用于功率生成系統(tǒng)100的各種實(shí)施例，以在功率生成系統(tǒng)100的其他部件中利用過量空氣流。
[0088]如在圖1中還示出的，在一個(gè)實(shí)施例中，功率生成系統(tǒng)100可以可選地采用包含蒸汽渦輪系統(tǒng)160的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的形式。蒸汽渦輪系統(tǒng)160可包括任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的蒸汽渦輪布置。在所示的例子中，例示出高壓(HP)、中壓(MP)和低壓(LP)區(qū)段;但是，不是所有區(qū)段在所有情況下都是必要的。如在本領(lǐng)域中已知的，在操作中，蒸汽進(jìn)入蒸汽渦輪區(qū)段的入口且被引導(dǎo)通過靜止導(dǎo)葉，靜止導(dǎo)葉將蒸汽朝下游相對于聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸162(轉(zhuǎn)子)的葉片引導(dǎo)。蒸汽可行進(jìn)穿過其余的級(jí)，從而在葉片上施加導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸162旋轉(zhuǎn)的力。旋轉(zhuǎn)軸162的至少一端可附接到負(fù)載或機(jī)械，諸如但不限于發(fā)電機(jī)166，和/或另一渦輪，例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102或另一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)。用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽可由一個(gè)或更多個(gè)蒸汽發(fā)生器168，即熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)生成。HRSG168可聯(lián)接到例如燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的排氣172在行進(jìn)通過HRSG168之后，當(dāng)前耗盡熱量的燃燒氣體流可經(jīng)由任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的排放控制系統(tǒng)178排出，例如煙道、選擇催化還原(SCR)單元、一氧化氮過濾器等。盡管圖1示出了聯(lián)合循環(huán)實(shí)施例，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，可省略包含HRSG168的蒸汽渦輪系統(tǒng)160。在該后一種情況下，排氣172將直接行進(jìn)到排放控制系統(tǒng)175，或用在其他過程中。
[0089]功率生成系統(tǒng)100還可包括任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的控制系統(tǒng)180，以用于控制其各種構(gòu)件。盡管與構(gòu)件分開地示出，但應(yīng)明白，控制系統(tǒng)180電連接到所有的構(gòu)件和它們相應(yīng)的可控制特征，例如閥、栗、馬達(dá)、傳感器、齒輪裝置、發(fā)電機(jī)控制件等。
[0090]回到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的細(xì)節(jié)，如本文中提到的，一體壓縮機(jī)106具有比渦輪構(gòu)件104和/或燃燒器108的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，這形成過量空氣流200。如所例示的，過量空氣流200可通過從壓縮機(jī)106提取空氣而形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一控制閥系統(tǒng)202控制過量空氣流200沿過量空氣流路徑250到渦輪膨脹機(jī)272的流動(dòng)，渦輪膨脹機(jī)272對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的發(fā)電機(jī)122供能。第一控制閥系統(tǒng)202可包括供應(yīng)期望的過量空氣流200所需的任何數(shù)量的閥門，例如一個(gè)、兩個(gè)(如圖所示)或多于兩個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，過量空氣流200可利用壓縮機(jī)排放物控制閥206從一體壓縮機(jī)106在其排放物204處提取。即，壓縮機(jī)排放物控制閥206控制從一體壓縮機(jī)106的排放物204取出的過量空氣流200的第一部分。在該情況下，另一上游閥212可省略。然而，在另一實(shí)施例中，可利用合適的閥和有關(guān)控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)106的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)處在期望的位置提取過量空氣流200，例如在排放物204上游的一個(gè)或更多個(gè)位置處、在排放物204和排放物上游的一個(gè)或多個(gè)位置處等。在該情況下，第一控制閥系統(tǒng)202還可包括控制從排放物204上游的一體壓縮機(jī)106的級(jí)提取的過量空氣流200的第二部分的一個(gè)或更多個(gè)上游控制閥212。在第一控制閥系統(tǒng)202中可采用任何數(shù)量的上游控制閥212，以提供來自一體壓縮機(jī)106的任何期望的過量空氣流200，即，具有期望的壓力、流速、體積等。在其他上游控制閥212提供期望的過量空氣流200的情況下，可省略壓縮機(jī)排放閥206。第一控制閥系統(tǒng)202還可包括用于測量過量空氣流的各部分的流速的至少一個(gè)傳感器220，各傳感器220可以可操作地聯(lián)接到相應(yīng)的控制閥或總體控制系統(tǒng)180?？刂崎y系統(tǒng)202可包括用于所例示的各種控制閥的自動(dòng)操作的任何當(dāng)前已知或以后研發(fā)的工業(yè)控制器。
[0091]參見圖2，功率生成系統(tǒng)100還可以可選地包括引射器252，該引射器252定位在過量空氣流路徑250中以用于將過量空氣流200用作動(dòng)力來利用額外空氣254擴(kuò)增過量空氣流。額外空氣254與過量空氣流200—起形成擴(kuò)增的過量空氣流270，該擴(kuò)增的過量空氣流270被輸送到渦輪膨脹機(jī)272。即，擴(kuò)增的過量空氣流270被供應(yīng)至渦輪膨脹機(jī)272。擴(kuò)增的過量空氣流270對渦輪膨脹機(jī)272提供增加的總空氣質(zhì)量。
[0092]引射器252可采用使用動(dòng)力流體流來栗送抽吸流體(即額外空氣254)的任何栗的形式。在此，引射器252將過量空氣流200用作動(dòng)力流體，以從額外空氣源256沿抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258對過量空氣流200添加額外空氣254，即，通過在額外空氣中抽吸。額外空氣源256可采用多種形式。在一個(gè)實(shí)施例中，額外空氣源256可采用一體壓縮機(jī)106的入口過濾器殼體120的形式。在該情況下，去往引射器252的抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258可聯(lián)接到一體壓縮機(jī)106的入口過濾器殼體120，使得額外空氣254包含周圍空氣。在另一實(shí)施例中，額外空氣254可包括來自與入口過濾器殼體120不同的額外空氣源256(例如另一過濾器殼體)的周圍空氣、直接來自環(huán)境但稍后在流動(dòng)路徑258內(nèi)得到過濾的空氣等。第二控制閥系統(tǒng)260可設(shè)在抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258中，以用于控制額外空氣254到引射器252中的流動(dòng)。第二控制閥系統(tǒng)260可包括控制閥262，控制閥262可操作以控制到引射器252中的額外空氣254的量。第二控制閥系統(tǒng)260還可包括用于測量額外空氣254在抽吸側(cè)流動(dòng)路徑258中的流速的至少一個(gè)傳感器，該傳感器可操作地聯(lián)接到第二控制閥系統(tǒng)260，以用于測量額外空氣254的流速。
[0093]過量空氣流200或擴(kuò)增的過量空氣流270最終沿過量空氣流路徑250行進(jìn)到渦輪膨脹機(jī)272，過量空氣流路徑250可包括一個(gè)或更多個(gè)管。盡管例示為好像過量空氣流200或流270在單個(gè)管道中被引導(dǎo)到渦輪膨脹機(jī)272，但應(yīng)當(dāng)明白，任何一種流都可被引導(dǎo)到渦輪膨脹機(jī)272的一個(gè)或更多個(gè)位置。渦輪膨脹機(jī)272可包括任何當(dāng)前已知或以后研發(fā)的如下軸向或離心渦輪，其能夠接收高壓氣體，諸如過量空氣流200或擴(kuò)增的過量空氣流270，且通過高壓氣體的膨脹來產(chǎn)生功。如所例示的，渦輪膨脹機(jī)272可對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的發(fā)電機(jī)122供能。過量空氣流200(圖1)或擴(kuò)增的過量空氣流270(圖2)可用于取決于引射器252是否正在操作來通過渦輪膨脹機(jī)272生成功率，從而以有效率的方式利用一體壓縮機(jī)106的過量容量。渦輪膨脹機(jī)272的排放物274可被供應(yīng)至一體壓縮機(jī)106的入口。排放物274可包括膨脹的過量空氣流200或膨脹的擴(kuò)增過量空氣流270，且因此當(dāng)被添加到入口壓縮機(jī)106時(shí)可增加效率，因?yàn)榕欧盼锉扔梢惑w壓縮機(jī)106吸入的周圍空氣冷。
[0094]如還例示的，渦輪構(gòu)件104的排氣172可供給至HRSG 168，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。如所例示的，HRSG 168還可對聯(lián)合發(fā)電蒸汽負(fù)載170供給蒸汽。聯(lián)合發(fā)電蒸汽負(fù)載170可包括例如，去往石化設(shè)施的蒸汽、用于區(qū)域供熱的蒸汽、用于(柏油砂)油提煉的蒸汽等。
[0095]還關(guān)于各控制閥系統(tǒng)202，206，其各控制閥可定位在打開與關(guān)閉之間的任意位置，以對規(guī)定的構(gòu)件提供期望的分流。另外，盡管在各控制閥后例示去往各部件的一個(gè)通道，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，可提供其他管系和控制閥，以將過量空氣流200的相應(yīng)部分進(jìn)一步分配至各種子部件，例如去往引射器252的多個(gè)入口等。各傳感器220可以可操作地聯(lián)接到控制閥系統(tǒng)202，260和控制系統(tǒng)180，以用于以已知的方式進(jìn)行自動(dòng)控制。可遍及功率生成系統(tǒng)100在必要的位置提供用于測量流量的其他傳感器200?？刂崎y系統(tǒng)202，且因此過量空氣流200的流動(dòng)和引射器252的操作可通過使用任何當(dāng)前已知的或以后研發(fā)的工業(yè)控制器來控制，該工業(yè)控制器可以是總體功率生成系統(tǒng)100控制系統(tǒng)180的一部分?？刂葡到y(tǒng)180可以以已知的方式控制功率生成系統(tǒng)100的所有各種構(gòu)件的操作，包括控制控制閥系統(tǒng)202，260。
[0096]包括如下燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的功率生成系統(tǒng)100與常規(guī)系統(tǒng)相比提供很多優(yōu)點(diǎn)，該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102具有形成過量空氣流200的一體壓縮機(jī)106。例如，相對于升級(jí)系統(tǒng)中的所有壓縮機(jī)，壓縮機(jī)106可以在較低的成本下改善功率生成系統(tǒng)100的功率模塊峰值、基礎(chǔ)和熱天輸出，在采用多個(gè)燃?xì)鉁u輪的情況下，升級(jí)系統(tǒng)中的所有壓縮機(jī)可能是昂貴的。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，降低了被升級(jí)的壓縮機(jī)，即壓縮機(jī)106，的相關(guān)成本，且又通過提供有效地利用更多的過量空氣流的方法來改善被升級(jí)壓縮機(jī)的耐久性和合意性。另外，在下面的例示性子系統(tǒng)中的任何一個(gè)或更多個(gè)縮小尺寸的情況下，包括一體壓縮機(jī)106的功率生成系統(tǒng)100通過改善項(xiàng)目耐久性而擴(kuò)大了系統(tǒng)100的操作能力:渦輪構(gòu)件104、發(fā)電機(jī)122、變壓器(未示出)、開關(guān)裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統(tǒng)160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，與不采取任何措施的情形相比，系統(tǒng)100提供了例如在單燃?xì)鉁u輪和單蒸汽渦輪聯(lián)合循環(huán)(1x1CC)系統(tǒng)中升級(jí)單個(gè)壓縮機(jī)的有利情形。此外，引射器252可形成擴(kuò)增的過量空氣流270，以用于去往渦輪膨脹機(jī)272的額外質(zhì)量流以用于通過發(fā)電機(jī)122進(jìn)行額外的功率生成，和去往一體壓縮機(jī)106的額外質(zhì)量流。
[0097]本文中所用的用語僅用于描述具體實(shí)施例，且不意圖限制本公開。如在本文中使用的，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另行明確地指示。還應(yīng)當(dāng)明白，用語“包括”和/或“包含”當(dāng)用于本說明書中時(shí)，指所聲明的特征、整體、步驟、操作、要素、和/或構(gòu)件的存在，但不排除一個(gè)或更多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、要素、構(gòu)件、和/或它們的組合的存在或添加。
[0098]在下面的權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能要素的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作、和等同物意圖包含用于與如特別要求保護(hù)的其他要求保護(hù)的要素組合地實(shí)現(xiàn)該功能的任何結(jié)構(gòu)、材料、或動(dòng)作。本公開的描述已為了例示和描述而提出，但不意圖為排他性的，或者以所公開的形式限于本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，很多改動(dòng)和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例，以最好地解釋本公開的原理和實(shí)踐應(yīng)用，且使其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能通過具有適合于預(yù)期的具體用途的各種改動(dòng)的多種實(shí)施例來理解本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功率生成系統(tǒng)(100)，包括: 發(fā)電機(jī)(122); 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(I 02 )，其用于對所述發(fā)電機(jī)(122)供能，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(102)包括渦輪構(gòu)件(104)、一體壓縮機(jī)(106)和燃燒器(108)，對所述燃燒器(108)供應(yīng)來自所述一體壓縮機(jī)(106)的空氣和燃料，所述燃燒器(108)布置成對所述渦輪構(gòu)件(104)供應(yīng)熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機(jī)(106)具有比所述燃燒器(108)和所述渦輪構(gòu)件(104)中的至少一者的進(jìn)氣容量大的流動(dòng)容量，從而形成過量空氣流； 渦輪膨脹機(jī)(272)，其用于對所述發(fā)電機(jī)(122，166)供能;和 第一控制閥(262，206)，其控制沿過量空氣流路徑(250)到所述渦輪膨脹機(jī)(272)的入口的所述過量空氣流的流動(dòng)， 其中，所述渦輪膨脹機(jī)(272)的排放物(204，274)被供應(yīng)到所述一體壓縮機(jī)(106)的入□ O2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中，所述渦輪構(gòu)件(104)的排氣(172)對熱回收蒸汽發(fā)生器(168)(HRSG)進(jìn)行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)的蒸汽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中HRSG還對聯(lián)合發(fā)電蒸汽負(fù)載(170)供給蒸汽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中，所述第一控制閥(262，206)系統(tǒng)(202)包括控制從所述一體壓縮機(jī)(106)的排放物(204，274)取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機(jī)排放物(204，274)控制閥(262,206),和控制從所述排放物(204，274)上游的所述一體壓縮機(jī)(106)的級(jí)取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥(262，206)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率生成系統(tǒng)(100)，還包括用于測量所述過量空氣流的各部分的流速的至少一個(gè)傳感器(220)，各傳感器(220)可操作地聯(lián)接到相應(yīng)的控制閥(262，206) ο6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率生成系統(tǒng)(100)，還包括引射器(252)，所述引射器(252)定位在所述過量空氣流路徑(250)中，以用于將所述過量空氣流用作動(dòng)力來利用額外空氣(254)擴(kuò)增所述過量空氣流。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中，所述引射器(252)包括抽吸側(cè)流動(dòng)路徑(258)，且還包括所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑(258)中的第二控制閥系統(tǒng)(262，206)，所述第二控制閥系統(tǒng)(262，206)控制到所述引射器(252)中的所述額外空氣(254)的流動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率生成系統(tǒng)(100)，還包括用于測量在所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑(258)中的所述額外空氣(254)的流速的傳感器(220)，所述傳感器(220)可操作地聯(lián)接到所述第二控制閥系統(tǒng)(262，206)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中，所述抽吸側(cè)流動(dòng)路徑(258)流體地連接到所述一體壓縮機(jī)(106)的入口過濾器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率生成系統(tǒng)(100)，其中，所述額外空氣(254)包括周圍空氣。
【文檔編號(hào)】F02C3/04GK105986899SQ201610398552
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】S·埃卡納亞克, 金基亨, A·I·西皮奧, 唐永明, M·W·亞諾爾德
【申請人】通用電氣公司