專利名稱：：使用蒸氣吸收冷卻器來降低稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)功率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本文公開的主題涉及改進(jìn)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備執(zhí)行兩級燃燒，且在級之間執(zhí)行凈化。第一級包括用于諸如煤或重燃油的礦物燃料的部分氧化的氣化器，而第二級使用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，以燃燒由氣化器產(chǎn)生的燃?xì)?。通過添加壓縮的稀釋氮?dú)鈦硖岣呷細(xì)廨啓C(jī)燃燒器的性能。來自IGCC中的空氣分離單元(ASU)的稀釋氮?dú)庠诩壷斜幌♂尩獨(dú)鈮嚎s機(jī)(DGAN)壓縮，且由冷卻塔水源在級之間對其進(jìn)行中間冷卻。然后將壓縮氮?dú)夤?yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。DGAN壓縮機(jī)作為輔助負(fù)載消耗功率。DGAN壓縮機(jī)可能會消耗大量的功率，從而降低IGCC發(fā)電設(shè)備的總效率。因此，在本領(lǐng)域中仍然需要降低由結(jié)合IGCC發(fā)電設(shè)備操作的DGAN壓縮機(jī)所消耗的功率負(fù)載。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)入物冷卻系統(tǒng)包括底循環(huán)熱源；由底循環(huán)熱源供能(power)的蒸氣吸收冷卻器，該蒸氣吸收冷卻器構(gòu)造成以便對稀釋氮?dú)膺M(jìn)行冷卻；以及稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)，其接收來自蒸氣吸收冷卻器的經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)?。根?jù)本發(fā)明的另一個方面，用于對稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)的進(jìn)入物進(jìn)行冷卻的方法包括使用來自整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的底循環(huán)熱源為蒸氣吸收冷卻器供能；用蒸氣吸收冷卻器直接對稀釋氮?dú)膺M(jìn)行冷卻；以及將經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)馑偷较♂尩獨(dú)鈮嚎s機(jī)入口。根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見。附圖簡述在說明書的結(jié)論部分處的權(quán)利要求書中特別指出和明確要求了保護(hù)被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見，其中圖1是蒸氣吸收冷卻器(VAC)的一個實施例。圖2是結(jié)合VAC的DGAN壓縮機(jī)入口的一個實施例。圖3是結(jié)合VAC的DGAN壓縮機(jī)入口的一個實施例。圖4是對供應(yīng)給DGAN壓縮機(jī)入口的氮?dú)膺M(jìn)行冷卻的方法的一個實施例。作為結(jié)合附圖的實例，詳細(xì)描述闡述了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表100蒸氣吸收冷卻器101吸收器<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施例方式DGAN功率消耗與DGAN壓縮機(jī)進(jìn)入物溫度成正比。對于給定的質(zhì)量流量，在較高的溫度下DGAN壓縮機(jī)的功率消耗較高；氮?dú)獾拿芏入S著溫度的升高而降低，從而需要進(jìn)行更多的壓縮。使進(jìn)入氮?dú)鉁囟壤鋮s會產(chǎn)生更密的氮?dú)猓瑥亩枰M(jìn)行更少的壓縮，降低DGAN壓縮機(jī)功率消耗。例如，通過降低約40。F的進(jìn)入物溫度，DGAN壓縮機(jī)功率的功率消耗可降低約2兆瓦?？墒褂脕碜訧GCC發(fā)電設(shè)備的底循環(huán)的低級別熱或廢熱來運(yùn)行蒸氣吸收冷卻器(VAC)系統(tǒng)。VAC可產(chǎn)生冷卻介質(zhì)，以在氮?dú)獾竭_(dá)DGAN壓縮機(jī)的入口之前對氮?dú)膺M(jìn)行冷卻。冷卻降低了通過壓縮機(jī)的體積流量，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)功降低。因此降低了設(shè)備輔助負(fù)載，從而對于IGCC發(fā)電設(shè)備的實施例產(chǎn)生了約1兆瓦至1.8兆瓦的輸出收益和約0.08%-0.12%的凈效率收益。圖1顯示了蒸氣吸收冷卻器(VAC)100的一個實施例。VAC100包括四個部分吸收器101、發(fā)生器102、冷凝器103和蒸發(fā)器104。蒸發(fā)器104保持在低壓或者真空下。蒸發(fā)器104中的真空使制冷劑，例如氨(NH》，在非常低的溫度下蒸發(fā)；正在蒸發(fā)的制冷劑吸收來自冷卻介質(zhì)的熱，該冷卻介質(zhì)通過管道109和IIO流通到蒸發(fā)器104以及自蒸發(fā)器104流通回來。冷卻介質(zhì)和制冷劑之間的熱傳遞使制冷劑轉(zhuǎn)化成蒸氣。制冷劑蒸氣傳送到吸收器IOI。在吸收器IOI中，制冷劑蒸氣被吸收到水中。富含制冷劑的水經(jīng)由管道108從吸收器101泵送到發(fā)生器102。來自熱水或蒸汽形式的底循環(huán)熱源的熱經(jīng)由管道115由發(fā)生器102接收，且處于降低了溫度下的水或蒸汽經(jīng)由管道116從發(fā)生器102中輸出。來自管道115中的熱水或蒸汽的熱轉(zhuǎn)移到來自發(fā)生器102中的管道108的富含制冷劑的水中。來自管道115的熱水或蒸汽的熱使來自從管道108中接收到的富含制冷劑的水的制冷劑沸騰掉，從而產(chǎn)生制冷劑蒸氣和熱水。熱水經(jīng)由管道107傳送到吸收器。在吸收器101中，通過經(jīng)由管道111和112流通的來自冷卻塔的冷卻水流來從熱水中移除多余的熱。來自發(fā)生器102的制冷劑蒸氣經(jīng)由管道105傳送到冷凝器103，在冷凝器103中，通過與經(jīng)由管道113和114流通的來自冷卻塔的冷水交換熱來使制冷劑蒸氣轉(zhuǎn)化成液體。然后通過管道106將液體制冷劑傳送回蒸發(fā)器104中的真空中，在蒸發(fā)器104中，液體制冷劑吸收來自在管道109和110中流通的冷卻介質(zhì)的熱。冷卻介質(zhì)通過管道109和110在蒸發(fā)器104和氮?dú)饫鋮s器之間流通，這在以下結(jié)合圖2和3進(jìn)行了論述?？蛇x擇為VACIOO供能的熱源，以便不影響IGCC發(fā)電設(shè)備的總性能?？蛇x擇IGCC發(fā)電設(shè)備中的具有用于VAC100的適當(dāng)運(yùn)行的充分流量、壓力和溫度的任何底循環(huán)熱源。IGCC發(fā)電設(shè)備中的可用于為VAC100供能的底循環(huán)熱源的三個實例包括煙道煙氣熱、來自蒸汽密封調(diào)節(jié)器(SSR)的蒸汽，或蒸發(fā)器排放流?？墒褂脽煹罒煔鈱λM(jìn)行加熱。在一些實施例中，低壓節(jié)熱器(LPE)可使用煙道煙氣對水進(jìn)行加熱?？墒褂媒?jīng)加熱的水來為VAC100供能。使用煙道煙氣加熱的水可達(dá)到約160°F的溫度和約14.了psi(磅/平方英尺)的壓力。蒸汽以約600°F和約20psi的壓力從SSR出口出來。在一些實施例中，該蒸汽也可用來為VAC100供能。VAC100可能需要最少約21psi的壓力來運(yùn)行，所以通過使用蒸汽壓縮機(jī)，可使蒸汽壓力提高到約25psi。蒸汽壓縮機(jī)將使蒸汽溫度升高到約665。F。蒸汽在VAC中冷凝，且當(dāng)水在約240°F的溫度時，蒸汽被排到汽封冷凝器(GSC)。可在GSC中使用水來進(jìn)行預(yù)熱冷凝，或者如果預(yù)熱對于特定的IGCC發(fā)電設(shè)備來說不是必要的，則水可以繞過GSC。水以約200°F從蒸發(fā)器排放流中出來。在一些實施例中，也可利用該水來使VAC100運(yùn)行。圖2示出了結(jié)合由使用煙道煙氣加熱的水供能的VAC的DGAN壓縮機(jī)入口的一個實施例200。煙道煙氣經(jīng)由管道213輸入到低壓節(jié)熱器(LPE)212，且煙道煙氣通過管道214輸出到煙閨。LPE212使用煙道煙氣來對水進(jìn)行加熱，且經(jīng)由管道204將熱水傳送到VAC201。VAC201使用通過管道204接收到的經(jīng)加熱的水來為發(fā)生器供能，該發(fā)生器為吸收器、蒸發(fā)器和冷凝器供能，如以上關(guān)于圖l所論述的。處于降低的溫度的水或蒸汽經(jīng)由管道205從VAC201中輸出。來自VAC201的冷卻介質(zhì)經(jīng)由管道206和207運(yùn)行到氮?dú)饫鋮s裝置202以及從氮?dú)饫鋮s裝置202運(yùn)行(出來)。氮?dú)饫鋮s裝置202通過管道208接收稀釋氮?dú)?，使用?jīng)由管道206和207流通的冷卻介質(zhì)來冷卻稀釋氮?dú)?，并且?jīng)由管道209將經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)廨敵龅紻GAN壓縮機(jī)入口203。圖3示出了結(jié)合由蒸汽或熱水供能的VAC301的DGAN壓縮機(jī)入口的一個實施例300。VAC301通過管道304接收蒸汽或熱水。管道304可運(yùn)送來自例如SSR出口的蒸汽，或者來自蒸發(fā)器排放流的熱水。使用來自管道304的蒸汽或熱水為發(fā)生器供能，該發(fā)生器為吸收器、蒸發(fā)器和冷凝器供能，如以上關(guān)于圖l所論述的。處于降低的溫度的水或蒸汽經(jīng)由管道305從VAC301中輸出；在接收來自SSR的蒸汽的實施例中，管道305可連接到汽封冷凝器(GSC)上。由VAC301產(chǎn)生的冷卻介質(zhì)經(jīng)由管道306和307運(yùn)行到稀釋氮?dú)饫鋮s裝置302及從稀釋氮?dú)饫鋮s裝置302運(yùn)行(出來)。氮?dú)饫鋮s裝置302接收來自管道308的氮?dú)?，用?jīng)由管道306和307流通的冷卻介質(zhì)來冷卻稀釋氮?dú)猓⑶医?jīng)由管道309將經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)廨敵龅紻GAN壓縮機(jī)入口303。圖4示出了對供應(yīng)到DGAN壓縮機(jī)入口的氮?dú)膺M(jìn)行冷卻的方法400的一個實施例。在框401中，使用來自底循環(huán)熱源的熱為VAC供能。在框402中，VAC冷卻稀釋氮?dú)狻Ｔ趬K403中，將經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)鈧魉偷紻GAN壓縮機(jī)入口。對于示例性IGCC發(fā)電設(shè)備，特別是具有2個GT和在ISO日(ISOday)燃燒伊利諾斯州盆地煤的2個氣化器的GerenalElectricMulti-ShaftSTAG207FBIGCC，最初的DGAN壓縮機(jī)進(jìn)入物溫度為約80°F。通過使用SSR蒸汽作為熱源的VAC，可使DGAN壓縮機(jī)進(jìn)入物溫度降低到大約64°F，從而使得DGAN壓縮機(jī)的功率消耗改進(jìn)約1兆瓦，且提供約0.08%的效率收益。通過使用煙道煙氣作為熱源的VAC，可使DGAN壓縮機(jī)進(jìn)入物溫度降低到約44°F，從而使DGAN壓縮機(jī)功率消耗改進(jìn)約1.8兆瓦，且提供約0.12%的效率收益。相比于由于在IGCC發(fā)電設(shè)備的生命周期中的效率提高而產(chǎn)生的節(jié)省，安裝VAC系統(tǒng)所需的初始投資低。雖然已經(jīng)結(jié)合僅僅有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是將容易地理解，本發(fā)明不限于這樣的公開的實施例。相反，可將本發(fā)明修改成結(jié)合至今尚未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的變型、修改、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)對本發(fā)明的各種實施例進(jìn)行了描述，但是將理解，本發(fā)明的方面可僅包括所述實施例中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述描述的限制，而是僅受所附權(quán)利要求書的范圍限制。權(quán)利要求一種稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)入物冷卻系統(tǒng)(200)，包括底循環(huán)熱源(212)；由所述底循環(huán)熱源供能的蒸氣吸收冷卻器(201)，所述蒸氣吸收冷卻器構(gòu)造成以便冷卻稀釋氮?dú)?202)；以及接收來自所述蒸氣吸收冷卻器的經(jīng)冷卻的所述稀釋氮?dú)獾南♂尩獨(dú)鈮嚎s機(jī)(203)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述底循環(huán)熱源包括廢煙道煙氣。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括低壓節(jié)熱器，所述低壓節(jié)熱器構(gòu)造成以便使用所述廢煙道煙氣來來加熱水，且將經(jīng)加熱的所述水提供給所述蒸氣吸收冷卻器(201)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述底循環(huán)熱源包括來自蒸汽密封調(diào)節(jié)器的蒸汽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述底循環(huán)熱源包括蒸發(fā)器排放。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸氣吸收冷卻器使用經(jīng)冷卻的介質(zhì)(202)來直接冷卻所述稀釋氮?dú)狻?.—種用于對稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)的進(jìn)入物進(jìn)行冷卻的方法(400)，所述方法包括使用來自整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的底循環(huán)廢熱源為蒸氣吸收冷卻器供能(401);通過所述蒸氣吸收冷卻器來冷卻稀釋氮?dú)?402);以及將經(jīng)冷卻的所述稀釋氮?dú)馓峁┑较♂尩獨(dú)鈮嚎s機(jī)入口(403)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述底循環(huán)熱源包括廢煙道煙氣。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使用所述廢煙道煙氣來加熱低壓節(jié)熱器中的水，且將經(jīng)加熱的所述水提供給所述蒸氣吸收冷卻器。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述底循環(huán)熱源包括來自蒸汽密封調(diào)節(jié)器的蒸汽。全文摘要本發(fā)明涉及使用蒸氣吸收冷卻器來降低稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)功率。一種稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)入物冷卻系統(tǒng)(200)包括底循環(huán)熱源(212)；由底循環(huán)熱源供能的蒸氣吸收冷卻器(201)，該蒸氣吸收冷卻器構(gòu)造成以便對稀釋氮?dú)?202)進(jìn)行冷卻；以及接收來自蒸氣吸收冷卻器的經(jīng)冷卻的稀釋氮?dú)獾南♂尩獨(dú)鈮嚎s機(jī)(203)。文檔編號F04B39/06GK101725507SQ20091020886公開日2010年6月9日申請日期2009年10月30日優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日發(fā)明者I·馬宗德,R·薩哈申請人:通用電氣公司