用於使壓縮機放出排氣膨脹的方法

2023-05-27 07:13:21 2

專利名稱：用於使壓縮機放出排氣膨脹的方法
技術領域：
本文公開的主題涉及燃氣輪機，具體地說，涉及用於從燃氣輪機的壓縮機放出的 壓縮排氣中回收能量的改進的方法。
背景技術：
燃氣輪機系統可從壓縮機中排出空氣，以控制各種構件的運行狀態和健康狀況 (例如無失速狀態)。然而，從燃氣輪機中放出壓縮機放氣會降低淨效率，因為使壓縮機內 的空氣的壓力升高所消耗的能量沒有由燃燒器和渦輪機回收。從壓縮機排出的空氣(即 「排氣」)的量可由環境狀態和燃氣輪機輸出決定。例如，對於較低的燃氣輪機負載和較低 的環境溫度，空氣排放會增加。再例如，當燃燒具有低能量值(例如以英國熱量單位(BTU) 度量的)的燃料時，空氣排放會增加。在這些低BTU燃料燃氣輪機應用中，燃料流率可能比 天然氣燃料應用中的流率高得多，可能會在壓縮機上引起額外的背壓。因此，從壓縮機流排 出的空氣可能會降低此背壓，且改進壓縮機的失速裕量。

發明內容
在一個實施例中，提供了 一種用於從來自燃氣輪機的壓縮機的壓縮空氣回收能量 的方法。該方法包括將來自燃氣輪機的壓縮機的排氣引導到冷卻單元中。排氣是來自壓縮 機的壓縮空氣，排氣不被引導到燃氣輪機的燃燒室中。方法還包括冷卻冷卻單元內的排氣。 方法進一步包括在渦輪膨脹機內使經冷卻的排氣膨脹，以產生功率。在另一個實施例中，提供了一種燃氣輪機功率產生系統。該系統包括燃氣輪機，該 燃氣輪機包括壓縮機、燃燒室和渦輪機構件。系統還包括構造成接收和冷卻來自壓縮機的 排氣的冷卻單元。排氣是來自壓縮機的壓縮空氣，且排氣不被引導到燃燒室中。系統進一 步包括構造成接收和膨脹經冷卻的排氣來產生功率的渦輪膨脹機。在又一個實施例中，提供了一種排氣和能量回收系統。該系統包括構造成接收和 冷卻來自壓縮機的排氣的冷卻單元。系統還包括構造成接收和膨脹經冷卻的排氣來產生功 率的渦輪膨脹機。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得 更好理解，其中相同標號表示相同部件，其中圖1是具有燃氣輪機、蒸汽輪機和熱回收蒸汽發生(HRSG)系統的聯合循環發電系 統的實施例的示意性流圖；圖2是聯接到圖1的聯合循環發電系統的燃氣輪機和HRSG上的排氣和能量回收 系統的示例性實施例的示意性流圖；圖3是聯接到圖1的聯合循環發電系統的燃氣輪機和HRSG上的排氣和能量回收 系統的示例性實施例的示意性流圖，其使用渦輪膨脹機來回收排氣中的能量；圖4是使用渦輪膨脹機和相關聯的預冷單元兩者的、聯接到圖1的聯合循環發電 系統的燃氣輪機和HRSG上的排氣和能量回收系統的示例性實施例的示意性流圖；圖5是使用圖4的渦輪膨脹機和相關聯的預冷單元的、聯接到圖1的聯合循環發 電系統的燃氣輪機和HRSG上的排氣和能量回收系統的示例性實施例的示意性流圖，其中 將來自高壓鍋爐給水泵的鍋爐給水用作冷卻流體；以及圖6是用於從來自圖1的聯合循環發電系統的燃氣輪機的壓縮機的排氣回收能量的方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了提供對這些實施例的簡 明描述，可能不會在說明書中描述實際實現的所有特徵。應當理解，在任何工程或設計項目 中的任何這種實際實現的開發中，必須作出許多實現所特有的決定，以實現開發人員的特 定目標，例如符合與系統有關和商業有關的限制，這是隨著實現的改變而變化的。而且，應 當理解，這種開發工作可能是複雜和耗時的，儘管如此，對本領域普通技術人員來說，得到 本公開的益處的開發工作是設計、生產和製造的例行任務。當介紹本發明的各實施例的元件時，冠詞「一個」、「一種」、「該」和「所述」的意思
是存在一個或多個元件。用語「包括」、「包含」和「具有」是包括性的，其意思是除了列出的 元件之外可能存在另外的元件。在某些實施例中，本文所描述的系統和方法包括從自燃氣輪機的壓縮機放出的排 氣中回收能量。從燃氣輪機的壓縮機中放出壓縮空氣可幫助防止壓縮機失速。但是，僅通過 將壓縮空氣排到大氣中，不能回收壓縮機壓縮空氣所消耗的能量。因此，在某些實施例中， 可將排氣引導到其它過程中，可在該過程中回收排氣內的能量。例如，可將排氣引導到渦輪 膨脹機中，排氣可在渦輪膨脹機內膨脹，從而產生功率。所產生的功率又可用於驅動各種負 載，例如發電機。另外，來自壓縮機的排氣的特徵在於既高壓又高溫。因此，在渦輪膨脹機內被膨脹 之前，可在預冷單元內使排氣冷卻。具體地說，在預冷單元內，熱可從排氣傳遞到冷卻流體， 例如鍋爐給水。由於可在渦輪膨脹機內膨脹之前使排氣的溫度降低，所以渦輪膨脹機的大 小可設置成處理較低的溫度，從而使得渦輪膨脹機的成本降低，因為對於其它的原因，耐高 溫的材料不是必需的。另外，除了在渦輪膨脹機中重獲排氣中的能量之外，也可在其它過程 中重獲從排氣傳遞到冷卻流體中的熱。圖1是具有燃氣輪機、蒸汽輪機和熱回收蒸汽發生(HRSG)系統的聯合循環發電 系統10的實施例的示意性流圖。系統10可包括具有排氣和能量回收系統13的燃氣輪機 12，將在下面進行詳細論述。燃氣輪機12構造成驅動第一負載14。第一負載14例如可為 用於產生電功率的發電機。燃氣輪機12可包括渦輪機16、燃燒器或燃燒室18，以及壓縮機 20。排氣和能量回收系統13可從壓縮機20中排氣，以控制燃氣輪機12的運行狀態和健康 狀況，同時還從來自壓縮機20的排氣的高壓、高溫或流動中回收能量。系統10還可包括用於驅動第二負載24的蒸汽輪機22。第二負載24也可為用於 產生電功率的發電機。但是，第一負載14和第二負載24兩者均可為能夠由燃氣輪機12和 蒸汽輪機22驅動的其它類型的負載。另外，雖然燃氣輪機12和蒸汽輪機22可驅動單獨的 負載14和24，如所示實施例所顯示，但是也可串接地使用燃氣輪機12和蒸汽輪機22，以通 過單個軸驅動單個負載。在所示實施例中，蒸汽輪機22可包括一個低壓段26 (LP ST)，一個 中壓段28 (IP ST)，以及一個高壓段30 (HP ST)。但是，蒸汽輪機22以及燃氣輪機12的具 體構造可為實現特有的，且可包括段的任何組合。系統10還可包括多級HRSG 32。在所示實施例中的HRSG32的構件是HRSG 32的 簡化描述，且不意圖為限制性的。相反，所示的HRSG 32顯示為傳達這種HRSG系統的一般 運行。來自燃氣輪機12的經加熱的廢氣34可傳輸到HRSG 32中，且用於加熱蒸汽，用於為 蒸汽輪機22供以功率。可將來自蒸汽輪機22的低壓段26的廢氣引導到冷凝器36中。又可藉助於冷凝泵38將來自冷凝器36的冷凝物引導到HRSG 32的低壓段中。然後冷凝物可流過低壓節約器40 (LPEC0N)，低壓節約器40例如是構造成用氣體 加熱給水的裝置，可用來加熱冷凝物。可將來自低壓節約器40的冷凝物引導到低壓蒸發器 42(LPEVAP)中，或者向中壓節約器44(IPEC0N)引導該冷凝物。來自低壓蒸發器42的蒸汽 可返回到蒸汽輪機22的低壓段26。應當注意，將在下面詳細地描述，來自排氣和能量回收 系統13的經加熱的流體可用於在低壓蒸發器42內產生蒸汽。同樣，可將來自中壓節約器44的冷凝物引導到中壓蒸發器46(IPEVAP)中，或者向 高壓節約器48(HPEC0N)引導該冷凝物。另外，可將來自中壓節約器44的水輸送到燃料氣體 加熱器(未示出)，在燃料氣體加熱器中，可使用水來加熱燃料氣體，以便在燃氣輪機12的 燃燒室18中使用。可將來自中壓蒸發器46的蒸汽輸送到蒸汽輪機22的中壓段28。再次， 應當注意，將在下面更加詳細地描述，來自排氣和能量回收系統13的經加熱的流體可用於 在中壓蒸發器46內產生蒸汽。最後，可將來自高壓節約器48的冷凝物引導到高壓蒸發器50(HPEVAP)中。可將 離開高壓蒸發器50的蒸汽引導到初級高壓過熱器52和最終高壓過熱器54中，在初級高壓 過熱器52和最終高壓過熱器54中使蒸汽過熱，且最終將蒸汽輸送到蒸汽輪機22的高壓段 30。再次，應當注意，將在下面更加詳細地描述，來自排氣和能量回收系統13的經加熱的流 體可用於在高壓蒸發器50內產生蒸汽。又可將來自蒸汽輪機22的高壓段30的廢氣引導 到蒸汽輪機22的中壓段28中，且可將來自蒸汽輪機22的中壓段28的廢氣引導到蒸汽輪 機22的低壓段26中。還應當注意，節約器、蒸發器和蒸汽輪機22之間的連接可根據不同 的實現而改變，因為所示實施例僅是可採用本實施例的獨特的方面的HRSG系統的一般運 行的說明。級間調溫器56可位於初級高壓過熱器52和最終高壓過熱器54之間。級間調溫 器56可允許對來自最終高壓過熱器54的蒸汽的排放溫度進行更穩定可靠的控制。具體 地，級間調溫器56可構造成在離開最終高壓過熱器54的蒸汽的排放溫度超過預定值的時 候，通過將較冷的給水噴霧注入最終高壓過熱器54的上遊的過熱蒸汽中，來控制離開最終 高壓過熱器54的蒸汽的溫度。另外，可將來自蒸汽輪機22的高壓段30的廢氣引導到初級再熱器58和次級再熱 器60中，在初級再熱器58和次級再熱器60中，廢氣可在被弓丨導到蒸汽輪機22的中壓段28 中之前再加熱。初級再熱器58和次級再熱器60還可與級間調溫器62相關聯，以控制來自 再熱器的排放蒸汽溫度。具體地，級間調溫器62可構造成在離開次級再熱器60的蒸汽的 排放溫度超過預定值的時候，通過將較冷的給水噴霧注入次級再熱器60的上遊的過熱蒸 汽中，來控制離開次級再熱器60的蒸汽的溫度。在諸如系統10的聯合循環系統中，熱廢氣可從燃氣輪機12流出，通過HRSG 32， 可用於產生高壓、高溫蒸汽。然後，由HRSG32產生的蒸汽可通過蒸汽輪機22，以產生功率。 另外，所產生的蒸汽也可供應給可使用過熱蒸汽的任何其它過程。燃氣輪機12產生循環通 常被稱為「頂循環」，而蒸汽輪機22產生循環通常被稱為「底循環」。通過結合這兩個循環， 如圖1所示，聯合循環發電系統10可在這兩個循環中產生更高的效率。特別地，來自頂循 環的廢熱可被捕獲，並用於產生在底循環中使用的蒸汽。因此，聯合循環發電系統10的頂循環的主要構件是燃氣輪機12。圖2是聯接到圖1的聯合循環發電系統10的燃氣輪機12和HRSG 32的排氣和能量回收系統13的示例 性實施例的示意性流圖。如圖2所示，燃氣輪機12的壓縮機20可接收和壓縮空氣64。壓 縮機20可將壓縮空氣引導到燃氣輪機12的燃燒室18中。燃料源66可與從壓縮機20接 收到的壓縮空氣混合，並在燃燒室18內燃燒。然後可將來自燃燒室18的熱氣體引導到燃 氣輪機12的渦輪機16中。熱氣體的壓力/流動驅動渦輪機16中的葉片，以使軸旋轉，從 而驅動負載14。在某些應用中，燃氣輪機12壓力比可達到壓縮機20的限值。例如，在低BTU燃料 用作燃燒室18中的燃料源的應用中，或者在特徵為較低的環境溫度的位置上，壓縮機20壓 力比(即離開壓縮機20的空氣壓力與進入壓縮機20的空氣壓力的比)可變得低於渦輪機 16壓力比(即離開渦輪機16的熱氣體壓力與進入渦輪機16的熱氣體壓力的比)。為了提 供壓縮機20壓力比保護(即防止壓縮機20失速)，可通過排氣和能量回收系統13排出從 壓縮機20中放出的空氣。從壓縮機20排出的空氣的量可為環境狀態和燃氣輪機12輸出的函數。更具體地， 對於較低的環境溫度和較低的燃氣輪機12負載，排氣量可能增加。另外，如上所述，在使用 低BTU燃料源66的燃氣輪機12應用中，燃料源66的流率大體上遠遠高於做比較的天然氣 燃料應用。這主要是由於為了獲得可比的加熱必須使用更多的低BTU燃料。因此，就會對 壓縮機20施加額外的背壓。在這些應用中，從壓縮機20放出的空氣也可被排出，以降低背 壓，且改善壓縮機20的失速裕量(即用於防止失速的設計誤差的裕量)。然而，排出從壓縮機20放出的壓縮空氣可能會降低聯合循環發電系統10的淨效 率，因為使壓縮機20內的空氣64的壓力升高所消耗的能量沒有由燃氣輪機12的燃燒室18 和渦輪機16回收。然而，被引入從壓縮機20放出的排氣68中的能量不必被浪費。相反， 使用排氣和能量回收系統13的各實施例，可重獲排氣68中的能量。用於重獲排氣68中的能量的一種技術可為將排氣68引入來自燃氣輪機12的渦 輪機16的經加熱的廢氣34的流中。排氣68的流例如可由排放控制閥70控制。另外，可 使用聯合循環發電系統10的一個或多個控制器71來控制排放控制閥70以及本文所述的 其它閥和設備的操作，以確保從壓縮機20中排出足夠量的壓縮空氣。特別地，控制器71可 將壓縮機20的運行參數以及燃氣輪機12的其它構件的運行參數考慮在內，以確定要從壓 縮機20中排出多少壓縮空氣。例如，控制器71可將壓縮機20的壓力比、渦輪機16的壓力 比等考慮在內。通過使排氣68與來自燃氣輪機12的經加熱的廢氣34結合，可在HRSG 32內重獲 排氣68中的能量。具體地，通過高壓節約器48、高壓蒸發器50、初級高壓過熱器52 (PHPSH)、 最終高壓過熱器54(FHPSH)以及HRSG 32的其它熱傳遞構件，可使用排氣68內的能量(例 如熱)來幫助產生在蒸汽輪機22中使用的蒸汽，如以上參看圖1更詳細地描述的。因此， 這種技術相對於僅僅是將排氣68排入大氣中具有優點，因為可使用排氣68的熱和質量流 來回收聯合循環發電系統10的底循環中的額外能量。然而，可實現用於回收排氣68中的能量的甚至更有效率的技術。例如，圖3是聯 接到圖1的聯合循環發電系統10的燃氣輪機12和HRSG 32的排氣和能量回收系統13的 示例性實施例的示意性流圖，其使用渦輪膨脹機72來回收排氣68中的能量。在所示實施 例中，來自壓縮機20的排氣68不是被引導到來自燃氣輪機12的渦輪機16的經加熱的廢氣34的流中，而是可被引導到渦輪膨脹機72中。渦輪膨脹機72例如可為渦輪機，高壓氣 體可通過該渦輪機被膨脹來做功。但是，渦輪膨脹機72也可為能夠回收排氣68的壓力的 任何合適的設備。在渦輪膨脹機72內，排氣68可在渦輪膨脹機72內膨脹，以產生單獨的 功率源，其可用於驅動附加的負載74 (例如，附加的發電機)。通過直接捕獲存儲在排氣68 內的能量，能量回收子過程的效率可保持相對較高。然而，由於來自壓縮機20的排氣68的特徵在於相對高的溫度和壓力，所使用的實 際的渦輪膨脹機可相應地設置大小，以容許較高的溫度。因此，在某些應用中，渦輪膨脹機 72就會有點龐大和昂貴。因此，在將排氣68引導到渦輪膨脹機72之前降低排氣68的溫度 將是有利的。通過這麼做，渦輪膨脹機72的大小可設置成處理較低的溫度，從而與圖3所 示的實施例中不冷卻排氣68的情況相比將不那麼笨重和昂貴。特別地，在該實施例中，可 以不採用用於渦輪膨脹機72的昂貴的耐高溫材料的方式來選擇渦輪膨脹機72。圖4是使用了渦輪膨脹機72和相關聯的預冷單元76兩者的、聯接到圖1的聯合循 環發電系統10的燃氣輪機12和HRSG 32的排氣和能量回收系統13的示例性實施例的示意 性流圖。在此實施例中，來自壓縮機20的排氣68可在渦輪膨脹機72內膨脹之前由預冷單 元76冷卻。特別地，冷卻流體78可由預冷單元76使用，以在排氣68被引導到渦輪膨脹機 72之前幫助降低排氣68的溫度。更具體地，排氣68內的熱可傳遞到預冷單元76內的冷卻 流體78中。預冷單元76可包括能夠將熱從排氣68傳遞到冷卻流體78的任何合適的熱傳 遞構件。例如，預冷單元76可為簡單的熱交換裝置，例如翅片和管熱交換器(fin-and-tube heat exchanger)，或者，可為更加複雜的熱交換單元。另外，由預冷單元76使用來冷卻排 氣68的冷卻流體78可為能夠從排氣68中提取熱的任何合適的液體或氣體，例如鍋爐給 水。另外，應當注意，可以使用製冷循環，將製冷劑用作冷卻流體78。從預冷單元76中放出的經加熱的流體80又可由聯合循環發電系統10內或外部 的其它過程使用。例如，經加熱的流體80可被引導到HRSG 32的構件中，在此處，經加熱的 流體80可用來幫助回收額外能量，例如通過HRSG 32中的蒸汽發生。另外，應當注意，也可 在排氣68從渦輪膨脹機72中放出之後從排氣68回收熱。例如，放出的排氣68可與來自 燃氣輪機12的渦輪機16的經加熱的廢氣34結合，以在HRSG 32中使用。從自預冷單元76放出的經加熱的流體80中重獲能量的概念，如圖4所示，可延伸 到其它實施例。例如，圖5是聯接到圖1的聯合循環發電系統10的燃氣輪機12和HRSG 32 的排氣和能量回收系統13的示例性實施例的示意性流圖。如圖所示，排氣和能量回收系統 13使用圖4的渦輪膨脹機72和相關聯的預冷單元76，其中來自高壓鍋爐給水泵84的鍋爐 給水82用作冷卻流體78。可以以別的方式使用高壓鍋爐給水泵84，例如將鍋爐給水82供 應給HRSG 32的高壓節約器48。特別地，鍋爐給水82可由高壓節約器48加熱，並可作為冷 凝物輸送到高壓蒸發器50。在高壓蒸發器50內，可從冷凝物中產生高壓蒸汽。隨後高壓蒸 汽可被引導到HRSG 32的其它構件之中的初級高壓過熱器52和最終高壓過熱器54中，用 於在聯合循環發電系統10的蒸汽輪機22的高壓段30內進行過熱和最終使用。但是，在圖5所示的實施例中，也可將鍋爐給水82的一部分引導到預冷單元76 中。進入預冷單元76中的鍋爐給水82的流例如可由流控制閥86控制。特別地，流控制閥 86可構造成控制在HRSG32的預冷單元76和高壓節約器48之間的鍋爐給水82的流。引 導到預冷單元76中的鍋爐給水82可用作冷卻流體78，冷卻流體78可從預冷單元76內的排氣68提取熱。例如可通過將從預冷單元76中放出的經加熱的流體80作為冷凝物引導 到HRSG 32的高壓蒸發器50中來重獲傳遞到流體80中的熱。如同來自高壓節約器48的 冷凝物一樣，引導到高壓蒸發器50中的經加熱的流體80也可轉化成蒸汽，以在聯合循環發 電系統10的蒸汽輪機22的高壓段30內最終使用。因此，可在聯合循環發電系統10的底 循環內再次回收額外的能量。進入高壓蒸發器50的經加熱的流體80的流可由壓力控制閥88控制。另外，由於 經加熱的流體80(例如來自鍋爐給水泵84的經加熱的鍋爐給水82) —般將處於比高壓蒸 發器50鼓中的壓力更高的壓力下，預冷單元76的下遊的壓力控制閥88也可用來在將經加 熱的流體80輸送到高壓蒸發器50鼓之前控制經加熱的流體80的壓力。應當注意，雖然已經在使用HRSG 32的高壓構件和相關聯的設備(例如高壓鍋爐 給水泵84、高壓節約器48、高壓蒸發器50等)的上下文中介紹了本文所述的某些實施例， 但實際上可使用HRSG 32的任何構件和相關聯的設備。例如，在預冷單元76內使用的鍋爐 給水82可從中壓鍋爐給水泵供應。不管在任何特定應用中使用的特定設備，可證明下面的 用於從來自燃氣輪機12的壓縮機20的排氣68回收能量的方法是有益的。圖6是用於從來自圖1的聯合循環發電系統10的燃氣輪機12的壓縮機20的排 氣68回收能量的方法90的實施例的流程圖。方法90可為計算機實現的方法，其可執行為 存儲在一臺或多臺計算機內的機器可讀介質上的計算機代碼。在步驟92中，可將來自壓縮 機20的排氣68引導到預冷單元76中。如上所述，來自壓縮機20的排氣68的流可由排放 控制閥70和控制器71控制。排氣68是來自壓縮機20的壓縮空氣，其不被引導到燃氣輪 機12的燃燒室18中。換句話說，在當前上下文中，任何來自壓縮機20的沒有被引導到燃 燒室18中的壓縮空氣將被引導到預冷單元76中。但是，在實際操作中，來自壓縮機20的 一定量的壓縮空氣可以既不引導到燃燒室18也不引導到預冷單元76中。例如，在聯合循 環發電系統10內或外部的其它過程可使用來自壓縮機20的壓縮空氣。但是，在當前上下 文中，排氣68表示出於如上所述的保護壓縮機20不遭受脈動、失速和阻塞情況的目的而沒 有被引導到燃氣輪機12的燃燒室18中的壓縮空氣的量。在步驟94中，可在預冷單元76內使排氣68冷卻。在預冷單元76內使排氣68冷 卻可包括將熱從排氣68傳遞到由預冷單元76接收的冷卻流體78中。如上所述，所使用的 預冷單元76的特定構件和冷卻流體78可根據不同的應用而改變。但是，在某些實施例中， 所使用的冷卻流體78可為來自高壓鍋爐給水泵84的鍋爐給水82。鍋爐給水82可由預冷 單元76接收，其中來自排氣68的熱可傳遞到鍋爐給水82中。如上所述，還可回收傳遞到 所得的經加熱的流體80中的熱。例如，在鍋爐給水82用作冷卻流體78的實施例中，經加 熱的流體80 (即經加熱的鍋爐給水82)可被引導到HRSG 32的高壓蒸發器50的鼓中。在 高壓蒸發器50內，經加熱的流體80可轉化成蒸汽，其最終可在聯合循環發電系統10的底 循環中使用。在步驟96中，經冷卻的排氣68可在渦輪膨脹機72內膨脹，從而產生功率。特別 地，經冷卻的排氣68可用來驅動渦輪膨脹機72的葉片，從而導致適於驅動任何合適的負載 74的旋轉。例如，可使用所產生的功率來驅動發電機，以產生附加的電功率。本發明的技術效果包括從聯合循環發電系統10的燃氣輪機12的壓縮機20中排 出壓縮空氣。排氣68可在渦輪膨脹機72內膨脹，從而產生功率，該功率可驅動各種負載74，例如發電機。通過使排氣68在渦輪膨脹機72內膨脹來產生功率，可重獲在壓縮機20內壓 縮排氣68所消耗的能量。另外，在渦輪膨脹機72內膨脹之前，排氣68可在預冷單元76內被冷卻。通過降 低排氣68的溫度，渦輪膨脹機72的大小可設置成處理較低的溫度，從而降低渦輪膨脹機72 的成本。更具體地，由於可不需要用於渦輪膨脹機72的昂貴的耐高溫材料，因此可使用不 那麼昂貴的標準成品渦輪膨脹機72。除了降低成本之外，這些較低溫的渦輪膨脹機可以使 更多的賣主出售它們，更快的周轉時間等。此外，還可重獲傳遞到預冷單元76內的冷卻流體78 (例如鍋爐給水82)中的熱。 例如，如上所述，從預冷單元76放出的經加熱的流體80可被引導到HRSG 32中，在HRSG 32 中，來自經加熱的流體80的熱可用來產生在聯合循環發電系統10的底循環中使用的蒸汽。 將鍋爐給水82用作預冷單元76內的冷卻流體78的優點可為，相同的鍋爐表面積可產生更 多的蒸汽，或者在保持相同的蒸汽循環功率的同時可降低鍋爐表面積。應當注意，雖然已經在聯合循環發電系統10的上下文中大體介紹了本文所述的 實施例，但是本文所述的技術不限於聯合循環發電系統。事實上，也可從來自簡單的燃氣輪 機的壓縮機的排氣中重獲能量。例如，本文介紹的預冷單元76和渦輪膨脹機72可分別冷 卻和膨脹從簡單的燃氣輪機的壓縮機中排出的壓縮空氣，其方式與從本文介紹的聯合循環 燃氣輪機12的壓縮機20中排出的壓縮空氣相同。此外，不一定需要在聯合循環發電系統 10的HRSG 32內回收從預冷單元76放出的經加熱的流體80中的熱。事實上，可在諸如獨 立的鍋爐系統的各種其它過程中重獲這種熱。本書面描述使用實例來公開本發明，包括最佳模式，且還使本領域技術人員能夠 實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本發明的可授予 專利權的範圍由權利要求書限定，且可包括本領域技術人員能夠想到的其它實例。如果這 種其它實例具有不異於權利要求書的字面語言的結構元素，或者如果這種其它實例包括具 有與權利要求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這種其它實例處於權利要求 書的範圍之內。
權利要求
一種用於從來自燃氣輪機(12)的壓縮機(20)的壓縮空氣回收能量的方法，所述方法包括將來自燃氣輪機(12)的壓縮機(20)的排氣(68)引導到冷卻單元(76)中，其中，所述排氣(68)是來自所述壓縮機(20)的壓縮空氣，所述排氣(68)不被引導到所述燃氣輪機(12)的燃燒室(18)中；在所述冷卻單元(76)內冷卻所述排氣(68)；以及在渦輪膨脹機(72)內使所述冷卻的排氣(68)膨脹，以產生功率。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將熱從所述排氣(68)傳遞到所述冷卻單元(76)內的冷卻流體(78，82)；將來自所述冷卻單元(76)的所述經加熱的冷卻流體(80)引導到熱回收蒸汽發生系統 (32)的底循環中；通過在渦輪膨脹機(72)內使所述壓縮空氣的經冷卻的第二部分膨脹來產生功率；以及使用由所述渦輪膨脹機(72)產生的功率來驅動發電機(74)。
3.一種燃氣輪機功率產生系統，包括包括壓縮機(20)、燃燒室(18)和渦輪機構件(16)的燃氣輪機(12)；構造成接收和冷卻來自所述壓縮機(20)的排氣(68)的冷卻單元(76)，其中，所述排氣 (68)是來自所述壓縮機(20)的壓縮空氣，並且所述排氣(68)不被引導到所述燃燒室(18) 中；以及構造成接收和膨脹所述經冷卻的排氣(68)以產生功率的渦輪膨脹機(72)。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成由所述渦輪膨脹機 (72)產生的功率驅動的發電機(74)。
5.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成控制至所述冷卻單 元(76)和渦輪膨脹機(72)的排氣(68)的流的控制器(71)和排氣閥(70)。
6.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述冷卻單元(76)構造成接收冷卻流體 (78，82)，且將熱從所述排氣(68)傳遞到所述冷卻流體(78，82)中。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述冷卻單元(76)構造成接收來自鍋爐 給水泵(84)的鍋爐給水(82)，且將熱從所述排氣(68)傳遞到所述鍋爐給水(82)中。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成控制所述冷卻單元 (76)和熱回收蒸汽發生系統(32)的構件(48)之間的所述鍋爐給水(82)的流的流控制閥 (86)。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述冷卻單元(76)構造成將所述經加熱 的鍋爐給水(80)引導到所述熱回收蒸汽發生系統(32)的蒸發器(50)的鼓中。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成控制來自所述冷卻 單元(76)的所述經加熱的鍋爐給水(80)的壓力和流的壓力控制閥(88)。
全文摘要
本發明提供一種用於從來自燃氣輪機(12)的壓縮機(20)的排氣(68)回收能量的方法。該方法包括將來自燃氣輪機(12)的壓縮機(20)的排氣(68)引導到冷卻單元(76)中。排氣(68)是來自壓縮機(20)的壓縮空氣，並且排氣(68)不被引導到燃氣輪機(12)的燃燒室(18)中。方法還包括冷卻冷卻單元(76)內的排氣(68)。方法進一步包括在渦輪膨脹機(72)內使經冷卻的排氣(68)膨脹，以產生功率。
文檔編號F01D15/10GK101865033SQ20101000383
公開日2010年10月20日 申請日期2010年1月5日 優先權日2009年1月5日
發明者B·薩特, D·W·小鮑爾, J·拉納辛赫, R·P·埃盧裡帕蒂 申請人:通用電氣公司