用於在聯合循環動力設備中預熱燃料的系統及組件的製作方法

2023-05-24 05:44:41 1

專利名稱：用於在聯合循環動力設備中預熱燃料的系統及組件的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及發電系統，並且更具體地涉及一種用於
在聯合循環動力設備中預熱燃料的系統及組件。
背景技術：
至少 一 些公知的發電系統包括多級熱回收蒸汽發生器(HRSG)，其構造成用以從燃氣渦輪發動機排氣裝置中的各連續級中產生等級逐漸降低的蒸汽。通向HRGS的進氣口處的等l^目對較高的熱量能夠在HRSG的高壓級或高壓段中產生壓力相對較高的蒸汽。在從高壓級的氣體中除熱後，將氣體引導到中壓級中，在中壓級處，相對較冷的氣體只能產生壓力相對較低的蒸汽或中壓蒸汽。為了提高燃氣渦輪發動機中的燃燒效率，通常會對燃料預熱。燃料的預熱使用來自於各HRSG段的一股或多股水流來在多級燃料加熱器中加熱燃料。然而，使用多級燃料加熱器而增添到燃料上的熱量數額是受限的。

發明內容
在一個實施例中， 一種用於在聯合循環動力設備中預熱燃料的系統包括水加熱器組件，其構造成用以使用來自於多級熱交換器中的等級逐漸升高的熱量來加熱水流。燃料供送系統還包括燃料加熱器，該燃料加熱器包括流動連通地與燃^f流動通^4目聯接的第一流動通路，以及流動連通地與水流的流動通路相聯接的第二流動通路。燃料加熱器構造成用以將來自於水流的熱量傳遞到燃料流中。在另 一個實施例中， 一種構造成用以使用來自於多級熱交換器中的等級逐漸升高的熱量來加熱水流的水加熱器組件，包括構造成用以接收來自於定位在多級熱交換器中的壓力相對較低的熱交換器中的冷凝水流的入口。水力。熱器組件還包括多個水源加熱器，其中，各水源加熱器均包括流動連通地與定位在多級熱交換器內的熱交換器相聯接的水流動通路。水加熱器組件還包括泵，該泵構造成用以增大穿過水加熱器組件通向出口的水流的壓力。在又一個實施例中， 一種構造成用以使用利用來自於多級熱交換器中的等級逐漸升高的熱量加熱的水來加熱燃料流的燃料加熱器組件，包括水加熱器組件，該7K加熱器組件包括構造成用以接收來自於定位在多級熱交換器中的壓力相對較低的熱交換器中的水流的入口；多個水源加熱器，其中，各水源加熱器均包括流動連通地與定位在多級熱交換器內的熱交換器相聯接的水流動通路；以及構造成用以引導來自於水加熱器組件的加熱的冷凝流的出口 。燃料加熱器組件還包括燃料加熱器，其包括流動連通地與燃料流相聯接的第 一流動通路，其中，燃料加熱器還包括流動連通地與出口相聯接的第二流動通路。燃料加熱器構造成用以將來自於水流的熱量傳遞到燃料流中。


圖1至圖3示出了本文所述的系統和組件的示例性實施例。圖1為示例性聯合循環發電系統的簡圖；圖2為根據本發明的示例性實施例的圖1中所示的水加熱器組件的簡圖；以及圖3為根據本發明的另一個示例性實施例的圖1中所示的水加熱器組件的筒圖。
零件清單
5循環發電系統
7燃氣渦輪發動機組件
10壓縮積j12燃燒器 13燃氣渦輪 14發電機 15管道
16熱回收蒸汽發生器(HRSG)
17管線
18蒸汽渦輪
19發電機
20冷凝器
21管線
24高壓(HP)段
26中壓(IP)段
30低壓(LP)段
31排出管路
34水加熱器組件
36加熱燃料的水
38燃料加熱器
40燃料
202第一水源加熱器 204第一流動通賴" 206第一熱交換器 21第二熱交換器 212第二水源加熱器 214第一流動通路 216節約裝置 220第二熱交換器 222低壓節約裝置 224冷凝泵226吸口 228增壓泵 230入口
232第二流動通路 234第二流動通路 236第一流動通路 238第二流動通路 240旁通閥 242旁通閥 244旁通閥
具體實施例方式如下詳細說明 本發明的實施例。設想到的是，本發明在工業、商業和住宅應用場合 中對於通過使用等級逐漸升高的熱量預熱通向燃燒器的燃料流來提 高燃燒和發電系統的效率而言，具有通用的適用性。如本文所用，高 等級熱量表示處於較高溫度的熱量，低等級熱量表示處於較低溫度的 熱量，以及中等級熱量表示處於低等級熱量溫度與高等級熱量溫度之 間溫度的熱量。如本文所用，以單數形式描述並冠以詞組"一個，，或"一種，， 的元件或步驟應當理解為並未排除復^:個所述元件或步驟，除非明確 指出這種排除。此外，參照本發明的"一個實施例"並非意圖理解為排 除也結合了所述特徵的其它實施例的存在。圖1為示例性聯合循環發電系統5的簡圖。發電系統包括 燃氣渦輪發動機組件7，其包括壓縮機IO、燃燒器12,以及通過在燃 燒器12中產生的高溫氣體的膨脹來供以動力以用於驅動發電機14的 渦輪13。來自於燃氣渦輪13的排氣經由管道15供送給熱回收蒸汽發 生器(HRSG)16，以便從排氣中回收廢熱。HRSG 16包括高壓(HP)段
724、中壓(IP)段26,以及低壓(LP)段30。 HRSG16構造成用以將來自 於排氣中的等級逐漸降低的熱量傳遞到水中，水穿過壓力逐漸P爭低的 各段進行循環。HP段24、 IP段26和LP段30中的各段均可包括節 約裝置、蒸發器、過熱器和/或給水預熱器或與各段相關的其它預熱器， 例如但不限於高壓段預熱器，其可分成多個熱交換器，然後將其定位 在區段(HP,IP,LP)中的一個或多個上。區段的節約裝置通常用於例如 在蒸發器中將水轉變成蒸汽之前對其預熱。水經由管線21供送給HRSG 16,以產生蒸汽。從供送給 HRSG的排氣中所回收的熱量傳遞到HRSG 16中的水/蒸汽中，以用 於產生蒸汽，該蒸汽經由管線17供送給蒸汽渦輪18用於驅動發電機 19。管線17代表HRSG16與蒸汽渦輪18之間的多條蒸汽管線，以用 於在不同壓力水平下產生的蒸汽。來自於HRSG 16的冷卻氣體經由排 出管路31和排氣管(未示出)排放到大氣中。在示例性實施例中，聯合循環動力設備5還包括水加熱器 組件34，其定位成與HRSG 16分離的獨立裝置。在備選實施例中， 水加熱器組件34定位在HRSG 16內。水和/或蒸汽從HRSG的一個或 多個區段中獲取，且將其引導到水加熱器組件34中。加熱燃料的水 流36從水加熱器組件34引導到燃料加熱器38中。燃料流40定向為 穿過燃料加熱器38,在加熱器38處，燃料流40接收從加熱燃料的水 流36中所傳遞的熱量。已加熱的燃料引導到燃燒器12中。已冷卻的 加熱燃料的水流36引向冷凝器20。圖2為才艮據本發明的示例性的水加熱器組件34(圖1中所示) 的簡圖。在示例性實施例中，水加熱器組件34包括第一水源加熱器 202,其具有始自IP段26中的節約裝置206的第一流動通路204,該 第 一流動通路204與始自LP段30中的節約裝置222的第二流動通鴻-232進行熱交換。在一個實施例中，來自於IP段26中的節約裝置206 的部分水流引導到位於HRSG 16中(節約裝置、蒸發器或過熱器)上 遊的第二熱交換器210中。水加熱器組件34還包括在始自HP段24中的節約裝置216的第一流動通路214與始自水源加熱器202的第二 流動通路234之間進行熱交換的第二水源加熱器212。在一個實施例 中，來自於HP段24中的節約裝置216的部分水流引導到位於HRSG 16中(節約裝置、蒸發器或過熱器)上遊的第二熱交換器220中。低 壓節約裝置222接收來自於冷凝泵224的冷凝流，且將加熱的冷凝流 引向增壓泵228的吸口 226，以及通向IP段26中的節約裝置206水 側的入口 230。增壓泵228泵送加熱的冷凝水穿過第一水源加熱器202 的第二流動通^各232、第二水源加熱器212的第二流動通路234,且 之後穿過燃料加熱器38的第一流動通路236，其中，加熱的冷凝物中 的熱量傳遞到經由燃料加熱器38中的第二流動通^各238流動的燃料 流40中。在工作期間，通過#^壓節約裝置222、第一水源加熱器202 和第二水源加熱器212來加熱冷凝水。加熱的冷凝水引向燃料加熱器 38，在加熱器38處，熱量從加熱的冷凝水中傳遞到經由第二流動通 路238流動的燃料流中。在一個實施例中，使用旁通閥240,242和244 來控制傳遞給燃料的熱量，且因此控制燃料的溫度。在示例性實施例 中，燃料加熱器38包括單級燃料加熱器，其用於通過將燃料預熱至 預定溫度來提高系統5的效率。通過提高通向燃氣渦輪燃燒器12的 燃料入口溫度，減小了燃燒過程為獲得所需的點火溫度而需要的燃料 量，且因此也提高了系統5的總效率。圖3為根據本發明的另一示例性實施例的水加熱器組件 34(圖1中所示)的簡圖。在該示例性實施例中，HRSG 16構造成具有 與第一熱交換器206平遊(evenstream)的第二熱交換器210。如本文所 述用，平遊表示在構造成用以引導流體流的管道的相同流動通路內的 相對位置，其中，構件相對於^f皮此既不在大致下遊又不在大致上遊， 而是在流動通路中相對於流向彼此鄰近。在HRSG 16中將第一熱交換 器206定位成與第二熱交換器210平遊與當笫一熱交換器206位於第 二熱交換器210(如圖2中所示)下遊時相比，容許第一熱交換器206經受等級更高的熱量。使第一熱交換器206經受等級更高的熱量容許 第一熱交換器206向水加熱器組件34提供更多熱量。用於加熱燃料流的系統和組件的上述實施例^是供了 一種成 本效益合算且可靠的方式，通過使用利用來自於多級熱交換器裝置中 的等級逐漸升高的熱量加熱的水來加熱燃料而提高發電系統的效率。 更具體而言，本文所述的系統和組件有助於通過將進入燃料預熱至預 定溫度來提高動力設備的效率。此外，上述系統和組件有助於提高通 向燃氣渦輪機燃燒器的燃料入口溫度，以便減少燃燒過程為獲得所需 的燃燒溫度而需要的燃料量，從而提高發電循環的總效率。結果，本 文所述的系統和組件有助於以成本效益合算且可靠的方式來提高發 電系統的效率。上文詳細地描述了使用利用來自於多級熱交換器裝蕈中的 等級逐漸升高的熱量加熱的水來加熱燃料流的示例性系統及組件。所 示的系統不限於本文所述的特定實施例，而是各系統的構件均可獨立 地且與本文所述的其它構件分開地4吏用。各系統構件均還可結合其它 系統構件一起使用。儘管已經根據各種特定的實施例描述了本文，但應當認識 到，可利用權利要求的精神和範圍內的修改來實施; M^開內容。
權利要求
1.一種燃料供送系統，包括水加熱器組件(34)，其構造成用以使用來自於多級熱交換器裝置中的等級逐漸升高的熱量來加熱水流；構造成用以接收燃料流的燃料入口流動通路；以及燃料加熱器(38)，其包括流動連通地與所述燃料入口流動通路相聯接的第一流動通路(214)，所述燃料加熱器包括流動連通地與所述水加熱器組件相聯接的第二流動通路(232)，所述燃料加熱器構造成用以將來自於所述水流的熱量傳遞給所述燃料流。
2. 才艮據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述水加熱器組件(34)構造成用以接收來自於定位在所述多級熱交換器裝置中的壓力相對專交低的熱交換器中的冷凝水流。
3. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述7jc加熱器組件(34)包括第一水源加熱器(202),所述第一水源加熱器(202)包括流動連通地與定位在所述多級熱交換器裝置內的壓力相對中等的熱交換器相聯接的流動通路(214)。
4. 根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述燃料流的溫度使用圍繞所述第一水源加熱器(202)的旁通流來控制。
5. 根據權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述水加熱器組件(34)包括第二水源加熱器(212),所述第二水源加熱器(212)包括流動連通地與定位在所述多級熱交換器裝置內的壓力相對較高的熱交換器相聯接的流動通路(214)。
6. 根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述燃料流的溫度使用圍繞所述第二水源加熱器(212)的旁通流來控制。
7. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述多級熱交換器裝置包括中壓段，所述中壓段包括定位在經由所述多級熱交換器裝置的氣體流動通路方向上的中壓蒸發器和中壓過熱器中至少一者的下遊的中壓熱交換器。
8. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述多級熱交換器裝置包括中壓段，所述中壓段包括與中壓蒸發器和中壓過熱器中的至 少 一者成串流連通的中壓熱交換器。
9. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述多級熱交換器 裝置包括高壓段，所述高壓段包括定位在經由所述多級熱交換器的氣 體流動通路方向上的高壓蒸發器和高壓過熱器中的至少一者的下遊 的高壓熱交換器。
10. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述多級熱交換 器包括高壓段，所述高壓段包括與高壓過熱器成串流連通的高壓熱交 換器。
全文摘要
本發明涉及一種用於在聯合循環動力設備中預熱燃料的系統及組件。提供了一種燃料供送系統。該燃料供送系統包括構造成用以使用來自於多級熱交換器裝置中的等級逐漸升高的熱量來加熱水流的水加熱器組件(34)，構造成用以接收燃料流的燃料入口流動通路，以及包括流動連通地與燃料入口流動通路相聯接的第一流動通路(214)的燃料加熱器(38)，該燃料加熱器包括流動連通地與水加熱器組件相聯接的第二流動通路(232)，該燃料加熱器構造成用以將來自於水流的熱量傳遞到燃料流中。
文檔編號F02C7/224GK101644193SQ200910163888
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月5日 優先權日2008年8月5日
發明者P·納拉揚, S·V·錢德拉博斯 申請人:通用電氣公司