專利名稱：燃料氣體加濕和加熱的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及一種連接到熱回收蒸汽發(fā)電機(HRSG)的燃氣渦輪機；更確切地說，涉及一種用于飽和和加熱燃料氣體以增加功率輸出和熱力效率的改進底循環(huán)。
背景技術(shù)：
一些發(fā)電設(shè)備使用與HRSG熱耦合的燃氣渦輪機。所述HRSG可為非接觸式換熱器，其可使用于蒸發(fā)過程的進水通過燃氣渦輪機的廢氣進行加熱。HRSG具有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管帶有插在所述導(dǎo)管中的管束，這樣，進水在渦輪機廢氣通過所述導(dǎo)管時蒸發(fā)成蒸汽。此布置的效率在于對其它廢氣能量的利用?，F(xiàn)代HRSG通常使用多壓式部分來回收廢氣中的最大能量。例如，用于從先進重型工業(yè)用燃氣渦輪機(通常稱為F、G或H級機器)回收廢氣能量的HRSG具有三個部分，在所 述三個部分中，蒸汽在高壓、中(中間)壓和低壓條件下生成。較早期的變體通常具有兩個壓級。此外，前述HRSG還具有再熱器部分，在所述再熱器部分中，從高壓(HP)蒸汽渦輪機返回的蒸汽再次加熱到與HP蒸汽相同的溫度，以便實現(xiàn)較佳效率。因此，多壓再熱式HRSG的相關(guān)安裝成本顯著高于較早期的具有兩個或甚至一個壓級的非再熱式HRSG(通常用于上一代重型工業(yè)用GT，所述上一代重型工業(yè)用GT也稱為“E級”機器)。結(jié)構(gòu)配置和熱流路徑相當復(fù)雜。與簡單的熱回收鍋爐相比，具有多個壓級的現(xiàn)代HRSG的運行明顯具有更多功能，包括蒸發(fā)器(鍋爐)汽包水位和壓力控制；經(jīng)由噴水減溫通過溫度控制進行蒸汽溫度控制；以及低壓(LP)節(jié)熱器循環(huán)，用于維持節(jié)熱器管道金屬溫度高于最低標準以防止腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，需要一種效率和輸出可能最高而HRSG配置最為簡單且具有成本效益的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)在理想狀態(tài)下僅在單壓、非再熱條件下進行蒸汽生產(chǎn)，且由此無需成本較高的具有圓柱形薄壁式汽包的蒸發(fā)器部分以及關(guān)聯(lián)控制器，所述關(guān)聯(lián)控制器包括閥、集管和具有合金鋼翅片管的再熱過熱器部分。通過減少長度、覆蓋區(qū)域和所需的鋼筋混凝土基礎(chǔ)可進一步降低復(fù)雜程度和成本。通過使用與單壓非再熱式HRSG中產(chǎn)生的單壓蒸汽關(guān)聯(lián)的更為簡單且成本更低的蒸汽渦輪機可更進一步地降低安裝成本和復(fù)雜程度。下文概述了本發(fā)明的最初范圍內(nèi)的某些實施例。這些實施例的目的并不在于限制本發(fā)明的范圍，而僅在于概述本發(fā)明的可能形式。實際上，本發(fā)明可能包括與下述實施例的形式類似或不同的各種形式。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，揭示了一種系統(tǒng)，包括發(fā)電設(shè)備，其包括燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括共同生成廢氣流的壓縮機、燃燒系統(tǒng)和渦輪部分；以及HRSG，所述HRSG包括接收所述廢氣流并將水蒸發(fā)成蒸汽的換熱部分；燃料加濕器，用于產(chǎn)生飽和燃料氣體，其包括入口，所述入口包括接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括接收處于非飽和或干燥狀態(tài)的燃料氣體；直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域，所述直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域?qū)⑺鏊c所述燃料氣體混合以產(chǎn)生飽和燃料氣體；出口，所述出口排出處于第二溫度的水，所述第二溫度低于所述第一溫度；其中所述水通過關(guān)聯(lián)管道流向所述HRSG ；以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述飽和燃料氣體的管道；閃蒸罐，其包括供應(yīng)裝置，所述供應(yīng)裝置包括從所述HRSG接收水的管道；蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述閃蒸罐內(nèi)生成的蒸汽的管道；排出裝置，所述排出裝置包括連接到所述燃料加濕器的所述入口的管道，從而使剩余的水從所述閃蒸罐流向所述燃料加濕器；以及其中所述閃蒸罐迅速減少從所述供應(yīng)裝置接收的水的壓力，以使所述水的一部分閃蒸成蒸汽；燃料氣體過熱器，其包括供水裝置，所述供水裝置包括從所述HRSG接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括從所述燃料加濕器接收所述飽和燃料氣體的管道；換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域使熱量從所述水傳遞到所述飽和燃料氣體，從而有效產(chǎn)生過熱的飽和燃料氣體；排水裝置，所述排水裝置包括排出處于第二溫度的水的管道；以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出由所述燃氣渦輪機的所述燃燒系統(tǒng)進行有效消耗的所述過熱的飽和燃料氣體的管道。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，揭示了一種系統(tǒng)，除了上述第一實施例所列出的部件之外，所述系統(tǒng)包括蒸汽渦輪機，所述蒸汽渦輪機經(jīng)由關(guān)聯(lián)管道從HRSG接收蒸汽，且生成 有用的軸功率。所述蒸汽渦輪機可為具有供應(yīng)給某些過程用戶的廢氣的背壓式渦輪機，或其可配備連接到所述蒸汽渦輪機的冷凝器，其中所述冷凝器包括從蒸汽渦輪機接收蒸汽并使用外部散熱器將其冷凝成水的管道和結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，揭示了一種系統(tǒng)，包括發(fā)電設(shè)備，其包括燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括共同生成廢氣流的壓縮機、燃燒系統(tǒng)和渦輪部分；以及HRSG，所述HRSG包括接收所述廢氣并將水蒸發(fā)成蒸汽的換熱部分；燃料加濕器，用于產(chǎn)生飽和燃料氣體，其包括入口，所述入口包括接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括接收處于非飽和或干燥狀態(tài)的燃料氣體；直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域，所述直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域?qū)⑺鏊c所述燃料氣體混合以產(chǎn)生飽和燃料氣體；出口，所述出口排出處于第二溫度的水，所述第二溫度低于所述第一溫度；其中所述水通過關(guān)聯(lián)管道流向所述HRSG ;以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述飽和燃料氣體的管道；閃蒸罐，其包括供應(yīng)裝置，所述供應(yīng)裝置包括從所述HRSG接收水的管道；蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述閃蒸罐內(nèi)生成的蒸汽的管道；其中關(guān)聯(lián)管道將所述蒸汽出口連接到燃料加濕器入口 ；排出裝置，所述排出裝置包括連接到所述燃料加濕器的所述入口的管道，從而使水從所述閃蒸罐流向所述燃料加濕器；以及其中所述閃蒸罐迅速減少從所述供應(yīng)裝置接收的水的壓力，以使所述水的一部分閃蒸成蒸汽，從而排出所述蒸汽出口，并使所述水的剩余部分經(jīng)由所述排出裝置流向所述燃料加濕器；以及燃料氣體過熱器，其包括供水裝置，所述供水裝置包括從所述HRSG接收處于第一溫度的水的管道；燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括從所述燃料加濕器接收所述飽和燃料氣體的管道；換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域使熱量從所述水傳遞到所述飽和燃料氣體，從而有效產(chǎn)生過熱的飽和燃料氣體；排水裝置，所述排水裝置包括排出處于第二溫度的水的管道；以及燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述過熱的飽和燃料氣體的管道。


在參閱附圖(圖)閱讀以下具體說明后，可更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢，在附圖中，類似的符號代表所有圖中類似的元件/部分。圖I是包含傳統(tǒng)多壓再熱式HRSG系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備的不意圖。圖2是包含已知的多壓再熱式HRSG系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備的示意圖，所述已知的多壓再熱式HRSG系統(tǒng)包含燃料加濕系統(tǒng)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的包含與燃料加濕系統(tǒng)熱耦合的單壓非再熱式HRSG的發(fā)電設(shè)備的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的包含與燃料加濕系統(tǒng)熱耦合的單壓非再熱式HRSG的發(fā)電設(shè)備的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的包含與燃料加濕系統(tǒng)熱耦合的單壓非再熱式HRSG的發(fā)電設(shè)備的示意圖。部件標號列表


標號部件標號部件
10發(fā)電設(shè)備12燃氣禍輪機
~~14燃燒系統(tǒng)16禍輪部分
~ 8蒸汽渦輪機20HP部分
""22IP部分24LP部分
26冷凝器28發(fā)電機
30S32多壓式HRSG
S36冷凝泵
S40進入閥
~^2進水泵44，46，48，50，52，54S
燃料加熱器58抽取物
132多壓式HRSG160燃料加濕器
162飽和器加熱器164燃料過熱器
166飽和器排出泵300El
332單壓式HRSG334，336閃蒸罐
權(quán)利要求
1.一種燃料氣體加濕和加熱的系統(tǒng)，包括 發(fā)電設(shè)備，其包括 燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括共同生成廢氣的壓縮機、燃燒系統(tǒng)以及渦輪部分；以及 HRSG，所述HRSG包括接收所述廢氣并將水蒸發(fā)成蒸汽的換熱部分； 產(chǎn)生飽和燃料氣體的燃料加濕器，所述燃料加濕器包括 入口，所述入口包括接收處于第一溫度的水的管道； 燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括接收處于非飽和或干燥狀態(tài)的燃料氣體的管道； 直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域，所述直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域?qū)⑺鏊退鋈剂蠚怏w混合以產(chǎn)生飽和燃料氣體； 出口，所述出口排出處于第二溫度的水，所述第二溫度低于所述第一溫度；其中所述水通過關(guān)聯(lián)管道流向所述HRSG ;以及 燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述飽和燃料氣體的管道； 閃蒸罐，其包括 供應(yīng)裝置，所述供應(yīng)裝置包括從所述HRSG接收水的管道； 蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述閃蒸罐內(nèi)生成的蒸汽的管道； 排出裝置，所述排出裝置包括連接到所述燃料加濕器的所述入口的管道，以允許水從所述閃蒸罐流向燃料加濕器；以及 其中所述閃蒸罐迅速減小從所述供應(yīng)裝置接收到的水壓，以使所述水的一部分閃蒸成蒸汽，從而排出所述蒸汽出口，且使所述水的剩余部分經(jīng)由所述排出裝置流向所述燃料加濕器；以及 燃料過熱器，其包括 供水裝置，所述供水裝置包括從所述HRSG接收處于第一溫度的水的管道； 燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括從所述燃料加濕器接收所述飽和燃料氣體的管道； 換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域允許熱量從所述水傳遞到所述飽和燃料氣體，從而有效產(chǎn)生過熱的飽和燃料氣體； 排水裝置，所述排水裝置包括排出處于第二溫度的水的管道，以及 燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述過熱的飽和燃料氣體的管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述HRSG采用一種單壓式HRSG配置，且進一步包括 HP過熱器部分； LP過熱器部分； HP節(jié)熱器部分；以及 HP蒸發(fā)器部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)電設(shè)備進一步包括經(jīng)由關(guān)聯(lián)管道可操作地連接到HRSG的蒸汽渦輪機，其中所述蒸汽渦輪機從所述HRSG接收蒸汽并生成有用的軸功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到所述蒸汽渦輪機的冷凝器，其中所述冷凝器包括從所述蒸汽渦輪機接收所述蒸汽的管道和結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進一步包括經(jīng)由關(guān)聯(lián)管道連接到所述HRSG的處理設(shè)備，其中所述HRSG向所述處理設(shè)備傳送蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進一步包括將所述閃蒸罐的所述蒸汽出口連接到所述HRSG的關(guān)聯(lián)管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述閃蒸罐可操作地連接到HP節(jié)熱器，以使所述閃蒸罐的所述供應(yīng)裝置來自所述HP節(jié)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中循環(huán)工作流體表現(xiàn)出與處于液相(水)、氣相(蒸汽)或上述兩項組合的H2O類似的特性。
9.一種燃料氣體加濕和加熱的系統(tǒng)，包括 發(fā)電設(shè)備，其包括 燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括共同生成廢氣的壓縮機、燃燒系統(tǒng)以及渦輪部分；以及 HRSG，所述HRSG包括接收所述廢氣并使水蒸發(fā)成蒸汽的換熱部分； 產(chǎn)生飽和燃料氣體的燃料加濕器，其包括 入口，所述入口包括接收處于第一溫度的水的管道； 入口，所述入口包括接收處于第一溫度的蒸汽的管道； 燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括接收處于非飽和或干燥狀態(tài)的所述燃料氣體的管道； 直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域，所述直接接觸傳熱和傳質(zhì)區(qū)域?qū)⑺稣羝退鏊约八鋈剂蠚怏w混合以產(chǎn)生飽和燃料氣體； 出口，所述出口排出處于第二溫度的水，所述第二溫度低于所述第一溫度；其中所述水通過關(guān)聯(lián)管道流向循環(huán)水加熱器；以及 燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述飽和燃料氣體的管道； 循環(huán)水加熱回路，其包括 所述循環(huán)水加熱器，所述循環(huán)水加熱器包括與閃蒸罐的排水裝置流體連通的入口 ；以及 排出口，所述排出口連接到所述燃料加濕器的所述進水口 ； 循環(huán)水泵，所述循環(huán)水泵包括連接到所述燃料加濕器出水口的入口和連接到所述循環(huán)水加熱器上接收口的排出口； 其中所述循環(huán)水加熱回路有效地幫助提高進入所述燃料加濕器的所述水的溫度； 閃蒸罐，其包括 供應(yīng)裝置，所述供應(yīng)裝置包括從所述HRSG接收水的管道； 蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述閃蒸罐內(nèi)生成的蒸汽的管道；其中關(guān)聯(lián)管道將所述蒸汽出口連接到所述燃料加濕器入口； 排出裝置，所述排出裝置包括連接到所述循環(huán)水加熱器的所述入口的管道，以使水從所述閃蒸罐流向循環(huán)水加熱器；以及 其中所述閃蒸罐迅速減小從所述供應(yīng)裝置接收到的水壓，以使所述水的一部分閃蒸成蒸汽，從而排出所述蒸汽出口，且使所述水的剩余部分經(jīng)由所述排出裝置流向所述循環(huán)水加熱器；以及 燃料過熱器，其包括 供水裝置，所述供水裝置包括從所述HRSG接收處于第一溫度的水的管道； 燃料氣體入口，所述燃料氣體入口包括從所述燃料加濕器接收所述飽和燃料氣體的管道； 換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域使熱量從所述水傳遞到所述飽和燃料氣體，從而有效產(chǎn)生過熱的飽和燃料氣體；排水裝置，所述排水裝置包括排出處于第二溫度的水的管道，以及 燃料氣體出口，所述燃料氣體出口包括排出所述過熱的飽燃料氣體的管道。
全文摘要
本發(fā)明的實施例可向燃氣渦輪機提供水飽和燃料氣體，所述水飽和燃料氣體由從閃蒸罐接收熱量的燃料加濕器進行加熱。所述閃蒸罐的熱源可來自熱回收蒸汽發(fā)電機。與飽和燃料氣體關(guān)聯(lián)的質(zhì)量流速增加可導(dǎo)致來自所述關(guān)聯(lián)發(fā)電設(shè)備的功率輸出增加。所述燃料氣體飽和后，優(yōu)選地使用底循環(huán)熱源使燃料過熱，從而獲得較大熱力效率。
文檔編號F02C7/224GK102852645SQ20121022597
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者S.C.居倫, J.拉納辛赫 申請人:通用電氣公司