燃?xì)鉁u輪控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本文提供了用于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的方法及系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中，方法包括以下步驟：接收渦輪入口空氣的至少一個參數(shù)，以及基于至少一個參數(shù)來確定設(shè)置在入口空氣冷凍系統(tǒng)下游且聯(lián)線設(shè)置在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間的中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平。該方法還包括確定對應(yīng)于在中間冷卻器處大致沒有預(yù)計(jì)冷凝物的渦輪入口空氣的期望溫度，以及控制入口空氣冷凍系統(tǒng)來將渦輪入口空氣冷凍至期望溫度。
【專利說明】燃?xì)鉁u輪控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題涉及用于例如在發(fā)電系統(tǒng)中使用的燃?xì)鉁u輪入口冷凍系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)電設(shè)備的許多應(yīng)用使用燃?xì)鉁u輪來生成功率和/或驅(qū)動負(fù)載。因此，燃?xì)鉁u輪典型地包括多種構(gòu)件，其協(xié)作操作來產(chǎn)生生成的功率。例如，某些燃?xì)鉁u輪包括一個或更多個壓縮機(jī)，其在一個或更多個壓縮級中使用來減小流過其的氣體的體積并增大其壓力。使用此類壓縮機(jī)可導(dǎo)致熱副產(chǎn)物的生成，該副產(chǎn)物可降低總體功率產(chǎn)生過程的效率。因此，一些燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)修改成包括一個或更多個中間冷卻器，其在壓縮級之間操作，因此提高了總體過程的功率和效率。
[0003]在某些系統(tǒng)中，中間冷卻器可位于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)外，并且因此，氣體可從第一壓縮級發(fā)送穿過外部熱交換器，并且在進(jìn)入下一個壓縮級之前回到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中。令人遺憾的是，此類構(gòu)造可導(dǎo)致功率損失，其由將高速氣體從燃?xì)鉁u輪引導(dǎo)并且穿過外部熱交換器而引起。為了克服該缺陷，某些系統(tǒng)包括與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)內(nèi)的壓縮機(jī)聯(lián)線的中間冷卻器。然而，該構(gòu)造可與多種缺陷相關(guān)聯(lián)，諸如，高速氣體流動通路中的冷凝物的生成，這可影響功率生成系統(tǒng)的下游構(gòu)件。因此，存在對解決這些缺陷中的一個或更多個的改進(jìn)的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下面概括在范圍上與最初要求權(quán)利的本發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不意圖限制要求權(quán)利的本發(fā)明的范圍，而是相反地，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與在下面提出的實(shí)施例相似或不同的各種形式。
[0005]在第一實(shí)施例中，一種燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括燃?xì)鉁u輪，其具有適于接收入口空氣的入口，并且適于燃燒燃料來生成功率。燃?xì)鉁u輪包括適于降低入口空氣的溫度來產(chǎn)生冷凍空氣的冷凍組件、適于壓縮冷凍空氣來產(chǎn)生第一壓縮空氣供應(yīng)源的低壓壓縮機(jī)，以及適于冷卻第一壓縮空氣供應(yīng)源來產(chǎn)生冷卻的空氣供應(yīng)源的中間冷卻器。燃?xì)鉁u輪還包括適于壓縮冷卻的空氣供應(yīng)源來產(chǎn)生第二壓縮空氣供應(yīng)源的高壓壓縮機(jī)。中間冷卻器聯(lián)線設(shè)置在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間。此外，燃?xì)鉁u輪包括適于在第二壓縮空氣供應(yīng)源存在的情況下燃燒燃料來生成功率的燃燒器。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，其適于確定中間冷卻器處的第一預(yù)計(jì)冷凝水平，并且控制冷凍組件的操作，以在對應(yīng)于從第一預(yù)計(jì)冷凝水平降低的第二預(yù)計(jì)冷凝水平的溫度下產(chǎn)生冷凍空氣。
[0006]在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括適于冷卻入口空氣的冷凍系統(tǒng)、低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)，以及聯(lián)線設(shè)置在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間并且適于冷卻從低壓壓縮機(jī)壓縮的空氣的中間冷卻器。該系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，其聯(lián)接于冷凍系統(tǒng)，并且適于基于入口空氣的一個或更多個參數(shù)來確定中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平，并且控制冷凍系統(tǒng)來將入口空氣的濕度比減小至與中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平的減小一致的溫度。
[0007]在第三實(shí)施例中，一種方法包括以下步驟:接收渦輪入口空氣的至少一個參數(shù)，以及基于至少一個參數(shù)來確定設(shè)置在入口空氣冷凍系統(tǒng)下游并且聯(lián)線設(shè)置在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間的中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平。該方法還包括確定對應(yīng)于在中間冷卻器處大致沒有預(yù)計(jì)冷凝物的渦輪入口空氣的期望溫度，以及控制入口空氣冷凍系統(tǒng)來將渦輪入口空氣冷凍至期望溫度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當(dāng)參考附圖閱讀下列詳細(xì)描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，同樣的標(biāo)記在所有附圖中表示同樣的部件，其中:
圖1為包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性流程圖；
圖2為圖1的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；
圖3示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的可用于操作圖2的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)以調(diào)節(jié)渦輪入口空氣溫度的方法；并且
圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的可用于操作圖2的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)以調(diào)節(jié)渦輪入口空氣溫度的另一種方法。

【具體實(shí)施方式】
[0009]將在下面描述本發(fā)明的一個或更多個特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡明描述，可不在說明書中描述實(shí)際實(shí)施的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在任何這種實(shí)際實(shí)施的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須作出許多特定實(shí)施決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)且商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個實(shí)施變化到另一個實(shí)施。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這種開發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時的，但是對于受益于本公開的技術(shù)人員而言，仍將是設(shè)計(jì)、制作和制造的日常工作。
[0010]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖表示存在元件中的一個或更多個。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0011]如下文更詳細(xì)所述，本文提供了用于燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)及方法，其使燃?xì)鉁u輪入口空氣的溫度能夠控制成使得可實(shí)現(xiàn)形成在下游聯(lián)線中間冷卻器中的冷凝物的減少或消除。例如，在一些實(shí)施例中，控制器可確定入口空氣的冷凝點(diǎn)，并且調(diào)節(jié)由入口冷卻系統(tǒng)提供的冷卻的量，使得入口空氣冷卻到冷凝點(diǎn)以下，從而減少或消除了出現(xiàn)在定位在下游壓縮級之間的聯(lián)線中間冷卻器中的水分的可能性。即，在某些實(shí)施例中，入口冷卻系統(tǒng)的操作可控制成調(diào)節(jié)流過燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的流體的溫度，以提高包括聯(lián)線中間冷卻器的系統(tǒng)的效率。為此，某些實(shí)施例可包括儀器，諸如，傳感器系統(tǒng)，其包括例如溫度傳感器和濕度傳感器，它們聯(lián)接于控制器，并且能夠?qū)⑾嚓P(guān)參數(shù)提供至控制器用于在一個或更多個控制算法中使用。
[0012]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10的實(shí)施例的示意性流程圖，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10可包括具有控制系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12，該控制系統(tǒng)控制入口冷凍系統(tǒng)和聯(lián)線中間冷卻器，以減少或消除燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12內(nèi)的冷凝物形成，如在下文更詳細(xì)描述的。在圖1的實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12示為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10的一部分。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在其它實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可包括為任何適合的系統(tǒng)的一部分(其使用燃?xì)鉁u輪系統(tǒng))，或可獨(dú)立于其它構(gòu)件提供。實(shí)際上，圖1的實(shí)施例僅示出了燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可位于其內(nèi)的一個可能的系統(tǒng)。例如，提供的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在簡單循環(huán)功率生成系統(tǒng)中使用，或者可在獨(dú)立于功率生成的系統(tǒng)中使用。例如，本文提供的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)或使用燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的任何其它類型的系統(tǒng)中使用。
[0013]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1中繪出的系統(tǒng)10，系統(tǒng)10包括燃?xì)鉁u輪12、蒸汽渦輪14和余熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)16。在燃?xì)鉁u輪12內(nèi)，氣體諸如合成氣可燃燒來在〃頂〃或布雷頓循環(huán)內(nèi)生成功率。來自燃?xì)鉁u輪12的排出氣體可供應(yīng)至HRSG系統(tǒng)16，以在〃底〃或蘭金循環(huán)內(nèi)生成蒸汽。在某些實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪12、蒸汽渦輪14和HRSG系統(tǒng)16可包括在整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備內(nèi)。
[0014]燃?xì)鉁u輪12可大體上燃燒燃料(例如，液體和/或氣體燃料)來驅(qū)動第一負(fù)載18。例如，第一負(fù)載18可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)。為此，燃?xì)鉁u輪12可包括構(gòu)件，諸如，渦輪、燃燒器或燃燒室、壓縮機(jī)、一個或更多個熱交換器等，如在下文更詳細(xì)論述的。進(jìn)一步例如，在一個實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪12可包括設(shè)置在壓縮機(jī)之間用于中間冷卻壓縮級之間的空氣的聯(lián)線中間冷卻器。進(jìn)入此類燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的入口空氣的溫度可降低，使得在聯(lián)線中間冷卻器處的冷凝物減少或消除，如在下文更詳細(xì)論述的。
[0015]來自燃?xì)鉁u輪12的排出氣體26可用于生成供應(yīng)至蒸汽渦輪14的蒸汽，例如，穿過HRSG系統(tǒng)16,用于驅(qū)動第二負(fù)載28。第二負(fù)載28也可為用于生成電功率的發(fā)電機(jī)。然而，第一負(fù)載18和第二負(fù)載28兩者可為能夠由燃?xì)鉁u輪12和蒸汽渦輪14驅(qū)動的其它類型的負(fù)載。此外，盡管燃?xì)鉁u輪12和蒸汽渦輪14繪制為驅(qū)動單獨(dú)的負(fù)載18和28，但燃?xì)鉁u輪12和蒸汽渦輪14還可串聯(lián)使用來經(jīng)由單個軸驅(qū)動單個負(fù)載。在繪出的實(shí)施例中，蒸汽渦輪14可包括低壓區(qū)段30 (LP ST)、中壓區(qū)段32(IP ST)和高壓區(qū)段34(HP ST)。然而，蒸汽渦輪14以及燃?xì)鉁u輪12的特定構(gòu)造可為實(shí)施特有的，并且可包括區(qū)段的任何組合。
[0016]系統(tǒng)10還包括HRSG系統(tǒng)16，其利用來自燃?xì)鉁u輪12的熱來生成用于蒸汽渦輪14的蒸汽。HRSG系統(tǒng)16可包括構(gòu)件(諸如蒸發(fā)器、節(jié)約器、加熱器、過熱器和恒溫器(除了別的以外))，其用于生成高壓高溫蒸汽。例如，HRSG系統(tǒng)16可包括氨噴射系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)成將氨噴射到排出氣體26中以便于排出氣體26內(nèi)的NOx的減少。在某些實(shí)施例中，氨噴射系統(tǒng)可在催化劑床上游將氨噴射到排出氣體26中，其中包含在排出氣體26中的NOx經(jīng)由在氧存在的情況下與氨反應(yīng)以產(chǎn)生氮和水來有選擇地減少。
[0017]由HRSG系統(tǒng)16產(chǎn)生的蒸汽可供應(yīng)至蒸汽渦輪14的低壓區(qū)段30、中壓區(qū)段32和高壓區(qū)段34用于功率生成。來自低壓區(qū)段30的排氣可引導(dǎo)到冷凝器36中。來自冷凝器36的冷凝物可繼而借助于冷凝泵38返回到HRSG系統(tǒng)16。在HRSG系統(tǒng)16內(nèi)，冷凝物接著可再加熱來生成用于蒸汽渦輪14的蒸汽。
[0018]再次，應(yīng)當(dāng)注意，盡管燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12示為圖1的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10的一部分，但在其它實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可包括為使用燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的任何適合的系統(tǒng)的一部分，或者可獨(dú)立于其它構(gòu)件提供。圖1的實(shí)施例的前述描述僅為燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可位于其內(nèi)的一個可能的系統(tǒng)的實(shí)例。
[0019]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的實(shí)施例的特征，圖2為圖1中所示的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的實(shí)施例的示意圖。如所示，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12包括燃?xì)鉁u輪40、傳感器系統(tǒng)42、冷凍系統(tǒng)44和冷卻系統(tǒng)46?？刂葡到y(tǒng)48協(xié)調(diào)渦輪40和系統(tǒng)42，44和46的控制和操作來驅(qū)動發(fā)電機(jī)50。所示的傳感器系統(tǒng)42包括溫度傳感器52和濕度傳感器54。燃?xì)鉁u輪40包括入口過濾器組件56、入口冷凍盤管組件58、水分分離器60、過濾器組件62、低壓壓縮機(jī)64、聯(lián)線中間冷卻器66、高壓壓縮機(jī)68、燃燒器70、高壓渦輪72、中壓渦輪74，以及動力渦輪76。
[0020]在操作期間，入口空氣78進(jìn)入燃?xì)鉁u輪40，并且在燃燒過程中使用來生成功率以驅(qū)動發(fā)電機(jī)50?？刂葡到y(tǒng)48協(xié)調(diào)傳感器系統(tǒng)42、冷凍系統(tǒng)44和控制系統(tǒng)46的操作來優(yōu)化功率生成過程。例如，在一個實(shí)施例中，控制系統(tǒng)48可控制冷凍系統(tǒng)44來降低入口空氣78的溫度，以在降低的水平下建立入口空氣78的露點(diǎn)，該降低的水平足以減小或消除冷凝物將在下游聯(lián)線中間冷卻器66處出現(xiàn)的可能性。即，因?yàn)槔淠锖芸赡茉诼?lián)線中間冷卻器66處出現(xiàn)，故如果中間冷卻器66將空氣冷卻至露點(diǎn)以下，則在中間冷卻器66處出現(xiàn)的冷凝物的可能性可通過將入口空氣78冷卻到露點(diǎn)以下來減小。因此，在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)48可通過直接地控制冷凍系統(tǒng)44來間接地減小出現(xiàn)在聯(lián)線中間冷卻器66處的冷凝物的可能性。
[0021]控制系統(tǒng)48能夠接收多種操作和感測參數(shù)，其對應(yīng)于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的操作和/或相關(guān)環(huán)境條件。例如，控制系統(tǒng)48聯(lián)接于傳感器系統(tǒng)42，傳感器系統(tǒng)42將感測參數(shù)輸出至控制系統(tǒng)48。在所示的實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)42將如由溫度傳感器52感測到的環(huán)境空氣的溫度和如由濕度傳感器54感測到的環(huán)境空氣的濕度傳送至控制系統(tǒng)48?？刂葡到y(tǒng)48可單獨(dú)地或與其它接收信息組合地使用這些輸入，以確定入口空氣102的期望溫度，使得冷凝物不可能形成在下游中間冷卻器66處。應(yīng)當(dāng)注意，傳感器系統(tǒng)42可控制成在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的操作開始之前、在整個系統(tǒng)操作中，或兩者測量期望參數(shù)，取決于多種實(shí)施特有的因素。
[0022]例如，在某些實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪40在其中操作的環(huán)境的溫度或濕度可部分地或完全地確定由控制系統(tǒng)48實(shí)施的控制算法。即，控制系統(tǒng)48可構(gòu)造成通過考慮減少或消除聯(lián)線中間冷卻器66處的冷凝物以及系統(tǒng)的其它構(gòu)件的操作性能兩者來優(yōu)化燃?xì)鉁u輪40的性能。例如，在低濕度環(huán)境中(或在低濕度日子)，冷凍系統(tǒng)44的操作可更重地取決于例如低壓壓縮機(jī)64的操作需要，并且不太重地取決于中間冷卻器66的操作。然而，在高濕度環(huán)境中(或在高濕度日子)，中間冷卻器66處的冷凝物可更可能影響總體系統(tǒng)性能，并且控制系統(tǒng)48可確定冷凍系統(tǒng)44的操作，其中最高優(yōu)先給予冷凝物減少。
[0023]在燃?xì)鉁u輪40的操作期間，入口空氣78經(jīng)由渦輪40的入口部分80進(jìn)入燃?xì)鉁u輪40，并且由入口過濾器組件56過濾來除去顆粒。空氣接著引導(dǎo)穿過入口冷凍組件58，其操作成降低入口空氣78的溫度。所示的入口冷凍組件58包括冷凍盤管82和84，通過其發(fā)送適合的冷卻劑，并且當(dāng)入口空氣78接觸冷凍盤管82和84的外表面時，來自入口空氣78的熱傳遞至流過冷凍盤管82和84的冷卻劑。因此，入口空氣的溫度降低，并且冷卻劑的溫度升高。如所示，冷凍的冷卻劑86由冷凍系統(tǒng)44在由控制系統(tǒng)48指示的溫度下生成，并且循環(huán)穿過盤管82。在與入口空氣78的熱交換之后，加熱的冷卻劑88返回到冷凍系統(tǒng)44。再次，應(yīng)當(dāng)注意，冷凍的冷卻劑86的溫度可調(diào)節(jié)，使得離開冷凍組件58的冷凍的空氣保持在足以減小或消除下游中間冷卻器66處的冷凝物的溫度下。
[0024]當(dāng)空氣由入口冷凍組件58冷卻時，水從空氣冷凝出，并且水分分離器60將該水與空氣分離。水從燃?xì)鉁u輪40除去，并且如由箭頭92指出地由排出口 90收集。過濾器組件62中的多個過濾器94，96，98和100接著在空氣如由箭頭102指出地朝壓縮級引導(dǎo)之前過濾冷凍的空氣。
[0025]冷凍空氣接著穿過低壓壓縮機(jī)64。低壓壓縮機(jī)64減小冷凍空氣102的體積，以將冷凍空氣的壓力提高至中壓(例如，大約50psia)，從而產(chǎn)生加壓空氣。加壓空氣接著引導(dǎo)至聯(lián)線中間冷卻器66，以冷卻壓縮級之間的加壓空氣來減少壓縮級所需的功率需求。為此，如所示，中間冷卻器66包括熱交換器盤管104和106，冷卻劑流過熱交換器盤管104和106。冷卻系統(tǒng)46將冷卻的冷卻劑108提供至盤管104，并且在熱從加壓空氣交換至循環(huán)穿過盤管104和106的冷卻劑之后從盤管106接收加熱的冷卻劑110。然而，應(yīng)當(dāng)注意，包括任何期望類型的熱交換器(例如，翅片式熱交換器)的任何適合的中間冷卻器可替代所示的布置使用。
[0026]應(yīng)當(dāng)注意，通過提供與壓縮機(jī)64和68聯(lián)線的冷卻，與提供不與穿過渦輪40的流聯(lián)線的冷卻相反，壓縮過程的效率和因此燃?xì)鉁u輪40的操作的效率可提高。即，因?yàn)榭諝獠槐剡h(yuǎn)離壓縮機(jī)64和68引導(dǎo)，故可避免與此類重新定向相關(guān)聯(lián)的損失。另外，應(yīng)當(dāng)注意，通過控制冷凍系統(tǒng)44來提供入口空氣78的預(yù)定量的冷卻，控制系統(tǒng)48可減少或消除出現(xiàn)在聯(lián)線中間冷卻器66處的冷凝物的可能性。
[0027]冷卻和壓縮的空氣接著穿入高壓壓縮機(jī)68中，其中空氣進(jìn)一步壓縮至較高壓力(例如，大約600psia)。來自高壓壓縮機(jī)68的加壓空氣接著進(jìn)入燃燒器70。在燃燒器70中，燃料112添加至加壓空氣，并且焚燒來提高溫度，從而產(chǎn)生熱氣體。在壓縮機(jī)70中產(chǎn)生的熱氣體引導(dǎo)至高壓渦輪72，高壓渦輪72產(chǎn)生驅(qū)動高壓壓縮機(jī)68所需的功率。離開高壓渦輪72的熱氣體進(jìn)入中壓渦輪74，其產(chǎn)生驅(qū)動低壓壓縮機(jī)64所需的功率。隨后，熱氣體穿過動力渦輪76，其驅(qū)動發(fā)電機(jī)50。因此，以該方式，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可操作成由入口空氣78和燃料112產(chǎn)生電。
[0028]圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的方法114，其可例如由位于控制系統(tǒng)48中的控制器利用，以便減少或消除在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中的聯(lián)線中間冷卻器處的冷凝物形成。如所示，方法114包括接收一個或更多個感測到(或以其它方式獲得)的參數(shù)的步驟(框116)。例如，控制器可接收環(huán)境的感測溫度、環(huán)境的感測濕度、燃?xì)鉁u輪的操作參數(shù)，或關(guān)于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的任何其它適合的參數(shù)。
[0029]方法114還要求使用接收到的參數(shù)來在渦輪入口空氣達(dá)到位于壓縮級之間的下游中間冷卻器的情況下確定渦輪入口空氣的預(yù)計(jì)冷凝點(diǎn)(框118)?？刂破鹘又墒褂媒o定環(huán)境和操作條件下的空氣的預(yù)計(jì)冷凝點(diǎn)來確定溫度，在該溫度下，渦輪入口空氣應(yīng)當(dāng)建立，以便減小或消除出現(xiàn)在下游中間冷卻器處的冷凝物的可能性(框120)。一旦確定期望的溫度，則方法114要求控制冷凍系統(tǒng)來將渦輪入口空氣保持在期望的溫度處(框122)。
[0030]例如，在一個實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可考慮進(jìn)入空氣的溫度、渦輪入口空氣的期望溫度，以及從冷卻系統(tǒng)中的熱交換器到入口空氣的熱傳遞速率，以確定循環(huán)穿過熱交換器的冷卻劑的適合溫度。冷凍系統(tǒng)接著可控制成將冷卻劑冷凍至實(shí)現(xiàn)給定條件下的入口空氣的期望冷卻所需的溫度。通過將空氣的預(yù)計(jì)冷凝點(diǎn)并入到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的控制中，出現(xiàn)在聯(lián)線中間冷卻器處的冷凝物的可能性可相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)減小，該傳統(tǒng)系統(tǒng)可單獨(dú)基于例如下游壓縮機(jī)的操作來控制冷凍系統(tǒng)。
[0031]應(yīng)當(dāng)注意，渦輪入口空氣的期望溫度的確定可基于接收或感測到的參數(shù)以任何適合的方式確定。然而，圖4示出了一個適合的方法124的實(shí)施例，用于進(jìn)行此類確定和使用對冷凍系統(tǒng)的驅(qū)動操作的確定。更具體而言，方法124包括從濕度傳感器接收感測的濕度水平(框126)和從溫度傳感器接收感測的溫度水平(框128)。基于這些感測的參數(shù)，控制器計(jì)算空氣的預(yù)計(jì)水分含量(框130)，其可為冷凝物的量的指示物，該冷凝物將預(yù)計(jì)在空氣在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中使用期間從空氣冷凝出。
[0032]此外，方法124需要使用濕度計(jì)算圖來確定將在下游中間冷卻器處出現(xiàn)的預(yù)計(jì)冷凝物量(如果空氣未冷卻)，并且使用該冷凝物量來確定應(yīng)當(dāng)建立渦輪入口空氣來減小或消除此類冷凝物出現(xiàn)的可能性的溫度(框132)。如之前，冷凍系統(tǒng)的操作接著可控制成將渦輪入口空氣保持在適當(dāng)溫度處(框134)。
[0033]應(yīng)當(dāng)注意，公開的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的實(shí)施例對于在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備構(gòu)件中使用為相容的，諸如，本文所示的那些，以及對于在簡單循環(huán)應(yīng)用中使用。公開的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)還與在非功率生成系統(tǒng)中使用相容。例如，此類燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)或利用燃?xì)鉁u輪的任何其它系統(tǒng)中使用。
[0034]此外，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的繪出的構(gòu)件僅為實(shí)例，并且因此，在實(shí)施期間，包括在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中的構(gòu)件經(jīng)歷相當(dāng)大的變化。例如，在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可包括多種適合的構(gòu)件，諸如，處理器、存儲器等。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本文提供的控制方法可用于改造具有聯(lián)線中間冷卻器和適用于從入口空氣除去冷凝物的水分除去系統(tǒng)的現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)。就此而言，構(gòu)想出的是，現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可利用本文提供的冷凍和控制系統(tǒng)來更新。
[0035]該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，包括: 燃?xì)鉁u輪，其包括構(gòu)造成接收入口空氣的入口，并且構(gòu)造成燃燒燃料來生成功率，其中所述燃?xì)鉁u輪包括: 冷凍組件，其構(gòu)造成降低所述入口空氣的溫度來產(chǎn)生冷凍空氣； 低壓壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮所述冷凍空氣來產(chǎn)生第一壓縮空氣供應(yīng)源； 中間冷卻器，其構(gòu)造成冷卻所述第一壓縮空氣供應(yīng)源來產(chǎn)生冷卻空氣供應(yīng)源； 高壓壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮所述冷卻空氣供應(yīng)源來產(chǎn)生第二壓縮空氣供應(yīng)源，其中所述中間冷卻器聯(lián)線設(shè)置在所述低壓壓縮機(jī)與所述高壓壓縮機(jī)之間；以及 燃燒器，其構(gòu)造成在所述第二壓縮空氣供應(yīng)源存在的情況下燃燒所述燃料來生成所述功率；以及 控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成確定所述中間冷卻器處的第一預(yù)計(jì)冷凝水平，并且控制所述冷凍組件的操作，以產(chǎn)生在對應(yīng)于從所述第一預(yù)計(jì)冷凝水平減小的第二預(yù)計(jì)冷凝水平的溫度下的所述冷凍空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二預(yù)計(jì)冷凝水平對應(yīng)于在所述中間冷卻器處大致沒有冷凝物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪包括水分分離器，其構(gòu)造成在所述冷凍空氣由所述低壓壓縮機(jī)壓縮之前從所述冷凍空氣排出水分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪包括過濾器組件，其設(shè)置在所述冷凍組件與所述低壓壓縮機(jī)之間，并且構(gòu)造成從所述冷凍空氣除去顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪包括構(gòu)造成驅(qū)動負(fù)載的至少一個渦輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載包括發(fā)電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)，其包括一個或更多個傳感器，所述一個或更多個傳感器構(gòu)造成測量所述入口空氣的一個或更多個參數(shù)，并且將所述測得參數(shù)傳送至所述控制系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或更多個傳感器包括溫度傳感器和濕度傳感器，并且所述一個或更多個參數(shù)包括溫度水平和濕度水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成使用所述測得的溫度和濕度水平以及濕度計(jì)算圖來確定所述第一預(yù)計(jì)冷凝水平和所述第二預(yù)計(jì)冷凝水平。
10.一種系統(tǒng),包括: 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成冷卻入口空氣的冷凍系統(tǒng)、低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)，以及聯(lián)線設(shè)置在所述低壓壓縮機(jī)與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成冷卻從所述低壓壓縮機(jī)壓縮的空氣的中間冷卻器；和 控制系統(tǒng)，其聯(lián)接于所述冷凍系統(tǒng)，并且構(gòu)造成基于所述入口空氣的一個或更多個參數(shù)來確定所述中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平，并且控制所述冷凍系統(tǒng)來將所述入口空氣的濕度比減小至與所述中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平減小一致的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成將所述入口空氣的濕度比減小至與所述中間冷卻器處大致沒有冷凝物一致的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)，其包括一個或更多個傳感器，所述一個或更多個傳感器構(gòu)造成測量所述入口空氣的一個或更多個參數(shù)，并且將所述測得的參數(shù)傳送至所述控制系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或更多個傳感器包括溫度傳感器和濕度傳感器，并且所述入口空氣的一個或更多個參數(shù)包括溫度水平和濕度水平。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成使用所述測得的溫度和濕度水平以及濕度計(jì)算圖來確定所述中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平。
15.一種用于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的方法，包括: 接收渦輪入口空氣的至少一個參數(shù)； 基于所述至少一個參數(shù)確定設(shè)置在入口空氣冷凍系統(tǒng)下游并且聯(lián)線設(shè)置在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間的中間冷卻器處的預(yù)計(jì)冷凝水平； 確定對應(yīng)于在所述中間冷卻器處大致沒有預(yù)計(jì)冷凝物的所述渦輪入口空氣的期望溫度；以及 控制所述入口空氣冷凍系統(tǒng)來將所述渦輪入口空氣冷凍至期望的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括所述渦輪入口空氣的溫度水平和濕度水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，確定對應(yīng)于所述中間冷卻器處大致沒有預(yù)計(jì)冷凝物的所述渦輪入口空氣的期望溫度包括參照濕度計(jì)算圖。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，控制所述入口空氣冷凍系統(tǒng)來將所述渦輪入口空氣冷凍至所述期望溫度包括控制遍及所述入口空氣冷凍系統(tǒng)的熱交換器循環(huán)的冷卻劑的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制傳感器系統(tǒng)來測量整個所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的操作中的所述渦輪入口空氣的至少一個參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述中間冷卻器包括翅片式熱交換器。
【文檔編號】F02C7/143GK104350257SQ201380030876
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】D.A.瓊斯 申請人:通用電氣公司