具有產(chǎn)生過(guò)量空氣流的壓縮機(jī)和噴射器的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)電系統(tǒng)(100)可包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(102)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、整體式壓縮機(jī)(106)和燃燒器(108)，來(lái)自整體式壓縮機(jī)(106)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器(108)。燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件(104)，且整體式壓縮機(jī)(106)具有大于燃燒器(108)和/或渦輪構(gòu)件(104)的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流(200)。第一控制閥(262)系統(tǒng)(202)控制過(guò)量空氣流(200)沿過(guò)量空氣流(200)通路至工藝空氣需求(272)的流動(dòng)。定位在過(guò)量空氣流(200)通路中的噴射器(252)使用過(guò)量空氣流(200)作為原動(dòng)力來(lái)利用額外空氣(254)增進(jìn)過(guò)量空氣流(200)，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流(270)。
【專利說(shuō)明】
具有產(chǎn)生過(guò)量空氣流的壓縮機(jī)和噴射器的發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容大體上涉及發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體地涉及包括具有產(chǎn)生過(guò)量空氣流 (excess air flow)的壓縮機(jī)的燃?xì)獾溳喯到y(tǒng)和用于增進(jìn)用于工藝空氣需求(process air demand)的過(guò)量空氣流的噴射器的發(fā)電系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]發(fā)電系統(tǒng)時(shí)常使用一個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其可與一個(gè)或更多個(gè)蒸汽渦輪系統(tǒng)聯(lián)接以發(fā)電。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包括具有旋轉(zhuǎn)軸的多級(jí)軸流式壓縮機(jī)?？諝膺M(jìn)入壓縮機(jī)的入口，且由壓縮機(jī)葉片級(jí)壓縮，且然后排放到燃燒器，在該處，燃料(諸如天然氣)焚燒以提供高能燃燒氣流來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪構(gòu)件。在渦輪構(gòu)件中，熱氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中的一些用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)內(nèi)部壓縮機(jī)，而其余的可用于有效功以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸(例如，旋轉(zhuǎn)軸的延伸部)驅(qū)動(dòng)負(fù)載(諸如發(fā)電機(jī))以用于產(chǎn)生電力。若干燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)使用。 在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，一個(gè)或更多個(gè)蒸汽渦輪系統(tǒng)也可結(jié)合燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)使用。在該設(shè)置中， 來(lái)自燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的熱排出氣體給送至一個(gè)或更多個(gè)余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽然后給送至蒸汽渦輪構(gòu)件，其具有單獨(dú)的或與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)集成的旋轉(zhuǎn)軸。在任何情況下，蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為功，其可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(諸如發(fā)電機(jī))以用于產(chǎn)生電力。
[0003]當(dāng)創(chuàng)建發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，其部分構(gòu)造成一起工作以提供具有期望的功率輸出的系統(tǒng)。 按需要增加功率輸出和/或在有挑戰(zhàn)性的環(huán)境背景下保持功率輸出的能力是本行業(yè)中的持續(xù)挑戰(zhàn)。例如，在熱天，電消耗增加，因此增大了發(fā)電需求。熱天的另一個(gè)挑戰(zhàn)在于，當(dāng)溫度升高時(shí)，壓縮機(jī)流減小，其導(dǎo)致減少的發(fā)電機(jī)輸出。增加功率輸出(或保持功率輸出，例如， 在熱天)的一個(gè)途徑在于將構(gòu)件添加至發(fā)電系統(tǒng)，這可增加至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的燃燒器的氣流。增加氣流的一個(gè)途徑是添加儲(chǔ)存容器來(lái)進(jìn)給燃?xì)鉁u輪燃燒器。然而，該特定途徑通常需要用于儲(chǔ)存容器的單獨(dú)的電源，這不是有效的。
[0004]增加氣流的另一個(gè)途徑是對(duì)壓縮機(jī)升級(jí)。目前，壓縮機(jī)已經(jīng)改進(jìn)，使得其通流能力高于其之前的壓縮機(jī)。這些新的較高能力的壓縮機(jī)通常制造成適應(yīng)新的類似構(gòu)造的燃燒器，或能夠處理增加能力的舊燃燒器。升級(jí)舊燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)來(lái)使用新的較高能力的壓縮機(jī)的挑戰(zhàn)在于，在不升級(jí)系統(tǒng)的其它昂貴部分的情況下，目前沒(méi)有關(guān)于不可處理增加能力的系統(tǒng)來(lái)使用較高能力的壓縮機(jī)的機(jī)制。時(shí)常需要與壓縮機(jī)升級(jí)一起同時(shí)升級(jí)的其它部分包括但不限于燃燒器、燃?xì)鉁u輪構(gòu)件、發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)裝置、HRSG、蒸汽渦輪構(gòu)件、蒸汽渦輪控制閥等。因此，即使壓縮機(jī)升級(jí)理論上可行，升級(jí)其它部分的附加成本由于額外費(fèi)用而使升級(jí)不可行。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)內(nèi)容的第一方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流;第一控制閥，其控制過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路至工藝空氣需求的流動(dòng)；以及噴射器，其定位在過(guò)量空氣流通路中以用于使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力利用額外空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流。
[0006]本公開(kāi)內(nèi)容的第二方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流;第一控制閥，其控制過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路至工藝空氣需求的流動(dòng)；以及噴射器，其定位在過(guò)量空氣流通路中以用于使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力利用環(huán)境空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流，以及其中噴射器包括吸入側(cè)流動(dòng)通路，且還包括控制環(huán)境空氣到噴射器中的流動(dòng)的吸入側(cè)流動(dòng)通路中的第二控制閥系統(tǒng)，并且其中工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0007]本公開(kāi)內(nèi)容的第三方面提供了一種方法，包括:從燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的整體式壓縮機(jī)獲得過(guò)量空氣流，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力;使用定位在過(guò)量空氣流通路中的噴射器增進(jìn)過(guò)量空氣流，噴射器使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力利用額外空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流；以及將增進(jìn)的過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路引導(dǎo)至工藝空氣需求。
[0008]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流;第一控制閥系統(tǒng)，其控制過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路至工藝空氣需求的流動(dòng)；以及噴射器，其定位在過(guò)量空氣流通路中以用于使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力來(lái)利用額外空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流。
[0009]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，渦輪構(gòu)件的排氣給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)的蒸汽。
[0010]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，HRSG還將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負(fù)載。
[0011]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一控制閥系統(tǒng)包括壓縮機(jī)排放控制閥，其控制從整體式壓縮機(jī)的排放口取得的過(guò)量空氣流的第一部分，以及上游控制閥，其控制從排放口上游的整體式壓縮機(jī)的級(jí)取得的過(guò)量空氣流的第二部分。
[0012]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，還包括用于測(cè)量過(guò)量空氣流的各個(gè)部分的流率的至少一個(gè)傳感器，各個(gè)傳感器均可操作地聯(lián)接至相應(yīng)的控制閥。
[0013]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，噴射器包括吸入側(cè)流動(dòng)通路，且還包括控制額外空氣到噴射器中的流動(dòng)的吸入側(cè)流動(dòng)通路中的第二控制閥系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，還包括用于測(cè)量吸入側(cè)流動(dòng)通路中的額外空氣的流率的傳感器，傳感器可操作地聯(lián)接至第二控制閥系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，吸入側(cè)流動(dòng)通路流體地聯(lián)接至整體式壓縮機(jī)的入口過(guò)濾器。
[0016]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，額外空氣包括環(huán)境空氣。
[0017]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0018]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流;第一控制閥系統(tǒng)，其控制過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路至工藝空氣需求的流動(dòng)；以及噴射器，其定位在過(guò)量空氣流通路中以用于使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力來(lái)利用環(huán)境空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流， 以及其中噴射器包括吸入側(cè)流動(dòng)通路，且還包括控制環(huán)境空氣到噴射器中的流動(dòng)的吸入側(cè)流動(dòng)通路中的第二控制閥系統(tǒng)，以及其中工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0019]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，渦輪構(gòu)件的排氣給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)的蒸汽。
[0020]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，HRSG還將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負(fù)載。
[0021]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，第一控制閥系統(tǒng)包括壓縮機(jī)排放控制閥，其控制從整體式壓縮機(jī)的排放口取得的過(guò)量空氣流的第一部分，以及上游控制閥，其控制從排放口上游的整體式壓縮機(jī)的級(jí)取得的過(guò)量空氣流的第二部分。
[0022]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，還包括用于測(cè)量過(guò)量空氣流的各個(gè)部分的流率的至少一個(gè)傳感器，各個(gè)傳感器均可操作地聯(lián)接至相應(yīng)的控制閥。
[0023]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括用于測(cè)量吸入側(cè)流動(dòng)通路中的環(huán)境空氣的流率的傳感器，傳感器可操作地聯(lián)接至第二控制閥系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，吸入側(cè)流動(dòng)通路流體地聯(lián)接至整體式壓縮機(jī)的入口過(guò)濾器。
[0025]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案提供了一種方法，包括:從燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的整體式壓縮機(jī)獲得過(guò)量空氣流，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機(jī)和燃燒器，來(lái)自整體式壓縮機(jī)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機(jī)具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力;使用定位在過(guò)量空氣流通路中的噴射器增進(jìn)過(guò)量空氣流，噴射器使用過(guò)量空氣流作為原動(dòng)力來(lái)利用額外空氣增進(jìn)過(guò)量空氣流，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量空氣流；以及將增進(jìn)的過(guò)量空氣流沿過(guò)量空氣流通路引導(dǎo)至工藝空氣需求。
[0026]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，額外空氣包括環(huán)境空氣。
[0027]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0028]本公開(kāi)內(nèi)容的示范性方面設(shè)計(jì)成解決本文所述的問(wèn)題和/或未論述的其它問(wèn)題?！靖綀D說(shuō)明】
[0029]本公開(kāi)內(nèi)容的這些及其它特征將從連同附圖對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的各種方面的以下詳細(xì)描述更容易理解，附圖繪出了本公開(kāi)內(nèi)容的各種實(shí)施例，在附圖中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0030]應(yīng)注意到，本公開(kāi)內(nèi)容的附圖不成比例。附圖意在僅繪出公開(kāi)內(nèi)容的典型方面，且因此不應(yīng)認(rèn)作是限制本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示附圖之間的相似元件。
[0031]零件列表 100發(fā)電系統(tǒng)102燃?xì)鉁u輪系統(tǒng) 104渦輪構(gòu)件 106整體式壓縮機(jī) 108燃燒器 110渦輪旋轉(zhuǎn)軸 112起動(dòng)電機(jī) 120入口過(guò)濾器殼體 122,166發(fā)電機(jī) 160蒸汽渦輪系統(tǒng) 162旋轉(zhuǎn)軸 168蒸汽發(fā)生器 170蒸汽負(fù)載 172排氣178排放控制系統(tǒng) 180控制系統(tǒng) 200氣流202第一控制閥系統(tǒng) 204排放口上游 210上游閥 220傳感器 250過(guò)量空氣流通路 252噴射器 254額外空氣 256額外空氣源 258側(cè)流動(dòng)通路 260第二控制閥系統(tǒng) 262控制閥270增進(jìn)的過(guò)量空氣流 272空氣需求?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]如上文所述，本公開(kāi)內(nèi)容提供了一種包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括產(chǎn)生過(guò)量空氣流的壓縮機(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了使用過(guò)量空氣流來(lái)提高發(fā)電系統(tǒng)的閥的途徑。
[0033]參看圖1，提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102可包括連同其它構(gòu)件一起的渦輪構(gòu)件104、整體式壓縮機(jī) 106和燃燒器108。如本文使用的"整體式"壓縮機(jī)106認(rèn)作是壓縮機(jī)106和渦輪構(gòu)件104可特別地由公共壓縮機(jī)/渦輪旋轉(zhuǎn)軸11〇(有時(shí)稱為轉(zhuǎn)子110)整體地聯(lián)接在一起。該結(jié)構(gòu)是相比于許多單獨(dú)地供能且并不與渦輪構(gòu)件104整體結(jié)合的壓縮機(jī)。[〇〇34]燃燒器108可包括大體上包括燃燒區(qū)和燃料噴嘴組件的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的燃燒器系統(tǒng)。燃燒器108可采用環(huán)形燃燒系統(tǒng)或筒一環(huán)形燃燒系統(tǒng)(如附圖中所示)的形式。在操作中，來(lái)自整體式壓縮機(jī)106的空氣和燃料(天然氣)供應(yīng)至燃燒器108。稀釋劑也可以可選地以任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的方式輸送至燃燒器108。由整體式壓縮機(jī)106吸入的空氣可穿過(guò)任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的入口過(guò)濾器殼體120。如理解的那樣，燃燒器108布置成通過(guò)燃料和空氣混合物的燃燒將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件104。在渦輪構(gòu)件104中， 熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中的一些可用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸110驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)106，其余的可用于有效功來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，諸如但不限于用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)122,和/或經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸110 (旋轉(zhuǎn)軸110的延伸部)驅(qū)動(dòng)另一渦輪。起動(dòng)電機(jī)112諸如但不限于常規(guī)起動(dòng)電機(jī)或負(fù)載轉(zhuǎn)換變換器(LCI)電機(jī)(未示出)也可聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸110以用于以任何常規(guī)方式起動(dòng)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102。渦輪構(gòu)件104可包括用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸110將熱燃燒氣流轉(zhuǎn)換為功的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的渦輪。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102可包括由通用電氣公司(Greenville, S.C)市售的型號(hào)MS7001FB，有時(shí)稱為7FB發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，本發(fā)明不限于任何一種特定燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)， 且可結(jié)合其它系統(tǒng)實(shí)施，例如包括通用電氣公司的型號(hào)MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)。
[0036]相比于常規(guī)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)型號(hào)，整體式壓縮機(jī)106具有大于渦輪構(gòu)件104和/或第一燃燒器108的吸入能力的通流能力。即，壓縮機(jī)106相比于構(gòu)造成匹配燃燒器108和渦輪構(gòu)件104的壓縮機(jī)是升級(jí)的壓縮機(jī)。如本文使用的"能力"是指流率能力。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng) 102的初始?jí)嚎s機(jī)可具有大約487千克/秒(kg/s) (1075鎊質(zhì)量/秒(lbm/s))的最大流率能力，且渦輪構(gòu)件104可具有大致相等的最大通流能力，S卩，大約487kg/s。然而，這里壓縮機(jī) 106取代了初始?jí)嚎s機(jī)，且可具有例如大約544kg/s(12001bm/s)的增大的最大通流能力，而渦輪構(gòu)件104繼續(xù)具有例如大約487kg/s的最大通流能力。(必要時(shí)，起動(dòng)電機(jī)112例如也可升級(jí)成如圖所示的LCI電機(jī)，以適應(yīng)整體式壓縮機(jī)106的起動(dòng)的增加的功率要求)。因此，渦輪構(gòu)件104不可利用壓縮機(jī)106的所有能力，且由壓縮機(jī)106在高于例如渦輪構(gòu)件104的最大能力下產(chǎn)生過(guò)量空氣流200。類似地，整體式壓縮機(jī)106的通流能力可超過(guò)燃燒器108的最大吸入能力。以類似方式，渦輪構(gòu)件104的功率輸出如果遭受整體式壓縮機(jī)106的滿流能力，可超過(guò)發(fā)電機(jī)122的最大允許輸入。盡管本文描述了特定示范性流率值，但要強(qiáng)調(diào)的是，流率能力可取決于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)和使用的新的高能力整體式壓縮機(jī)106廣泛地改變。如本文將描述那樣，本發(fā)明提供了使用發(fā)電系統(tǒng)100的其它部分中的過(guò)量空氣流的發(fā)電系統(tǒng)100的各種實(shí)施例。
[0037]還如圖1中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)100可以可選地采用包括蒸汽渦輪系統(tǒng)160的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的形式。蒸汽渦輪系統(tǒng)160可包括任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的蒸汽渦輪布置。在所示的示例中，示出了高壓(HP)、中壓(IP)和低壓(LP)區(qū)段;然而，在所有情況下，并非全部需要。如本領(lǐng)域已知的那樣，在操作中，蒸汽進(jìn)入蒸汽渦輪區(qū)段的入口，且引導(dǎo)穿過(guò)靜止導(dǎo)葉，導(dǎo)葉相對(duì)于聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸152(轉(zhuǎn)子)的葉片向下游引導(dǎo)蒸汽。蒸汽可穿過(guò)其余級(jí)，將力施加在葉片上以引起旋轉(zhuǎn)軸162旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸162的至少一端可附接到負(fù)載或機(jī)器，如但不限于發(fā)電機(jī)166和/或另一渦輪，例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102或另一燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)。 用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽可由一個(gè)或更多個(gè)蒸汽發(fā)生器168生成，S卩，余熱回收蒸汽發(fā)生器(HSRG)。例如，HRSG 168可聯(lián)接到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的排氣172。在穿過(guò)HSRG 168之后， 現(xiàn)在排盡熱的燃燒氣流可經(jīng)由任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的排放控制系統(tǒng)178來(lái)排氣，例如， 排氣器、選擇性催化還原(SCR)單元、一氧化二氮過(guò)濾器等。盡管圖1示出了聯(lián)合循環(huán)實(shí)施例，但將強(qiáng)調(diào)的是，可省略包括蒸汽發(fā)生器168的蒸汽渦輪系統(tǒng)160。在后一情況中，排氣172 將直接行進(jìn)到排放控制系統(tǒng)178或用于其它過(guò)程。[〇〇38]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括用于控制其各種構(gòu)件的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)180。盡管與構(gòu)件分開(kāi)示出，但將理解的是，控制系統(tǒng)180電聯(lián)接到所有構(gòu)件和其相應(yīng)的可控制特征，例如，閥、栗、電機(jī)、傳感器、發(fā)電機(jī)控制器等。
[0039]回到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的細(xì)節(jié)，如本文所述，整體式壓縮機(jī)106具有大于渦輪構(gòu)件 104和/或燃燒器108的吸入能力的通流能力，這產(chǎn)生過(guò)量空氣流200。如圖所示，過(guò)量空氣流 200可通過(guò)從壓縮機(jī)106獲得空氣來(lái)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一控制閥系統(tǒng)202控制過(guò)量空氣流200沿過(guò)量空氣流通路250至工藝空氣需求272的流動(dòng)。第一控制閥系統(tǒng)202可包括供應(yīng)期望的過(guò)量空氣流200所需的任何數(shù)目的閥，例如，一個(gè)、兩個(gè)(如圖所示)或更多于兩個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)量空氣流200可使用壓縮機(jī)排放控制閥206從整體式壓縮機(jī)106在其排放口 204處獲得。即，壓縮機(jī)排放控制閥206控制從整體式壓縮機(jī)106的排放口 204取得的過(guò)量空氣流200的第一部分。在此情況下，可省略另一上游閥210。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)量空氣流200可在期望的情況下使用適合的閥和相關(guān)控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)106的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)處獲得，例如，在排放口 204上游的一個(gè)或更多個(gè)位置處，在排放口 204處和排放口上游的一個(gè)或更多個(gè)位置等。在此情況下，第一控制閥202還可包括一個(gè)或更多個(gè)上游控制閥210， 其控制從排放口 204上游的整體式壓縮機(jī)106的級(jí)獲得的過(guò)量空氣流200的第二部分。任何數(shù)目的上游控制閥210都可用于第一控制閥系統(tǒng)202來(lái)從整體式壓縮機(jī)106提供任何期望的過(guò)量空氣流200，即，以期望的壓力、流率、體積等。在其它上游控制閥210提供期望的過(guò)量空氣流200的情況下可省略壓縮機(jī)排放閥210。第一控制閥202還可包括用于測(cè)量過(guò)量空氣流的各個(gè)部分的流率的至少一個(gè)傳感器220,各個(gè)傳感器220均可操作地聯(lián)接到相應(yīng)的控制閥或總體控制系統(tǒng)180?？刂崎y系統(tǒng)202可包括用于所示的各種控制閥的自動(dòng)操作的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制。
[0040]過(guò)量空氣流200最終沿過(guò)量空氣流通路250行進(jìn)，通路250可包括至工藝空氣需求 272的一個(gè)或更多個(gè)管路。盡管示為似乎過(guò)量空氣流200在單個(gè)管道中引導(dǎo)至工藝空氣需求 272,但將理解的是，過(guò)量空氣流可引導(dǎo)至工藝空氣需求272的一個(gè)或更多個(gè)位置。工藝空氣需求272可包括諸如氣動(dòng)控制閥的儀表空氣需求，以及諸如液氧制造、液氮制造、制造廠中的氣動(dòng)工具操作的工作空氣需求等。[0041 ]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括定位在過(guò)量空氣流通路250中的噴射器252以用于使用過(guò)量空氣流200作為原動(dòng)力利用額外空氣254增進(jìn)過(guò)量空氣流。額外空氣254與過(guò)量空氣流200— 起形成增進(jìn)的過(guò)量空氣流270，其輸送至工藝空氣需求272。即，增進(jìn)的過(guò)量空氣流270供應(yīng)至工藝空氣需求272。增進(jìn)的過(guò)量空氣流270將增加的總空氣質(zhì)量提供至工藝空氣需求272。 增加的總空氣質(zhì)量可在發(fā)電系統(tǒng)100中的寬范圍的工藝空氣需求中采用。[〇〇42]噴射器252可采用使用動(dòng)力流體流來(lái)栗送吸入流體(S卩，額外空氣254)的任何栗的形式。這里，噴射器252使用過(guò)量空氣流200作為動(dòng)力流體將額外空氣254添加至過(guò)量空氣流 200, S卩，通過(guò)從額外空氣源256沿吸入側(cè)流動(dòng)通路258吸入額外空氣。額外空氣源256可采用多種形式。在一個(gè)實(shí)施例中，額外空氣源256可采用整體式壓縮機(jī)106的入口過(guò)濾器殼體120 的形式。在此情況下，通到噴射器252的吸入側(cè)流動(dòng)通路258可聯(lián)接到整體式壓縮機(jī)106(由虛線示出)的入口過(guò)濾器殼體120,使得額外空氣254包括環(huán)境空氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，額外空氣254可包括來(lái)自除入口過(guò)濾器殼體120外(例如，另一個(gè)過(guò)濾器殼體)的額外空氣源 256的環(huán)境空氣，直接來(lái)自環(huán)境但隨后在流動(dòng)通路258內(nèi)過(guò)濾的空氣，等。第二控制閥系統(tǒng) 260可設(shè)在吸入側(cè)流動(dòng)通路258中以用于控制額外空氣254進(jìn)入噴射器252中的流動(dòng)。第二控制閥系統(tǒng)260可包括可操作成控制進(jìn)入噴射器252中的額外空氣254的量的控制閥262。第二控制閥系統(tǒng)260還可包括用于測(cè)量吸入側(cè)流動(dòng)通路258中的額外空氣254的流率的至少一個(gè)傳感器220,傳感器可操作地聯(lián)接到第二控制閥系統(tǒng)260以用于測(cè)量額外空氣254的流率。 [〇〇43]還如所示出的，渦輪構(gòu)件104的排氣172可給送至HRSG168以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。此外，HRSG168也可將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負(fù)載170。例如，一起發(fā)生的蒸汽負(fù)載170可包括至石化設(shè)施的蒸汽、用于區(qū)域供熱的蒸汽、用于〃焦油砂〃采油的蒸汽等。
[0044]進(jìn)一步考慮各個(gè)控制閥系統(tǒng)202、260,其各個(gè)控制閥可定位在打開(kāi)和關(guān)閉之間的任何位置，以提供至指定構(gòu)件的期望分流。此外，盡管至各個(gè)構(gòu)件的一個(gè)通道示為在各個(gè)控制閥之后，但將強(qiáng)調(diào)的是，其它管路和控制閥可提供成將過(guò)量空氣流200的相應(yīng)部分進(jìn)一步分配至各個(gè)子部分，例如，噴射器252的許多入口等。各個(gè)傳感器220可以可操作地聯(lián)接到控制閥系統(tǒng)202、206和控制系統(tǒng)180以用于以已知方式自動(dòng)控制。用于測(cè)量流的其它傳感器 200可在需要時(shí)設(shè)在發(fā)電系統(tǒng)100各處?？刂崎y系統(tǒng)202、260且因此過(guò)量空氣流200的流動(dòng)和噴射器252的操作可使用任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制器來(lái)控制，其可為總體發(fā)電系統(tǒng)100控制系統(tǒng)180的一部分?？刂葡到y(tǒng)180可以以已知方式控制發(fā)電系統(tǒng)100的所有各種構(gòu)件的操作，包括對(duì)控制閥系統(tǒng)202、260進(jìn)行控制。
[0045]除增進(jìn)的過(guò)量空氣流270對(duì)工藝空氣需求272的上述優(yōu)點(diǎn)之外，包括具有產(chǎn)生過(guò)量空氣流200的第一整體式壓縮機(jī)106的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)102的發(fā)電系統(tǒng)100相比于常規(guī)系統(tǒng)提供了若干優(yōu)點(diǎn)。例如，壓縮機(jī)106可相對(duì)于在系統(tǒng)中升級(jí)所有壓縮機(jī)(其在使用若干燃?xì)鉁u輪的情況下可能很昂貴)以較低成本改善發(fā)電系統(tǒng)100的功率組峰值、基本和熱天輸出。此夕卜，本發(fā)明的實(shí)施例降低了升級(jí)的壓縮機(jī)(即，壓縮機(jī)106)的相對(duì)成本，且繼而又通過(guò)提供有效地消耗更多過(guò)量空氣流的方式改善了升級(jí)的壓縮機(jī)的耐久性和合意性。此外，包括整體式壓縮機(jī)106的發(fā)電系統(tǒng)100通過(guò)在任何一個(gè)或更多個(gè)以下示范性子系統(tǒng)尺寸過(guò)小的情況下改善項(xiàng)目耐久性來(lái)擴(kuò)大系統(tǒng)100的操作包絡(luò):渦輪構(gòu)件104、發(fā)電機(jī)122、變壓器(未示出)、開(kāi)關(guān)裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統(tǒng)160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，相比于無(wú)為情況，系統(tǒng)100提供改善情況來(lái)升級(jí)例如單個(gè)燃?xì)鉁u輪和單個(gè)蒸汽渦輪聯(lián)合循環(huán)(lxl CC)系統(tǒng)中的單個(gè)壓縮機(jī)。
[0046]本文所述的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目地，且不意圖限制本公開(kāi)內(nèi)容。如本文使用的單數(shù)形式〃一個(gè)〃、〃一種〃和〃該〃意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。還將理解的是，用語(yǔ)〃包括"和/或"包含"在用于此說(shuō)明書中時(shí)表示指出的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或增加一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其群組。[〇〇47]以下權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能元件的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和等同物意圖包括用于結(jié)合如明確要求保護(hù)的其它提出的元件執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。 本公開(kāi)內(nèi)容的描述出于說(shuō)明和描述目的提出，但不意圖為詳盡的或?qū)⒈竟_(kāi)內(nèi)容限于公開(kāi)的形式。在不脫離本公開(kāi)內(nèi)容的精神和范圍的情況下，許多修改和變型對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將是明顯的。選擇和描述了實(shí)施例以便最佳地闡釋本公開(kāi)內(nèi)容和其實(shí)際應(yīng)用的原理，且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)⒈竟_(kāi)內(nèi)容認(rèn)作是適于構(gòu)想的特定使用的具有各種修改的各種實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)電系統(tǒng)(100)，包括:燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)(102)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、整體式壓縮機(jī)(106)和燃燒器(108)， 來(lái)自所述整體式壓縮機(jī)(106)的空氣和燃料供應(yīng)至所述燃燒器(108)，所述燃燒器(108)布 置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件(104)，且所述整體式壓縮機(jī)(106)具有大于所述燃燒器 (108)和所述渦輪構(gòu)件(104)中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過(guò)量空氣流 (200)；第一控制閥(262)系統(tǒng)(202)，其控制所述過(guò)量空氣流(200)沿過(guò)量空氣流(200)通路至 工藝空氣需求(272)的流動(dòng)；以及噴射器(252)，其定位在所述過(guò)量空氣流(200)通路中以用于使用所述過(guò)量空氣流 (200)作為原動(dòng)力來(lái)利用額外空氣(254)增進(jìn)所述過(guò)量空氣流(200)，從而產(chǎn)生增進(jìn)的過(guò)量 空氣流(270)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述渦輪構(gòu)件(104)的排氣 (172)給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(122，166)(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)的蒸汽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述HRSG還將蒸汽給送至一起 發(fā)生的蒸汽負(fù)載(170)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述第一控制閥(262)系統(tǒng) (202)包括壓縮機(jī)排放控制閥(262 )，其控制從所述整體式壓縮機(jī)(106)的排放口取得的所 述過(guò)量空氣流(200)的第一部分，以及上游控制閥(262)，其控制從所述排放口上游的所述 整體式壓縮機(jī)(106)的級(jí)取得的所述過(guò)量空氣流(200)的第二部分。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，還包括用于測(cè)量所述過(guò)量空氣 流(200)的各個(gè)部分的流率的至少一個(gè)傳感器(220)，各個(gè)傳感器(220)均可操作地聯(lián)接至 相應(yīng)的控制閥(262)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述噴射器(252)包括吸入側(cè)流 動(dòng)通路(258)，且還包括控制所述額外空氣(254)到所述噴射器(252)中的流動(dòng)的所述吸入 側(cè)流動(dòng)通路(258)中的第二控制閥(262)系統(tǒng)(260)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，還包括用于測(cè)量所述吸入側(cè)流 動(dòng)通路(258)中的所述額外空氣(254)的流率的傳感器(220)，所述傳感器(220)可操作地聯(lián) 接至所述第二控制閥(262)系統(tǒng)(260)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述吸入側(cè)流動(dòng)通路(258)流體 地聯(lián)接至所述整體式壓縮機(jī)(106)的入口過(guò)濾器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述額外空氣(254)包括環(huán)境空氣。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述工藝空氣需求(272)選自 由儀表空氣需求(272)和工作空氣需求(272)構(gòu)成的集合。
【文檔編號(hào)】F02C6/08GK106014636SQ201610155315
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】S.埃卡納亞克, W.T.費(fèi)希爾, J.P.克羅辛斯基, P.W.羅布森, A.I.西皮奧
【申請(qǐng)人】通用電氣公司