[发明专利]燃气轮机进口调节系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种为了在某一负荷和温度范围内使能量输出和效率 达到最大化的加热和冷却供给燃气轮机的压缩机进口空气的系统和方 法。

背景技术

联合循环发电站的最简单形式包括燃气轮机，蒸汽轮机，发电机， 以及热回收蒸汽发生器(HRSG)，燃气轮机和蒸汽轮机在单个轴上一前 一后连接到单个发电机上。具有一个或多个燃气轮机发电机和一个共用 蒸汽轮机发电机的多轴布置已经得到应用。联合循环发电站的热效率由 与其余热回收底循环相结合的燃气轮机的性能决定。

燃气轮机具有两个特征，其可成为在运行范围内实现最大输出和效 率的阻碍。

首先，燃气轮机是等容流动机器。这给它们带来的这样的固有特 性，即在温暖的天气(此时，空气密度更低)具有比更冷天气(此时， 空气密度更高)更低的空气质量流量和能量输出。在这点上，空气密度 随着温度的降低而增加，从而导致更高的质量流量通过燃气轮机。燃气 轮机的输出随着空气质量流量的增加而增加。因而发现在温暖天气里通 常通过减小进口空气的温度来增加空气质量流量，从而增加输出是非常 理想的。

第二，工作流体通过空气压缩机供给循环，该压缩机具有空气动力 学运转极限，其限定了运转压缩比为修正速度，修正空气流量以及可变 导向叶片设定的函数。在更冷的天气由于供给的空气质量流量随着压缩 机进口温度的降低而增加，而点火温度保持不变(对于最大效率)，所 以涡轮机进口体积流量和压缩机压力比增加。因此，压缩机运转极限在 更冷的天气可能成为问题。在燃烧稀释燃料的应用中，其增加了涡轮机 体积流量和压缩机压力比，压缩机运转极限也更容易受到影响。这种情 况的发生很可能是燃料合成或低级燃料气化的结果，这种燃料产生的燃 料气体仅仅为天然气的五分之一。

还应当注意地是燃气轮机压缩机包括一排或多排可变导向叶片，可 对该导向叶片进行调节以减少压缩机进口空气流量。尽管这似乎可以提 供一种限定压缩机压力比的方法，从而避免压缩机运转极限，但是运转 极限本身是导向叶片设定的函数，使得该限定随着空气流量以这种方式 减少而变得更严格。

发明内容

本发明提供了这样一种系统和方法，为了使联合循环发电站的能量 输出和效率最大化，其选择性地加热或选择性地加热或冷却供给燃气轮 机的压缩机进口空气。

本发明可体现为这样一种方法，其在联合循环发电系统中选择性地 加热进入燃气轮机的环境空气，该联合循环发电系统具有多个涡轮机， 包括蒸汽轮机和具有压缩机的燃气轮机，所述涡轮机传动连接到一个或 多个产生电的发电机，以及用于冷凝在蒸汽轮机中膨胀的蒸汽的冷凝 器，该方法包括：从所述蒸汽轮机和所述冷凝器的至少一个中抽取具有 比所述环境空气温度更高的选定流体，然后引导所述环境空气通过热交 换器以从所述选定流体中直接或间接地接收热量，从而所述环境空气的 温度在所述热交换器中升高。

本发明还体现为这样一种联合循环发电系统，包括：具有压缩机的 燃气轮机；蒸汽轮机；用于冷凝在所述蒸汽轮机内膨胀的废汽的冷凝 器；用于控制到所述压缩机的进口空气温度的热交换器；以及确定用于 工作流体通过所述热交换器的流动路径的结构，其可操作地连接到所述 蒸汽轮机和所述冷凝器之一，从而用于选择性地加热所述工作流体，通 过所述热交换器提升所述进口空气的温度。

附图说明

通过仔细研究下文参照附图所做的展示了本发明优选实施例的详 细说明，可以更好的理解本发明的这些和其它目的及优点，其中：

图1是联合循环燃气轮机的示意图；

图2是传统的使用联合进口排气加热和喷雾系统的示意图；

图3是传统的使用联合进口排气加热和机械冷却系统的示意图；

图4是压缩机特性图和运转限定线，示意性示出了工业燃气轮机压 缩机的性能特征；

图5是根据本发明实施例的具有加热和冷却压缩机进口空气的联 合循环燃气轮机的示意图；

图6是根据本发明另一实施例的具有加热和冷却压缩机进口空气 的联合循环燃气轮机的示意图；

图7是根据本发明另一实施例的具有加热压缩机进口空气的联合 循环燃气轮机的示意图；以及

图8是根据本发明的又一实施例的具有加热和冷却压缩机进口空 气的联合循环燃气轮机的示意图；

具体实施方式