[发明专利]电子启动加热器、燃气涡轮发电设备及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在将燃料气体输送至燃气涡轮机之前使燃料气体过热的系统和方法。

背景技术

气态形式的燃料广泛地用于发电设备。图1图示了燃气涡轮发电设备100的简化视图。该设备100包括凝聚式过滤器110，性能加热器120，启动加热器130，气体洗涤器140，以及包括ASV(辅助停止阀)150、SRV(速比阀)160、以及GCV(气体控制阀)170的各种阀，以及燃气涡轮机180。

出于操作和安全原因，输送至燃气涡轮机的燃料气体应该没有诸如来自水和烃液体的湿气的液体。湿气是不期望的，因为其会结合诸如甲烷的烃，从而形成固体水合物，该固体水合物会损坏涡轮机。烃液体具有特定的问题，因为它们会导致不期望的情况，其中例如有不受控制的供热、燃气涡轮机过速、自动点火、闪回以及重新点火等。

供应给发电设备的燃料气体通常被增压，并且在燃料气体被提供给涡轮机180之前当燃料气体流过阀150，160，170时经历压力降低和膨胀。也称作焦耳-汤姆逊效应的气体冷却因为此压力降低和气体膨胀而发生。如果发生实质性的冷却，会形成水和液体烃冷凝，这代表着如上所述的风险。

为了防止形成冷凝，燃料气体在阀150，160，170的上游被过热。就是说，燃料气体在湿气和烃露点以上被充分地加热。通过在上游使燃料气体过热，在气体流经阀150，160，170时，防止了当燃料气体降压并膨胀时在下游冷凝。这确保了只有呈气态形式的燃料被提供给燃气涡轮机180的入口。

如图1中所示，两种类型的加热器——性能加热器120和启动加热器130——典型地用于使燃料气体过热。在正常运行期间，性能加热器120使用热水作为热源来使燃料气体过热。热水由热回收蒸汽发生器(HSRG)(图1中未显示)提供，该热回收蒸汽发生器又使用来自燃气涡轮机180的热排气来加热水。

当燃气涡轮机180处于启动操作中时，来自HSRG的热水尚不可用。在燃气涡轮机180达到正常运行之前，启动加热器130提供需要的过热。电子加热器由于其相对简单且方便而典型地得到使用。图2中图示了常规电子启动加热器的外部视图。即使对于产生中等数量电力的设备，常规的启动加热器也会是非常大的。作为示例，对于具有0.28兆瓦发电能力的燃气涡轮发电设备，用于常规启动加热器的台架可大到15英尺(长度)X8英尺(宽度)X12英尺(高度)。

在常规的电子启动加热器中，主动加热元件安装在燃料气体流动的管道(未示出)内。这允许发生高热量传输，以便燃料气体温度可以快速升高。

将会意识到的是常规电子启动加热器由于加热元件与燃料气体成直接接触而容易产生安全性问题。由于加热元件在燃料气体流的路径中，加热元件本身增加了不期望的压降。由于加热元件的内部放置，使得维修和升级困难，加热元件需要阀门、垫圈以及其它的夹具，以便包含加热元件的管道可以隔离，以进行维修和升级。在操作上，可能要求在加热元件开启的同时燃料气体流动，以降低加热元件失效的可能性。另外，常规电子启动加热器非常昂贵——一个系统可超过$265,000。因此，依然有对于在系统启动期间用于过热的系统和/或方法的需要，该系统和/或方法减少(即使没有消除)与常规电子启动加热器相关的劣势。

发明内容

本发明的一个示范性非限制方面涉及用于燃气涡轮发电设备的电子启动加热器。该示范性启动加热器包括燃料气体管道和一个或多个电子带式加热器，燃料气体管道构造成允许燃料气体流经其中，电子带式加热器在燃料气体管道外缠绕并与燃料气体管道接触。带式加热器构造成使流经燃料气体管道的燃料气体过热。过热可看作充分地使在燃料气体管道中流动的燃料气体的温度升高，以便当燃料气体在燃料气体管道的下游经历膨胀时实质性地防止形成冷凝。