[发明专利]具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统

说明书

技术领域

本申请主要涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及具有闭合回路氮冷却以及排放物控制的燃气涡轮发动机。

背景技术

公知的整体气化联合循环(″IGCC″)动力生成系统可包括与至少一个动力产生涡轮系统相整合的气化系统。例如，公知的气化器可将诸如煤的燃料与空气或氧、蒸汽以及其它添加剂的混合物转化成部分燃烧气体的输出，通常称为″合成气″。这些热燃烧气体可供送至燃气涡轮发动机的燃烧器。燃气涡轮发动机继而向发电机供能以产生电功率或用以驱动其它类型的负载。来自于燃气涡轮发动机的排气可供送至热回收蒸汽发生器，以便生成用于蒸汽轮机的蒸汽。由蒸汽轮机产生的动力也可驱动发电机或其它类型的负载。类似类型的动力生成系统也可为公知的。

公知的气化过程还可产生氮流。例如，空气分离单元可用于产生供送至气化器的氧。空气分离单元可通过将供送的空气中的氧与氮分离来产生氧。一部分氮可用于控制燃气涡轮发动机所产生的排放物或用于增大涡轮的功率输出。例如，氮可喷射到燃气涡轮发动机的燃烧区中，以便降低燃烧温度和降低一氧化二氮(″NOx″)的排放物。燃气涡轮发动机的涡轮区段经冷却以将构件温度保持在可容许的材料极限。由从压缩机区段抽出的空气所提供的冷却降低了发动机功率输出和热耗率(heat rate)。

因此，期望有一种改进的整体气化联合循环动力生成系统。此种IGCC系统优选将使用为生产目的而在其中产生的所有或大部分氮，同时改善整体的IGCC输出和热耗率。

发明内容

因此，本申请提供了一种整体气化联合循环系统。该整体气化联合循环系统可包括氮源、燃烧器以及涡轮。来自于氮源的氮流穿过涡轮并冷却涡轮，且然后流入燃烧器中。

本申请还提供了一种操作整体气化联合循环系统的方法。该方法可包括产生氮流、使氮流流过燃气轮机、在氮流流过燃气轮机时加热氮流、将现在加热的氮流的一部分喷射到燃烧器中，以及降低燃烧器操作温度。

本申请还提供了一种整体气化联合循环系统。该整体气化联合循环系统可包括用于产生氮流的空气分离单元、用于压缩氮流的压缩机、燃烧器以及涡轮。压缩的氮流穿过涡轮并冷却涡轮，且然后流入燃烧器中。

本领域的普通技术人员通过查阅以下详细描述，同时结合多个附图和所附权利要求，本申请的这些及其它特征和改进将变得明显。

附图说明

图1为燃气涡轮发动机的简图。

图2为燃气轮机的多个级的简图。

图3为可如本文所述那样的具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统的一部分的简图。

图4为具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统的备选实施例。

图5为具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统的备选实施例。

图6为具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统的备选实施例。

零件清单

100 燃气涡轮发动机

110 压缩机

120 空气流

130 燃烧器

140 燃料流

150 燃烧气流

160 涡轮

170 转子

180 发电机

190 涡轮级

200 第一级

210 第一级喷嘴

220 第一级轮叶

230 第二级

240 第二级喷嘴

250 第二级轮叶

260 第三级

270 第三级喷嘴

280 第三级轮叶

290 热气体通路

300 尖顶(tip)罩盖

350 整体气化联合循环系统

360 空气分离单元

370 氮流

380 氮压缩机

390 压力控制阀

400 静止构件冷却流

410 旋转构件冷却流

420 三通阀

430 燃烧器流

440 返回流

450 氮冷却器

460 整体气化联合循环系统

470 燃料加热器

480 整体气化联合循环系统

490 混合流

500 温度控制阀

510 整体气化联合循环系统

520 附加氮流

530 混合氮流

540 混合阀