具有產(chǎn)生過量空氣流的壓縮機及其補充壓縮機的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)電系統(tǒng)(100)包括：第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件(104)、第一整體式壓縮機(106)和第一燃燒器(108)，來自第一整體式壓縮機(106)的空氣和燃料供應至第一燃燒器(108)，第一燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應至第一渦輪構件(104)，且第一整體式壓縮機(106)具有大于第一燃燒器(108)和/或第一渦輪構件(104)的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流(200)。第二燃氣渦輪系統(tǒng)(140)可包括類似于第一個但在其壓縮機中沒有過量能力的構件?？刂崎y系統(tǒng)(202)控制過量空氣流(200)從第一燃氣渦輪系統(tǒng)到第二燃氣渦輪系統(tǒng)(140)的流動。補充壓縮機(252,254)可聯(lián)接至過量空氣流(200)通路來以附加空氣增加過量空氣流(200)。
【專利說明】具有產(chǎn)生過量空氣流的壓縮機及其補充壓縮機的發(fā)電系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
本申請涉及如下編號的共同未決美國申請:GE卷號280346-1，申請序列號14/662760;280347-1，申請序列號 14/662770;280348-1，申請序列號 14/662780;280349-1，申請序列號 14/662785;280353-1，申請序列號 14/662800; 280354-1，申請序列號 14/662803和280355-1，申請序列號14/662805，全部于2015年3月19日提交。
技術領域
[0002]本公開內(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)生過量空氣流的壓縮機和用于其的補充壓縮機的燃氣渦輪系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0003]發(fā)電系統(tǒng)時常使用一個或更多個燃氣渦輪系統(tǒng)，其可與一個或更多個蒸汽渦輪系統(tǒng)聯(lián)接以發(fā)電。燃氣渦輪系統(tǒng)可包括具有旋轉(zhuǎn)軸的多級軸流式壓縮機?？諝膺M入壓縮機的入口，且由壓縮機葉片級壓縮，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驅(qū)動渦輪構件。在渦輪構件中，熱氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動內(nèi)部壓縮機，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)動負載(諸如發(fā)電機)以用于產(chǎn)生電力。若干燃氣渦輪系統(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，一個或更多個蒸汽渦輪系統(tǒng)也可結合燃氣渦輪系統(tǒng)使用。在該設置中，來自燃氣渦輪系統(tǒng)的熱排出氣體給送至一個或更多個余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽然后給送至蒸汽渦輪構件，其具有單獨的或與燃氣渦輪系統(tǒng)整體式的旋轉(zhuǎn)軸。在任何情況下，蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為功，其可用于驅(qū)動負載(諸如發(fā)電機)以用于產(chǎn)生電力。
[0004]當創(chuàng)建發(fā)電系統(tǒng)時，其部分構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。熱天的另一個挑戰(zhàn)在于，當溫度升高時，壓縮機流減小，其導致減少的發(fā)電機輸出。增加功率輸出(或保持功率輸出，例如，在熱天)的一個途徑在于將構件添加至發(fā)電系統(tǒng)，這可增加至燃氣渦輪系統(tǒng)的燃燒器的氣流。增加氣流的一個途徑是增加補充壓縮機來進給燃氣渦輪燃燒器。然而，該特定途徑通常需要用于補充壓縮機的單獨的電源，這不是有效的。
[0005]增加氣流的另一個途徑是對壓縮機升級。目前，壓縮機已經(jīng)改進，使得其通流能力高于其之前的壓縮機。這些新的較高能力的壓縮機通常制造成適應新的類似構造的燃燒器，或能夠處理增加能力的舊燃燒器。升級舊燃氣渦輪系統(tǒng)來使用新的較高能力的壓縮機的挑戰(zhàn)在于，在不升級系統(tǒng)的其它昂貴部分的情況下，目前沒有關于不可處理增加能力的系統(tǒng)來使用較高能力的壓縮機的機制。時常需要與壓縮機升級一起同時升級的其它部分包括但不限于燃燒器、燃氣渦輪構件、發(fā)電機、變壓器、開關裝置、HRSG、蒸汽渦輪構件、蒸汽渦輪控制閥等。因此，即使壓縮機升級理論上可行，升級其它部分的附加成本由于額外費用而使升級不可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開內(nèi)容的第一方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件、第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至第一燃燒器，第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至第一渦輪構件，且第一整體式壓縮機具有大于第一燃燒器和第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流;第二燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自第二壓縮機的空氣和燃料供應至第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至第二渦輪構件;控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路從第一燃氣渦輪系統(tǒng)到第二燃氣渦輪系統(tǒng)的流動；以及補充壓縮機，其聯(lián)接至過量空氣流通路來以附加空氣增加過量空氣流。
[0007]本公開內(nèi)容的第二方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件、第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至第一燃燒器，第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至第一渦輪構件，且第一整體式壓縮機具有大于第一燃燒器和第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流;第二燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自第二壓縮機的空氣和燃料供應至第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至第二渦輪構件;控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路至第二壓縮機的排放口、第二燃燒器和第二渦輪構件的渦輪噴嘴冷卻入口中的至少一者的流動；以及補充壓縮機，其聯(lián)接至過量空氣流通路來以附加空氣增加過量空氣流，其中控制閥系統(tǒng)包括第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，第一控制閥控制過量空氣流至第二壓縮機的排放口的第一部分，第二控制閥控制過量空氣流至第二燃燒器的第二部分，第三控制閥控制過量空氣流至第二渦輪構件的渦輪噴嘴冷卻入口的流動的第三部分，以及其中第一渦輪系統(tǒng)和第二渦輪系統(tǒng)中的每一個的排氣供應至至少一個蒸汽發(fā)生器來對蒸汽渦輪系統(tǒng)供能。
[0008]本公開內(nèi)容的第三方面提供了一種方法，包括:從第一燃氣渦輪系統(tǒng)的第一整體式壓縮機獲得過量空氣流，第一燃氣渦輪系統(tǒng)包括第一渦輪構件、第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至第一燃燒器，第一整體式壓縮機具有大于第一燃燒器和第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力;將過量空氣流引導至第二燃氣渦輪系統(tǒng)，第二燃氣渦輪系統(tǒng)包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自第二壓縮機的空氣和燃料供應至第二燃燒器，第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至第二渦輪構件；以及使用聯(lián)接至過量空氣流通路的補充壓縮機來增加過量空氣流。
[0009]本發(fā)明的第一技術方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件、第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自所述第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至所述第一燃燒器，所述第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至所述第一渦輪構件，且所述第一整體式壓縮機具有大于所述第一燃燒器和所述第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流;第二燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自所述第二壓縮機的空氣和燃料供應至所述第二燃燒器，所述第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至所述第二渦輪構件;控制閥系統(tǒng)，其控制所述過量空氣流沿過量空氣流通路從所述第一燃氣渦輪系統(tǒng)到所述第二燃氣渦輪系統(tǒng)的流動；以及補充壓縮機，其聯(lián)接至所述過量空氣流通路來以附加空氣增加所述過量空氣流。
[0010]本發(fā)明的第二技術方案是在第一技術方案中，所述過量空氣流供應至所述第二壓縮機的排放口。
[0011]本發(fā)明的第三技術方案是在第一技術方案中，所述過量空氣流供應至所述第二燃燒器。
[0012]本發(fā)明的第四技術方案是在第一技術方案中，所述過量空氣流供應至所述第二渦輪構件的渦輪噴嘴冷卻入口。
[0013]本發(fā)明的第五技術方案是在第一技術方案中，所述控制閥系統(tǒng)控制所述過量空氣流至所述第二壓縮機的排放口、所述第二燃燒器和所述第二渦輪構件的渦輪噴嘴冷卻入口中的至少一者的流動。
[0014]本發(fā)明的第六技術方案是在第五技術方案中，所述控制閥系統(tǒng)包括第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，所述第一控制閥控制所述過量空氣流至所述第二壓縮機的所述排放口的第一部分，所述第二控制閥控制所述過量空氣流至所述第二燃燒器的第二部分，以及所述第三控制閥控制所述過量空氣流至所述第二渦輪構件的所述渦輪噴嘴冷卻入口的流動的第三部分。
[0015]本發(fā)明的第七技術方案是在第六技術方案中，還包括用于測量所述過量空氣流的至少一部分的流率的至少一個傳感器，各個傳感器可操作地聯(lián)接至所述控制閥系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的第八技術方案是在第一技術方案中，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的每一個的排氣供應至至少一個蒸汽發(fā)生器來對蒸汽渦輪系統(tǒng)供能。
[0017]本發(fā)明的第九技術方案是在第一技術方案中，所述補充壓縮機由所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的至少一者供能。
[0018]本發(fā)明的第十技術方案是在第一技術方案中，所述補充壓縮機由蒸汽渦輪系統(tǒng)供會K。
[0019]本發(fā)明的第十一技術方案是在第一技術方案中，所述補充壓縮機由往復式發(fā)動機供能。
[0020]本發(fā)明的第十二技術方案是在第一技術方案中，所述補充壓縮機由變速電動機供會K。
[0021]本發(fā)明的第十三技術方案是在第一技術方案中，所述補充壓縮機由航改燃氣渦輪驅(qū)動器供能。
[0022]本發(fā)明的第十四技術方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件、第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自所述第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至所述第一燃燒器，所述第一燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至所述第一渦輪構件，且所述第一整體式壓縮機具有大于所述第一燃燒器和所述第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流;第二燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自所述第二壓縮機的空氣和燃料供應至所述第二燃燒器，所述第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至所述第二渦輪構件;控制閥系統(tǒng)，其控制所述過量空氣流沿過量空氣流通路至所述第二壓縮機的排放口、所述第二燃燒器和所述第二渦輪構件的渦輪噴嘴冷卻入口中的至少一者的流動；以及補充壓縮機，其聯(lián)接至所述過量空氣流通路來以附加空氣增加所述過量空氣流，其中所述控制閥系統(tǒng)包括第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，所述第一控制閥控制所述過量空氣流至所述第二壓縮機的所述排放口的第一部分，所述第二控制閥控制所述過量空氣流至所述第二燃燒器的第二部分，所述第三控制閥控制所述過量空氣流至所述第二渦輪構件的所述渦輪噴嘴冷卻入口的流動的第三部分，以及其中所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的每一個的排氣供應至至少一個蒸汽發(fā)生器來對蒸汽渦輪系統(tǒng)供能。
[0023]本發(fā)明的第十五技術方案是在第十四技術方案中，所述補充壓縮機由所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的至少一者供能。
[0024]本發(fā)明的第十六技術方案是在第十四技術方案中，所述補充壓縮機由蒸汽渦輪系統(tǒng)供能。
[0025]本發(fā)明的第十七技術方案是在第十四技術方案中，所述補充壓縮機由往復式發(fā)動機供能。
[0026]本發(fā)明的第十八技術方案是在第十四技術方案中，所述補充壓縮機由變速電動機供能。
[0027]本發(fā)明的第十九技術方案是在第十四技術方案中，所述補充壓縮機由航改燃氣渦輪驅(qū)動器供能。
[0028]本發(fā)明的第二十技術方案提供了一種方法，包括:從第一燃氣渦輪系統(tǒng)的第一整體式壓縮機獲得過量空氣流，所述第一燃氣渦輪系統(tǒng)包括第一渦輪構件、所述第一整體式壓縮機和第一燃燒器，來自所述第一整體式壓縮機的空氣和燃料供應至所述第一燃燒器，所述第一整體式壓縮機具有大于所述第一燃燒器和所述第一渦輪構件中的至少一者的吸入能力的通流能力；將所述過量空氣流引導至第二燃氣渦輪系統(tǒng)，所述第二燃氣渦輪系統(tǒng)包括第二渦輪構件、第二壓縮機和第二燃燒器，來自所述第二壓縮機的空氣和燃料供應至所述第二燃燒器，所述第二燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應至所述第二渦輪構件；以及使用聯(lián)接至所述過量空氣流通路的補充壓縮機來增加所述過量空氣流。
[0029]本公開內(nèi)容的示范性方面設計成解決本文所述的問題和/或未論述的其它問題。
【附圖說明】
[0030]本公開內(nèi)容的這些及其它特征將從連同附圖對本公開內(nèi)容的各種方面的以下詳細描述更容易理解，附圖繪出了本公開內(nèi)容的各種實施例，在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0031]應注意到，本公開內(nèi)容的附圖不成比例。附圖意在僅繪出公開內(nèi)容的典型方面，且因此不應認作是限制本公開內(nèi)容的范圍。在附圖中，相似的標號表示附圖之間的相似元件。
[0032]零件列表 100發(fā)電系統(tǒng)
102第一燃氣渦輪系統(tǒng) 104第一渦輪構件 106第一整體式壓縮機 108第一燃燒器 110壓縮機/渦輪旋轉(zhuǎn)軸 120入口過濾器殼體 122,154,166發(fā)電機 140第二燃氣渦輪系統(tǒng) 144第二渦輪構件 146第二壓縮機 148第二燃燒器
150后續(xù)開發(fā)的入口過濾器殼體
152旋轉(zhuǎn)軸
158噴嘴冷卻入口
160蒸汽渦輪系統(tǒng)
162,262旋轉(zhuǎn)軸
168,170蒸汽發(fā)生器
172,174排氣
178排放控制系統(tǒng)
180控制系統(tǒng)
200空氣流
202控制閥系統(tǒng)
210排放口
214第二控制閥
216第三控制閥
220傳感器
250過量空氣流通路
252,254補充壓縮機
256控制閥。
【具體實施方式】
[0033]如上文所述，本公開內(nèi)容提供了一種包括燃氣渦輪系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，燃氣渦輪系統(tǒng)包括產(chǎn)生過量空氣流的壓縮機。本發(fā)明的實施例提供了使用過量空氣流來提高發(fā)電系統(tǒng)的輸出的途徑。
[0034]參看圖1，提供了根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)電系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括第一燃氣渦輪系統(tǒng)102。第一燃氣渦輪系統(tǒng)102可包括連同其它構件一起的第一渦輪構件104、第一整體式壓縮機106和第一燃燒器108。如本文使用的第一"整體式"壓縮機106認作是壓縮機106和渦輪構件104可特別地由公共壓縮機/渦輪旋轉(zhuǎn)軸110(有時稱為轉(zhuǎn)子110)整體地聯(lián)接在一起。該結構是相比于許多單獨地供能且并不與渦輪構件104整體結合的補充壓縮機。
[0035]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，來自第一整體式壓縮機106的空氣和燃料(諸如天然氣)供應至燃燒器108。稀釋劑也可以可選地以任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的方式輸送至燃燒器108。由第一整體式壓縮機106吸入的空氣可穿過任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的入口過濾器殼體120。如理解的那樣，燃燒器108布置成通過燃料和空氣混合物的燃燒將熱燃燒氣體供應至第一渦輪構件104。在渦輪構件104中，熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸110驅(qū)動壓縮機106，其余的可用于有用功以驅(qū)動負載，諸如但不限于用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機122，和/或經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸110(旋轉(zhuǎn)軸110的延伸部)驅(qū)動另一渦輪。渦輪構件104可包括用于通過旋轉(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)開發(fā)的渦輪。
[0036]在一個實施例中，燃氣渦輪系統(tǒng)102可包括由通用電氣公司(Greenville, S.C)市售的型號MS7001FB，有時稱為7FB發(fā)動機。然而，本發(fā)明不限于任何一種特定燃氣渦輪系統(tǒng)，且可結合其它系統(tǒng)實施，例如包括通用電氣公司的型號MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)。
[0037]相比于常規(guī)燃氣渦輪系統(tǒng)型號，第一整體式壓縮機106具有大于渦輪構件104和/或第一燃燒器108的吸入能力的通流能力。即，壓縮機106相比于構造成匹配燃燒器108和渦輪構件104的壓縮機是升級的壓縮機。如本文使用的"能力"是指流率能力。例如，燃氣渦輪系統(tǒng)102的初始壓縮機可具有大約487千克/秒(kg/s )(1075鎊質(zhì)量/秒(lbm/s))的最大通流能力，且渦輪構件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108取代了初始壓縮機，且可具有例如大約544kg/s(12001bm/s)的增大的最大通流能力，而渦輪構件104繼續(xù)具有例如大約487kg/s的最大通流能力。因此，渦輪構件104不可利用壓縮機106的所有能力，且過量空氣流200由高于渦輪構件104的最大能力的壓縮機106產(chǎn)生。類似地，整體式壓縮機106的通流能力可超過燃燒器108的最大吸入能力。以類似方式，渦輪構件104的功率輸出如果遭受整體式壓縮機106的滿流能力，可超過發(fā)電機122的最大允許輸入。盡管本文描述了特定示范性流率值，但要強調(diào)的是，流率能力可取決于燃氣渦輪系統(tǒng)和使用的新的高能力整體式壓縮機106廣泛地改變。如本文將描述的那樣，本發(fā)明提供了使用發(fā)電系統(tǒng)100的其它部分中的過量空氣流的發(fā)電系統(tǒng)100的各種實施例。
[0038]在圖1中所示的實施例中，發(fā)電系統(tǒng)100還包括一個或更多個第二燃氣渦輪系統(tǒng)140。各個第二燃氣輪系統(tǒng)140可包括第二渦輪構件144、第二壓縮機146，以及第二燃燒器148。各個第二燃氣渦輪系統(tǒng)140可大致類似于第一燃氣渦輪系統(tǒng)102，只是其壓縮機146并未升級或替換，且繼續(xù)具有構造成匹配其相應渦輪構件144和/或燃燒器148的通流能力。如本文關于第一整體式壓縮機106所述，來自第二壓縮機146的空氣連同燃料供應至第二燃燒器148，且第二燃燒器148布置成將熱燃燒氣體供應至第二渦輪構件144。稀釋劑也可以可選地以任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的方式輸送至第二燃燒器148。由第二壓縮機146吸入的空氣可穿過任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的入口過濾器殼體150。在第二渦輪構件144中，熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸152驅(qū)動壓縮機146，其余的可用于有用功以驅(qū)動負載，諸如但不限于用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機154，和/或經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸152(旋轉(zhuǎn)軸152的延伸部)驅(qū)動另一渦輪。
[0039]第二渦輪構件144還可包括一個或更多個渦輪噴嘴冷卻入口 158。如本領域中理解的那樣，渦輪構件中的靜止噴嘴可包括用于待噴射的冷卻流體流的若干入口(未示出)，冷卻流體流用于冷卻特別是渦輪構件的噴嘴。噴嘴內(nèi)和周圍的通路在需要的情況下引導冷卻流體。盡管為了清楚起見僅一個入口示為在渦輪構件144的第一級，但將理解的是，渦輪構件144的各級可包括例如圍繞渦輪構件周向地間隔開的一個或更多個入口。此外，盡管渦輪噴嘴冷卻入口 158示為在第二渦輪構件144的第一級處或附近進入，但如所理解的，入口實際上可設在任何級。
[0040]還如圖1中所示，在一個實施例中，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。如本領域已知的那樣，在操作中，蒸汽進入蒸汽渦輪區(qū)段的入口，且引導穿過靜止導葉，導葉相對于聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸162(轉(zhuǎn)子)的葉片向下游引導蒸汽。蒸汽可穿過其余級，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載或機器，諸如但不限于發(fā)電機166和/或另一渦輪，例如，燃氣渦輪102、140中的一個。用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽可由一個或更多個蒸汽發(fā)生器168、170生成，S卩，余熱回收蒸汽發(fā)生器(HSRG) οHRSG 168可聯(lián)接到第一渦輪系統(tǒng)102的排氣172，且HRSG 170可聯(lián)接到第二渦輪系統(tǒng)140的排氣174。即，燃氣渦輪系統(tǒng)102和/或燃氣渦輪系統(tǒng)104各自的排氣172、174可供應至至少一個HRSG 168、170以用于對蒸汽渦輪系統(tǒng)160供能。各個燃氣渦輪系統(tǒng)可聯(lián)接到專用的HRSG，或一些系統(tǒng)可共用HRSG。在后一情況中，盡管示出了兩個蒸汽發(fā)生器168、170，但可僅提供一個，且排氣172、174都引導至其。在穿過HRSG 168、170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)開發(fā)的排放控制系統(tǒng)178來排氣，例如，排氣器、選擇性催化還原(SCR)單元、一氧化二氮過濾器等。盡管圖1示出了聯(lián)合循環(huán)實施例，但將強調(diào)的是，可省略包括蒸汽發(fā)生器168、170的蒸汽渦輪系統(tǒng)160。在后一情況中，排氣172、174將直接行進到排放控制系統(tǒng)178或用于其它過程。
[0041]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括用于控制其各種構件的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的控制系統(tǒng)180。盡管與構件分開示出，但將理解的是，控制系統(tǒng)180電聯(lián)接到所有構件和其相應的可控制特征，例如，閥、栗、電機、傳感器、電網(wǎng)、發(fā)電機控制器等。
[0042]回到第一燃氣渦輪系統(tǒng)102的細節(jié)，如本文所述，第一整體式壓縮機106具有大于渦輪構件104和/或第一燃燒器108的吸入能力的通流能力，這產(chǎn)生過量空氣流200。過量空氣流200示為在其排放口處從第一整體式壓縮機106獲得的流。然而，應強調(diào)的是，過量空氣流200可在期望情況下使用適合的閥和相關控制系統(tǒng)在整體式壓縮機106的任何級處獲得，例如，在排放口上游的一個或更多個位置處，在排放口和排放口上游的一個或更多個位置等。在任何情況下，過量空氣流200最終沿過量空氣流通路250穿過，該通路250可包括至第二渦輪系統(tǒng)140的一個或更多個管路。在圖1的實施例中，控制閥系統(tǒng)202設置成用于控制至第二燃氣渦輪系統(tǒng)140的過量空氣流200的流動。盡管示為似乎過量空氣流200引導至僅一個第二燃氣渦輪系統(tǒng)140，但將理解的是，過量空氣流可在期望情況下和在過量空氣流可支持一個以上的系統(tǒng)的情況下引導至一個或更多個第二燃氣渦輪系統(tǒng)140。
[0043]發(fā)電系統(tǒng)100還包括聯(lián)接到過量空氣流通路250上來以附加空氣254增加過量空氣流200的補充壓縮機252。補充壓縮機254可采用吸入和壓縮環(huán)境空氣流的任何壓縮機的形式。在一個實施例中，補充壓縮機252可流體地聯(lián)接到第二燃氣渦輪系統(tǒng)140的入口過濾器殼體150上;然而，其可聯(lián)接到任何形式的進氣系統(tǒng)上。補充壓縮機252可由能量源260供能，例如，使用旋轉(zhuǎn)軸262或用于傳遞旋轉(zhuǎn)能的其它機構。能量源260可采用多種形式。在一個實施例中，補充壓縮機252可由第一渦輪系統(tǒng)102和第二渦輪系統(tǒng)140中的至少一者供能。在此情況下，能量源260可采用將旋轉(zhuǎn)軸262聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸110和/或旋轉(zhuǎn)軸152上的變速器形式。在一個實施例中，補充壓縮機252可由蒸汽渦輪系統(tǒng)(諸如蒸汽渦輪系統(tǒng)160)供能。這里，能量源260可采用將旋轉(zhuǎn)軸260聯(lián)接到蒸汽渦輪系統(tǒng)160的旋轉(zhuǎn)軸162上的變速器形式。另一個實施例可具有由往復式發(fā)動機供能的補充壓縮機252。在此情況下，能量源260可采用能夠?qū)πD(zhuǎn)軸262供能的任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的往復式發(fā)動機的形式，諸如但不限于，燃機、柴油機等。在又一個實施例中，補充壓縮機252可由變速電動機供能。這里，能量源260可采用能夠?qū)πD(zhuǎn)軸262供能的任何現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的變速電動機的形式。最后，在另一個實施例中，補充壓縮機252可為由航改燃氣渦輪驅(qū)動器供能，諸如但不限于:General Electric LM2500, General Electric LM6000, Rolls-Royce RB211, Rolls-Royce Avon或太陽能禍輪。
[0044]控制閥256可操作成控制過量空氣流動通路250中的過量空氣流200的量，且控制閥266可操作成控制由補充壓縮機252提供至過量空氣流動通路250的附加空氣254的量。
[0045]過量空氣流200可由控制閥系統(tǒng)202以若干方式從第一燃氣渦輪系統(tǒng)102引導至第二渦輪系統(tǒng)140。如圖所示，控制閥系統(tǒng)202控制過量空氣流200至第二壓縮機146的排放口210、第二燃燒器148和第二渦輪構件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158中的至少一者的流動?？刂崎y系統(tǒng)202可包括向第二渦輪系統(tǒng)140的期望部分供應過量空氣流200的至少一部分所需的任何數(shù)目的閥。如圖所示，控制閥系統(tǒng)202可包括三個閥。第一控制閥212可控制至第二壓縮機146的排放口 210的過量空氣流200的第一部分。以此方式，過量空氣流200可添加至來自壓縮機146的氣流，而沒有由此帶來的額外能量消耗。第二控制閥214可控制至第二燃燒器148的過量空氣流200的第二部分，因此提供了用于燃燒的附加空氣。第三控制閥216可控制至第二渦輪構件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158的過量空氣流200的第三部分以特別地向渦輪構件的噴嘴提供冷卻流體。在操作中，所示的示例可如下起作用:首先，在控制閥210打開且控制閥212、214關閉的情況下，過量空氣流200供應至第二壓縮機146的排放口 210;第二，在控制閥210和216關閉且控制閥214打開的情況下，過量空氣流200供應至燃燒器148;且最后，在控制閥210、212關閉且控制閥216打開的情況下，過量空氣流200供應至第二渦輪構件144的渦輪噴嘴冷卻入口 158。各個控制閥210、212、214可定位在打開與關閉之間的任何位置，以將期望的分流提供至規(guī)定的構件。此外，盡管至各個構件的一個通路示為在各個控制閥之后，但將強調(diào)的是，其它管路和控制閥可提供成將過量空氣流200的相應部分進一步分配至各個子部分，例如，第二渦輪構件144上的許多渦輪噴嘴冷卻入口 158、燃燒器148的許多燃燒筒等?？刂崎y系統(tǒng)202還可包括用于控制過量空氣流通路250中的過量空氣流200的控制閥256以及控制由補充壓縮機252供應的附加空氣的控制閥266。還如圖所示，至少一個傳感器220可提供成用于測量過量空氣流200的至少一部分的流率，例如，在從第一整體式壓縮機106取出時，在各個控制閥212、214、216之后，等。各個傳感器220均可操作地聯(lián)接到控制閥系統(tǒng)202，控制閥系統(tǒng)202可包括用于所示的各種控制閥的自動操作的任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的工業(yè)控制。
[0046]控制閥系統(tǒng)202且因此過量空氣流200的流動和補充壓縮機252的操作可使用任何現(xiàn)在已知或后續(xù)開發(fā)的工業(yè)控制器來控制，該控制器可為總體發(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的所有各種構件的操作，包括對控制閥系統(tǒng)202進行控制。
[0047]包括具有產(chǎn)生過量空氣流200的第一整體式壓縮機106的第一燃氣渦輪系統(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。例如，壓縮機106可相對于在系統(tǒng)中升級所有壓縮機(其在使用若干燃氣渦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。此外，本發(fā)明的實施例降低了升級的壓縮機(即，壓縮機106)的相對成本，且繼而又通過提供有效地消耗更多過量空氣流的方式改善了升級的壓縮機的耐久性和合意性。此外，包括第一整體式壓縮機106的發(fā)電系統(tǒng)100通過在任何一個或更多個以下示范性子系統(tǒng)尺寸過小的情況下改善項目耐久性來擴大系統(tǒng)100的操作包絡:渦輪構件104、發(fā)電機122、變壓器(未示出)、開關裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統(tǒng)160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，相比于升級兩個壓縮機106、146或無為情況，系統(tǒng)100提供改善情況來升級例如兩個燃氣渦輪和一個蒸汽渦輪聯(lián)合循環(huán)(2x1 CC)系統(tǒng)中的單個壓縮機。
[0048]本文所述的術語僅用于描述特定實施例的目地，且不意圖限制本公開內(nèi)容。如本文使用的單數(shù)形式〃一個〃、〃一種〃和〃該〃意圖也包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。還將理解的是，用語〃包括"和/或"包含"在用于此說明書中時表示指出的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構件的存在，但并未排除存在或增加一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構件和/或其群組。
[0049]以下權利要求中的所有裝置或步驟加功能元件的對應結構、材料、動作和等同物意圖包括用于結合如明確要求保護的其它提出的元件執(zhí)行功能的任何結構、材料或動作。本公開內(nèi)容的描述出于說明和描述目的提出，但不意圖為詳盡的或?qū)⒈竟_內(nèi)容限于公開的形式。在不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，許多修改和變型對本領域的普通技術人員而言將是明顯的。選擇和描述了實施例以便最佳地闡釋本公開內(nèi)容和其實際應用的原理，且使本領域的普通技術人員能夠?qū)⒈竟_內(nèi)容認作是適于構想的特定使用的具有各種修改的各種實施例。
【主權項】
1.一種發(fā)電系統(tǒng)(100)，包括: 第一燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構件(104)、第一整體式壓縮機(106)和第一燃燒器(108)，來自所述第一整體式壓縮機(106)的空氣和燃料供應至所述第一燃燒器(108)，所述第一燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應至所述第一渦輪構件(104)，且所述第一整體式壓縮機(106)具有大于所述第一燃燒器(108)和所述第一渦輪構件(104)中的至少一者的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流(200); 第二燃氣渦輪系統(tǒng)(140)，其包括第二渦輪構件(144)、第二壓縮機(146)和第二燃燒器(148)，來自所述第二壓縮機(146)的空氣和燃料供應至所述第二燃燒器(148)，所述第二燃燒器(148)布置成將熱燃燒氣體供應至所述第二渦輪構件(144); 控制閥系統(tǒng)(202)，其控制所述過量空氣流(200)沿過量空氣流(200)通路從所述第一燃氣渦輪系統(tǒng)到所述第二燃氣渦輪系統(tǒng)(140)的流動；以及 補充壓縮機(252，254)，其聯(lián)接至所述過量空氣流(200)通路來以附加空氣增加所述過量空氣流(200)。2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述過量空氣流(200)供應至所述第二壓縮機(146)的排放口(210)。3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述過量空氣流(200)供應至所述第二燃燒器(148)。4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述過量空氣流(200)供應至所述第二渦輪構件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)。5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述控制閥系統(tǒng)(202)控制所述過量空氣流(200)至所述第二壓縮機(146)的排放口(210)、所述第二燃燒器(148)和所述第二渦輪構件(144)的渦輪噴嘴冷卻入口( 158)中的至少一者的流動。6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述控制閥系統(tǒng)(202)包括第一控制閥(256)、第二控制閥(214)和第三控制閥(216)，所述第一控制閥(256)控制所述過量空氣流(200)至所述第二壓縮機(146)的所述排放口(210)的第一部分，所述第二控制閥(214)控制所述過量空氣流(200)至所述第二燃燒器(148)的第二部分，以及所述第三控制閥(216)控制所述過量空氣流(200)至所述第二渦輪構件(144)的所述渦輪噴嘴冷卻入口(158)的流動的第三部分。7.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，還包括用于測量所述過量空氣流(200)的至少一部分的流率的至少一個傳感器(220)，各個傳感器(220)可操作地聯(lián)接至所述控制閥系統(tǒng)(202)。8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的每一個的排氣(172，174)供應至至少一個蒸汽發(fā)生器來對蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)供能。9.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述補充壓縮機(252，254)由所述第一渦輪系統(tǒng)和所述第二渦輪系統(tǒng)中的至少一者供能。10.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述補充壓縮機(252，254)由蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)供能。
【文檔編號】F02C3/13GK105986901SQ201610155320
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】S.埃卡納亞克, D.J.戴維斯, W.T.費希爾, R.M.奧倫斯坦, A.I.西皮奧
【申請人】通用電氣公司