專利名稱：控制燃氣渦輪機部件的溫度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本文所公開的主題總體涉及整體氣化聯合循環(integrated gasificationcombined-cycle, IGCC)發電系統，并且更具體地涉及用于對IGCC系統中的燃氣渦輪發動機部件進行冷卻的方法和裝置。
背景技術：
已知的IGCC系統典型地包括產生動力的燃氣渦輪機。壓縮空氣和燃料在燃燒室中混合并且進行燃燒，從而沿選定方向引導工作氣體。朝向渦輪輪葉引導通過燃燒所獲得的工作氣體并且使渦輪輪葉旋轉。接著，輪葉的旋轉用于產生電力。燃氣渦輪機通常在高溫下操作。在這些高溫下，排出氣體常常包含受到政府監管的大量的NOx氣體。此外，能夠通過降低操作溫度來提高燃氣渦輪機的效率。因此，對燃氣渦輪機的部件進行冷卻是其操作的重要部分。本發明提供用于對燃氣渦輪機部件進行冷卻的方法和裝置。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種控制燃氣渦輪機的部件的溫度的方法，該方法包括以下步驟獲得用作冷卻劑的壓縮氣體；使冷卻劑增濕；以及使增濕的冷卻劑循環至燃氣渦輪機的部件，以控制該部件的溫度。進一步的，使所述冷卻劑增濕進一步包括經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少一種使壓縮冷卻劑冒泡。進一步的，所述方法進一步包括從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少一種提供蒸汽。進一步的，所述增濕的冷卻劑包括按照體積計算從大約0%至大約10%的蒸汽。進一步的，所述方法進一步包括將所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機單元所獲得的壓縮機空氣混合，并且使所述增濕的冷卻劑與壓縮機空氣的混合物循環至燃氣渦輪機部件，以控制所述部件的溫度。進一步的，所述方法進一步包括在所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間跨過導熱體交換熱以對所述壓縮機空氣進行冷卻，并且使經過冷卻的壓縮機空氣循環至燃氣渦輪機部件以控制所述部件的溫度。進一步的，所述冷卻劑的增濕以及在所述增濕的冷卻劑與從所述壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間的熱交換在單個單元處發生。進一步的，所述冷卻劑是(i)空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的一種。
進一步的，所述方法進一步包括從與所述燃氣渦輪機相關聯的整體氣化聯合循環(IGCC)系統的空氣分離單元獲得所述冷卻劑。進一步的，所述燃氣渦輪機的所述部件進一步包括(i)所述燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少一個。進一步的，所述方法進一步包括將所述增濕的冷卻劑與燃料混合，并且燃燒混合物，以減少所述燃氣渦輪機的NOx排放物。根據本發明的另一個方面，公開一種用于控制燃氣渦輪機的部件的溫度的裝置，該裝置包括構造成提供用作冷卻劑的壓縮氣體的單元；構造成向冷卻劑增加水分的增濕器；以及循環單元，該循環單元構造成使增濕的冷卻劑循環至燃氣渦輪機的部件，以控制該部件的溫度。進一步的，所述增濕單元構造成通過經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少一種使所述冷卻劑冒泡而使所述冷卻劑增濕。進一步的，所述增濕單元從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少一種接收蒸汽。進一步的,所述增濕單元進一步構造成向所述冷卻劑增加按照體積計算處于從大約0%蒸汽至大約10%蒸汽的范圍內的水分。進一步的，所述裝置進一步包括通向所述燃氣渦輪機的燃燒器分段的入口，所述入口構造成輸送所述增濕的冷卻劑，以與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣混合，使混合物循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。進一步的，所述裝置進一步包括導熱材料，所述導熱材料構造成在所述增濕的冷卻劑與從壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間交換熱，以對所述壓縮機空氣進行冷卻，使經過冷卻的壓縮機空氣循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。進一步的，所述增濕單元包括導熱材料，以用于在所述增濕的冷卻劑與所述壓縮機空氣之間交換熱。進一步的，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的一種。進一步的，所述裝置進一步包括整體氣化聯合循環(IGCC)系統，所述整體氣化聯合循環(IGCC)系統構造成提供所述冷卻劑。進一步的，所述渦輪機的所述部件進一步包括(i)所述燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少一個。進一步的，所述裝置進一步包括燃燒器，所述燃燒器構造成燃燒燃料與增濕的冷卻劑氣體的混合物，以減少所述燃氣渦輪機的NOX排放物。結合附圖及如下描述，這些以及其它的優點和特征將變得更加顯而易見。
權利要求中特別指出本發明的主題并且明確要求其權利。通過如下結合附圖的詳細描述，本發明的上述和其它的特征以及優點是顯而易見的，在附圖中圖1示出電廠的示例性燃氣渦輪機系統；圖2示出用于提供本發明的示例性冷卻劑以用于循環至圖1的示例性燃氣渦輪機系統的各部件的示例性冷卻劑制備單元；圖3示出示例性換熱器，該示例性換熱器適于在冷卻劑與從圖1的示例性燃氣渦輪機系統的分段所獲得的氣體之間交換熱；圖4示出本發明的一個實施例中的燃氣渦輪機系統的示例性燃燒器分段的詳細視圖；圖5示出燃燒器分段的詳細視圖，該燃燒器分段具有用于對燃燒器分段進行冷卻的備選裝置；圖6示出示例性燃氣渦輪機系統的各種示例性參數的燃氣渦輪機性能的圖表；以及圖7示出示例性燃氣渦輪機系統的性能，使用具有各種水平的含水量的冷卻劑對該示例性燃氣渦輪機系統進行冷卻。通過參照附圖的示例，詳細的描述解釋本發明的實施例以及優點和特征。附圖標記列表
權利要求
1.一種控制燃氣渦輪機的部件的溫度的方法，所述方法包括以下步驟 獲得用作冷卻劑的壓縮氣體； 使所述冷卻劑增濕；以及 使增濕的冷卻劑循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使所述冷卻劑增濕進ー步包括經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少ー種使壓縮冷卻劑冒泡。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法進ー步包括從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少ー種提供蒸汽。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述增濕的冷卻劑包括按照體積計算從大約0%至大約10%的蒸汽。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進ー步包括將所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機単元所獲得的壓縮機空氣混合，并且使所述增濕的冷卻劑與壓縮機空氣的混合物循環至燃氣渦輪機部件，以控制所述部件的溫度。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進ー步包括在所述增濕的冷卻劑與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間跨過導熱體交換熱以對所述壓縮機空氣進行冷卻，并且使經過冷卻的壓縮機空氣循環至燃氣渦輪機部件以控制所述部件的溫度。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷卻劑的增濕以及在所述增濕的冷卻劑與從所述壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間的熱交換在單個單元處發生。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的ー種。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進ー步包括從與所述燃氣渦輪機相關聯的整體氣化聯合循環(IGCC)系統的空氣分離單元獲得所述冷卻剤。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃氣渦輪機的所述部件進ー步包括(i)所述燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少ー個。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進ー步包括將所述增濕的冷卻劑與燃料混合，并且燃燒混合物，以減少所述燃氣渦輪機的NOx排放物。
12.一種用于控制燃氣渦輪機的部件的溫度的裝置，所述裝置包括 構造成提供用作冷卻劑的壓縮氣體的単元； 增濕單元，所述增濕單元構造成向所述冷卻劑增加水分；以及循環單元，所述循環單元構造成使增濕的冷卻劑循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元構造成通過經由(i)受熱水、以及(ii)蒸汽中的至少ー種使所述冷卻劑冒泡而使所述冷卻劑增濕。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元從(i)抽氣低溫換熱器、(ii)合成氣低溫氣體冷卻器、以及(iii)熱回收蒸汽發生器中的至少ー種接收蒸汽。
15.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述增濕單元進ー步構造成向所述冷卻劑增加按照體積計算處于從大約0%蒸汽至大約10%蒸汽的范圍內的水分。
16.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進ー步包括通向所述燃氣渦輪機的燃燒器分段的入ロ，所述入ロ構造成輸送所述增濕的冷卻剤，以與從所述燃氣渦輪機的壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣混合，使混合物循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。
17.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進ー步包括導熱材料，所述導熱材料構造成在所述增濕的冷卻劑與從壓縮機分段所獲得的壓縮機空氣之間交換熱，以對所述壓縮機空氣進行冷卻，使經過冷卻的壓縮機空氣循環至所述燃氣渦輪機的所述部件，以控制所述部件的溫度。
18.根據權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述增濕単元包括導熱材料，以用于在所述增濕的冷卻劑與所述壓縮機空氣之間交換熱。
19.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述冷卻劑是⑴空氣、(ii)氮(N2)、以及(iii)空氣與氮的混合物中的ー種。
20.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進ー步包括整體氣化聯合循環(IGCC)系統，所述整體氣化聯合循環(IGCC)系統構造成提供所述冷卻剤。
21.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述渦輪機的所述部件進ー步包括(i)所述燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、(ii)渦輪噴嘴、以及(iii)燃燒器中的至少ー個。
22.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述裝置進ー步包括燃燒器，所述燃燒器構造成燃燒燃料與增濕的冷卻劑氣體的混合物，以減少所述燃氣渦輪機的NOx排放物。
全文摘要
本發明公開一種用于控制燃氣渦輪機部件的溫度的方法和裝置。提供用作冷卻劑的壓縮氣體。在增濕單元處使冷卻劑增濕。循環單元使增濕的冷卻劑循環至燃氣渦輪機的部件，以控制該部件的溫度。在各種實施例中，冷卻劑能夠是空氣、氮、和空氣與氮的混合物。渦輪機的部件能夠例如是燃氣渦輪機的渦輪分段的輪葉、渦輪噴嘴和燃燒器。燃燒器能夠燃燒燃料與增濕的壓縮冷卻劑氣體的混合物，以減少燃氣渦輪機的NOX排放物。
文檔編號F01D25/12GK102996256SQ201210243660
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月13日 優先權日2011年9月13日
發明者A.K.阿南, G.M.伊策爾, B.P.萊西, V.馬泰亞, N.R.T.雷迪 申請人:通用電氣公司