具有形成過量空氣流的壓縮機和利用其的渦輪膨脹機的功率生成系統的制作方法
【專利摘要】一種功率生成系統(100)可包括發電機和用于對發電機(122，166)供能的燃氣渦輪系統(102)，燃氣渦輪系統包括渦輪構件(104)、一體壓縮機(106)和燃燒器(108)，對燃燒器供應來自一體壓縮機的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構件供應熱燃燒氣體，且一體壓縮機具有比燃燒器和渦輪構件中至少一者的進氣容量大的流動容量從而形成過量空氣流。渦輪膨脹機(272)還可對發電機供能。第一控制閥控制沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機的入口的過量空氣流的流動。引射器(252)可位于過量空氣流路徑中以將過量空氣流用作動力來利用額外空氣擴增過量空氣流。渦輪膨脹機的排放物(204，274)供應給一體壓縮機的入口。
【專利說明】具有形成過量空氣流的壓縮機和利用其的渦輪膨脹機的功率生成系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及共同未決的美國申請號:GE案號280356-1 (14/662814) ； 280357-1 (14/662822); 280358-1 (14/662828); 280359-1 (14/662836);案號280360-1 (14/662847)；280361-1(14/662851) ;280362-1(14/662858);和281470-1(14/662751)，它們都是在2015年3月19日提交的。
技術領域
[0003]本發明大體上涉及功率生成系統，且更具體地，涉及包含燃氣渦輪系統的功率生成系統，該燃氣渦輪系統具有形成過量空氣流的壓縮機，該過量空氣流用于對燃氣渦輪系統的發電機供能的渦輪膨脹機。還提供用于擴增過量空氣流的引射器(eductor)。
【背景技術】
[0004]功率生成系統通常采用可與一個或更多個蒸汽渦輪系統聯接的一個或更多個燃氣渦輪系統來生成功率。燃氣渦輪系統可包括具有旋轉軸的多級軸流壓縮機。空氣進入壓縮機的入口，且被壓縮機葉片級壓縮，且然后被排放到燃燒器，在此，焚燒諸如天然氣的燃料以提供驅動渦輪構件的高能燃燒氣流。在渦輪構件中，熱氣體的能量被轉換成功，功中的一些可用于通過旋轉軸來驅動一體壓縮機，其余的可用于有用功，以通過旋轉軸(例如，旋轉軸的延伸部分)驅動負載，諸如發電機，以用于產生電。多個燃氣渦輪系統可在功率生成系統內并聯地采用。在聯合循環系統中，一個或更多個蒸汽渦輪系統也可與燃氣渦輪系統一起使用。在該設定中，來自燃氣渦輪系統的熱排氣被供給到一個或更多個熱回收蒸汽發生器(HRSG)，以形成蒸汽，蒸汽然后被供給具有與燃氣渦輪系統分開或一體的旋轉軸的蒸汽渦輪構件。在任何情況下，蒸汽的能量被轉換成功，功可用于驅動負載，諸如發電機，以用于產生電。
[0005]當形成功率生成系統時，其部件構造成一起工作，以提供具有期望功率輸出的系統。按照需求提高功率輸出和/或在復雜的環境條件下維持功率輸出的能力在本行業中是持續的難題。例如，在熱天，電力消耗增加，因此功率生成需求增加。熱天的另一難題是在溫度升高時，壓縮機流量降低，這導致降低的發電機輸出。提高功率輸出(或維持功率輸出，例如，在熱天)的一個途徑是對功率生成系統添加可增大去往燃氣渦輪系統燃燒器的空氣流的構件。增大空氣流的一個途徑是添加儲存容器以對燃氣渦輪燃燒器進行供給。然而，該特殊的途徑通常要求用于儲存容器的單獨的功率源，這是效率差的。
[0006]增大空氣流的另一途徑是升級壓縮機。目前，已改進壓縮機，使得它們的流動容量比它們之前的壓縮機高。這些新的更高容量的壓縮機通常被制造以適應新的類似地構造的燃燒器，或者能夠應付增大的容量的較舊燃燒器。升級較舊燃氣渦輪系統以使用更新、更高容量的壓縮機的難題在于:目前沒有能夠在不升級系統的其他昂貴部件的情況下，采用具有不能夠應付增大的容量的系統的更高容量壓縮機的機制。時常被要求與壓縮機升級同時地升級的其他部件包括但不限于燃燒器、燃氣渦輪構件、發電機、變壓器、開關裝置、HRSG、蒸汽渦輪構件、蒸汽渦輪控制閥等。因此，即使壓縮機升級在理論上可能是可取的，但是升級其他部件的附加成本導致升級由于額外的費用而是不可取的。
【發明內容】
[0007]本發明的第一方面提供一種功率生成系統，其包括:發電機;燃氣渦輪系統，其用于對發電機供能，燃氣渦輪系統包括渦輪構件、一體壓縮機和燃燒器，對該燃燒器供應來自一體壓縮機的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構件供應熱燃燒氣體，且一體壓縮機具有比燃燒器和渦輪構件中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流;渦輪膨脹機，其對發電機供能;第一控制閥，其控制過量空氣流的沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機的入口的流動;和引射器，其定位在過量空氣流路徑中以用于將過量空氣流用作動力來利用額外空氣擴增過量空氣流，其中，渦輪膨脹機的排放物被供應至一體壓縮機的入口。
[0008]本公開的第二方面提供一種功率生成系統，其包括:發電機;燃氣渦輪系統，其用于對發電機供能，燃氣渦輪系統包括渦輪構件、一體壓縮機和燃燒器，對該燃燒器供應來自一體壓縮機的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構件提供熱燃燒氣體，且一體壓縮機具有比燃燒器和渦輪構件中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流;渦輪膨脹機，其用于對發電機供能;第一控制閥，其控制過量空氣流的沿過量空氣流路徑到渦輪膨脹機的入口的流動;和引射器，其定位在過量空氣流路徑中以用于將過量空氣流用作動力來利用周圍空氣擴增過量空氣流，其中，渦輪膨脹機的排放物被供應到一體壓縮機的入
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[0009]本發明的第三方面提供一種方法，包括:使用燃氣渦輪系統來對發電機供能，燃氣渦輪系統包括渦輪構件、一體壓縮機和燃燒器，對該燃燒器供應來自一體壓縮機的空氣和燃料，燃燒器布置成對渦輪構件供應熱燃燒氣體，且一體壓縮機具有比燃燒器和渦輪構件中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流;使用渦輪膨脹機來對發電機供能;從燃氣渦輪系統提取過量空氣流且將過量空氣流引導到渦輪膨脹機的入口；和將渦輪膨脹機的排放物引導到供應到一體壓縮機的入口。
[0010]技術方案1:一種功率生成系統100，包括:
[0011]發電機122;
[0012]燃氣渦輪系統102，其用于對所述發電機122供能，所述燃氣渦輪系統102包括渦輪構件104、一體壓縮機106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應來自所述一體壓縮機106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構件104供應熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構件104中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流；
[0013]渦輪膨脹機272，其用于對所述發電機122，166供能;和
[0014]第一控制閥262，206，其控制沿過量空氣流路徑250到所述渦輪膨脹機272的入口的所述過量空氣流的流動，
[0015]其中，所述渦輪膨脹機272的排放物204，274被供應到所述一體壓縮機106的入口。
[0016]技術方案2:根據技術方案I所述的功率生成系統100，其中，所述渦輪構件104的排氣172對熱回收蒸汽發生器168(HRSG)進行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統160的蒸汽。
[0017]技術方案3:根據技術方案2所述的功率生成系統100，其中HRSG還對聯合發電蒸汽負載170供給蒸汽。
[0018]技術方案4:根據技術方案I所述的功率生成系統100，其中，所述第一控制閥262，206系統202包括控制從所述一體壓縮機106的排放物204，274取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機排放物204，274控制閥262，206，和控制從所述排放物204，274上游的所述一體壓縮機106的級取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥262，206。
[0019]技術方案5:根據技術方案4所述的功率生成系統100，還包括用于測量所述過量空氣流的各部分的流速的至少一個傳感器220，各傳感器220可操作地聯接到相應的控制閥262，206o
[0020]技術方案6:根據技術方案5所述的功率生成系統100，還包括引射器252，所述引射器252定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動力來利用額外空氣254擴增所述過量空氣流。
[0021]技術方案7:根據技術方案6所述的功率生成系統100，其中，所述引射器252包括抽吸側流動路徑258，且還包括所述抽吸側流動路徑258中的第二控制閥系統262，206，所述第二控制閥系統262，206控制到所述引射器252中的所述額外空氣254的流動。
[0022]技術方案8:根據技術方案7所述的功率生成系統100，還包括用于測量在所述抽吸側流動路徑258中的所述額外空氣254的流速的傳感器220，所述傳感器220可操作地聯接到所述第二控制閥系統262，206。
[0023]技術方案9:根據技術方案7所述的功率生成系統100，其中，所述抽吸側流動路徑258流體地連接到所述一體壓縮機106的入口過濾器。
[0024]技術方案10:根據技術方案I所述的功率生成系統100，其中，所述額外空氣254包括周圍空氣。
[0025]技術方案11:根據技術方案I所述的功率生成系統100，還包括引射器252，所述引射器252定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動力來利用額外空氣254擴增所述過量空氣流。
[0026]技術方案12:—種功率生成系統100，包括:
[0027]發電機122，166;
[0028]燃氣渦輪系統102，其用于對所述發電機122，166供能，所述燃氣渦輪系統102包括渦輪構件104、一體壓縮機106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應來自所述一體壓縮機106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構件104供應熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構件104中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流；
[0029]渦輪膨脹機272，其用于對所述發電機122，166供能；
[0030]第一控制閥262，206，其控制沿過量空氣流路徑250到所述渦輪膨脹機272的入口的所述過量空氣流的流動;和
[0031]引射器252，其定位在所述過量空氣流路徑250中，以用于將所述過量空氣流用作動力來利用周圍空氣擴增所述過量空氣流，
[0032]其中，所述渦輪膨脹機272的排放物204，274被供應到所述一體壓縮機106的入口。
[0033]技術方案13:根據技術方案12所述的功率生成系統100，其中，所述渦輪構件104的排氣172對熱回收蒸汽發生器168(HRSG)進行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統160的蒸汽。
[0034]技術方案14:根據技術方案13所述的功率生成系統100，其中，HRSG還對聯合發電蒸汽負載170供給蒸汽。
[0035]技術方案15:根據技術方案12所述的功率生成系統100，其中，所述第一控制閥262，206系統202包括控制從所述一體壓縮機106的排放物204，274取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機排放物204，274控制閥262，206，和控制從所述排放物204，274上游的所述一體壓縮機106的級取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥262，206。
[0036]技術方案16:根據技術方案12所述的功率生成系統100，其中，所述引射器252包括抽吸側流動路徑258，且還包括所述抽吸側流動路徑258中的第二控制閥系統262，206，所述第二控制閥系統262，206控制到所述引射器252中的周圍空氣254的流動。
[0037]技術方案17:根據技術方案16所述的功率生成系統100，其中，所述抽吸側流動路徑258流體地聯接到所述一體壓縮機106的入口過濾器。
[0038]技術方案18:—種方法，包括:
[0039]使用燃氣渦輪系統102來對發電機122，166供能，所述燃氣渦輪系統102包括渦輪構件104、一體壓縮機106和燃燒器108，對所述燃燒器108供應來自所述一體壓縮機106的空氣和燃料，所述燃燒器108布置成對所述渦輪構件104供應熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機106具有比所述燃燒器108和所述渦輪構件104中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流；
[0040]使用渦輪膨脹機272來對所述發電機122，166供能；
[0041]從所述燃氣渦輪系統102提取所述過量空氣流，并將所述過量空氣流引導到所述渦輪膨脹機272的入口；和
[0042]將所述渦輪膨脹機272的排放物204，274引導到供應到所述一體壓縮機106的入
□ O
[0043]技術方案19:根據技術方案18所述的方法，還包括:
[0044]使用定位在過量空氣流路徑250中的引射器252來利用額外空氣254擴增所述過量空氣流，所述引射器252將所述過量空氣流用作動力來形成擴增的過量空氣流270;和
[0045]將所述擴增的過量空氣流270在所述過量空氣流路徑250中引導到所述渦輪膨脹機272的入口。
[0046]技術方案20:根據技術方案18所述的方法，還包括將所述渦輪構件104的排氣172引導到熱回收蒸汽發生器168(HRSG)，以用于形成用于蒸汽渦輪系統160的蒸汽。
[0047]本發明的例示方面被設計成解決本文中論述的問題和/或未論述的其他問題。
【附圖說明】
[0048]根據結合附圖作出的本公開的各種方面的詳細描述，本公開的這些和其他特征將更容易理解，附圖描繪本公開的各種實施例，在附圖中:
[0049]圖1示出了根據本發明實施例的功率生成系統的示意圖。
[0050]圖2示出了根據本發明實施例的包括引射器的功率生成系統的示意圖。
[0051]應該明白，本發明的附圖不按照比例。附圖意圖僅描繪本發明的典型方面，且因此不應當被認為是限制本發明的范圍。在附圖中，類似的數字代表附圖之間類似的元件。
[0052]部件列表
[0053]100示例
[0054]100 功率生成系統
[0055]102 燃氣渦輪系統
[0056]104 渦輪構件
[0057]106一體壓縮機
[0058]108燃燒器
[0059]HO旋轉軸
[0060]112 起動馬達
[0061]120 入口過濾器殼體
[0062]122，166 發電機
[0063]160 蒸汽渦輪系統
[0064]162旋轉軸
[0065]168 蒸汽發生器
[0066]170 蒸汽負載
[0067]172排氣
[0068]178 排放控制系統
[0069]180 控制系統
[0070]202 控制閥系統
[0071]204，274 排放物
[0072]206，262 控制閥
[0073]212上游控制閥
[0074]220傳感器
[0075]250 過量空氣流路徑
[0076]252引射器
[0077]254額外空氣
[0078]256額外空氣源
[0079]258側流動路徑
[0080]260 第二控制閥系統
[0081]270 增大的過量空氣流
[0082]272 渦輪膨脹機。
【具體實施方式】
[0083]如前所述，本公開提供一種包括燃氣渦輪系統的功率生成系統，該燃氣渦輪系統包含形成過量空氣流的壓縮機。本發明的實施例提供利用過量空氣流來改善功率生成系統的輸出和值的方法。
[0084]參見圖1，提供根據本發明實施例的功率生成系統100的示意圖。系統100包括燃氣渦輪系統102。其中，燃氣渦輪系統102可包括渦輪構件104、一體壓縮機106和燃燒器108。如在本文中使用的，“一體”壓縮機106由此稱為壓縮機106，且可通過公共的壓縮機/渦輪旋轉軸110(有時稱為轉子110)將渦輪構件104—體地聯接在一起。該結構與被單獨地供能且不與渦輪構件104—體的許多壓縮機不同。
[0085]燃燒器108可包括任何當前已知的或以后研發的大體上包括燃燒區和燃料噴嘴組件的燃燒器系統。燃燒器108可采用環形燃燒系統，或筒環形燃燒系統(如圖中例示的)的形式。在操作中，來自一體壓縮機106的空氣，和燃料(諸如天然氣)，被供應給燃燒器108。稀釋劑也可以可選地以任何當前已知的或以后研發的方式輸送給燃燒器108。被一體壓縮機106吸入的空氣可行進穿過任何當前已知的或以后研發的入口過濾器殼體120。如所理解的，燃燒器108布置為通過燃料和空氣混合物的燃燒來對渦輪構件104供應熱燃燒氣體。在渦輪構件104中，熱燃燒氣體的能量被轉換成功，該功中的一些可用于通過旋轉軸110來驅動壓縮機106，其余可用于有用功以通過旋轉軸110(旋轉軸110的延伸部分)驅動負載，諸如但不限于用于產生電的發電機122，和/或另一渦輪。起動馬達112，諸如但不限于常規起動馬達或負載整流逆變器(LCI)馬達(圖示)，也可聯接到旋轉軸110，以用于以任何常規的方式起動燃氣渦輪系統102。渦輪構件104可包括任何當前已知的或以后研發的渦輪，以用于借助于旋轉軸110將熱燃燒氣體流轉換成功。
[0086]在一個實施例中，燃氣禍輪系統102可包括可從General Electric Company ,6代61^丨116，3.(:.商業上獲得的137001?8型，有時稱為7?8發動機。然而，本發明不限于任何一種特定的燃氣禍輪系統，且可與其他系統結合地實現，包括例如Genera I ElectricCompany的MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)型。
[0087]與常規燃氣渦輪系統機型不同，第一一體壓縮機106具有比渦輪構件104和/或第一燃燒器108的進氣容量大的流動容量。即，壓縮機106是與構造成匹配燃燒器108和渦輪構件104的壓縮機相比升級的壓縮機。如在本文中使用的，“容量”指流速容量。例如，燃氣渦輪系統102的原始的壓縮機可具有大約487千克/秒(kg/s) (1075鎊質量/秒(lbm/s))的最大流速容量，且渦輪構件104可具有基本上相等的最大流動容量，即，大約487kg/s ο然而，在此，壓縮機106已取代了原始壓縮機，且具有例如為大約544kg/s(12001bm/s)的增大的最大流量，而渦輪構件104繼續具有例如為大約487kg/s的最大流動容量。(在必要的情況下，起動馬達112也可如例示的那樣已升級為例如LCI馬達，以適應用于起動一體壓縮機106所需要的增大的功率要求)因此，渦輪構件104不可利用壓縮機106的全部容量，且由壓縮機106形成高于例如渦輪構件104最大容量的過量空氣流200。類似地，一體壓縮機106的流動容量可超過燃燒器108的最大進氣容量。以類似的方式，如果暴露于一體壓縮機106的全部流動容量，則渦輪構件104的功率輸出可超過發電機122的最大允許輸入。雖然在本中已描述了具體的示例流速值，但應強調的是，流速容量可取決于依據所采用的燃氣渦輪系統和新的、高容量一體壓縮機106而大大地變化。如將在本文中描述的，本發明提供用于功率生成系統100的各種實施例，以在功率生成系統100的其他部件中利用過量空氣流。
[0088]如在圖1中還示出的，在一個實施例中，功率生成系統100可以可選地采用包含蒸汽渦輪系統160的聯合循環發電站的形式。蒸汽渦輪系統160可包括任何當前已知的或以后研發的蒸汽渦輪布置。在所示的例子中，例示出高壓(HP)、中壓(MP)和低壓(LP)區段;但是，不是所有區段在所有情況下都是必要的。如在本領域中已知的，在操作中，蒸汽進入蒸汽渦輪區段的入口且被引導通過靜止導葉，靜止導葉將蒸汽朝下游相對于聯接到旋轉軸162(轉子)的葉片引導。蒸汽可行進穿過其余的級，從而在葉片上施加導致旋轉軸162旋轉的力。旋轉軸162的至少一端可附接到負載或機械，諸如但不限于發電機166，和/或另一渦輪，例如，燃氣渦輪系統102或另一燃氣渦輪系統。用于蒸汽渦輪系統160的蒸汽可由一個或更多個蒸汽發生器168，即熱回收蒸汽發生器(HRSG)生成。HRSG168可聯接到例如燃氣渦輪系統102的排氣172在行進通過HRSG168之后，當前耗盡熱量的燃燒氣體流可經由任何當前已知的或以后研發的排放控制系統178排出，例如煙道、選擇催化還原(SCR)單元、一氧化氮過濾器等。盡管圖1示出了聯合循環實施例，但應強調的是，可省略包含HRSG168的蒸汽渦輪系統160。在該后一種情況下，排氣172將直接行進到排放控制系統175，或用在其他過程中。
[0089]功率生成系統100還可包括任何當前已知的或以后研發的控制系統180，以用于控制其各種構件。盡管與構件分開地示出，但應明白，控制系統180電連接到所有的構件和它們相應的可控制特征，例如閥、栗、馬達、傳感器、齒輪裝置、發電機控制件等。
[0090]回到燃氣渦輪系統102的細節，如本文中提到的，一體壓縮機106具有比渦輪構件104和/或燃燒器108的進氣容量大的流動容量，這形成過量空氣流200。如所例示的，過量空氣流200可通過從壓縮機106提取空氣而形成。在一個實施例中，第一控制閥系統202控制過量空氣流200沿過量空氣流路徑250到渦輪膨脹機272的流動，渦輪膨脹機272對燃氣渦輪系統102的發電機122供能。第一控制閥系統202可包括供應期望的過量空氣流200所需的任何數量的閥門，例如一個、兩個(如圖所示)或多于兩個。在一個實施例中，過量空氣流200可利用壓縮機排放物控制閥206從一體壓縮機106在其排放物204處提取。即，壓縮機排放物控制閥206控制從一體壓縮機106的排放物204取出的過量空氣流200的第一部分。在該情況下，另一上游閥212可省略。然而，在另一實施例中，可利用合適的閥和有關控制系統在壓縮機106的一個或更多個級處在期望的位置提取過量空氣流200，例如在排放物204上游的一個或更多個位置處、在排放物204和排放物上游的一個或多個位置處等。在該情況下，第一控制閥系統202還可包括控制從排放物204上游的一體壓縮機106的級提取的過量空氣流200的第二部分的一個或更多個上游控制閥212。在第一控制閥系統202中可采用任何數量的上游控制閥212，以提供來自一體壓縮機106的任何期望的過量空氣流200，即，具有期望的壓力、流速、體積等。在其他上游控制閥212提供期望的過量空氣流200的情況下，可省略壓縮機排放閥206。第一控制閥系統202還可包括用于測量過量空氣流的各部分的流速的至少一個傳感器220，各傳感器220可以可操作地聯接到相應的控制閥或總體控制系統180。控制閥系統202可包括用于所例示的各種控制閥的自動操作的任何當前已知或以后研發的工業控制器。
[0091]參見圖2，功率生成系統100還可以可選地包括引射器252，該引射器252定位在過量空氣流路徑250中以用于將過量空氣流200用作動力來利用額外空氣254擴增過量空氣流。額外空氣254與過量空氣流200—起形成擴增的過量空氣流270，該擴增的過量空氣流270被輸送到渦輪膨脹機272。即，擴增的過量空氣流270被供應至渦輪膨脹機272。擴增的過量空氣流270對渦輪膨脹機272提供增加的總空氣質量。
[0092]引射器252可采用使用動力流體流來栗送抽吸流體(即額外空氣254)的任何栗的形式。在此，引射器252將過量空氣流200用作動力流體，以從額外空氣源256沿抽吸側流動路徑258對過量空氣流200添加額外空氣254，即，通過在額外空氣中抽吸。額外空氣源256可采用多種形式。在一個實施例中，額外空氣源256可采用一體壓縮機106的入口過濾器殼體120的形式。在該情況下，去往引射器252的抽吸側流動路徑258可聯接到一體壓縮機106的入口過濾器殼體120，使得額外空氣254包含周圍空氣。在另一實施例中，額外空氣254可包括來自與入口過濾器殼體120不同的額外空氣源256(例如另一過濾器殼體)的周圍空氣、直接來自環境但稍后在流動路徑258內得到過濾的空氣等。第二控制閥系統260可設在抽吸側流動路徑258中，以用于控制額外空氣254到引射器252中的流動。第二控制閥系統260可包括控制閥262，控制閥262可操作以控制到引射器252中的額外空氣254的量。第二控制閥系統260還可包括用于測量額外空氣254在抽吸側流動路徑258中的流速的至少一個傳感器，該傳感器可操作地聯接到第二控制閥系統260，以用于測量額外空氣254的流速。
[0093]過量空氣流200或擴增的過量空氣流270最終沿過量空氣流路徑250行進到渦輪膨脹機272，過量空氣流路徑250可包括一個或更多個管。盡管例示為好像過量空氣流200或流270在單個管道中被引導到渦輪膨脹機272，但應當明白，任何一種流都可被引導到渦輪膨脹機272的一個或更多個位置。渦輪膨脹機272可包括任何當前已知或以后研發的如下軸向或離心渦輪，其能夠接收高壓氣體，諸如過量空氣流200或擴增的過量空氣流270，且通過高壓氣體的膨脹來產生功。如所例示的，渦輪膨脹機272可對燃氣渦輪系統102的發電機122供能。過量空氣流200(圖1)或擴增的過量空氣流270(圖2)可用于取決于引射器252是否正在操作來通過渦輪膨脹機272生成功率，從而以有效率的方式利用一體壓縮機106的過量容量。渦輪膨脹機272的排放物274可被供應至一體壓縮機106的入口。排放物274可包括膨脹的過量空氣流200或膨脹的擴增過量空氣流270，且因此當被添加到入口壓縮機106時可增加效率，因為排放物比由一體壓縮機106吸入的周圍空氣冷。
[0094]如還例示的，渦輪構件104的排氣172可供給至HRSG 168，以用于形成用于蒸汽渦輪系統160的蒸汽。如所例示的，HRSG 168還可對聯合發電蒸汽負載170供給蒸汽。聯合發電蒸汽負載170可包括例如，去往石化設施的蒸汽、用于區域供熱的蒸汽、用于(柏油砂)油提煉的蒸汽等。
[0095]還關于各控制閥系統202，206，其各控制閥可定位在打開與關閉之間的任意位置，以對規定的構件提供期望的分流。另外，盡管在各控制閥后例示去往各部件的一個通道，但應強調的是，可提供其他管系和控制閥，以將過量空氣流200的相應部分進一步分配至各種子部件，例如去往引射器252的多個入口等。各傳感器220可以可操作地聯接到控制閥系統202，260和控制系統180，以用于以已知的方式進行自動控制。可遍及功率生成系統100在必要的位置提供用于測量流量的其他傳感器200。控制閥系統202，且因此過量空氣流200的流動和引射器252的操作可通過使用任何當前已知的或以后研發的工業控制器來控制，該工業控制器可以是總體功率生成系統100控制系統180的一部分。控制系統180可以以已知的方式控制功率生成系統100的所有各種構件的操作，包括控制控制閥系統202，260。
[0096]包括如下燃氣渦輪系統102的功率生成系統100與常規系統相比提供很多優點，該燃氣渦輪系統102具有形成過量空氣流200的一體壓縮機106。例如，相對于升級系統中的所有壓縮機，壓縮機106可以在較低的成本下改善功率生成系統100的功率模塊峰值、基礎和熱天輸出，在采用多個燃氣渦輪的情況下，升級系統中的所有壓縮機可能是昂貴的。在本發明的其他實施例中，降低了被升級的壓縮機，即壓縮機106，的相關成本，且又通過提供有效地利用更多的過量空氣流的方法來改善被升級壓縮機的耐久性和合意性。另外，在下面的例示性子系統中的任何一個或更多個縮小尺寸的情況下，包括一體壓縮機106的功率生成系統100通過改善項目耐久性而擴大了系統100的操作能力:渦輪構件104、發電機122、變壓器(未示出)、開關裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，與不采取任何措施的情形相比，系統100提供了例如在單燃氣渦輪和單蒸汽渦輪聯合循環(1x1CC)系統中升級單個壓縮機的有利情形。此外，引射器252可形成擴增的過量空氣流270，以用于去往渦輪膨脹機272的額外質量流以用于通過發電機122進行額外的功率生成，和去往一體壓縮機106的額外質量流。
[0097]本文中所用的用語僅用于描述具體實施例，且不意圖限制本公開。如在本文中使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”意圖也包括復數形式，除非上下文另行明確地指示。還應當明白，用語“包括”和/或“包含”當用于本說明書中時，指所聲明的特征、整體、步驟、操作、要素、和/或構件的存在，但不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、要素、構件、和/或它們的組合的存在或添加。
[0098]在下面的權利要求中的所有裝置或步驟加功能要素的對應結構、材料、動作、和等同物意圖包含用于與如特別要求保護的其他要求保護的要素組合地實現該功能的任何結構、材料、或動作。本公開的描述已為了例示和描述而提出，但不意圖為排他性的，或者以所公開的形式限于本發明。在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，很多改動和變化對于本領域技術人員將是顯而易見的。選擇和描述實施例，以最好地解釋本公開的原理和實踐應用，且使其他本領域技術人員能通過具有適合于預期的具體用途的各種改動的多種實施例來理解本發明。
【主權項】
1.一種功率生成系統(100)，包括: 發電機(122); 燃氣渦輪系統(I 02 )，其用于對所述發電機(122)供能，所述燃氣渦輪系統(102)包括渦輪構件(104)、一體壓縮機(106)和燃燒器(108)，對所述燃燒器(108)供應來自所述一體壓縮機(106)的空氣和燃料，所述燃燒器(108)布置成對所述渦輪構件(104)供應熱燃燒氣體，且所述一體壓縮機(106)具有比所述燃燒器(108)和所述渦輪構件(104)中的至少一者的進氣容量大的流動容量，從而形成過量空氣流； 渦輪膨脹機(272)，其用于對所述發電機(122，166)供能;和 第一控制閥(262，206)，其控制沿過量空氣流路徑(250)到所述渦輪膨脹機(272)的入口的所述過量空氣流的流動， 其中，所述渦輪膨脹機(272)的排放物(204，274)被供應到所述一體壓縮機(106)的入□ O2.根據權利要求1所述的功率生成系統(100)，其中，所述渦輪構件(104)的排氣(172)對熱回收蒸汽發生器(168)(HRSG)進行供給，以用于形成用于蒸汽渦輪系統(160)的蒸汽。3.根據權利要求2所述的功率生成系統(100)，其中HRSG還對聯合發電蒸汽負載(170)供給蒸汽。4.根據權利要求1所述的功率生成系統(100)，其中，所述第一控制閥(262，206)系統(202)包括控制從所述一體壓縮機(106)的排放物(204，274)取出的所述過量空氣流的第一部分的壓縮機排放物(204，274)控制閥(262,206),和控制從所述排放物(204，274)上游的所述一體壓縮機(106)的級取出的所述過量空氣流的第二部分的上游控制閥(262，206)。5.根據權利要求4所述的功率生成系統(100)，還包括用于測量所述過量空氣流的各部分的流速的至少一個傳感器(220)，各傳感器(220)可操作地聯接到相應的控制閥(262，206) ο6.根據權利要求5所述的功率生成系統(100)，還包括引射器(252)，所述引射器(252)定位在所述過量空氣流路徑(250)中，以用于將所述過量空氣流用作動力來利用額外空氣(254)擴增所述過量空氣流。7.根據權利要求6所述的功率生成系統(100)，其中，所述引射器(252)包括抽吸側流動路徑(258)，且還包括所述抽吸側流動路徑(258)中的第二控制閥系統(262，206)，所述第二控制閥系統(262，206)控制到所述引射器(252)中的所述額外空氣(254)的流動。8.根據權利要求7所述的功率生成系統(100)，還包括用于測量在所述抽吸側流動路徑(258)中的所述額外空氣(254)的流速的傳感器(220)，所述傳感器(220)可操作地聯接到所述第二控制閥系統(262，206)。9.根據權利要求7所述的功率生成系統(100)，其中，所述抽吸側流動路徑(258)流體地連接到所述一體壓縮機(106)的入口過濾器。10.根據權利要求1所述的功率生成系統(100)，其中，所述額外空氣(254)包括周圍空氣。
【文檔編號】F02C3/04GK105986899SQ201610398552
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】S·埃卡納亞克, 金基亨, A·I·西皮奧, 唐永明, M·W·亞諾爾德
【申請人】通用電氣公司