具有產(chǎn)生過量空氣流的壓縮機和噴射器的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)電系統(tǒng)(100)可包括燃氣渦輪系統(tǒng)(102)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、整體式壓縮機(106)和燃燒器(108)，來自整體式壓縮機(106)的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器(108)。燃燒器(108)布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件(104)，且整體式壓縮機(106)具有大于燃燒器(108)和/或渦輪構(gòu)件(104)的吸入能力的通流能力，從而產(chǎn)生過量空氣流(200)。第一控制閥(262)系統(tǒng)(202)控制過量空氣流(200)沿過量空氣流(200)通路至工藝空氣需求(272)的流動。定位在過量空氣流(200)通路中的噴射器(252)使用過量空氣流(200)作為原動力來利用額外空氣(254)增進過量空氣流(200)，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流(270)。
【專利說明】
具有產(chǎn)生過量空氣流的壓縮機和噴射器的發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]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 (excess air flow)的壓縮機的燃氣禍輪系統(tǒng)和用于增進用于工藝空氣需求(process air demand)的過量空氣流的噴射器的發(fā)電系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]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(gòu)件。在渦輪構(gòu)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(jié)合燃氣渦輪系統(tǒng)使用。在該設(shè)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(gòu)件，其具有單獨的或與燃氣渦輪系統(tǒng)集成的旋轉(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。
[0003]當(dāng)創(chuàng)建發(fā)電系統(tǒng)時，其部分構(gòu)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(dāng)溫度升高時，壓縮機流減小，其導(dǎo)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(gòu)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添加儲存容器來進給燃氣渦輪燃燒器。然而，該特定途徑通常需要用于儲存容器的單獨的電源，這不是有效的。
[0004]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(yīng)新的類似構(gòu)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(guān)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(gòu)件、發(fā)電機、變壓器、開關(guān)裝置、HRSG、蒸汽渦輪構(gòu)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】

[0005]本公開內(nèi)容的第一方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)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;第一控制閥，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路至工藝空氣需求的流動；以及噴射器，其定位在過量空氣流通路中以用于使用過量空氣流作為原動力利用額外空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流。
[0006]本公開內(nèi)容的第二方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)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;第一控制閥，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路至工藝空氣需求的流動；以及噴射器，其定位在過量空氣流通路中以用于使用過量空氣流作為原動力利用環(huán)境空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流，以及其中噴射器包括吸入側(cè)流動通路，且還包括控制環(huán)境空氣到噴射器中的流動的吸入側(cè)流動通路中的第二控制閥系統(tǒng)，并且其中工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0007]本公開內(nèi)容的第三方面提供了一種方法，包括:從燃氣渦輪系統(tǒng)的整體式壓縮機獲得過量空氣流，燃氣渦輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力;使用定位在過量空氣流通路中的噴射器增進過量空氣流，噴射器使用過量空氣流作為原動力利用額外空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流；以及將增進的過量空氣流沿過量空氣流通路引導(dǎo)至工藝空氣需求。
[0008]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括第一渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)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;第一控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路至工藝空氣需求的流動；以及噴射器，其定位在過量空氣流通路中以用于使用過量空氣流作為原動力來利用額外空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流。
[0009]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，渦輪構(gòu)件的排氣給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)的蒸汽。
[0010]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，HRSG還將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負載。
[0011]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一控制閥系統(tǒng)包括壓縮機排放控制閥，其控制從整體式壓縮機的排放口取得的過量空氣流的第一部分，以及上游控制閥，其控制從排放口上游的整體式壓縮機的級取得的過量空氣流的第二部分。
[0012]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，還包括用于測量過量空氣流的各個部分的流率的至少一個傳感器，各個傳感器均可操作地聯(lián)接至相應(yīng)的控制閥。
[0013]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，噴射器包括吸入側(cè)流動通路，且還包括控制額外空氣到噴射器中的流動的吸入側(cè)流動通路中的第二控制閥系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，還包括用于測量吸入側(cè)流動通路中的額外空氣的流率的傳感器，傳感器可操作地聯(lián)接至第二控制閥系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，吸入側(cè)流動通路流體地聯(lián)接至整體式壓縮機的入口過濾器。
[0016]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，額外空氣包括環(huán)境空氣。
[0017]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0018]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)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;第一控制閥系統(tǒng)，其控制過量空氣流沿過量空氣流通路至工藝空氣需求的流動；以及噴射器，其定位在過量空氣流通路中以用于使用過量空氣流作為原動力來利用環(huán)境空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流， 以及其中噴射器包括吸入側(cè)流動通路，且還包括控制環(huán)境空氣到噴射器中的流動的吸入側(cè)流動通路中的第二控制閥系統(tǒng)，以及其中工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0019]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，渦輪構(gòu)件的排氣給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)的蒸汽。
[0020]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，HRSG還將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負載。
[0021]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，第一控制閥系統(tǒng)包括壓縮機排放控制閥，其控制從整體式壓縮機的排放口取得的過量空氣流的第一部分，以及上游控制閥，其控制從排放口上游的整體式壓縮機的級取得的過量空氣流的第二部分。
[0022]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，還包括用于測量過量空氣流的各個部分的流率的至少一個傳感器，各個傳感器均可操作地聯(lián)接至相應(yīng)的控制閥。
[0023]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括用于測量吸入側(cè)流動通路中的環(huán)境空氣的流率的傳感器，傳感器可操作地聯(lián)接至第二控制閥系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，吸入側(cè)流動通路流體地聯(lián)接至整體式壓縮機的入口過濾器。
[0025]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案提供了一種方法，包括:從燃氣渦輪系統(tǒng)的整體式壓縮機獲得過量空氣流，燃氣渦輪系統(tǒng)包括渦輪構(gòu)件、整體式壓縮機和燃燒器，來自整體式壓縮機的空氣和燃料供應(yīng)至燃燒器，燃燒器布置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，且整體式壓縮機具有大于燃燒器和渦輪構(gòu)件中的至少一者的吸入能力的通流能力;使用定位在過量空氣流通路中的噴射器增進過量空氣流，噴射器使用過量空氣流作為原動力來利用額外空氣增進過量空氣流，從而產(chǎn)生增進的過量空氣流；以及將增進的過量空氣流沿過量空氣流通路引導(dǎo)至工藝空氣需求。
[0026]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，額外空氣包括環(huán)境空氣。
[0027]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，工藝空氣需求選自由儀表空氣需求和工作空氣需求構(gòu)成的集合。
[0028]本公開內(nèi)容的示范性方面設(shè)計成解決本文所述的問題和/或未論述的其它問題?！靖綀D說明】
[0029]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。
[0030]應(yīng)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(yīng)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。
[0031]零件列表 100發(fā)電系統(tǒng)102燃氣渦輪系統(tǒng) 104渦輪構(gòu)件 106整體式壓縮機 108燃燒器 110渦輪旋轉(zhuǎn)軸 112起動電機 120入口過濾器殼體 122,166發(fā)電機 160蒸汽渦輪系統(tǒng) 162旋轉(zhuǎn)軸 168蒸汽發(fā)生器 170蒸汽負載 172排氣178排放控制系統(tǒng) 180控制系統(tǒng) 200氣流202第一控制閥系統(tǒng) 204排放口上游 210上游閥 220傳感器 250過量空氣流通路 252噴射器 254額外空氣 256額外空氣源 258側(cè)流動通路 260第二控制閥系統(tǒng) 262控制閥270增進的過量空氣流 272空氣需求?！揪唧w實施方式】
[0032]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)的閥的途徑。
[0033]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包括燃氣渦輪系統(tǒng)102。燃氣渦輪系統(tǒng)102可包括連同其它構(gòu)件一起的渦輪構(gòu)件104、整體式壓縮機 106和燃燒器108。如本文使用的"整體式"壓縮機106認作是壓縮機106和渦輪構(gòu)件104可特別地由公共壓縮機/渦輪旋轉(zhuǎn)軸11〇(有時稱為轉(zhuǎn)子110)整體地聯(lián)接在一起。該結(jié)構(gòu)是相比于許多單獨地供能且并不與渦輪構(gòu)件104整體結(jié)合的壓縮機。[〇〇34]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，來自整體式壓縮機106的空氣和燃料(天然氣)供應(yīng)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(yīng)至渦輪構(gòu)件104。在渦輪構(gòu)件104中， 熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)換為功，其中的一些可用于通過旋轉(zhuǎn)軸110驅(qū)動壓縮機106，其余的可用于有效功來驅(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。起動電機112諸如但不限于常規(guī)起動電機或負載轉(zhuǎn)換變換器(LCI)電機(未示出)也可聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸110以用于以任何常規(guī)方式起動燃氣渦輪系統(tǒng)102。渦輪構(gòu)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。
[0035]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(jié)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)。
[0036]相比于常規(guī)燃氣渦輪系統(tǒng)型號，整體式壓縮機106具有大于渦輪構(gòu)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(gòu)造成匹配燃燒器108和渦輪構(gòu)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))的最大流率能力，且渦輪構(gòu)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 106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(gòu)件104繼續(xù)具有例如大約487kg/s的最大通流能力。(必要時，起動電機112例如也可升級成如圖所示的LCI電機，以適應(yīng)整體式壓縮機106的起動的增加的功率要求)。因此，渦輪構(gòu)件104不可利用壓縮機106的所有能力，且由壓縮機106在高于例如渦輪構(gòu)件104的最大能力下產(chǎn)生過量空氣流200。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(gòu)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。
[0037]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(shè)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(lǐng)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(dǎo)穿過靜止導(dǎo)葉，導(dǎo)葉相對于聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸152(轉(zhuǎn)子)的葉片向下游引導(dǎo)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，如但不限于發(fā)電機166和/或另一渦輪，例如，燃氣渦輪系統(tǒng)102或另一燃氣渦輪系統(tǒng)。 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生成，S卩，余熱回收蒸汽發(fā)生器(HSRG)。例如，HRSG 168可聯(lián)接到燃氣渦輪系統(tǒng)102的排氣172。在穿過HSRG 168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的蒸汽渦輪系統(tǒng)160。在后一情況中，排氣172 將直接行進到排放控制系統(tǒng)178或用于其它過程。[〇〇38]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括用于控制其各種構(gòu)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(gòu)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(gòu)件和其相應(yīng)的可控制特征，例如，閥、栗、電機、傳感器、發(fā)電機控制器等。
[0039]回到燃氣渦輪系統(tǒng)102的細節(jié)，如本文所述，整體式壓縮機106具有大于渦輪構(gòu)件 104和/或燃燒器108的吸入能力的通流能力，這產(chǎn)生過量空氣流200。如圖所示，過量空氣流 200可通過從壓縮機106獲得空氣來形成。在一個實施例中，第一控制閥系統(tǒng)202控制過量空氣流200沿過量空氣流通路250至工藝空氣需求272的流動。第一控制閥系統(tǒng)202可包括供應(yīng)期望的過量空氣流200所需的任何數(shù)目的閥，例如，一個、兩個(如圖所示)或更多于兩個。在一個實施例中，過量空氣流200可使用壓縮機排放控制閥206從整體式壓縮機106在其排放口 204處獲得。即，壓縮機排放控制閥206控制從整體式壓縮機106的排放口 204取得的過量空氣流200的第一部分。在此情況下，可省略另一上游閥210。然而，在另一個實施例中，過量空氣流200可在期望的情況下使用適合的閥和相關(guān)控制系統(tǒng)在壓縮機106的一個或更多個級處獲得，例如，在排放口 204上游的一個或更多個位置處，在排放口 204處和排放口上游的一個或更多個位置等。在此情況下，第一控制閥202還可包括一個或更多個上游控制閥210， 其控制從排放口 204上游的整體式壓縮機106的級獲得的過量空氣流200的第二部分。任何數(shù)目的上游控制閥210都可用于第一控制閥系統(tǒng)202來從整體式壓縮機106提供任何期望的過量空氣流200，即，以期望的壓力、流率、體積等。在其它上游控制閥210提供期望的過量空氣流200的情況下可省略壓縮機排放閥210。第一控制閥202還可包括用于測量過量空氣流的各個部分的流率的至少一個傳感器220,各個傳感器220均可操作地聯(lián)接到相應(yīng)的控制閥或總體控制系統(tǒng)180?？刂崎y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。
[0040]過量空氣流200最終沿過量空氣流通路250行進，通路250可包括至工藝空氣需求 272的一個或更多個管路。盡管示為似乎過量空氣流200在單個管道中引導(dǎo)至工藝空氣需求 272,但將理解的是，過量空氣流可引導(dǎo)至工藝空氣需求272的一個或更多個位置。工藝空氣需求272可包括諸如氣動控制閥的儀表空氣需求，以及諸如液氧制造、液氮制造、制造廠中的氣動工具操作的工作空氣需求等。[0041 ]發(fā)電系統(tǒng)100還可包括定位在過量空氣流通路250中的噴射器252以用于使用過量空氣流200作為原動力利用額外空氣254增進過量空氣流。額外空氣254與過量空氣流200— 起形成增進的過量空氣流270，其輸送至工藝空氣需求272。即，增進的過量空氣流270供應(yīng)至工藝空氣需求272。增進的過量空氣流270將增加的總空氣質(zhì)量提供至工藝空氣需求272。 增加的總空氣質(zhì)量可在發(fā)電系統(tǒng)100中的寬范圍的工藝空氣需求中采用。[〇〇42]噴射器252可采用使用動力流體流來栗送吸入流體(S卩，額外空氣254)的任何栗的形式。這里，噴射器252使用過量空氣流200作為動力流體將額外空氣254添加至過量空氣流 200, S卩，通過從額外空氣源256沿吸入側(cè)流動通路258吸入額外空氣。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可采用整體式壓縮機106的入口過濾器殼體120 的形式。在此情況下，通到噴射器252的吸入側(cè)流動通路258可聯(lián)接到整體式壓縮機106(由虛線示出)的入口過濾器殼體120,使得額外空氣254包括環(huán)境空氣。在另一個實施例中，額外空氣254可包括來自除入口過濾器殼體120外(例如，另一個過濾器殼體)的額外空氣源 256的環(huán)境空氣，直接來自環(huán)境但隨后在流動通路258內(nèi)過濾的空氣，等。第二控制閥系統(tǒng) 260可設(shè)在吸入側(cè)流動通路258中以用于控制額外空氣254進入噴射器252中的流動。第二控制閥系統(tǒng)260可包括可操作成控制進入噴射器252中的額外空氣254的量的控制閥262。第二控制閥系統(tǒng)260還可包括用于測量吸入側(cè)流動通路258中的額外空氣254的流率的至少一個傳感器220,傳感器可操作地聯(lián)接到第二控制閥系統(tǒng)260以用于測量額外空氣254的流率。 [〇〇43]還如所示出的，渦輪構(gòu)件104的排氣172可給送至HRSG168以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)160的蒸汽。此外，HRSG168也可將蒸汽給送至一起發(fā)生的蒸汽負載170。例如，一起發(fā)生的蒸汽負載170可包括至石化設(shè)施的蒸汽、用于區(qū)域供熱的蒸汽、用于〃焦油砂〃采油的蒸汽等。
[0044]進一步考慮各個控制閥系統(tǒng)202、260,其各個控制閥可定位在打開和關(guān)閉之間的任何位置，以提供至指定構(gòu)件的期望分流。此外，盡管至各個構(gòu)件的一個通道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(yīng)部分進一步分配至各個子部分，例如，噴射器252的許多入口等。各個傳感器220可以可操作地聯(lián)接到控制閥系統(tǒng)202、206和控制系統(tǒng)180以用于以已知方式自動控制。用于測量流的其它傳感器 200可在需要時設(shè)在發(fā)電系統(tǒng)100各處?？刂崎y系統(tǒng)202、260且因此過量空氣流200的流動和噴射器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，其可為總體發(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(gòu)件的操作，包括對控制閥系統(tǒng)202、260進行控制。
[0045]除增進的過量空氣流270對工藝空氣需求272的上述優(yōu)點之外，包括具有產(chǎn)生過量空氣流200的第一整體式壓縮機106的燃氣渦輪系統(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。此夕卜，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(luò):渦輪構(gòu)件104、發(fā)電機122、變壓器(未示出)、開關(guān)裝置、HRSG 168、蒸汽渦輪系統(tǒng)160、蒸汽渦輪控制閥等。以此方式，相比于無為情況，系統(tǒng)100提供改善情況來升級例如單個燃氣渦輪和單個蒸汽渦輪聯(lián)合循環(huán)(lxl CC)系統(tǒng)中的單個壓縮機。
[0046]本文所述的術(shù)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(fù)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(gòu)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(gòu)件和/或其群組。[〇〇47]以下權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能元件的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作和等同物意圖包括用于結(jié)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(jié)構(gòu)、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(lǐng)域的普通技術(shù)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(yīng)用的原理，且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)⒈竟_內(nèi)容認作是適于構(gòu)想的特定使用的具有各種修改的各種實施例。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)電系統(tǒng)(100)，包括:燃氣渦輪系統(tǒng)(102)，其包括第一渦輪構(gòu)件(104)、整體式壓縮機(106)和燃燒器(108)， 來自所述整體式壓縮機(106)的空氣和燃料供應(yīng)至所述燃燒器(108)，所述燃燒器(108)布 置成將熱燃燒氣體供應(yīng)至渦輪構(gòu)件(104)，且所述整體式壓縮機(106)具有大于所述燃燒器 (108)和所述渦輪構(gòu)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)；第一控制閥(262)系統(tǒng)(202)，其控制所述過量空氣流(200)沿過量空氣流(200)通路至 工藝空氣需求(272)的流動；以及噴射器(252)，其定位在所述過量空氣流(200)通路中以用于使用所述過量空氣流 (200)作為原動力來利用額外空氣(254)增進所述過量空氣流(200)，從而產(chǎn)生增進的過量 空氣流(270)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述渦輪構(gòu)件(104)的排氣 (172)給送余熱回收蒸汽發(fā)生器(122，166)(HRSG)以用于產(chǎn)生用于蒸汽渦輪系統(tǒng)(160)的蒸汽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述HRSG還將蒸汽給送至一起 發(fā)生的蒸汽負載(170)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述第一控制閥(262)系統(tǒng) (202)包括壓縮機排放控制閥(262 )，其控制從所述整體式壓縮機(106)的排放口取得的所 述過量空氣流(200)的第一部分，以及上游控制閥(262)，其控制從所述排放口上游的所述 整體式壓縮機(106)的級取得的所述過量空氣流(200)的第二部分。5.根據(jù)權(quán)利要求4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)的各個部分的流率的至少一個傳感器(220)，各個傳感器(220)均可操作地聯(lián)接至 相應(yīng)的控制閥(262)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述噴射器(252)包括吸入側(cè)流 動通路(258)，且還包括控制所述額外空氣(254)到所述噴射器(252)中的流動的所述吸入 側(cè)流動通路(258)中的第二控制閥(262)系統(tǒng)(260)。7.根據(jù)權(quán)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吸入側(cè)流 動通路(258)中的所述額外空氣(254)的流率的傳感器(220)，所述傳感器(220)可操作地聯(lián) 接至所述第二控制閥(262)系統(tǒng)(260)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述吸入側(cè)流動通路(258)流體 地聯(lián)接至所述整體式壓縮機(106)的入口過濾器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述額外空氣(254)包括環(huán)境空氣。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述工藝空氣需求(272)選自 由儀表空氣需求(272)和工作空氣需求(272)構(gòu)成的集合。
【文檔編號】F02C6/08GK106014636SQ201610155315
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】S.?？{亞克, W.T.費希爾, J.P.克羅辛斯基, P.W.羅布森, A.I.西皮奧
【申請人】通用電氣公司