CN101749116A - 用于涡轮机空气进口的低品位热回收*** - Google Patents

用于涡轮机空气进口的低品位热回收*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机空气进口的低品位热回收***，具体而言，一种用于具有蒸汽轮机(90)的联合循环动力装置(80)中的燃气涡轮发动机(10)的进口空气的加热和冷却***(100)。该加热和冷却***(100)可包括定位在燃气涡轮发动机(10)周围的流体盘管(110)、与流体盘管(110)相连通的热交换器(170)、以及与蒸汽轮机(90)和热交换器(170)相连通以使得将来自蒸汽轮机(90)的废热传送给流体盘管(110)的冷凝器(180)。

Description

用于涡轮机空气进口的低品位热回收***
技术领域
本申请一般地涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及与联合循环动力装置一起使用超低品位热回收***的燃气轮机空气进口加热。
背景技术
涡轮机空气进口加热和冷却***通常使用冷/热水盘管或相似类型的热交换器以将进入空气处理至所期望的温度。例如，进入空气可在冷环境状态中被加热以便提供整个燃气轮机***的高效的部分负荷和用于其它的目的。这种热量通常可为带有充足内能的***废热或来自外源的热量。
虽然动力装置通常生成相当大的量的废热，但是这种热量通常是低品位和/或不可回收的，因为其处于或低于底兰金循环的冷凝物的温度。由于这种相对低的总内能，因此这种低品位废热通常可被排出或以另外的方式被处理。
因此，期望改善的废热回收***和方法。这样的***和方法优选地可回收相对低品位的废热以用于例如进口空气加热***的***中，以便改善总***输出和效率。
发明内容
因此，本申请提供了一种用于具有蒸汽轮机的联合循环动力装置中的燃气涡轮发动机的进口空气的加热和冷却***。该加热和冷却***包括定位在燃气涡轮发动机周围的流体盘管、与流体盘管相连通的热交换器、以及与蒸汽轮机和热交换器相连通以使得将来自蒸汽轮机的废热传送给流体盘管的冷凝器。
本申请还提供了一种加热用于具有蒸汽轮机的联合循环动力装置中的燃气轮机压缩机的进口空气的方法。该方法可包括步骤：将流体盘管定位在燃气轮机压缩机周围；安置流体盘管与热交换器相连通；使废热从蒸汽轮机的冷凝器流动至热交换器；在热交换器中回收废热；使回收的废热从热交换器流动至流体盘管；并且利用流动通过流体盘管的回收的废热对用于燃气轮机压缩机的进口空气进行加热。
本申请还提供了一种用于具有燃气轮机和蒸汽轮机的联合循环动力装置的进口空气的加热和冷却***。该加热和冷却***可包括：定位在燃气轮机周围的流体盘管；与流体盘管相连通的热交换器；与热交换器相连通的冷却塔；冷凝器，该冷凝器与蒸汽轮机和热交换器相连通以使得将来自蒸汽轮机的废热的第一流从冷凝器传送至热交换器；以及冷却塔，该冷却塔与冷凝器相连通以使得来自蒸汽轮机的废热的第二流从冷凝器传送至冷却塔。
基于结合数个附图和所附权利要求来查阅下文详细的描述，对于本领域中的普通技术人员来说，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是带有进口空气加热和冷却***的燃气涡轮发动机的示意性视图。
图2是构造成俘获蒸汽轮机的废热的燃气轮机进口空气加热和冷却***的示意性视图。部件清单10  燃气涡轮发动机20  压缩机30  燃烧器40   涡轮机50   外负荷60   进口空气加热和冷却***70   冷/热水盘管80   联合循环动力装置85   余热回收蒸汽发生器90   蒸汽轮机95   发生器泵100  涡轮机进口空气加热和冷却***110  冷/热水盘管120  水制冷器125  盘管泵130  蒸发器140  冷凝器150  冷却塔160  冷凝器水泵170  余热回收热交换器180  冷凝器181  第一流182  第二流
具体实施方式
现参看附图(在其中，全部数个视图，相同的标号代表相同的元件)，图1显示了燃气涡轮发动机10的示意性视图。已知的是，燃气涡轮发动机10可包括压缩机20以压缩进入的空气流。压缩机20将压缩的空气流输送至燃烧器30。燃烧器30将压缩的空气流与燃料流相混合并点燃混合物。(虽然只显示了单个燃烧器30，但是燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器30)。热燃烧气体顺次输送至涡轮机40。涡轮机40驱动压缩机20和例如发电机等的外负荷50。燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气以及其它的燃料。在本文中，燃气涡轮发动机10可使用其它的构造和部件。
在本示例中，燃气涡轮发动机10还包括进口空气加热和冷却***60。进口空气加热和冷却***60可定位在压缩机20周围并将进入的空气流加热或冷却至所期望的温度。进口空气加热和冷却***60可包括冷/热水盘管70。热水或冷水流动通过盘管70并与进入的空气流交换热量。在本文中，进口空气加热和冷却***60可使用任何类型的热交换设备。如上文所述，冷水通常可由水冷却装置提供，而热水可通过废热回收***或从其它的来源中提供。
在本示例中，燃气涡轮发动机10可为联合循环动力装置80的一部分。已知的是，联合循环动力装置80使用来自燃气涡轮发动机10的排气以便在余热回收蒸汽发生器85中产生蒸汽。该蒸汽进而用于通过蒸汽发生器泵95在回路中驱动蒸汽轮机90的其它部件。
值得注意的是，术语“热”、“暖”、“冷”以及“凉”以相对意义加以使用。在本文中，不意在限制可适用的温度范围。
图2示出了如本文中所描述的整体式涡轮机进口空气加热和冷却***100。涡轮机进口空气加热和冷却***100可与任何数量的燃气涡轮发动机10一起使用。如上文所述，冷/热水盘管110可定位在各燃气涡轮发动机10的压缩机20周围。冷/热水盘管110通过行进通过其的水流来加热或冷却进口空气。在本文中，可使用其它类型的热交换设备。
在冷却模式中，来自于冷/热水盘管110的水或其它类型的流体可被传输至水制冷器120。水制冷器120可为机械式制冷器、吸收式制冷器或任何传统类型的冷却设备。已知的是，水制冷器120将冷水提供给冷/热水盘管110，在该冷/热水盘管110中，空气流中的热量由通过冷/热水盘管110的制冷水所吸收。在交换热量之后，则当前较暖的制冷水通常回流至水制冷器120。冷/热水盘管110中的水可通过盘管泵125传输至水制冷器120。可使用任何数量的水制冷器120和泵125。
各水制冷器120通常包括蒸发器130和冷凝器140。制冷器蒸发器将冷水提供给如上文所述的冷/热水盘管110。用于制冷器冷凝器140的冷却水可由冷却塔150通过一个或多个冷凝器水泵160来提供。在本文中，可使用其它类型的冷却水源。已知的是，依赖于整个***热平衡，冷却塔150可作为散热器(heat sink)或热源起作用。在本文中，可使用其它类型的热交换设备。
在加热模式中，还可将暖水提供给冷/热水盘管110。暖水可通过***废热或外部的来源提供。在本示例中，可使用余热回收热交换器170。在本文中，可使用任何类型的热交换设备。
在本示例中，进口空气加热和冷却***100可通过余热回收热交换器170来使用蒸汽轮机90的废热。尤其地，可通过冷凝器水泵160将水从冷却塔150泵送至与蒸汽轮机90相关联的冷凝器180。离开冷凝器180的当前变暖的冷却水的一部分可作为第一流181流动通过余热回收热交换器170以便在加热模式中与循环通过冷/热水盘管110的流体来传递热量。来自热交换器170的第一流181然后回流至冷却塔150。离开冷凝器180的第二流182可直接回流至冷却塔150以便既降低冷却塔150上的负荷又降低整个***耗水量。在本文中，可使用其它来源的废热。因此，余热回收热交换器170可通过回收的废热以约90华氏度至约120华氏度(约32摄氏度至49摄氏度)的范围将水提供给冷/热水盘管110。
依赖于在冷凝器180和冷却塔150之间延续的水流的品质和数量，可能的是，将水流直接从冷凝器180泵送至冷/热水盘管110并然后返回至冷却塔150。在这种构造中，可不需要余热回收热交换器170。在本文中，可使用其它的构造。
因此，进口空气加热和冷却***100回收超低品位废热以用于有益且有效的目的。这种废热可改善部分负荷下的涡轮机效率，在不使用进口排热(inlet bleed heat)的情况下提供防结冰控制，减少总的耗水量，在不使用防冻剂的情况下为冷/热水盘管110提供冰冻防护，替代传统的进口罩除冰技术来为进口过滤器提供冰冻防护，以及其它益处。此外，在总体上不存在关于***的寄生功率消耗的情况下提供这些益处。因此，可提高总***效率。
应显而易见的是，前述内容只涉及本申请某些实施例，并且在此可由本领域中的普通技术人员进行许多的变化和改型，而不脱离如由所附权利要求和其等同物所限定的本发明的一般的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于具有蒸汽轮机(90)的联合循环动力装置(80)中的燃气涡轮发动机(10)的进口空气的加热和冷却***(100)，包括：
定位在所述燃气涡轮发动机(10)周围的流体盘管(110)；
与所述流体盘管(110)相连通的热交换器(170)；以及
与所述蒸汽轮机(90)和所述热交换器(170)相连通以使得将来自所述蒸汽轮机(90)的废热传送给所述流体盘管(110)的冷凝器(180)。
2.根据权利要求1所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，所述加热和冷却***(100)还包括与所述蒸汽轮机(90)相连通的余热回收蒸汽发生器(85)。
3.根据权利要求1所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机(10)包括压缩机(20)，并且，其中，所述流体盘管(110)包括定位在所述压缩机(20)周围的冷/热水盘管(110)。
4.根据权利要求1所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，所述加热和冷却***(100)还包括与所述热交换器(170)和所述冷凝器(180)相连通的冷却塔(150)。
5.根据权利要求4所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，离开所述冷凝器(180)的第一流(181)流动至所述热交换器(170)，并且第二流(182)流动至所述冷却塔(150)。
6.根据权利要求4所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，消耗的第一流(181)从所述热交换器(170)回流至所述冷却塔(150)。
7.根据权利要求4所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，所述加热和冷却***(100)还包括与所述流体盘管(110)相连通的制冷器(120)。
8.根据权利要求7所述的用于进口空气的加热和冷却***(100)，其特征在于，所述制冷器(120)包括与所述流体盘管(110)相连通的制冷器蒸发器(130)和与所述冷却塔(150)相连通的制冷器冷凝器(140)。
9.一种加热用于具有蒸汽轮机(90)的联合循环动力装置(80)中的燃气轮机压缩机(20)的进口空气的方法，包括：
在所述燃气轮机压缩机(20)周围定位流体盘管(110)；
安置所述流体盘管(110)与热交换器(170)相连通；
使废热从所述蒸汽轮机(90)的冷凝器(180)流动至热交换器(170)；
在所述热交换器(170)中回收所述废热；
使所述回收的废热从所述热交换器(170)流动至所述流体盘管(110)；以及
利用流动通过所述流体盘管(110)的回收的废热对用于所述燃气轮机压缩机(20)的进口空气进行加热。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在涡轮机(40)中产生排气；使用所述排气以在余热回收蒸汽发生器(85)中产生蒸汽；并且利用所述蒸汽驱动所述蒸汽轮机(90)。
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