具有形成过量空气流的压缩机和用于其的冷却流体喷射的功率生成系统的制作方法
【专利摘要】一种功率生成系统(100)包括：第一燃气涡轮系统(102)，其包括第一涡轮构件(104)、第一一体压缩机(106)和第一燃烧器(108)，对该第一燃烧器供应来自第一一体压缩机的空气和燃料，第一燃烧器布置成对第一涡轮构件供应热燃烧气体，且第一一体压缩机具有比第一燃烧器和/或第一涡轮构件的进气容量大的流动容量，从而产生过量空气流(200)。第二燃气涡轮系统(140)可包括除压缩机中的过量容量之外与第一个类似的构件。控制阀系统(202)控制从第一燃气涡轮系统(102)到第二燃气涡轮系统(140)的过量空气流的流动。冷却流体喷射器可联接到过量空气流路径，以用于将诸如水或蒸汽的冷却流体喷到过量空气流中。
【专利说明】具有形成过量空气流的压缩机和用于其的冷却流体喷射的功率生成系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及共同未决的美国申请号:GE案号280346-1，申请序列号14/662760;280347-1，申请序列号 14/662770; 280349-1，申请序列号 14/662785;280352-1，申请序列号14/662796;280353-1，申请序列号 14/662800;280354-1，申请序列号 14/662803;和280355-1，申请序列号14/662805，它们都是在2015年3月19日提交的。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及功率生成系统，更具体地，涉及包含燃气涡轮系统的功率生成系统，该燃气涡轮系统具有产生过量空气流的压缩机，和用于其的冷却流体喷射器。
【背景技术】
[0004]功率生成系统通常采用可与一个或更多个蒸汽涡轮系统联接的一个或更多个燃气涡轮系统来生成功率。燃气涡轮系统可包括具有旋转轴的多级轴流压缩机。空气进入压缩机的入口，且被压缩机叶片级压缩，且然后被排到燃烧器，在此，焚烧诸如天然气的燃料以提供驱动涡轮构件的高能燃烧气流。在涡轮构件中，热气体的能量被转换成功，功中的一些可用于通过旋转轴来驱动一体压缩机，其余的可用于有用功，以通过旋转轴(例如，旋转轴的延伸部分)驱动负载，诸如发电机，以用于产生电。多个燃气涡轮系统可在功率生成系统内并联地采用。在联合循环系统中，一个或更多个蒸汽涡轮系统也可与燃气涡轮系统一起使用。在该设定中，来自燃气涡轮系统的热排气被供给到一个或更多个热回收蒸汽发生器(HRSG)，以形成蒸汽，蒸汽然后被供给具有与燃气涡轮系统分开或一体的旋转轴的蒸汽涡轮构件。在任何情况下，蒸汽的能量被转换成功，功可用于驱动负载，诸如发电机，以用于产生电。
[0005]当形成功率生成系统时，其部件构造成一起工作，以提供具有期望功率输出的系统。按照需求提高功率输出和/或在复杂的环境条件下维持功率输出的能力在本行业中是持续的难题。例如，在热天，电力消耗增加，因此功率生成需求增加。热天的另一难题是在温度升高时，压缩机流量降低，这导致降低的发电机输出。提高功率输出(或维持功率输出，例如，在热天)的一个途径是对功率生成系统添加可增大去往燃气涡轮系统燃烧器的空气流的构件。增大空气流的一个途径是添加补充压缩机以对燃气涡轮燃烧器进行供给。然而，该特殊的途径通常要求用于补充压缩机的单独的电源，这是效率差的。
[0006]增大空气流的另一途径是升级压缩机。目前，已改进压缩机，使得它们的流动容量比它们之前的压缩机高。这些新的更高容量的压缩机通常被制造以适应新的类似地构造的燃烧器，或者能够应付增大的容量的较旧燃烧器。升级较旧燃气涡轮系统以使用更新、更高容量的压缩机的难题在于:目前没有能够在不升级系统的其他昂贵部件的情况下，采用具有不能够应付增大的容量的系统的更高容量压缩机的机制。时常被要求与压缩机升级同时地升级的其他部件包括但不限于燃烧器、燃气涡轮构件、发电机、变压器、开关装置、HRSG、蒸汽涡轮构件、蒸汽涡轮控制阀等。因此，即使压缩机升级在理论上可能是可取的，但是升级其他部件的附加成本导致升级由于额外的费用而是不可取的。
【发明内容】
[0007]本公开的第一方面提供一种功率生成系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一一体压缩机和第一燃烧器，对该第一燃烧器供应来自第一一体压缩机的空气和燃料，第一燃烧器布置成对第一涡轮构件供应热燃烧气体，且第一一体压缩机具有比第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的进气容量大的流动容量，从而形成过量空气流;第二燃气涡轮系统，其包括第二涡轮构件、第二压缩机和第二燃烧器，对该第二燃烧器供应来自第二压缩机的空气和燃料，第二燃烧器布置成对第二涡轮构件供应热燃烧气体；控制阀系统，其控制沿过量空气流路径从第一燃气涡轮系统到第二燃气涡轮系统的过量空气流的流动;和冷却流体喷射器，其联接到过量空气流路径，以用于将冷却流体喷入过量空气流中。
[0008]本公开的第二方面提供一种功率生成系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一一体压缩机和第一燃烧器，对该第一燃烧器供应来自第一一体压缩机的空气和燃料，第一燃烧器布置成对第一涡轮构件供应热燃烧气体，且第一一体压缩机具有比第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的进气容量大的流动容量，从而形成过量空气流;第二燃气涡轮系统，其包括第二涡轮构件、第二压缩机、和第二燃烧器，对该第二燃烧器供应来自第二压缩机的空气和燃料，第二燃烧器布置成对第二涡轮构件供应热燃烧气体；控制阀系统，其控制沿着过量空气流路径到以下中的至少一个的过量空气流的流动:第二压缩机的排出口、第二燃烧器和第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口 ；和冷却流体喷射器，其联接到过量空气流路径，以用于将冷却流体喷入过量空气流中，其中，控制阀系统包括:第一控制阀，其控制去往第二压缩机的排出口的过量空气流的第一部分;第二控制阀，其控制去往第二燃烧器的过量空气流的第二部分;和第三控制阀，其控制去往第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口的过量空气流的流动的第三部分，且其中，第一涡轮系统和第二涡轮系统中的各个的排气被供应至至少一个蒸汽发生器，以用于对蒸汽涡轮系统供能。
[0009]本公开的第三方面提供一种方法，其包括:从第一燃气涡轮系统的第一一体压缩机提取过量空气流，该第一燃气涡轮系统包括第一涡轮构件、第一一体压缩机和第一燃烧器，对该第一燃烧器供应来自第一一体压缩机的空气和燃料，第一一体压缩机具有比第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的进气容量大的流动容量;将过量空气流引导到第二燃气涡轮系统，该第二燃气涡轮系统包括第二涡轮构件、第二压缩机、和第二燃烧器，对该第二燃烧器供应来自第二压缩机的空气和燃料，第二燃烧器布置成对第二涡轮构件供应热燃烧气体;和将冷却流体喷到过量空气流路径中。
[0010]技术方案1:一种功率生成系统100，包括:
[0011]第一燃气涡轮系统102，其包括第一涡轮构件104、第一一体压缩机106和第一燃烧器108，对所述第一燃烧器108供应来自所述第一一体压缩机106的空气和燃料，所述第一燃烧器108布置成对所述第一涡轮构件104供应热燃烧气体，且所述第一一体压缩机106具有比所述第一燃烧器108和所述第一涡轮构件104中的至少一者的进气容量大的流动容量，从而形成过量空气流200;
[0012]第二燃气涡轮系统140，其包括第二涡轮构件144、第二压缩机146和第二燃烧器148，对所述第二燃烧器148供应来自所述第二压缩机146的空气和燃料，所述第二燃烧器148布置成对所述第二涡轮构件144供应热燃烧气体；
[0013]控制阀系统202，其控制沿过量空气流200路径从所述第一燃气涡轮系统102到所述第二燃气涡轮系统140的所述过量空气流200的流动;和
[0014]冷却流体喷射器，其联接到所述过量空气流200路径，以用于将冷却流体喷到所述过量空气流200中。
[0015]技术方案2:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述过量空气流200被供应至所述第二压缩机146的排出口。
[0016]技术方案3:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述过量空气流200被供应至所述第二燃烧器148。
[0017]技术方案4:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述过量空气流200被供应至所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158。
[0018]技术方案5:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述控制阀系统202控制去往以下中的至少一者的所述过量空气流200的流动:所述第二压缩机146的排出口、所述第二燃烧器148和所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158。
[0019]技术方案6:根据技术方案5所述的功率生成系统100，其中，所述控制阀系统202包括:第一控制阀，其控制去往所述第二压缩机146的排出口的所述过量空气流200的第一部分;第二控制阀214，其控制去往所述第二燃烧器148的所述过量空气流200的第二部分;和第三控制阀216，其控制去往所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158的所述过量空气流200的流动的第三部分。
[0020]技术方案7:根据技术方案6所述的功率生成系统100，还包括至少一个传感器220，以用于测量所述过量空气流200的至少一部分的流速，各传感器220可操作地联接到所述控制阀系统202。
[0021]技术方案8:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的各个的排气172，174被供应至至少一个蒸汽发生器，以用于对蒸汽涡轮系统供能。
[0022]技术方案9:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的水。
[0023]技术方案10:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的蒸汽。
[0024]技术方案11:一种功率生成系统100，包括:
[0025]第一燃气涡轮系统102，其包括第一涡轮构件104、第一一体压缩机106和第一燃烧器108，对所述第一燃烧器108供应来自所述第一一体压缩机106的空气和燃料，所述第一燃烧器108布置成对所述第一涡轮构件104供应热燃烧气体，且所述第一一体压缩机106具有比所述第一燃烧器108和所述第一涡轮构件104中的至少一者的进气容量大的流动容量，从而形成过量空气流200;
[0026]第二燃气涡轮系统140，其包括第二涡轮构件144、第二压缩机146和第二燃烧器148，对所述第二燃烧器148供应来自所述第二压缩机146的空气和燃料，所述第二燃烧器148布置成对所述第二涡轮构件144供应热燃烧气体；
[0027]控制阀系统202，其控制沿过量空气流200路径去往以下中的至少一者的所述过量空气流200的流动:所述第二压缩机146的排出口、所述第二燃烧器148和所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158;和
[0028]冷却流体喷射器，其联接到所述过量空气流200路径，以用于将冷却流体喷到所述过量空气流200中
[0029]其中，所述控制阀系统202包括:第一控制阀256，其控制去往所述第二压缩机146的排出口的所述过量空气流200的第一部分;第二控制阀214，其控制去往所述第二燃烧器148的所述过量空气流200的第二部分；和第三控制阀216，其控制去往所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158的所述过量空气流200的流动的第三部分，
[0030]其中，所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的各个的排气172，174被供应到至少一个蒸汽发生器，以用于对蒸汽涡轮系统供能。
[0031]技术方案12:根据技术方案11所述的功率生成系统100，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的水。
[0032]技术方案13:根据技术方案11所述的功率生成系统100，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的蒸汽。
[0033]技术方案14:一种方法，包括:
[0034]从第一燃气涡轮系统102的第一一体压缩机106提取过量空气流200，所述第一燃气涡轮系统102包括第一涡轮构件104、第一一体压缩机106和第一燃烧器108，对所述第一燃烧器108供应来自所述第一一体压缩机106的空气和燃料，所述第一一体压缩机106具有比所述第一燃烧器108和所述第一涡轮构件104中的至少一者的进气容量大的流动容量；
[0035]将所述过量空气流200引导到第二燃气涡轮系统140，所述第二燃气涡轮系统140包括第二涡轮构件144、第二压缩机146和第二燃烧器148，对所述第二燃烧器148供应来自所述第二压缩机146的空气和燃料，所述第二燃烧器148布置成对所述第二涡轮构件144供应热燃烧气体；
[0036]将冷却流体喷入所述过量空气流200路径中。
[0037]技术方案15:根据技术方案14所述的方法，其中，引导包括将所述过量空气流200引导到所述第二压缩机146的排出口。
[0038]技术方案16:根据技术方案14所述的方法，其中，引导包括将所述过量空气流200引导到所述第二燃烧器148。
[0039]技术方案17:根据技术方案14所述的方法，其中，引导包括将所述过量空气流200引导到所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158。
[0040]技术方案18:根据技术方案14所述的方法，其中，引导包括使用控制阀系统202来控制去往以下中的至少一者的所述过量空气流200的流动:所述第二压缩机146的排出口、所述第二燃烧器148和所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158。
[0041 ]技术方案19:根据技术方案18所述的方法，其中，所述控制阀系统202包括:第一控制阀256，其控制去往所述第二压缩机146的排出口的所述过量空气流200的第一部分的引导;第二控制阀214，其控制去往所述第二燃烧器148的所述过量空气流200的第二部分的引导;和第三控制阀216，其控制去往所述第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158的所述过量空气流200的第三部分的引导。
[0042]技术方案20:根据技术方案14所述的方法，其中，喷射包括喷射作为所述冷却流体的水和蒸汽中的一种。
[0043]本发明的例示方面被设计成解决本文中论述的问题和/或未论述的其他问题。
【附图说明】
[0044]根据结合附图作出的本公开的各种方面的详细描述，本公开的这些和其他特征将更容易理解，附图描绘本公开的各种实施例，在附图中:
[0045]图1示出了根据本公开实施例的功率生成系统的示意图。
[0046]应该明白，本发明的附图不按照比例。附图意图仅描绘本发明的典型方面，且因此不应当被认为是限制本发明的范围。在附图中，类似的数字代表附图之间类似的元件。
[0047]部件列表
[0048]100功率生成系统
[0049]102第一燃气涡轮系统
[0050]104第一涡轮构件
[0051]106第一一体压缩机
[0052]108第一燃烧器
[0053]HO压缩机/涡轮旋转轴
[0054]120，150 入口过滤器壳体
[0055]122，166 发电机
[0056]140第二燃气涡轮系统
[0057]144第二涡轮构件
[0058]146第二压缩机
[0059]148第二燃烧器
[0060]158喷嘴冷却入口[0061 ]160 蒸汽涡轮系统
[0062]162叶片致旋转轴
[0063]168，170 蒸汽发生器
[0064]172，174 排气
[0065]178控制系统
[0066]180以后研发的控制系统
[0067]200空气流
[0068]202控制阀系统
[0069]214第二控制阀
[0070]216第三控制阀[0071 ]220 传感器
[0072]250过量空气流路径
[0073]251额外的空气
[0074]252引射器
[0075]254抽吸侧流动路径
[0076]256控制阀。
【具体实施方式】
[0077]如前所述，本公开提供一种包括燃气涡轮系统的功率生成系统，该燃气涡轮系统包含形成过量空气流的压缩机。本发明的实施例提供利用过量空气流来改善功率生成系统输出的方法。
[0078]参见图1，提供根据本发明实施例的功率生成系统100的示意图。系统100包括第一燃气涡轮系统102。其中，第一燃气涡轮系统102可包括第一涡轮构件104、第--体压缩机
106和第一燃烧器108。如在本文中使用的，第一“一体”压缩机106称为压缩机106，且可通过公共的压缩机/涡轮旋转轴110(有时称为转子110)将涡轮构件104—体地联接在一起。该结构与被单独地供能且不与涡轮构件104—体的许多补充压缩机不同。
[0079]燃烧器108可包括任何当前已知的或以后研发的大体上包括燃烧区和燃料喷嘴组件的燃烧器系统。燃烧器108可采用环形燃烧系统，或筒环形燃烧系统(如图中例示的)的形式。在操作中，来自第一一体压缩机106的空气，和燃料(诸如天然气)，被供应给燃烧器108。稀释剂也可以可选地以任何当前已知的或以后研发的方式输送给燃烧器108。被第一一体压缩机106吸入的空气可行进穿过任何当前已知的或以后研发的入口过滤器壳体120。如所理解的，燃烧器108布置为通过燃料和空气混合物的燃烧来对第一涡轮构件104供应热燃烧气体。在涡轮构件104中，热燃烧气体的能量被转换成功，该功中的一些被用于通过旋转轴110来驱动压缩机106，其余可用于有用功以通过旋转轴110(旋转轴110的延伸部分)驱动负载，诸如但不限于用于产生电的发电机122，和/或另一涡轮。涡轮构件104可包括任何当前已知的或以后研发的涡轮，以用于借助于旋转轴110将热燃烧气体流转换成功。
[0080]在一个实施例中，燃气祸轮系统102可包括可从General Electric Company ,6代61^丨116，3.(:.商业上获得的137001?8型，有时称为7?8发动机。然而，本发明不限于任何一种特定的燃气祸轮系统，且可与其他系统结合地实现，包括例如Genera I ElectricCompany的MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)型。
[0081]与常规燃气涡轮系统机型不同，第一一体压缩机106具有比涡轮构件104和/或第一燃烧器108的进气容量大的流动容量。即，压缩机106是与构造成匹配燃烧器108和涡轮构件104的压缩机相比升级的压缩机。如在本文中使用的，“容量”指流速容量。例如，燃气涡轮系统102的原始的压缩机可具有大约487千克/秒(kg/s) (1075镑质量/秒(lbm/s))的最大流动容量，且涡轮构件104可具有基本上相等的最大流动容量，即，大约487kg/s ο然而，在此，压缩机106已取代了原始压缩机，且具有例如为大约544kg/s(12001bm/s)的增大的最大流量，而涡轮构件104继续具有例如为大约487kg/s的最大流动容量。因此，涡轮构件104不可利用压缩机106的全部容量，且由压缩机106形成高于涡轮构件104最大容量的过量空气流200。类似地，一体压缩机106的流动容量可超过燃烧器108的最大进气容量。以类似的方式，如果暴露于一体压缩机106的全部流动容量，则涡轮构件104的功率输出可超过发电机122的最大允许输入。虽然在本中已描述了具体的示例流速值，但应强调的是，流速容量可取决于依据所采用的燃气涡轮系统和新的、高容量一体压缩机106而大大地变化。如将在本文中描述的，本发明提供用于功率生成系统100的各种实施例，以在功率生成系统100的其他部件中利用过量空气流。
[0082]在图1的实施例中，功率生成系统100还包括一个或更多个第二燃气涡轮系统140。各第二燃气涡轮系统140可包括第二涡轮构件144、第二压缩机146和第二燃烧器148。各第二燃气涡轮系统140可基本上类似于第一燃气涡轮系统102，除了其压缩机146尚未被升级或替代，且仍然具有构造成匹配其相应涡轮构件144和/或燃烧器148的流动容量的流动容量。如本文中关于第一一体压缩机106所描述的，来自第二压缩机146的空气与燃料一起被供应到第二燃烧器148，且第二燃烧器148布置成对第二涡轮构件144供应热燃烧气体。稀释剂也可以可选地以任何当前已知的或以后研发的方式输送到第二燃烧器148。被第二压缩机146吸入的空气可行进穿过任何当前已知的或以后研发的入口过滤器壳体150。在第二涡轮构件104中，热燃烧气体的能量被转换成功，该功中的一些用于通过旋转轴152驱动压缩机146，其余的可用于有用功以通过旋转轴152(旋转轴110的延伸部分)驱动负载，诸如但不限于用于产生电的发电机154和/或另一涡轮。
[0083]第二涡轮构件144还可包括一个或更多个涡轮喷嘴冷却入口158。如在本领域中所理解的，其中，涡轮构件中的静止喷嘴可包括多个入口(未示出)，以用于喷射以用于冷却涡轮构件的喷嘴的冷却流体流。喷嘴内部或周围的通道将冷却流体引导到必要的位置。尽管为了清楚，在涡轮构件144的第一级处仅示出一个入口，但应当理解，涡轮构件144的各级可包括例如围绕涡轮构件周向地间隔开的一个或更多个入口。另外，虽然涡轮喷嘴冷却入口158例示为在第二涡轮构件144的第一级处或附近进入，但如所理解的，入口可设在几乎任何级处。
[0084]如在图1中还示出的，在一个实施例中，功率生成系统100可以可选地采用包含蒸汽涡轮系统160的联合循环发电站的形式。蒸汽涡轮系统160可包括任何当前已知的或以后研发的蒸汽涡轮布置。在所示的例子中，例示出高压(HP)、中压(MP)和低压(LP)区段;但是，不是所有区段在所有情况下都是必要的。如在本领域中已知的，在操作中，蒸汽进入蒸汽涡轮区段的入口且被引导通过静止导叶，静止导叶将蒸汽朝下游相对于联接到旋转轴162(转子)的叶片引导。蒸汽可行进穿过其余的级，从而在叶片上施加导致旋转轴162旋转的力。旋转轴162的至少一端可附接到负载或机械，诸如但不限于发电机166，和/或另一涡轮，例如燃气涡轮102，140中的一个。用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽可由一个或更多个蒸汽发生器168，170，即热回收蒸汽发生器(HRSG)生成。HRSG 168可联接到第一涡轮系统102的排气172，且HRSG 170可联接到第二涡轮系统104的排气174。即，燃气涡轮系统102和/或燃气涡轮系统140的排气172，174分别可被供应到至少一个HRSG 168，170，以用于对蒸汽涡轮系统160供能。各燃气涡轮系统可联接到专门的HRSG，或者一些系统可共用HRSG。在后一种情况下，尽管例示出两个蒸汽发生器168，170，但可提供仅一个且排气172，174都被引导到其。在行进通过HRSG 168，170之后，当前耗尽热量的燃烧气体流可经由任何当前已知的或以后研发的排放控制系统178排出，例如烟道、选择催化还原(SCR)单元、一氧化氮过滤器等。尽管图1示出了联合循环实施例，但应强调的是，可省略包含蒸汽发生器168，170的蒸汽涡轮系统160。在该后一种情况下，排气172，174将直接行进到排放控制系统175，或用在其他过程中。
[0085]功率生成系统100还可包括任何当前已知的或以后研发的控制系统180，以用于控制其各种构件。尽管与构件分开地示出，但应明白，控制系统180电连接到所有的构件和它们相应的可控制特征，例如阀、栗、马达、传感器、电网、发电机控制件等。
[0086]回到第一燃气涡轮系统102的细节，如本文中提到的，第一一体压缩机106具有比涡轮构件104和/或第一燃烧器108的进气容量大的流动容量，这形成过量空气流200。过量空气流200示为在第一一体压缩机106的排出口处从其提取的流。然而，要强调的是，过量空气流200可使用合适的阀和相关控制系统在期望时在一体压缩机106的任意级处提取，例如在排出口上游的一个或更多个位置处、在排出口和排出口上游的一个或更多个位置处等。在任何情况下，过量空气流200最终沿过量空气流路径250流动，过量空气流路径250可包括去往第二涡轮系统140的一个或更多个管。在图1实施例中，提供控制阀系统200以用于控制去往第二燃气涡轮系统140的过量空气流200的流动。虽然例示为似乎过量空气流200被引导到仅一个第二燃气涡轮系统140，但应当明白，在期望时以及在过量空气流可支持多于一个系统时，过量空气流可被引导到一个或更多个第二燃气涡轮系统140。
[0087]功率生成系统100还可包括冷却流体喷射器252，冷却流体喷射器252联接到过量空气流路径250，以用于将冷却流体喷射到过量空气流200中。冷却流体喷射器252可采用用于将选定的冷却流体喷射到过量空气流路径250中的任何结构的形式。在一个实施例中，冷却流体可包括水。在该情况下，冷却流体喷射器252可包括能够将水喷射到过量空气流路径250中的任何当前已知的或以后研发的喷嘴系统，或者能够耐受过量空气流200的压力任何当前已知的或以后研发的基于过滤器的管线内增湿系统(ini ine humidif icat1nsystem)。在另一实施例中，冷却流体可包括蒸汽。在该情况下，冷却流体喷射器252可包括能够将蒸汽喷到过量空气流路径250中的任何当前已知的或以后研发的喷嘴系统。去往喷射器252的冷却流体源流动路径254可联接到任何必要的源。例如，对于水而言，路径254可联接到水栗，该水栗联接到水容器，且对于蒸汽而言，路径254可联接到HRSG168，170、任何期望的蒸汽涡轮区段(HP、IP、LP)的选定级、任何选定蒸汽涡轮(HP、IP、LP)的排出口等。控制阀256可操作，以控制进入冷却流体喷射器252中的过量空气流200的量，且控制阀258可控制被引入过量空气流200中的冷却流体的量。
[0088]过量空气流200可以以多种方式通过控制阀系统202从第一燃气涡轮系统102被引导到第二涡轮系统140。如所例示的，控制阀系统202控制去往第二压缩机146的排出口 210、第二燃烧器148、、和第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158中的至少一个的过量空气流200的流动。控制阀系统202可包括对第二涡轮系统140的期望部件供应至少一部分的过量空气流200所需的任何数量的阀。如所例示的，控制阀系统202可包括三个阀。第一控制阀212可控制去往第二压缩机146的排出口210的过量空气流200的第一部分。以此方式，过量空气流200可添加至压缩机146的空气流，而不因此消耗额外的能量。第二控制阀214可控制去往第二燃烧器148的过量空气流200的第二部分，从而为燃烧提供额外的空气。第三控制阀216可控制去往第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158的过量空气流200的第三部分，以对涡轮构件的喷嘴等提供冷却流体。在操作中，所示的例子可如下地作用:首先，在控制阀210打开且控制阀212，214关闭的情况下，将过量空气流200提供到第二压缩机146的排出口 210;其次，在控制阀210和216关闭且控制阀214打开的情况下，将过量空气流200提供到燃烧器148 ；且最后，在控制阀210，212关闭且控制阀216打开的情况下，将过量空气流200提供到第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158、第二燃烧器148的多个燃烧筒等。各控制阀210，212，216可定位在打开和关闭之间的任意位置，以对规定的部件提供所需的部分流。另夕卜，尽管在各控制阀后例示出去往各构件的一个通道，但要强调的是，可提供其他管系和控制阀，以相应部分的过量空气流200进一步分配给各种子部件，例如，第二涡轮构件144上的多个涡轮喷嘴冷却入口 158 ο控制阀系统202还可包括控制阀256，控制阀256用于控制沿过量空气流路径250行进穿过冷却流体喷射器252的过量空气流200。如还例示的，可提供至少一个传感器220以用于测量至少一部分的过量空气流200的流速，例如在从第一一体压缩机106提取时、在各控制阀212，214，216之后在冷却流体喷射器252之前等。传感器(未示出)还可用于测量冷却流体源流动路径254中的冷却流体的流速。在任何情况下，各传感器220可以可操作地联接到控制阀系统202，控制阀系统202可包括用于所例示的各种控制阀的自动操作的任何当前已知的或以后研发的工业控制器。
[0089]控制阀系统202，且因此过量空气流200的流动和引射器252的操作可通过使用任何当前已知的或以后研发的工业控制器来控制，该工业控制器可以是总体功率生成系统100控制系统180的一部分。控制系统180可以以已知的方式控制功率生成系统100的所有各种构件的操作，包括控制控制阀系统202。
[0090]包括如下第一燃气涡轮系统102的功率生成系统100与常规系统相比提供很多优点，该第一燃气涡轮系统102具有形成过量空气流200的第一一体压缩机106。例如，相对于升级系统中的所有压缩机，压缩机106可以在较低的成本下改善功率生成系统100的功率模块峰值、基础和热天输出，在采用多个燃气涡轮的情况下，升级系统中的所有压缩机可能是昂贵的。在本发明的其他实施例中，降低了被升级的压缩机，即压缩机106，的相关成本，且又通过提供有效地利用更多的过量空气流的方法来改善被升级压缩机的耐久性和合意性。另外，在下面的例示性子系统中的任何一个或更多个缩小尺寸的情况下，包括第一一体压缩机106的功率生成系统100通过改善项目耐久性而扩大了系统100的操作能力:涡轮构件104、发电机122、变压器(未示出)、开关装置、HRSG 168、蒸汽涡轮系统160、蒸汽涡轮控制阀等。以此方式，与升级两个压缩机106，146或不采取任何措施的情形相比，系统100提供了例如在双燃气涡轮和单蒸汽涡轮联合循环(2xlCC)系统中升级单个压缩机的有利情形。
[0091]本文中所用的用语仅用于描述具体实施例，且不意图限制本公开。如在本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另行明确地指示。还应当明白，用语“包括”和/或“包含”当用于本说明书中时，指所声明的特征、整体、步骤、操作、要素、和/或构件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、要素、构件、和/或它们的组合的存在或添加。
[0092]在下面的权利要求中的所有装置或步骤加功能要素的对应结构、材料、动作、和等同物意图包含用于与如特别要求保护的其他要求保护的要素组合地实现该功能的任何结构、材料、或动作。本公开的描述已为了例示和描述而提出，但不意图为排他性的，或者以所公开的形式限于本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，很多改动和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例，以最好地解释本公开的原理和实践应用，且使其他本领域技术人员能通过具有适合于预期的具体用途的各种改动的多种实施例来理解本发明。
【主权项】
1.一种功率生成系统(100)，包括: 第一燃气涡轮系统(102)，其包括第一涡轮构件(104)、第一一体压缩机(106)和第一燃烧器(108)，对所述第一燃烧器(108)供应来自所述第一一体压缩机(106)的空气和燃料，所述第一燃烧器(108)布置成对所述第一涡轮构件(104)供应热燃烧气体，且所述第一一体压缩机(106)具有比所述第一燃烧器(108)和所述第一涡轮构件(104)中的至少一者的进气容量大的流动容量，从而形成过量空气流(200)； 第二燃气涡轮系统(140)，其包括第二涡轮构件(144)、第二压缩机(146)和第二燃烧器(148)，对所述第二燃烧器(148)供应来自所述第二压缩机(146)的空气和燃料，所述第二燃烧器(148)布置成对所述第二涡轮构件(144)供应热燃烧气体； 控制阀系统(202)，其控制沿过量空气流(200)路径从所述第一燃气涡轮系统(102)到所述第二燃气涡轮系统(140)的所述过量空气流(200)的流动;和 冷却流体喷射器，其联接到所述过量空气流(200)路径，以用于将冷却流体喷到所述过量空气流(200)中。2.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述过量空气流(200)被供应至所述第二压缩机(146)的排出口。3.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述过量空气流(200)被供应至所述第二燃烧器(148)。4.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述过量空气流(200)被供应至所述第二涡轮构件(144)的涡轮喷嘴冷却入口( 158)。5.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述控制阀系统(202)控制去往以下中的至少一者的所述过量空气流(200)的流动:所述第二压缩机(146)的排出口、所述第二燃烧器(148)和所述第二涡轮构件(144)的涡轮喷嘴冷却入口( 158)。6.根据权利要求5所述的功率生成系统(100)，其中，所述控制阀系统(202)包括:第一控制阀，其控制去往所述第二压缩机(146)的排出口的所述过量空气流(200)的第一部分；第二控制阀(214)，其控制去往所述第二燃烧器(148)的所述过量空气流(200)的第二部分；和第三控制阀(216)，其控制去往所述第二涡轮构件(144)的涡轮喷嘴冷却入口(I58)的所述过量空气流(200)的流动的第三部分。7.根据权利要求6所述的功率生成系统(100)，还包括至少一个传感器(220)，以用于测量所述过量空气流(200)的至少一部分的流速，各传感器(220)可操作地联接到所述控制阀系统(202)。8.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的各个的排气(172，174)被供应至至少一个蒸汽发生器，以用于对蒸汽涡轮系统供能。9.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的水。10.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述冷却流体喷射器喷射作为所述冷却流体的蒸汽。
【文档编号】F02C6/00GK105986898SQ201610383226
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】S·埃卡纳亚克, D·J·戴维斯, G·V·马泰, J·E·梅斯特罗尼, A·I·西皮奥
【申请人】通用电气公司