具有形成过量空气流的压缩机和利用其的涡轮膨胀机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)可包括发电机和用于对发电机(122，166)供能的燃气涡轮系统(102)，燃气涡轮系统包括涡轮构件(104)、一体压缩机(106)和燃烧器(108)，对燃烧器供应来自一体压缩机的空气和燃料，燃烧器布置成对涡轮构件供应热燃烧气体，且一体压缩机具有比燃烧器和涡轮构件中至少一者的进气容量大的流动容量从而形成过量空气流。涡轮膨胀机(272)还可对发电机供能。第一控制阀控制沿过量空气流路径到涡轮膨胀机的入口的过量空气流的流动。引射器(252)可位于过量空气流路径中以将过量空气流用作动力来利用额外空气扩增过量空气流。涡轮膨胀机的排放物(204，274)供应给一体压缩机的入口。
【专利说明】具有形成过量空气流的压缩机和利用其的涡轮膨胀机的功率生成系统
[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280356-1 (14/662814) ； 280357-1 (14/662822); 280358-1 (14/662828); 280359-1 (14/662836);案号280360-1 (14/662847)；280361-1(14/662851) ;280362-1(14/662858);和281470-1(14/662751)，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，且更具体地，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形成过量空气流的压缩机，该过量空气流用于对燃气涡轮系统的发电机供能的涡轮膨胀机。还提供用于扩增过量空气流的引射器(eductor)。
【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，且然后被排放到燃烧器，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储存容器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储存容器的单独的功率源，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]本发明的第一方面提供一种功率生成系统，其包括:发电机;燃气涡轮系统，其用于对发电机供能，燃气涡轮系统包括涡轮构件、一体压缩机和燃烧器，对该燃烧器供应来自一体压缩机的空气和燃料，燃烧器布置成对涡轮构件供应热燃烧气体，且一体压缩机具有比燃烧器和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;涡轮膨胀机，其对发电机供能;第一控制阀，其控制过量空气流的沿过量空气流路径到涡轮膨胀机的入口的流动;和引射器，其定位在过量空气流路径中以用于将过量空气流用作动力来利用额外空气扩增过量空气流，其中，涡轮膨胀机的排放物被供应至一体压缩机的入口。
[0008]本公开的第二方面提供一种功率生成系统，其包括:发电机;燃气涡轮系统，其用于对发电机供能，燃气涡轮系统包括涡轮构件、一体压缩机和燃烧器，对该燃烧器供应来自一体压缩机的空气和燃料，燃烧器布置成对涡轮构件提供热燃烧气体，且一体压缩机具有比燃烧器和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;涡轮膨胀机，其用于对发电机供能;第一控制阀，其控制过量空气流的沿过量空气流路径到涡轮膨胀机的入口的流动;和引射器，其定位在过量空气流路径中以用于将过量空气流用作动力来利用周围空气扩增过量空气流，其中，涡轮膨胀机的排放物被供应到一体压缩机的入
□ O
[0009]本发明的第三方面提供一种方法，包括:使用燃气涡轮系统来对发电机供能，燃气涡轮系统包括涡轮构件、一体压缩机和燃烧器，对该燃烧器供应来自一体压缩机的空气和燃料，燃烧器布置成对涡轮构件供应热燃烧气体，且一体压缩机具有比燃烧器和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;使用涡轮膨胀机来对发电机供能;从燃气涡轮系统提取过量空气流且将过量空气流引导到涡轮膨胀机的入口；和将涡轮膨胀机的排放物引导到供应到一体压缩机的入口。
[0010]技术方案1:一种功率生成系统100，包括:
[0011]发电机122;
[0012]燃气涡轮系统102，其用于对所述发电机122供能，所述燃气涡轮系统102包括涡轮构件104、一体压缩机106和燃烧器108，对所述燃烧器108供应来自所述一体压缩机106的空气和燃料，所述燃烧器108布置成对所述涡轮构件104供应热燃烧气体，且所述一体压缩机106具有比所述燃烧器108和所述涡轮构件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；
[0013]涡轮膨胀机272，其用于对所述发电机122，166供能;和
[0014]第一控制阀262，206，其控制沿过量空气流路径250到所述涡轮膨胀机272的入口的所述过量空气流的流动，
[0015]其中，所述涡轮膨胀机272的排放物204，274被供应到所述一体压缩机106的入口。
[0016]技术方案2:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述涡轮构件104的排气172对热回收蒸汽发生器168(HRSG)进行供给，以用于形成用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽。
[0017]技术方案3:根据技术方案2所述的功率生成系统100，其中HRSG还对联合发电蒸汽负载170供给蒸汽。
[0018]技术方案4:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述第一控制阀262，206系统202包括控制从所述一体压缩机106的排放物204，274取出的所述过量空气流的第一部分的压缩机排放物204，274控制阀262，206，和控制从所述排放物204，274上游的所述一体压缩机106的级取出的所述过量空气流的第二部分的上游控制阀262，206。
[0019]技术方案5:根据技术方案4所述的功率生成系统100，还包括用于测量所述过量空气流的各部分的流速的至少一个传感器220，各传感器220可操作地联接到相应的控制阀262，206o
[0020]技术方案6:根据技术方案5所述的功率生成系统100，还包括引射器252，所述引射器252定位在所述过量空气流路径250中，以用于将所述过量空气流用作动力来利用额外空气254扩增所述过量空气流。
[0021]技术方案7:根据技术方案6所述的功率生成系统100，其中，所述引射器252包括抽吸侧流动路径258，且还包括所述抽吸侧流动路径258中的第二控制阀系统262，206，所述第二控制阀系统262，206控制到所述引射器252中的所述额外空气254的流动。
[0022]技术方案8:根据技术方案7所述的功率生成系统100，还包括用于测量在所述抽吸侧流动路径258中的所述额外空气254的流速的传感器220，所述传感器220可操作地联接到所述第二控制阀系统262，206。
[0023]技术方案9:根据技术方案7所述的功率生成系统100，其中，所述抽吸侧流动路径258流体地连接到所述一体压缩机106的入口过滤器。
[0024]技术方案10:根据技术方案I所述的功率生成系统100，其中，所述额外空气254包括周围空气。
[0025]技术方案11:根据技术方案I所述的功率生成系统100，还包括引射器252，所述引射器252定位在所述过量空气流路径250中，以用于将所述过量空气流用作动力来利用额外空气254扩增所述过量空气流。
[0026]技术方案12:—种功率生成系统100，包括:
[0027]发电机122，166;
[0028]燃气涡轮系统102，其用于对所述发电机122，166供能，所述燃气涡轮系统102包括涡轮构件104、一体压缩机106和燃烧器108，对所述燃烧器108供应来自所述一体压缩机106的空气和燃料，所述燃烧器108布置成对所述涡轮构件104供应热燃烧气体，且所述一体压缩机106具有比所述燃烧器108和所述涡轮构件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；
[0029]涡轮膨胀机272，其用于对所述发电机122，166供能；
[0030]第一控制阀262，206，其控制沿过量空气流路径250到所述涡轮膨胀机272的入口的所述过量空气流的流动;和
[0031]引射器252，其定位在所述过量空气流路径250中，以用于将所述过量空气流用作动力来利用周围空气扩增所述过量空气流，
[0032]其中，所述涡轮膨胀机272的排放物204，274被供应到所述一体压缩机106的入口。
[0033]技术方案13:根据技术方案12所述的功率生成系统100，其中，所述涡轮构件104的排气172对热回收蒸汽发生器168(HRSG)进行供给，以用于形成用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽。
[0034]技术方案14:根据技术方案13所述的功率生成系统100，其中，HRSG还对联合发电蒸汽负载170供给蒸汽。
[0035]技术方案15:根据技术方案12所述的功率生成系统100，其中，所述第一控制阀262，206系统202包括控制从所述一体压缩机106的排放物204，274取出的所述过量空气流的第一部分的压缩机排放物204，274控制阀262，206，和控制从所述排放物204，274上游的所述一体压缩机106的级取出的所述过量空气流的第二部分的上游控制阀262，206。
[0036]技术方案16:根据技术方案12所述的功率生成系统100，其中，所述引射器252包括抽吸侧流动路径258，且还包括所述抽吸侧流动路径258中的第二控制阀系统262，206，所述第二控制阀系统262，206控制到所述引射器252中的周围空气254的流动。
[0037]技术方案17:根据技术方案16所述的功率生成系统100，其中，所述抽吸侧流动路径258流体地联接到所述一体压缩机106的入口过滤器。
[0038]技术方案18:—种方法，包括:
[0039]使用燃气涡轮系统102来对发电机122，166供能，所述燃气涡轮系统102包括涡轮构件104、一体压缩机106和燃烧器108，对所述燃烧器108供应来自所述一体压缩机106的空气和燃料，所述燃烧器108布置成对所述涡轮构件104供应热燃烧气体，且所述一体压缩机106具有比所述燃烧器108和所述涡轮构件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；
[0040]使用涡轮膨胀机272来对所述发电机122，166供能；
[0041]从所述燃气涡轮系统102提取所述过量空气流，并将所述过量空气流引导到所述涡轮膨胀机272的入口；和
[0042]将所述涡轮膨胀机272的排放物204，274引导到供应到所述一体压缩机106的入
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[0043]技术方案19:根据技术方案18所述的方法，还包括:
[0044]使用定位在过量空气流路径250中的引射器252来利用额外空气254扩增所述过量空气流，所述引射器252将所述过量空气流用作动力来形成扩增的过量空气流270;和
[0045]将所述扩增的过量空气流270在所述过量空气流路径250中引导到所述涡轮膨胀机272的入口。
[0046]技术方案20:根据技术方案18所述的方法，还包括将所述涡轮构件104的排气172引导到热回收蒸汽发生器168(HRSG)，以用于形成用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽。
[0047]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】
[0048]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:
[0049]图1示出了根据本发明实施例的功率生成系统的示意图。
[0050]图2示出了根据本发明实施例的包括引射器的功率生成系统的示意图。
[0051]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。
[0052]部件列表
[0053]100示例
[0054]100 功率生成系统
[0055]102 燃气涡轮系统
[0056]104 涡轮构件
[0057]106一体压缩机
[0058]108燃烧器
[0059]HO旋转轴
[0060]112 起动马达
[0061]120 入口过滤器壳体
[0062]122，166 发电机
[0063]160 蒸汽涡轮系统
[0064]162旋转轴
[0065]168 蒸汽发生器
[0066]170 蒸汽负载
[0067]172排气
[0068]178 排放控制系统
[0069]180 控制系统
[0070]202 控制阀系统
[0071]204，274 排放物
[0072]206，262 控制阀
[0073]212上游控制阀
[0074]220传感器
[0075]250 过量空气流路径
[0076]252引射器
[0077]254额外空气
[0078]256额外空气源
[0079]258侧流动路径
[0080]260 第二控制阀系统
[0081]270 增大的过量空气流
[0082]272 涡轮膨胀机。
【具体实施方式】
[0083]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的输出和值的方法。
[0084]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包括燃气涡轮系统102。其中，燃气涡轮系统102可包括涡轮构件104、一体压缩机106和燃烧器108。如在本文中使用的，“一体”压缩机106由此称为压缩机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—体的许多压缩机不同。
[0085]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，该功中的一些可用于通过旋转轴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。起动马达112，诸如但不限于常规起动马达或负载整流逆变器(LCI)马达(图示)，也可联接到旋转轴110，以用于以任何常规的方式起动燃气涡轮系统102。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。
[0086]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。
[0087]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))的最大流速容量，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。(在必要的情况下，起动马达112也可如例示的那样已升级为例如LCI马达，以适应用于起动一体压缩机106所需要的增大的功率要求)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形成高于例如涡轮构件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。
[0088]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，燃气涡轮系统102或另一燃气涡轮系统。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，即热回收蒸汽发生器(HRSG)生成。HRSG168可联接到例如燃气涡轮系统102的排气172在行进通过HRSG168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HRSG168的蒸汽涡轮系统160。在该后一种情况下，排气172将直接行进到排放控制系统175，或用在其他过程中。
[0089]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、齿轮装置、发电机控制件等。
[0090]回到燃气涡轮系统102的细节，如本文中提到的，一体压缩机106具有比涡轮构件104和/或燃烧器108的进气容量大的流动容量，这形成过量空气流200。如所例示的，过量空气流200可通过从压缩机106提取空气而形成。在一个实施例中，第一控制阀系统202控制过量空气流200沿过量空气流路径250到涡轮膨胀机272的流动，涡轮膨胀机272对燃气涡轮系统102的发电机122供能。第一控制阀系统202可包括供应期望的过量空气流200所需的任何数量的阀门，例如一个、两个(如图所示)或多于两个。在一个实施例中，过量空气流200可利用压缩机排放物控制阀206从一体压缩机106在其排放物204处提取。即，压缩机排放物控制阀206控制从一体压缩机106的排放物204取出的过量空气流200的第一部分。在该情况下，另一上游阀212可省略。然而，在另一实施例中，可利用合适的阀和有关控制系统在压缩机106的一个或更多个级处在期望的位置提取过量空气流200，例如在排放物204上游的一个或更多个位置处、在排放物204和排放物上游的一个或多个位置处等。在该情况下，第一控制阀系统202还可包括控制从排放物204上游的一体压缩机106的级提取的过量空气流200的第二部分的一个或更多个上游控制阀212。在第一控制阀系统202中可采用任何数量的上游控制阀212，以提供来自一体压缩机106的任何期望的过量空气流200，即，具有期望的压力、流速、体积等。在其他上游控制阀212提供期望的过量空气流200的情况下，可省略压缩机排放阀206。第一控制阀系统202还可包括用于测量过量空气流的各部分的流速的至少一个传感器220，各传感器220可以可操作地联接到相应的控制阀或总体控制系统180。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或以后研发的工业控制器。
[0091]参见图2，功率生成系统100还可以可选地包括引射器252，该引射器252定位在过量空气流路径250中以用于将过量空气流200用作动力来利用额外空气254扩增过量空气流。额外空气254与过量空气流200—起形成扩增的过量空气流270，该扩增的过量空气流270被输送到涡轮膨胀机272。即，扩增的过量空气流270被供应至涡轮膨胀机272。扩增的过量空气流270对涡轮膨胀机272提供增加的总空气质量。
[0092]引射器252可采用使用动力流体流来栗送抽吸流体(即额外空气254)的任何栗的形式。在此，引射器252将过量空气流200用作动力流体，以从额外空气源256沿抽吸侧流动路径258对过量空气流200添加额外空气254，即，通过在额外空气中抽吸。额外空气源256可采用多种形式。在一个实施例中，额外空气源256可采用一体压缩机106的入口过滤器壳体120的形式。在该情况下，去往引射器252的抽吸侧流动路径258可联接到一体压缩机106的入口过滤器壳体120，使得额外空气254包含周围空气。在另一实施例中，额外空气254可包括来自与入口过滤器壳体120不同的额外空气源256(例如另一过滤器壳体)的周围空气、直接来自环境但稍后在流动路径258内得到过滤的空气等。第二控制阀系统260可设在抽吸侧流动路径258中，以用于控制额外空气254到引射器252中的流动。第二控制阀系统260可包括控制阀262，控制阀262可操作以控制到引射器252中的额外空气254的量。第二控制阀系统260还可包括用于测量额外空气254在抽吸侧流动路径258中的流速的至少一个传感器，该传感器可操作地联接到第二控制阀系统260，以用于测量额外空气254的流速。
[0093]过量空气流200或扩增的过量空气流270最终沿过量空气流路径250行进到涡轮膨胀机272，过量空气流路径250可包括一个或更多个管。尽管例示为好像过量空气流200或流270在单个管道中被引导到涡轮膨胀机272，但应当明白，任何一种流都可被引导到涡轮膨胀机272的一个或更多个位置。涡轮膨胀机272可包括任何当前已知或以后研发的如下轴向或离心涡轮，其能够接收高压气体，诸如过量空气流200或扩增的过量空气流270，且通过高压气体的膨胀来产生功。如所例示的，涡轮膨胀机272可对燃气涡轮系统102的发电机122供能。过量空气流200(图1)或扩增的过量空气流270(图2)可用于取决于引射器252是否正在操作来通过涡轮膨胀机272生成功率，从而以有效率的方式利用一体压缩机106的过量容量。涡轮膨胀机272的排放物274可被供应至一体压缩机106的入口。排放物274可包括膨胀的过量空气流200或膨胀的扩增过量空气流270，且因此当被添加到入口压缩机106时可增加效率，因为排放物比由一体压缩机106吸入的周围空气冷。
[0094]如还例示的，涡轮构件104的排气172可供给至HRSG 168，以用于形成用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽。如所例示的，HRSG 168还可对联合发电蒸汽负载170供给蒸汽。联合发电蒸汽负载170可包括例如，去往石化设施的蒸汽、用于区域供热的蒸汽、用于(柏油砂)油提炼的蒸汽等。
[0095]还关于各控制阀系统202，206，其各控制阀可定位在打开与关闭之间的任意位置，以对规定的构件提供期望的分流。另外，尽管在各控制阀后例示去往各部件的一个通道，但应强调的是，可提供其他管系和控制阀，以将过量空气流200的相应部分进一步分配至各种子部件，例如去往引射器252的多个入口等。各传感器220可以可操作地联接到控制阀系统202，260和控制系统180，以用于以已知的方式进行自动控制。可遍及功率生成系统100在必要的位置提供用于测量流量的其他传感器200。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202，260。
[0096]包括如下燃气涡轮系统102的功率生成系统100与常规系统相比提供很多优点，该燃气涡轮系统102具有形成过量空气流200的一体压缩机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，与不采取任何措施的情形相比，系统100提供了例如在单燃气涡轮和单蒸汽涡轮联合循环(1x1CC)系统中升级单个压缩机的有利情形。此外，引射器252可形成扩增的过量空气流270，以用于去往涡轮膨胀机272的额外质量流以用于通过发电机122进行额外的功率生成，和去往一体压缩机106的额外质量流。
[0097]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。
[0098]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: 发电机(122); 燃气涡轮系统(I 02 )，其用于对所述发电机(122)供能，所述燃气涡轮系统(102)包括涡轮构件(104)、一体压缩机(106)和燃烧器(108)，对所述燃烧器(108)供应来自所述一体压缩机(106)的空气和燃料，所述燃烧器(108)布置成对所述涡轮构件(104)供应热燃烧气体，且所述一体压缩机(106)具有比所述燃烧器(108)和所述涡轮构件(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； 涡轮膨胀机(272)，其用于对所述发电机(122，166)供能;和 第一控制阀(262，206)，其控制沿过量空气流路径(250)到所述涡轮膨胀机(272)的入口的所述过量空气流的流动， 其中，所述涡轮膨胀机(272)的排放物(204，274)被供应到所述一体压缩机(106)的入□ O2.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述涡轮构件(104)的排气(172)对热回收蒸汽发生器(168)(HRSG)进行供给，以用于形成用于蒸汽涡轮系统(160)的蒸汽。3.根据权利要求2所述的功率生成系统(100)，其中HRSG还对联合发电蒸汽负载(170)供给蒸汽。4.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述第一控制阀(262，206)系统(202)包括控制从所述一体压缩机(106)的排放物(204，274)取出的所述过量空气流的第一部分的压缩机排放物(204，274)控制阀(262,206),和控制从所述排放物(204，274)上游的所述一体压缩机(106)的级取出的所述过量空气流的第二部分的上游控制阀(262，206)。5.根据权利要求4所述的功率生成系统(100)，还包括用于测量所述过量空气流的各部分的流速的至少一个传感器(220)，各传感器(220)可操作地联接到相应的控制阀(262，206) ο6.根据权利要求5所述的功率生成系统(100)，还包括引射器(252)，所述引射器(252)定位在所述过量空气流路径(250)中，以用于将所述过量空气流用作动力来利用额外空气(254)扩增所述过量空气流。7.根据权利要求6所述的功率生成系统(100)，其中，所述引射器(252)包括抽吸侧流动路径(258)，且还包括所述抽吸侧流动路径(258)中的第二控制阀系统(262，206)，所述第二控制阀系统(262，206)控制到所述引射器(252)中的所述额外空气(254)的流动。8.根据权利要求7所述的功率生成系统(100)，还包括用于测量在所述抽吸侧流动路径(258)中的所述额外空气(254)的流速的传感器(220)，所述传感器(220)可操作地联接到所述第二控制阀系统(262，206)。9.根据权利要求7所述的功率生成系统(100)，其中，所述抽吸侧流动路径(258)流体地连接到所述一体压缩机(106)的入口过滤器。10.根据权利要求1所述的功率生成系统(100)，其中，所述额外空气(254)包括周围空气。
【文档编号】F02C3/04GK105986899SQ201610398552
【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, 金基亨, A·I·西皮奥, 唐永明, M·W·亚诺尔德
【申请人】通用电气公司