具有产生过量空气流的压缩机及其补充压缩机的发电系统的制作方法
【专利摘要】一种发电系统(100)包括：第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件(104)、第一整体式压缩机(106)和第一燃烧器(108)，来自第一整体式压缩机(106)的空气和燃料供应至第一燃烧器(108)，第一燃烧器(108)布置成将热燃烧气体供应至第一涡轮构件(104)，且第一整体式压缩机(106)具有大于第一燃烧器(108)和/或第一涡轮构件(104)的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流(200)。第二燃气涡轮系统(140)可包括类似于第一个但在其压缩机中没有过量能力的构件。控制阀系统(202)控制过量空气流(200)从第一燃气涡轮系统到第二燃气涡轮系统(140)的流动。补充压缩机(252,254)可联接至过量空气流(200)通路来以附加空气增加过量空气流(200)。
【专利说明】具有产生过量空气流的压缩机及其补充压缩机的发电系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请涉及如下编号的共同未决美国申请:GE卷号280346-1，申请序列号14/662760;280347-1，申请序列号 14/662770;280348-1，申请序列号 14/662780;280349-1，申请序列号 14/662785;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，全部于2015年3月19日提交。
技术领域
[0002]本公开内容大体上涉及发电系统，并且更具体地涉及包括具有产生过量空气流的压缩机和用于其的补充压缩机的燃气涡轮系统的发电系统。
【背景技术】
[0003]发电系统时常使用一个或更多个燃气涡轮系统，其可与一个或更多个蒸汽涡轮系统联接以发电。燃气涡轮系统可包括具有旋转轴的多级轴流式压缩机。空气进入压缩机的入口，且由压缩机叶片级压缩，且然后排放到燃烧器，在该处，燃料(诸如天然气)焚烧以提供高能燃烧气流来驱动涡轮构件。在涡轮构件中，热气体的能量转换为功，其中的一些用于通过旋转轴驱动内部压缩机，而其余的可用于有效功以经由旋转轴(例如，旋转轴的延伸部)驱动负载(诸如发电机)以用于产生电力。若干燃气涡轮系统可在发电系统内并联使用。在联合循环系统中，一个或更多个蒸汽涡轮系统也可结合燃气涡轮系统使用。在该设置中，来自燃气涡轮系统的热排出气体给送至一个或更多个余热回收蒸汽发生器(HRSG)以产生蒸汽，该蒸汽然后给送至蒸汽涡轮构件，其具有单独的或与燃气涡轮系统整体式的旋转轴。在任何情况下，蒸汽的能量转换为功，其可用于驱动负载(诸如发电机)以用于产生电力。
[0004]当创建发电系统时，其部分构造成一起工作以提供具有期望的功率输出的系统。按需要增加功率输出和/或在有挑战性的环境背景下保持功率输出的能力是本行业中的持续挑战。例如，在热天，电消耗增加，因此增大了发电需求。热天的另一个挑战在于，当温度升高时，压缩机流减小，其导致减少的发电机输出。增加功率输出(或保持功率输出，例如，在热天)的一个途径在于将构件添加至发电系统，这可增加至燃气涡轮系统的燃烧器的气流。增加气流的一个途径是增加补充压缩机来进给燃气涡轮燃烧器。然而，该特定途径通常需要用于补充压缩机的单独的电源，这不是有效的。
[0005]增加气流的另一个途径是对压缩机升级。目前，压缩机已经改进，使得其通流能力高于其之前的压缩机。这些新的较高能力的压缩机通常制造成适应新的类似构造的燃烧器，或能够处理增加能力的旧燃烧器。升级旧燃气涡轮系统来使用新的较高能力的压缩机的挑战在于，在不升级系统的其它昂贵部分的情况下，目前没有关于不可处理增加能力的系统来使用较高能力的压缩机的机制。时常需要与压缩机升级一起同时升级的其它部分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，即使压缩机升级理论上可行，升级其它部分的附加成本由于额外费用而使升级不可行。
【发明内容】
[0006]本公开内容的第一方面提供了一种发电系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自第一整体式压缩机的空气和燃料供应至第一燃烧器，第一燃烧器布置成将热燃烧气体供应至第一涡轮构件，且第一整体式压缩机具有大于第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流;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，来自第二压缩机的空气和燃料供应至第二燃烧器，第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至第二涡轮构件;控制阀系统，其控制过量空气流沿过量空气流通路从第一燃气涡轮系统到第二燃气涡轮系统的流动；以及补充压缩机，其联接至过量空气流通路来以附加空气增加过量空气流。
[0007]本公开内容的第二方面提供了一种发电系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自第一整体式压缩机的空气和燃料供应至第一燃烧器，第一燃烧器布置成将热燃烧气体供应至第一涡轮构件，且第一整体式压缩机具有大于第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流;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，来自第二压缩机的空气和燃料供应至第二燃烧器，第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至第二涡轮构件;控制阀系统，其控制过量空气流沿过量空气流通路至第二压缩机的排放口、第二燃烧器和第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口中的至少一者的流动；以及补充压缩机，其联接至过量空气流通路来以附加空气增加过量空气流，其中控制阀系统包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，第一控制阀控制过量空气流至第二压缩机的排放口的第一部分，第二控制阀控制过量空气流至第二燃烧器的第二部分，第三控制阀控制过量空气流至第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口的流动的第三部分，以及其中第一涡轮系统和第二涡轮系统中的每一个的排气供应至至少一个蒸汽发生器来对蒸汽涡轮系统供能。
[0008]本公开内容的第三方面提供了一种方法，包括:从第一燃气涡轮系统的第一整体式压缩机获得过量空气流，第一燃气涡轮系统包括第一涡轮构件、第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自第一整体式压缩机的空气和燃料供应至第一燃烧器，第一整体式压缩机具有大于第一燃烧器和第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力;将过量空气流引导至第二燃气涡轮系统，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，来自第二压缩机的空气和燃料供应至第二燃烧器，第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至第二涡轮构件；以及使用联接至过量空气流通路的补充压缩机来增加过量空气流。
[0009]本发明的第一技术方案提供了一种发电系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自所述第一整体式压缩机的空气和燃料供应至所述第一燃烧器，所述第一燃烧器布置成将热燃烧气体供应至所述第一涡轮构件，且所述第一整体式压缩机具有大于所述第一燃烧器和所述第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流;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，来自所述第二压缩机的空气和燃料供应至所述第二燃烧器，所述第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至所述第二涡轮构件;控制阀系统，其控制所述过量空气流沿过量空气流通路从所述第一燃气涡轮系统到所述第二燃气涡轮系统的流动；以及补充压缩机，其联接至所述过量空气流通路来以附加空气增加所述过量空气流。
[0010]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述过量空气流供应至所述第二压缩机的排放口。
[0011]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述过量空气流供应至所述第二燃烧器。
[0012]本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述过量空气流供应至所述第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口。
[0013]本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述控制阀系统控制所述过量空气流至所述第二压缩机的排放口、所述第二燃烧器和所述第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口中的至少一者的流动。
[0014]本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，所述控制阀系统包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述第一控制阀控制所述过量空气流至所述第二压缩机的所述排放口的第一部分，所述第二控制阀控制所述过量空气流至所述第二燃烧器的第二部分，以及所述第三控制阀控制所述过量空气流至所述第二涡轮构件的所述涡轮喷嘴冷却入口的流动的第三部分。
[0015]本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，还包括用于测量所述过量空气流的至少一部分的流率的至少一个传感器，各个传感器可操作地联接至所述控制阀系统。
[0016]本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的每一个的排气供应至至少一个蒸汽发生器来对蒸汽涡轮系统供能。
[0017]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述补充压缩机由所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的至少一者供能。
[0018]本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，所述补充压缩机由蒸汽涡轮系统供會K。
[0019]本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，所述补充压缩机由往复式发动机供能。
[0020]本发明的第十二技术方案是在第一技术方案中，所述补充压缩机由变速电动机供會K。
[0021]本发明的第十三技术方案是在第一技术方案中，所述补充压缩机由航改燃气涡轮驱动器供能。
[0022]本发明的第十四技术方案提供了一种发电系统，包括:第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件、第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自所述第一整体式压缩机的空气和燃料供应至所述第一燃烧器，所述第一燃烧器布置成将热燃烧气体供应至所述第一涡轮构件，且所述第一整体式压缩机具有大于所述第一燃烧器和所述第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流;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，来自所述第二压缩机的空气和燃料供应至所述第二燃烧器，所述第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至所述第二涡轮构件;控制阀系统，其控制所述过量空气流沿过量空气流通路至所述第二压缩机的排放口、所述第二燃烧器和所述第二涡轮构件的涡轮喷嘴冷却入口中的至少一者的流动；以及补充压缩机，其联接至所述过量空气流通路来以附加空气增加所述过量空气流，其中所述控制阀系统包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述第一控制阀控制所述过量空气流至所述第二压缩机的所述排放口的第一部分，所述第二控制阀控制所述过量空气流至所述第二燃烧器的第二部分，所述第三控制阀控制所述过量空气流至所述第二涡轮构件的所述涡轮喷嘴冷却入口的流动的第三部分，以及其中所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的每一个的排气供应至至少一个蒸汽发生器来对蒸汽涡轮系统供能。
[0023]本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，所述补充压缩机由所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的至少一者供能。
[0024]本发明的第十六技术方案是在第十四技术方案中，所述补充压缩机由蒸汽涡轮系统供能。
[0025]本发明的第十七技术方案是在第十四技术方案中，所述补充压缩机由往复式发动机供能。
[0026]本发明的第十八技术方案是在第十四技术方案中，所述补充压缩机由变速电动机供能。
[0027]本发明的第十九技术方案是在第十四技术方案中，所述补充压缩机由航改燃气涡轮驱动器供能。
[0028]本发明的第二十技术方案提供了一种方法，包括:从第一燃气涡轮系统的第一整体式压缩机获得过量空气流，所述第一燃气涡轮系统包括第一涡轮构件、所述第一整体式压缩机和第一燃烧器，来自所述第一整体式压缩机的空气和燃料供应至所述第一燃烧器，所述第一整体式压缩机具有大于所述第一燃烧器和所述第一涡轮构件中的至少一者的吸入能力的通流能力；将所述过量空气流引导至第二燃气涡轮系统，所述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，来自所述第二压缩机的空气和燃料供应至所述第二燃烧器，所述第二燃烧器布置成将热燃烧气体供应至所述第二涡轮构件；以及使用联接至所述过量空气流通路的补充压缩机来增加所述过量空气流。
[0029]本公开内容的示范性方面设计成解决本文所述的问题和/或未论述的其它问题。
【附图说明】
[0030]本公开内容的这些及其它特征将从连同附图对本公开内容的各种方面的以下详细描述更容易理解，附图绘出了本公开内容的各种实施例，在附图中:
图1示出了根据本发明的实施例的发电系统的示意图。
[0031]应注意到，本公开内容的附图不成比例。附图意在仅绘出公开内容的典型方面，且因此不应认作是限制本公开内容的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间的相似元件。
[0032]零件列表 100发电系统
102第一燃气涡轮系统 104第一涡轮构件 106第一整体式压缩机 108第一燃烧器 110压缩机/涡轮旋转轴 120入口过滤器壳体 122,154,166发电机 140第二燃气涡轮系统 144第二涡轮构件 146第二压缩机 148第二燃烧器
150后续开发的入口过滤器壳体
152旋转轴
158喷嘴冷却入口
160蒸汽涡轮系统
162,262旋转轴
168,170蒸汽发生器
172,174排气
178排放控制系统
180控制系统
200空气流
202控制阀系统
210排放口
214第二控制阀
216第三控制阀
220传感器
250过量空气流通路
252,254补充压缩机
256控制阀。
【具体实施方式】
[0033]如上文所述，本公开内容提供了一种包括燃气涡轮系统的发电系统，燃气涡轮系统包括产生过量空气流的压缩机。本发明的实施例提供了使用过量空气流来提高发电系统的输出的途径。
[0034]参看图1，提供了根据本发明的实施例的发电系统100的示意图。系统100包括第一燃气涡轮系统102。第一燃气涡轮系统102可包括连同其它构件一起的第一涡轮构件104、第一整体式压缩机106和第一燃烧器108。如本文使用的第一"整体式"压缩机106认作是压缩机106和涡轮构件104可特别地由公共压缩机/涡轮旋转轴110(有时称为转子110)整体地联接在一起。该结构是相比于许多单独地供能且并不与涡轮构件104整体结合的补充压缩机。
[0035]燃烧器108可包括大体上包括燃烧区和燃料喷嘴组件的任何现在已知或后续开发的燃烧器系统。燃烧器108可采用环形燃烧系统或筒一环形燃烧系统(如附图中所示)的形式。在操作中，来自第一整体式压缩机106的空气和燃料(诸如天然气)供应至燃烧器108。稀释剂也可以可选地以任何现在已知或后续开发的方式输送至燃烧器108。由第一整体式压缩机106吸入的空气可穿过任何现在已知或后续开发的入口过滤器壳体120。如理解的那样，燃烧器108布置成通过燃料和空气混合物的燃烧将热燃烧气体供应至第一涡轮构件104。在涡轮构件104中，热燃烧气体的能量转换为功，其中的一些用于通过旋转轴110驱动压缩机106，其余的可用于有用功以驱动负载，诸如但不限于用于产生电力的发电机122，和/或经由旋转轴110(旋转轴110的延伸部)驱动另一涡轮。涡轮构件104可包括用于通过旋转轴110将热燃烧气流转换为功的任何现在已知或后续开发的涡轮。
[0036]在一个实施例中，燃气涡轮系统102可包括由通用电气公司(Greenville, S.C)市售的型号MS7001FB，有时称为7FB发动机。然而，本发明不限于任何一种特定燃气涡轮系统，且可结合其它系统实施，例如包括通用电气公司的型号MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)。
[0037]相比于常规燃气涡轮系统型号，第一整体式压缩机106具有大于涡轮构件104和/或第一燃烧器108的吸入能力的通流能力。即，压缩机106相比于构造成匹配燃烧器108和涡轮构件104的压缩机是升级的压缩机。如本文使用的"能力"是指流率能力。例如，燃气涡轮系统102的初始压缩机可具有大约487千克/秒(kg/s )(1075镑质量/秒(lbm/s))的最大通流能力，且涡轮构件104可具有大致相等的最大通流能力，S卩，大约487kg/s。然而，这里压缩机108取代了初始压缩机，且可具有例如大约544kg/s(12001bm/s)的增大的最大通流能力，而涡轮构件104继续具有例如大约487kg/s的最大通流能力。因此，涡轮构件104不可利用压缩机106的所有能力，且过量空气流200由高于涡轮构件104的最大能力的压缩机106产生。类似地，整体式压缩机106的通流能力可超过燃烧器108的最大吸入能力。以类似方式，涡轮构件104的功率输出如果遭受整体式压缩机106的满流能力，可超过发电机122的最大允许输入。尽管本文描述了特定示范性流率值，但要强调的是，流率能力可取决于燃气涡轮系统和使用的新的高能力整体式压缩机106广泛地改变。如本文将描述的那样，本发明提供了使用发电系统100的其它部分中的过量空气流的发电系统100的各种实施例。
[0038]在图1中所示的实施例中，发电系统100还包括一个或更多个第二燃气涡轮系统140。各个第二燃气轮系统140可包括第二涡轮构件144、第二压缩机146，以及第二燃烧器148。各个第二燃气涡轮系统140可大致类似于第一燃气涡轮系统102，只是其压缩机146并未升级或替换，且继续具有构造成匹配其相应涡轮构件144和/或燃烧器148的通流能力。如本文关于第一整体式压缩机106所述，来自第二压缩机146的空气连同燃料供应至第二燃烧器148，且第二燃烧器148布置成将热燃烧气体供应至第二涡轮构件144。稀释剂也可以可选地以任何现在已知或后续开发的方式输送至第二燃烧器148。由第二压缩机146吸入的空气可穿过任何现在已知或后续开发的入口过滤器壳体150。在第二涡轮构件144中，热燃烧气体的能量转换为功，其中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驱动负载，诸如但不限于用于产生电力的发电机154，和/或经由旋转轴152(旋转轴152的延伸部)驱动另一涡轮。
[0039]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。如本领域中理解的那样，涡轮构件中的静止喷嘴可包括用于待喷射的冷却流体流的若干入口(未示出)，冷却流体流用于冷却特别是涡轮构件的喷嘴。喷嘴内和周围的通路在需要的情况下引导冷却流体。尽管为了清楚起见仅一个入口示为在涡轮构件144的第一级，但将理解的是，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。此外，尽管涡轮喷嘴冷却入口 158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，入口实际上可设在任何级。
[0040]还如图1中所示，在一个实施例中，发电系统100可以可选地采用包括蒸汽涡轮系统160的联合循环发电设备的形式。蒸汽涡轮系统160可包括任何现在已知或后续开发的蒸汽涡轮布置。在所示的示例中，示出了高压(HP)、中压(IP)和低压(LP)区段;然而，在所有情况下，并非全部需要。如本领域已知的那样，在操作中，蒸汽进入蒸汽涡轮区段的入口，且引导穿过静止导叶，导叶相对于联接到旋转轴162(转子)的叶片向下游引导蒸汽。蒸汽可穿过其余级，将力施加在叶片上以引起旋转轴162旋转。旋转轴162的至少一端可附接到负载或机器，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生成，S卩，余热回收蒸汽发生器(HSRG) οHRSG 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140的排气174。即，燃气涡轮系统102和/或燃气涡轮系统104各自的排气172、174可供应至至少一个HRSG 168、170以用于对蒸汽涡轮系统160供能。各个燃气涡轮系统可联接到专用的HRSG，或一些系统可共用HRSG。在后一情况中，尽管示出了两个蒸汽发生器168、170，但可仅提供一个，且排气172、174都引导至其。在穿过HRSG 168、170之后，现在排尽热的燃烧气流可经由任何现在已知或后续开发的排放控制系统178来排气，例如，排气器、选择性催化还原(SCR)单元、一氧化二氮过滤器等。尽管图1示出了联合循环实施例，但将强调的是，可省略包括蒸汽发生器168、170的蒸汽涡轮系统160。在后一情况中，排气172、174将直接行进到排放控制系统178或用于其它过程。
[0041]发电系统100还可包括用于控制其各种构件的任何现在已知或后续开发的控制系统180。尽管与构件分开示出，但将理解的是，控制系统180电联接到所有构件和其相应的可控制特征，例如，阀、栗、电机、传感器、电网、发电机控制器等。
[0042]回到第一燃气涡轮系统102的细节，如本文所述，第一整体式压缩机106具有大于涡轮构件104和/或第一燃烧器108的吸入能力的通流能力，这产生过量空气流200。过量空气流200示为在其排放口处从第一整体式压缩机106获得的流。然而，应强调的是，过量空气流200可在期望情况下使用适合的阀和相关控制系统在整体式压缩机106的任何级处获得，例如，在排放口上游的一个或更多个位置处，在排放口和排放口上游的一个或更多个位置等。在任何情况下，过量空气流200最终沿过量空气流通路250穿过，该通路250可包括至第二涡轮系统140的一个或更多个管路。在图1的实施例中，控制阀系统202设置成用于控制至第二燃气涡轮系统140的过量空气流200的流动。尽管示为似乎过量空气流200引导至仅一个第二燃气涡轮系统140，但将理解的是，过量空气流可在期望情况下和在过量空气流可支持一个以上的系统的情况下引导至一个或更多个第二燃气涡轮系统140。
[0043]发电系统100还包括联接到过量空气流通路250上来以附加空气254增加过量空气流200的补充压缩机252。补充压缩机254可采用吸入和压缩环境空气流的任何压缩机的形式。在一个实施例中，补充压缩机252可流体地联接到第二燃气涡轮系统140的入口过滤器壳体150上;然而，其可联接到任何形式的进气系统上。补充压缩机252可由能量源260供能，例如，使用旋转轴262或用于传递旋转能的其它机构。能量源260可采用多种形式。在一个实施例中，补充压缩机252可由第一涡轮系统102和第二涡轮系统140中的至少一者供能。在此情况下，能量源260可采用将旋转轴262联接到旋转轴110和/或旋转轴152上的变速器形式。在一个实施例中，补充压缩机252可由蒸汽涡轮系统(诸如蒸汽涡轮系统160)供能。这里，能量源260可采用将旋转轴260联接到蒸汽涡轮系统160的旋转轴162上的变速器形式。另一个实施例可具有由往复式发动机供能的补充压缩机252。在此情况下，能量源260可采用能够对旋转轴262供能的任何现在已知或以后开发的往复式发动机的形式，诸如但不限于，燃机、柴油机等。在又一个实施例中，补充压缩机252可由变速电动机供能。这里，能量源260可采用能够对旋转轴262供能的任何现在已知或以后开发的变速电动机的形式。最后，在另一个实施例中，补充压缩机252可为由航改燃气涡轮驱动器供能，诸如但不限于:General Electric LM2500, General Electric LM6000, Rolls-Royce RB211, Rolls-Royce Avon或太阳能祸轮。
[0044]控制阀256可操作成控制过量空气流动通路250中的过量空气流200的量，且控制阀266可操作成控制由补充压缩机252提供至过量空气流动通路250的附加空气254的量。
[0045]过量空气流200可由控制阀系统202以若干方式从第一燃气涡轮系统102引导至第二涡轮系统140。如图所示，控制阀系统202控制过量空气流200至第二压缩机146的排放口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中的至少一者的流动。控制阀系统202可包括向第二涡轮系统140的期望部分供应过量空气流200的至少一部分所需的任何数目的阀。如图所示，控制阀系统202可包括三个阀。第一控制阀212可控制至第二压缩机146的排放口 210的过量空气流200的第一部分。以此方式，过量空气流200可添加至来自压缩机146的气流，而没有由此带来的额外能量消耗。第二控制阀214可控制至第二燃烧器148的过量空气流200的第二部分，因此提供了用于燃烧的附加空气。第三控制阀216可控制至第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158的过量空气流200的第三部分以特别地向涡轮构件的喷嘴提供冷却流体。在操作中，所示的示例可如下起作用:首先，在控制阀210打开且控制阀212、214关闭的情况下，过量空气流200供应至第二压缩机146的排放口 210;第二，在控制阀210和216关闭且控制阀214打开的情况下，过量空气流200供应至燃烧器148;且最后，在控制阀210、212关闭且控制阀216打开的情况下，过量空气流200供应至第二涡轮构件144的涡轮喷嘴冷却入口 158。各个控制阀210、212、214可定位在打开与关闭之间的任何位置，以将期望的分流提供至规定的构件。此外，尽管至各个构件的一个通路示为在各个控制阀之后，但将强调的是，其它管路和控制阀可提供成将过量空气流200的相应部分进一步分配至各个子部分，例如，第二涡轮构件144上的许多涡轮喷嘴冷却入口 158、燃烧器148的许多燃烧筒等。控制阀系统202还可包括用于控制过量空气流通路250中的过量空气流200的控制阀256以及控制由补充压缩机252供应的附加空气的控制阀266。还如图所示，至少一个传感器220可提供成用于测量过量空气流200的至少一部分的流率，例如，在从第一整体式压缩机106取出时，在各个控制阀212、214、216之后，等。各个传感器220均可操作地联接到控制阀系统202，控制阀系统202可包括用于所示的各种控制阀的自动操作的任何现在已知或后续开发的工业控制。
[0046]控制阀系统202且因此过量空气流200的流动和补充压缩机252的操作可使用任何现在已知或后续开发的工业控制器来控制，该控制器可为总体发电系统100控制系统180的一部分。控制系统180可以以已知方式控制发电系统100的所有各种构件的操作，包括对控制阀系统202进行控制。
[0047]包括具有产生过量空气流200的第一整体式压缩机106的第一燃气涡轮系统102的发电系统100相比于常规系统提供了若干优点。例如，压缩机106可相对于在系统中升级所有压缩机(其在使用若干燃气涡轮的情况下可能很昂贵)以较低成本改善发电系统100的功率组峰值、基本和热天输出。此外，本发明的实施例降低了升级的压缩机(即，压缩机106)的相对成本，且继而又通过提供有效地消耗更多过量空气流的方式改善了升级的压缩机的耐久性和合意性。此外，包括第一整体式压缩机106的发电系统100通过在任何一个或更多个以下示范性子系统尺寸过小的情况下改善项目耐久性来扩大系统100的操作包络: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，相比于升级两个压缩机106、146或无为情况，系统100提供改善情况来升级例如两个燃气涡轮和一个蒸汽涡轮联合循环(2x1 CC)系统中的单个压缩机。
[0048]本文所述的术语仅用于描述特定实施例的目地，且不意图限制本公开内容。如本文使用的单数形式〃一个〃、〃一种〃和〃该〃意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语〃包括"和/或"包含"在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或增加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其群组。
[0049]以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物意图包括用于结合如明确要求保护的其它提出的元件执行功能的任何结构、材料或动作。本公开内容的描述出于说明和描述目的提出，但不意图为详尽的或将本公开内容限于公开的形式。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，许多修改和变型对本领域的普通技术人员而言将是明显的。选择和描述了实施例以便最佳地阐释本公开内容和其实际应用的原理，且使本领域的普通技术人员能够将本公开内容认作是适于构想的特定使用的具有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种发电系统(100)，包括: 第一燃气涡轮系统，其包括第一涡轮构件(104)、第一整体式压缩机(106)和第一燃烧器(108)，来自所述第一整体式压缩机(106)的空气和燃料供应至所述第一燃烧器(108)，所述第一燃烧器(108)布置成将热燃烧气体供应至所述第一涡轮构件(104)，且所述第一整体式压缩机(106)具有大于所述第一燃烧器(108)和所述第一涡轮构件(104)中的至少一者的吸入能力的通流能力，从而产生过量空气流(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)，来自所述第二压缩机(146)的空气和燃料供应至所述第二燃烧器(148)，所述第二燃烧器(148)布置成将热燃烧气体供应至所述第二涡轮构件(144); 控制阀系统(202)，其控制所述过量空气流(200)沿过量空气流(200)通路从所述第一燃气涡轮系统到所述第二燃气涡轮系统(140)的流动；以及 补充压缩机(252，254)，其联接至所述过量空气流(200)通路来以附加空气增加所述过量空气流(200)。2.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述过量空气流(200)供应至所述第二压缩机(146)的排放口(210)。3.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述过量空气流(200)供应至所述第二燃烧器(148)。4.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述过量空气流(200)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所述的发电系统(100)，其特征在于，所述控制阀系统(202)控制所述过量空气流(200)至所述第二压缩机(146)的排放口(210)、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)中的至少一者的流动。6.根据权利要求5所述的发电系统(100)，其特征在于，所述控制阀系统(202)包括第一控制阀(256)、第二控制阀(214)和第三控制阀(216)，所述第一控制阀(256)控制所述过量空气流(200)至所述第二压缩机(146)的所述排放口(210)的第一部分，所述第二控制阀(214)控制所述过量空气流(200)至所述第二燃烧器(148)的第二部分，以及所述第三控制阀(216)控制所述过量空气流(200)至所述第二涡轮构件(144)的所述涡轮喷嘴冷却入口(158)的流动的第三部分。7.根据权利要求6所述的发电系统(100)，其特征在于，还包括用于测量所述过量空气流(200)的至少一部分的流率的至少一个传感器(220)，各个传感器(220)可操作地联接至所述控制阀系统(202)。8.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的每一个的排气(172，174)供应至至少一个蒸汽发生器来对蒸汽涡轮系统(160)供能。9.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述补充压缩机(252，254)由所述第一涡轮系统和所述第二涡轮系统中的至少一者供能。10.根据权利要求1所述的发电系统(100)，其特征在于，所述补充压缩机(252，254)由蒸汽涡轮系统(160)供能。
【文档编号】F02C3/13GK105986901SQ201610155320
【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, W.T.费希尔, R.M.奥伦斯坦, A.I.西皮奥
【申请人】通用电气公司