专利名称：用于使用太阳能加热系统来加热给水的系统和方法
技术领域：
本发明涉及在蒸汽轮机的运行期间被锅炉消耗的给水；并且更具体而言，涉及结 合太阳能加热系统来加热给水的系统和方法。
背景技术：
结合了蒸汽轮机的动力设备典型地集成有冷凝器和锅炉。冷凝器接收蒸汽轮机排 出的低能蒸汽或蒸汽-水混合物。在接收低能蒸汽之后，冷凝器从蒸汽中抽取热量，蒸汽冷 凝而形成给水。锅炉接收和加热给水，直到转换成蒸汽为止，蒸汽被传送到蒸汽轮机，并且 重复这个闭环过程。一些锅炉，例如(但不限于)热回收蒸汽发生器(HRSG)，用来自燃气轮 机的排气的能量来加热给水。其它的锅炉通过从蒸汽轮机抽取的蒸汽来加热给水。用以加 热给水的这两种方法均减少了动力设备的输出。太阳能是可再生能源，它的应用和使用越来越多。太阳能的使用在涡轮机暴露于 足够量的阳光的区域中可为有利的。使用太阳能的一些好处包括(但不限于)提高涡轮 机的输出和效率，以及减少涡轮机排放。太阳能系统的效率根据使用的太阳能技术的类型 而不同。这种不同可使得对涡轮机现场增加太阳能技术在成本方面非常高昂。如果太阳能 系统可构造成以便加热给水，则通常用于给水加热的蒸汽将可用来产生功率。出于前述原因，需要一种降低与加热由锅炉所消耗的给水相关联的寄生负荷的系 统。该系统应当结合相对高效的太阳能技术来提高给水的温度。
发明内容
根据本发明的一个实施例，(提供了)一种用于提高给水的温度的系统，该系统包 括构造成用于将蒸汽转换成机械能的蒸汽轮机；与蒸汽轮机集成的冷凝器，其中，冷凝器 构造成用于将从蒸汽轮机排出的蒸汽转换成给水；以及构造成用于加热给水的太阳能加热 系统，其中，太阳能加热系统接收从冷凝器排出的给水；其中，太阳能加热系统将给水从第 一温度加热到第二温度。根据本发明的一个备选实施例，(提供了)一种构造成用于升高给水的温度的动 力设备，该动力设备包括构造成用于将蒸汽转换成机械能的蒸汽轮机；与蒸汽轮机集成 的冷凝器，其中，冷凝器构造成用于将从蒸汽轮机排出的蒸汽转换成给水；构造成用于加热 给水的太阳能加热系统，其中，太阳能加热系统接收从冷凝器排出的给水；其中，太阳能加 热系统将给水从第一温度加热到第二温度；以及构造成用于将给水转换成蒸汽的锅炉，其 中，锅炉接收被太阳能加热系统排出的、在第二温度处的给水，以及其中，锅炉将蒸汽排到 蒸汽轮机；其中，太阳能加热系统减少了由锅炉在将给水加热到允许给水转换成蒸汽的温 度时所做的功的量；从而提高了动力设备的整体效率。根据本发明的另一个备选实施例，(提供了)一种升高给水的温度的方法，该方法 包括提供蒸汽轮机，其中，蒸汽轮机构造成用于将蒸汽转换成机械能；提供与蒸汽轮机集 成的冷凝器，其中，冷凝器构造成用于将从蒸汽轮机排出的蒸汽冷凝成给水；提供构造成用于加热给水的太阳能加热系统，其中，太阳能加热系统接收从冷凝器排出的给水；以及操作 太阳能加热系统来将给水从第一温度加热到第二温度。
图1是示出了本发明的一个实施例可在其中运行的环境的示意图。图2是示出了根据本发明的一个实施例的太阳能加热系统的一个实例的示意图。图3是示出了根据本发明的一个备选实施例的太阳能加热系统的一个实例的示 意图。部件列表100燃气轮机105压缩机110燃烧系统115涡轮区段120 排气125发电机135 HRSG140 烟囱145 蒸汽150蒸汽轮机155发电机160冷凝器165 给水170 泵175太阳能加热系统200抛物线型槽系统205线性抛物线型反射器210接收器300太阳能塔架系统305跟踪反射器310接收器315 塔架
具体实施例方式优选实施例的以下详细描述参照了附图，附图示出了本发明的具体实施例。具有 不同的结构和操作的其它实施例并不脱离本发明的范围。本文公开了详细的示例性实施例。但是，出于描述示例性实施例的目的，本文公开 的具体结构和功能性细节仅是代表性的。但是，示例性实施例可实施为许多备选形式，并且 不应当被看作仅限于本文阐述的实施例。因此，在示例性实施例能够具有各种修改和备选形式的同时，在附图中以实例的方式对其实施例进行了说明，并且将在本文中对其进行详细描述。但是，应当理解，不意在 将示例性实施例限于公开的特定形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落在示例性实施例 的范围内的所有修改、等效物和备选方案。将理解，虽然本文可使用用语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些元件不应 当受这些用语的限制。这些用语仅用来使不同的元件彼此区分。例如，第一元件可称为第二 元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件而不脱离示例性实施例的范围。如本文所用， 用语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。本文使用的术语仅是为了描述特定实施例，并且不意在限制示例性实施例。如本 文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在还包括复数形式，除非上下文明确作出其它 表示。将进一步理解，当在本文中使用时，用语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有” 规定了存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或附加一个 或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。还应当注意，在一些备选实施方式中，所提到的功能/动作可不按照图中所提到 的顺序来发生。例如，取决于涉及的功能/操作，两个接连的图可基本同时执行，或者有时 可按相反的顺序执行。仅出于方便读者的原因，本文使用了某些术语，并且它们不应当被看作是对本发 明的范围的限制。例如，诸如“上，，、“下，，、“左，，、“右，，、“前，，、“后，，、“顶，，、“底，，、“水平，，、“竖 直”、“上游”、“下游”、“头”、“尾”等等的词语仅对图中所示的构造进行描述。实际上，本发明 的实施例的元件或多个元件可沿任何方向定向，且因此，术语应当理解为包括这样的变型， 除非另有规定。本发明可应用于具有蒸汽轮机的多种动力设备，例如但不限于联合循环动力设 备、联合发电动力设备、单独的蒸汽轮机设备等。本发明的一个实施例可应用于或者单个蒸 汽轮机或者多个蒸汽轮机。本发明的一个实施例采用这样一种系统和方法的形式这种系统和方法可至少使 用至少一个太阳能加热系统来加热锅炉(例如但不限于HRSG)所消耗的给水。本发明的元 件可由可经受太阳能加热系统可在其中运行和操作的运行环境的任何材料制成。本发明的一个实施例可结合集中式太阳能(CSP)系统。大体上，CSP系统结合了 多个透镜、反射镜或它们的组合以及跟踪系统，以使大面积的阳光聚焦，从而形成小的集中 的光束。集中的光然后可用作热源。在本发明的一个实施例中，热源可用来部分地或完全 加热被HRSG消耗的给水。CSP系统可采用太阳能槽系统、抛物线型盘系统、太阳能塔架系统 等的形式。现在参看附图，在附图中，不同的标号贯穿几幅图表示相似的元件，图1是示出了 本发明的一个实施例可在其中操作的环境的示意图。图1示出了包括成联合循环构造的燃 气轮机100和至少一个太阳能加热系统175的联合循环动力设备。燃气轮机100大体上包 括压缩机105、燃烧系统110和涡轮区段115。烟囱140可位于涡轮区段115的下游。大体上，压缩机105接收和压缩入口空气，入口空气由图1中的箭头表示。压缩空 气可向下游流到燃烧系统110，在燃烧系统110中，压缩空气与诸如但不限于天然气的燃料 (未示出)混合，且然后燃烧。在燃烧过程期间释放的能量向下游流动，并且驱动涡轮区段 115。诸如但不限于发电机125的负载可联接到燃气轮机100上，其中，涡轮区段115中产生的机械扭矩可驱动发电机125。在燃气轮机100的运行期间产生的排气120可向下游流向热回收蒸汽发生器 (HRSG) 135。HRSG135可结合热交换过程来将给水165变换成蒸汽145。这里，本发明的一 个实施例使用太阳能加热系统175来加热(部分或完全地)给水165。蒸汽145可向下游 流到蒸汽轮机150，蒸汽轮机150可联接到诸如但不限于发电机155的负载上。在蒸汽轮机 150的运行期间，蒸汽145可在冷凝器160中冷凝，从而形成给水165。这里，在一些动力设 备构造中，来自蒸汽轮机150的抽取物可部分地加热给水。诸如但不限于锅炉供给泵的泵 170可将给水165驱动到HRSG135中，在HRSG135中可重复前述过程。在流过HRSG135之 后，排气120可流过烟囱140。太阳能加热系统175的第一个实施例可包括抛物线型槽系统200，如图1和2所 示。抛物线型槽系统200的一个实施例可包括多个线性抛物线型反射器205，其将阳光集中 到沿着抛物线型反射器205的焦线定位的接收器210上。线性抛物线型反射器205设计成 以便通过沿着至少一个轴线(，未在图中示出)进行跟踪来在白天时间期间跟随阳光。接收 器210可包括给水165可流过其中的管。这里，太阳能加热系统175可通过对流形式的传 热(例如但不限于强制对流、自然对流等)来加热给水165。太阳能加热系统175的第二个实施例可包括太阳能塔架系统300，如图3所示。太 阳能塔架系统300的一个实施例可结合多个跟踪反射器305，以用于将阳光集中到塔架315 的顶部附近的中央接收器310上。接收器310可包括给水165可流过其中的管。这里，太 阳能加热系统175可通过对流形式的传热(例如但不限于强制对流、自然对流等)来加热 给水165。在使用中，该至少一个太阳能加热系统175可将给水165从第一温度加热到第二 温度。这里，第一温度可看作离开冷凝器160的给水165的温度。在本发明的一个实施例 中，第一温度可高达约150度华氏温度。此外，第二温度可看作给水165的加热温度。在本 发明的一个实施例中，第二温度可高达约700度华氏温度。该至少一个太阳能加热系统175可对用户提供多个好处。在本发明的一个实施例 中，该至少一个太阳能加热系统175可提供高达约8兆瓦的由典型的重型涡轮机产生的等 效功率。在本发明的一个实施例中，该至少一个太阳能加热系统175可具有高达约85%的效率。本发明的一个实施例可提供控制系统，以便以用来共同加热给水165的方式操作 结合了太阳能加热系统175和HRSG135的构造。这里，控制系统可确定将给水165转换成 蒸汽所必需的热量的量。接下来，控制系统可确定太阳能加热系统175当前可用的热量的 量，以及必需由HRSG135提供的剩余的热量(如果有的话)的量。接下来，控制系统可操作 这个构造，从而使得使用可从太阳能加热系统175获得的最大量的热量来加热给水165，剩 余的热量从HRSG135获得，如果有的话。本发明的一个备选实施例可提供控制系统，以便以用来共同加热给水165的方式 操作结合了太阳能加热系统175和蒸汽轮机150的抽取物的构造。这里，控制系统可确定将 给水165转换成蒸汽所必需的热量的量。接下来，控制系统可确定太阳能加热系统175当 前可用的热量的量，以及必需由蒸汽轮机150提供的剩余的热量(如果有的话)的量。接 下来，控制系统可操作这个构造，从而使得使用可从太阳能加热系统175获得的最大量的热量来加热给水165，剩余的热量从蒸汽轮机150获得，如果有的话。本文使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并且不意在限制本公开。如本 文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在还包括复数形式，除非上下文明确作出其 它表示。将进一步理解，在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包括有”规定了存在所 陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或附加一个或多个其它特 征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。虽然本文对具体实施例进行了说明和描述，但是应当理解，打算实现相同目的的 任何布置可代替所示具体实施例，并且本发明具有在其它环境中的其它应用。本申请意在 覆盖本发明的任何修改或变型。所附权利要求书决不意图将本发明的范围限制于本文描述 的具体实施例。如本领域普通技术人员将理解的，可进一步选择性地应用上面关于若干示例性实 施例所描述的许多不同的特征和构造，以形成本发明的其它可行的实施例。本领域技术人 员将进一步理解，未提供或详细论述本发明的所有可行的重复，但是由若干所附的权利要 求书或其它方式包含的所有组合和可行的实施例意在成为本申请的一部分。另外，根据上 面对本发明的若干示例性实施例的描述，本领域技术人员将想到改进、改变和修改。在本领 域的技术内的这种改进、改变和修改也意在由所附权利要求书覆盖。另外，应当显而易见的 是，前述内容仅涉及本申请的所述实施例，并且可在其中作出许多改变和修改，而不脱离由 所附权利要求书及其等效物限定的本申请的精神和范围。
权利要求
1.一种用于提高给水(165)的温度的系统，所述系统包括构造成用于将蒸汽(145)转换成机械能的蒸汽轮机(150)；与所述蒸汽轮机(150)集成的冷凝器(160)，其中，所述冷凝器(160)构造成用于将从 所述蒸汽轮机(150)排出的蒸汽(14 转换成给水(165)；以及构造成用于加热所述给水的太阳能加热系统(175)，其中，所述太阳能加热系统(175) 接收从所述冷凝器(160)排出的所述给水(165)；其中，所述太阳能加热系统(17 将所述给水(16 从第一温度加热到第二温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能加热系统(175)包括下者中的 至少一个抛物线型槽系统000)、太阳能塔架系统(300)或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能加热系统(175)将所述给水 (165)排到锅炉(135)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，对于加热所述给水(165)而言，所述太阳 能加热系统(175)由所述锅炉(135)协助。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述给水(165)的所述第一温度高达约 150度华氏温度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述给水(165)的所述第二温度高达约 700度华氏温度。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括燃气轮机(100)，其 中，所述燃气轮机(100)将排气排到所述锅炉(135)。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能加热系统(175)的操作减少了 由所述锅炉(13 对所述给水(16 执行的加热的量。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能加热系统(175)提供高达约8 兆瓦的太阳能。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个太阳能加热系统(175)的 效率高达约85%高效。
全文摘要
本发明涉及用于使用太阳能加热系统来加热给水的系统和方法。本发明的一个实施例可采用这样一种系统和方法的形式这种系统和方法可至少使用至少一个太阳能加热系统(175)来加热锅炉(135)所消耗的给水(165)。本发明的一个实施例可结合集中式太阳能(CSP)。大体上，CSP系统结合了多个透镜、反射镜或它们的组合以及跟踪系统，以使大面积的阳光聚焦，从而形成小的集中式光束。然后集中的光可用作热源。在本发明的一个实施例中，热源可用来部分地或完全地加热锅炉(135)所消耗的给水(165)。CSP系统可采用太阳能槽系统(200)、抛物线型盘系统(205)、太阳能塔架系统(300)等的形式。
文档编号F22D1/00GK102102548SQ20101062081
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者M·J·博斯 申请人:通用电气公司