专利名称：燃气涡轮机压缩机水洗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于联合循环系统或简单循环系统使寄生损失减少的燃气涡轮机压缩机水洗和清洁系统。
背景技术：
总体而言，联合循环发电厂使用燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的组合来产生电力或者通过其它方式驱动负载。具体而言，燃气涡轮机循环可以通过余热蒸汽发生器(“HRSG”)等操作性地与蒸汽涡轮机循环组合。HRSG是允许通过燃气涡轮机排气的热燃烧气体对用于蒸汽发生过程的给水进行加热的换热器。联合循环装置的主要效能是利用燃气涡轮发动机的通过其它方式“被浪费”的热。具体而言，HRSG的效率涉及燃气涡轮机燃烧气体(“热侧”)与给水和蒸汽(“冷侧”)之间的传热效率。尽管联合循环系统是高效的，但是总体系统操作中涉及多种类型的寄生损失。例如，来自HRSG的高压水可以用于对通向燃气涡轮发动机的燃料流进行加热，以便改进总体涡轮机性能。然而，该高压水在对燃料进行加热之后直接倾泄至冷凝器，而没有利用其中所有的压力能。寄生损失的另一个示例是压缩机清洗系统。可以通过功率输出的减少以及热耗率和燃料消耗的同时增加来检测可归因于压缩机积垢污染的燃气涡轮机性能的损失。因此，可以使用在线清洗系统和离线清洗系统。这些清洗系统通常将水滴喷射到压缩机中，以清洁受到污染的压缩机轮叶等。这些水洗系统通常包括软化水箱、清洗剂源、以及定位在水洗滑道上的一个或多个泵等，以便将水流引导至压缩机进口中。尽管这种水洗系统改进总体压缩机效率，但是水洗系统的操作同样具有寄生损失。因此，存在对所具有的寄生损失有所减少的改进的联合循环系统和/或简单循环系统的期望。例如，可以减少和/或消除与压缩机水洗系统相关的寄生损失，以便改进总体系统效率。同样地，通过其它方式被浪费的热可以用于提供有用功。
发明内容
因此，本发明提供一种用于与燃气涡轮发动机的压缩机一起使用的水洗系统。该水洗系统可以包括与压缩机相连通的多个喷射喷嘴、余热蒸汽发生器、来自余热蒸汽发生器的加热水流、以及分接线路，分接线路与加热水流以及喷射喷嘴相连通，以便将加热水流输送至压缩机。本发明进一步提供一种操作用于燃气涡轮发动机的压缩机的水洗系统的方法。该方法可以包括以下步骤:使来自余热蒸汽发生器的加热水流转向；使经过转向的加热水流通过性能加热器，以对用于燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料流进行加热；以及使经过转向的加热水流流向围绕压缩机的进口定位的多个喷射喷嘴。本发明进一步提供一种用于与具有压缩机和燃烧器的燃气涡轮发动机一起使用的水洗系统。该水洗系统可以包括与压缩机相连通的多个喷射喷嘴、与燃烧器相连通的水供给部、以及位于水供给部下游的高压泵。水供给部通过高压泵与喷射喷嘴相连通。当结合若干附图以及所附权利要求阅览下文的详细描述时，对于本领域普通技术人员而言，本申请以及所获得的专利的这些和其它的特征以及改进将变得显而易见。
图1是具有燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮机、以及余热蒸汽发生器的联合循环系统的示意图。图2是图1的联合循环系统的示意图，其中示出了燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮机、余热蒸汽发生器、以及水洗系统的一部分。图3是本发明实施例的联合循环系统的示意图，其中示出了燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮机、余热蒸汽发生器、以及水洗系统的一部分。图4是本发明实施例的联合循环系统的备选实施例的示意图。图5是本发明实施例的简单循环系统的示意图，其中示出了燃气涡轮发动机和水洗系统。
具体实施例方式现在参照附图，其中相似的附图标记在全部若干视图中表示相似元件，图1示出了联合循环系统10的示意图。联合循环系统10可以包括燃气涡轮发动机12。燃气涡轮发动机12可以包括压缩机14。压缩机14对进入的空气流16进行压缩。压缩机14将压缩空气流16输送至燃烧器18。燃烧器18将压缩空气流16与加压燃料流20混合并且点燃混合物，以产生燃烧气体流22。尽管仅示出一个燃烧器18，但是燃气涡轮发动机12可以包括任何数量的燃烧器18。燃烧气体流22接着被输送至涡轮24。燃烧气体流22驱动涡轮24，以便产生机械功。涡轮24中所产生的机械功通过轴26驱动压缩机14以及外部负载28，例如发电机等。燃气涡轮发动机12可以使用天然气、各种类型的合成气、以及其它类型的燃料。燃气涡轮发动机12可以具有不同的构造并且可以使用其它类型的部件。联合循环系统10还包括蒸汽涡轮机30。蒸汽涡轮机30可以包括高压部段32、中间压力部段34、以及一个或多个低压部段36，所述一个或多个低压部段36具有处于不同压力下的多个蒸汽准入点。低压部段36可以向冷凝器38中排气。本实施例可以使用一个或多个轴26。本实施例也可以使用其它的构造和其它的部件。联合循环系统10还可以包括余热蒸汽发生器40 (“HRSG”)。HRSG40可以包括低压部段42、中间压力部段44、和高压部段46。每一个部段42、44、46通常都包括一个或多个节能器、蒸发器、和过热器。来自冷凝器38的冷凝液可以通过冷凝液泵48被进给至HRSG40。冷凝液通过HRSG40的部段42、44、46并且与来自燃气涡轮发动机12的燃烧气体流22交换热。HRSG40中所产生的蒸汽接着可以用于驱动蒸汽涡轮机30。同样地，HRSG中所产生的热的高压水可以用于性能加热器50中，以对通向燃烧器18的进入的燃料流20进行加热。用于性能加热器50的水通常在使用后倾泄至冷凝器38。本实施例还可以使用其它的部件和其它的构造。图2更详细地示出了联合循环系统10的一部分。具体而言，可以从位于中间压力节能器下游并且位于中间压力蒸发器56之前的HRSG40的中间压力部段44获取用于性能加热器50的加热水流52。加热水流52可以通过性能加热器50，在性能加热器50处，加热水52在燃料流20进入燃烧器18之前与燃料流20交换热。加热水52可以处于高压下。加热水52接着可以倾泄至冷凝器38中不再使用。联合循环系统10还可以使用围绕燃气涡轮发动机的压缩机14的压缩机水洗系统60。总体而言，压缩机水洗系统60可以包括其中具有软化水供给的水箱62、其中具有清洗剂的清洗剂箱64、以及水洗泵66。喷射器68或者其它类型的供给机构可以用于在离线模式下供给来自清洗剂箱64的清洗剂。水箱62、清洗剂箱64、水洗泵66、喷射器68、以及其它部件可以定位在水洗滑道(skid)70或者其它位置上。压缩机水洗系统60还可以包括多个喷射喷嘴72。喷射喷嘴72可以围绕压缩机14的进口定位。压缩机水洗系统60还可以包括多个阀74。阀74可以用于改变喷水压力等。压缩机水洗系统60可以在在线模式或离线模式下操作，水洗泵66和阀74提供处于不同的压力和速度下的水。通常可以在压缩机14的进口引导叶片的角度大于大约七十度(70° )并且进口温度大于五十(50)华氏度(大约十(10)摄氏度)时进行在线水洗。每天可以执行在线水洗大约十五(15)至大约(30)分钟。可以周期性地或者在运转中断期间进行离线水洗。可以在起动速度下进行离线水洗。本实施例可以使用多种不同的参数和操作过程。本实施例也可以使用其它的部件和其它的构造。联合循环系统10也可以包括喷水系统76。喷水系统76可以包括软化水供给部78、高压喷水泵80、以及多个阀82。在某些类型的双燃料燃烧器18中，可以在超过大约百分之三十(30% )的负载的液体燃料操作期间应用水，以便保持总体排放符合适用规则。本实施例可以使用多种不同的参数和操作过程。本实施例也可以使用其它的部件和其它的构造。图3是联合循环系统100的示例的示意图。联合循环系统100可以包括与上文所描述的类似的燃气涡轮发动机110。燃气涡轮发动机110可以包括压缩机120、燃烧器130、以及涡轮140。本实施例可以使用其它的部件和其它的构造。联合循环系统100还可以包括与上文所描述的类似的蒸汽涡轮机142。蒸汽涡轮机142可以包括低压部段144、冷凝器146、泵148、以及如上文所描述的其它部件。同样地，联合循环系统100可以包括与上文所描述的类似的余热蒸汽发生器150 ( “HRSG”)。HRSG150可以使加热水流160转入性能加热器170，以便对燃料流20进行加热。可以从位于中间压力节能器190下游并且位于中间压力蒸发器200之前的HRSG150的中间压力部段180获取加热水流160。本文中可以使用其它的部件和其它的构造。联合循环系统100还可以包括喷水系统210。与上文所描述的类似，喷水系统210可以包括软化水供给部220、高压喷水泵230、以及多个阀240。因此，喷水系统210将软化水提供给燃烧器130等。本实施例中可以使用其它的部件和其它的构造。联合循环系统100还可以包括压缩机水洗系统250。压缩机水洗系统250可以包括其中具有清洗剂的清洗剂箱260、喷射器270或者其它类型的供给机构、以及多个喷射喷嘴280。喷射喷嘴280可以围绕压缩机120的进口定位。本文中也可以使用其它的部件和其它的构造。代替使用位于水滑道70上的独立水箱62，本实施例所描述的压缩机水洗系统250可以与喷水系统210相连通。具体而言，软化水供给部220和高压喷水泵230可以通过多个阀与喷射喷嘴280相连通:开关阀290、压力释放阀300等。本实施例中可以使用其它的部件和其它的构造。压缩机水洗系统250也可以通过分接线路(tap off line)310与加热水流160相连通。分接线路310可以捕获处于性能加热器170下游并且处于蒸汽涡轮机144的冷凝器148之前的加热水流160。因此，分接线路310可以与喷射喷嘴280相连通。分接线路310可以具有过滤器320、开关阀330、一个或多个压力释放阀340等。本实施例中可以使用其它的部件和其它的构件。在使用中，来自HRSG150的中间压力部段180的加热水流160可以在在线模式下通过分接线路310用于压缩机水洗系统250。可以通过压力释放阀340等对该加热水流160的压力进行调节。因此，可以捕获加热水流160的压力能用于有用功，而不使用相关的泵并且不产生寄生能量损失。如果不能从HRSG的中间压力部段180获得加热水流160或者如果由于其高温而不能使用加热水流160，那么压缩机水洗系统250也可以使用如在在线模式下由压力释放阀300等调节的喷水系统210的软化水供给部220和高压喷水泵230。此外，压缩机水洗系统250也可以在离线模式下使用喷水系统210。具体而言，喷射器270可以添加来自清洗剂箱260的清洗剂。因此，使用喷水系统210消除了对分离的水洗泵和箱的需要。水接着可以再循环回到软化水供给部220等。本实施例中可以使用其它的部件和其它的构造。图4示出了进一步的实施例联合循环系统350。联合循环系统350可以与上文所描述的类似。在该示例中，压缩机水洗系统250可以包括位于分接线路380上的压力交换器370。具体而言，压力交换器370是正移位压力交换装置。众所周知，压力交换器370通过转子旋转等在流体流之间交换压力。分接线路380可以从性能加热器170的下游延伸至喷射喷嘴280。压力交换器370还可以与软化水供给部220或者其它类型的水供给部相连通。因此，压力交换器370可以具有与软化水供给部220相连通的低压软化水输入390以及与喷射喷嘴280相连通的高压软化水输出400。同样地，压力交换器370可以包括与性能加热器170相连通的高压加热水输入410以及与冷凝器148相连通的低压加热水输出420。压力交换器370提供高效压力交换而不使相应的流体流混合。具体而言，压力交换器370因此允许间接利用加热水160的压力能来驱动喷射喷嘴280。因此，本发明中所描述的联合循环系统100有效地利用加热水流160的被浪费的热来使得能够总体改进性能和效率。具体而言，与加热水流160相关的能量可以通过分接线路310用于压缩机水洗系统250中，而不是直接倾泄至冷凝器148。此外，随着在基本负载附近或者喷水泵230正在运行期间的基本负载处进行在线水洗,还可以从喷水系统210的高压喷水泵230获得分接。同样地，现有的高压喷水泵230可以用于离线水洗，使得可以消除分离的水洗泵66和水洗滑道70。消除水洗滑道70减少了总体封装(footprint)并且提供了成本节约。还通过使用加热水流160的被浪费的能量提供了寄生损失的减少。使用压缩机水洗系统250对总体软化水系统和/或补充(make-up)水系统的尺寸和使用的影响应当很小。图5示出了简单循环系统450的示例的示意图。简单循环系统450可以与上文所描述的联合循环系统100类似，但是不使用蒸汽涡轮机144和余热蒸汽发生器150。这样一来，压缩机水洗系统450因此使用既用于在线使用又用于离线使用的喷水系统210的软化水供给部220和高压喷水泵230。以该方式使用喷水系统210还消除了对分离的水洗泵和滑道的需要。本实施例中可以使用其它的部件和其它的构造。应当显而易见的是，上文仅涉及本申请以及所获得的专利的某些实施例。本领域普通技术人员可以在不偏离由所附权利要求及其等同形式所限定的本发明的总体精神和范围的前提下在本文中进行多种改变和改型。
权利要求
1.一种用于与燃气涡轮发动机的压缩机一起使用的水洗系统，所述水洗系统包括: 多个喷射喷嘴，所述多个喷射喷嘴与所述压缩机相连通； 余热蒸汽发生器； 加热水流，所述加热水流来自所述余热蒸汽发生器；以及 分接线路，所述分接线路与所述加热水流以及所述多个喷射喷嘴相连通，以便将所述加热水流输送至所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的水洗系统，其特征在于，所述余热蒸汽发生器包括中间压力部段，并且所述加热水流起源于所述中间压力部段中。
3.根据权利要求2所述的水洗系统，其特征在于，所述中间压力部段包括中间压力节能器，并且所述加热水流起源于所述中间压力节能器的下游。
4.根据权利要求1所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括性能加热器，所述性能加热器与用于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料流相连通，并且所述加热水流与所述性能加热器相连通。
5.根据权利要求4所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括位于所述性能加热器下游的冷凝器。
6.根据权利要求5所述的水洗系统，其特征在于，所述分接线路起源于所述性能加热器与所述冷凝器之间。
7.根据权利要求1所述的水洗系统，其特征在于，所述分接线路包括压力调节器。
8.根据权利要求1所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括水供给部，所述水供给部与所述燃气涡轮发动机的燃烧器相连通。
9.根据权利要求8所述的水洗系统，其特征在于，所述水供给部通过高压泵与所述多个喷射喷嘴相连通。
10.根据权利要求8所述的水洗系统，其特征在于，所述水供给部通过压力释放阀与所述多个喷射喷嘴相连通。
11.根据权利要求8所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括位于所述水供给部下游的清洗剂箱。
12.根据权利要求11所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括喷射器，所述喷射器与所述清洗剂箱相连通。
13.根据权利要求1所述的水洗系统，其特征在于，所述分接线路上包括压力交换器。
14.根据权利要求13所述的水洗系统，其特征在于，所述压力交换器与水源和冷凝器相连通。
15.一种操作用于燃气涡轮发动机的压缩机的水洗系统的方法，所述方法包括以下步骤: 使来自余热蒸汽发生器的加热水流转向； 使经过转向的加热水流通过性能加热器，以对用于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料流进行加热；以及 使经过转向的加热水流流向围绕所述压缩机定位的多个喷射喷嘴。
16.一种用于与具有压缩机和燃烧器的燃气涡轮发动机一起使用的水洗系统，所述水洗系统包括:多个喷射喷嘴，所述多个喷射喷嘴与所述压缩机相连通； 水供给部，所述水供给部与所述燃烧器相连通；以及 高压泵，所述高压泵位于所述水供给部的下游； 其中所述水供给部通过所述高压泵与所述多个喷射喷嘴相连通。
17.根据权利要求16所述的水洗系统，其特征在于，所述水供给部通过压力释放阀与所述多个喷射喷嘴相连通。
18.根据权利要求16所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括位于所述水供给部下游的清洗剂箱。
19.根据权利要求18所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括喷射器，所述喷射器与所述清洗剂箱相连通。
20.根据权利要求16所述的水洗系统，其特征在于，所述水洗系统进一步包括联合循环系统或简单循环系统。
全文摘要
本发明涉及并提供一种用于与燃气涡轮发动机的压缩机一起使用的水洗系统。该水洗系统可以包括与压缩机相连通的多个喷射喷嘴、余热蒸汽发生器、来自余热蒸汽发生器的加热水流、以及分接线路，分接线路与加热水流以及喷射喷嘴相连通，以便将加热水流输送至压缩机。
文档编号F04D29/70GK103216471SQ20131002322
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月22日 优先权日2012年1月23日
发明者R.萨哈, L.默钱特, V.R.阿卡纳 申请人:通用电气公司