[发明专利]用于涡轮机的冷却系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于涡轮机的冷却系统；更具体地但并不是以 限制的方式涉及需要更少能量来运行的集成冷却系统。

背景技术

通常，发电设备的许多部件和/或系统需要冷却。图1A和1B(统称 为图1)为图示了用于涡轮机的已知的独立式冷却系统的示意图。图1 图示了涡轮机100、余热蒸汽发生器(HRSG)115和烟囱120。

通常，涡轮机100可包括包围涡轮机100的部件的多个舱室。图1 图示了多个舱室的其中两个舱室：第一舱室105和第二舱室110。尽管 本发明反复地参考第一舱室105和第二舱室110来进行描述，但本发明 不限于第一舱室105和第二舱室110。此外，本发明的一个实施例可适 于多个舱室中的各个舱室，其中的一些舱室在图中没有被图示。

第一舱室105可包围压缩机段125，该压缩机段125如箭头所示吸 入环境空气。环境空气进入压缩机段125，经压缩后排放至燃烧系统 130，例如为天然气的燃料在此处燃烧以提供驱动涡轮段140的高能燃 烧气体。在涡轮段140中，燃烧气体的能量转化为功，其中的一些功 用来驱动压缩机段125，而剩余的功可用来驱动负载，例如但不限于 发电机(未被示出)。当涡轮机100运行时，这些部件发出热量，这些热 量使被第一舱室105所包围的环境温度升高。

第一舱室105也可包括第一舱室(FC)冷却回路155，该冷却回路155 用来降低第一舱室105内的环境温度。FC冷却回路155的一个实施例可 包括FC空气循环装置160、FC供给管线165和FC排出管线170。FC空气 循环装置160的一个实施例可包括至少一个风扇。FC冷却回路155可吸 入来自环境的空气。例如但不限于，该空气可直接从环境流入，或者 该空气可从调节源自环境的空气的管道系统流入。

其次，FC冷却回路155可使环境空气移动通过FC供给管线165进入 第一舱室105。这里，环境空气变热，因为来自第一舱室105的一些热 量被去除。然后，加热的空气经由FC排出管线170排向大气。

例如但不限于，FC冷却回路155吸入环境空气，从第一舱室105 去除热量。然后此加热的空气可以200华氏度或更高的温度排向大气。

第二舱室110可包围排气架145，该排气架145通常用来使涡轮机 100所产生的排气向HRSG115移动。这里，排气架145引导经由外壳从 涡轮段140流向HRSG115的排气。外壳的一个实施例包括双重壁150。 该双重壁150可包括包围排气架145的圆形环面，如图1B中所图示。外 壳的一个备选实施例可包括单一外壳，其中单一壁可包括冷却孔和/ 或用于冷却排气架145的蛇形冷却通道。

第二舱室110也可包括第二舱室(SC)冷却回路175，该冷却回路175 用来降低第二舱室110内的环境温度。SC冷却回路175的一个实施例可 包括SC空气循环装置180和SC供给管线185。SC空气循环装置180的一 个实施例可包括至少一个鼓风机。SC冷却回路175可吸入环境空气， 然后通过SC供给管线185将环境空气移入双重壁150。这里，环境空气 用来冷却排气架145，排气架145由在其内流动的排气加热。环境空气 变热并被排向加热的空气与排气混合的HRSG115。

例如但不限于，SC冷却回路175吸入可变热到350华氏度或更高温 度的环境空气。然后此加热的空气与可在1150华氏度或更高温度下的 排气混合。

对于现有的冷却系统可能有一些担忧。FC空气循环装置160和SC 空气循环装置180典型地需要电力来运行。装置160、180可被认为是 涡轮机100上的寄生负载。通常，寄生负载消耗涡轮机所产生的能量 的一部分，导致总效率降低。

同样，当自双重壁150排出的相对较冷的空气与从排气架145的内 部排出的明显更热的排气混合时，就会发生温度稀释(temperature dilution)。温度稀释可被认为是不可逆的能量损失，其导致可用于 HRSG115的及底循环的能量更少。此温度稀释可引起大约10到20度的 温度下降，导致涡轮机100和HRSG115的效率降低。

由于上述原因，需要一种集成的涡轮机冷却系统。该系统应当集 成多个涡轮机舱室的冷却。该系统也应当降低涡轮机上的寄生负载 量。该系统还应当减少温度降低的影响。

发明内容