[发明专利]用于改进组合循环发电设备的效率的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于改进利用涡轮的发电设施的效率的系统和方法。

背景技术

诸如燃气涡轮、航改燃气涡轮等的涡轮机械通常以组合循环和/或热电联供模式操作。在组合循环操作中，燃气涡轮连接到发电的发电机。热回收蒸汽发生器(HRSG)接收由燃气涡轮产生的排气的至少一部分且HRSG使用排气中的热能来生成蒸汽。由HRSG产生的蒸汽流到蒸汽涡轮，蒸汽涡轮连接到另一发电机，其产生额外电力。在热电联供操作中，由HRSG生成的蒸汽的一部分发送到需要该蒸汽的单独工艺。

组合循环和热电联供设备额定在基础负荷操作时以最小能量消耗生成最大量的能量(机械、电等)。但是，若可能，可期望改进该系统在基础负荷操作时的效率。

基础负荷条件，尽管是操作者所期望的，但并非总是可行的。能量市场(电网等)中可能不需要以基础负荷生成的全部能量。在这些情形下，发电设备必须停机或以部分负荷操作，其中生成小于最大量的能量。当在这种发电设施中的涡轮以部分负荷操作时，系统的总效率通常低于当涡轮以基础负荷操作时的情况。因此，需要改进该系统在部分负荷条件下操作时的效率。

通常需要燃气涡轮在发电的同时维持排放达标。以部分负荷操作的燃气涡轮在低于特定负荷点运行时可能无法维持排放达标。“弹性操作(turndown)范围”为燃气涡轮维持排放达标的负荷范围。宽的弹性操作范围允许操作者维持排放达标，最小化燃料消耗，且避免在宽范围的电力输出条件下与发电设备停机相关联的热瞬态。因此，期望使得弹性操作范围尽可能宽。

当期望对现有发电设备做出变化以提高效率时，任何改造方案应当优选地最小化对现有器械的修改。这从成本角度而言是期望的，且也避免不利地影响到设备的可操作性。另外，任何改造变化不应当提高操作或维护成本，否则改造变化在经济上可能是不值得做的。

由于所有前述原因，需要一种改进以基础负荷或部分负荷条件操作的发电设施的效率的系统。还需要一种改进燃气涡轮的弹性操作范围的系统。但是，为了实现更高的效率或提高弹性操作范围而做出的任何改变不应当显著地影响其它设备操作或维护要求。否则，效率和/或弹性操作范围的改进可能会被更高的操作或维护成本或者在其它操作条件期间的降低的效率所超过。

发明内容

在一方面，本发明能实施于用于改进发电设施的效率的系统中。该系统包括涡轮，其包括接收入口空气的压缩机、燃烧系统和涡轮部段，其中涡轮产生排气。该系统还包括热回收蒸汽发生器(HRSG)，其接收排气的一部分且产生蒸汽。该系统还包括预热器，其从HRSG获得热能且使用热能来改进发电设施的效率，其中从HRSG获得的热能从HRSG内预定点处抽吸的流体获得，且其中在从流体提取了热能之后，流体在预定点处返回到HRSG。

在另一方面，本发明可实施为一种改进发电设施的效率的方法，该发电设施包括涡轮，其具有接收入口空气的压缩机、燃烧系统和涡轮部段，涡轮产生排气，排气至少部分地提供到热回收蒸汽发生器(HRSG)。该方法包括：从HRSG内的预定点处抽吸流体；从流体获得热能；使用所获得的热能来改进发电设施的效率；以及在从流体获得热能之后，使流体返回到HRSG内的预定点。

附图说明

图1为组合循环发电设备的第一实施例的元件的图示；

图2为组合循环发电设备的第二实施例的元件的图示；

图3为组合循环发电设备的第三实施例的元件的图示；

图4为能用于组合循环发电设备中的热回收蒸汽发生器的第一实施例的元件的图示；

图5为能用于组合循环发电设备中的热回收蒸汽发生器的第二实施例的元件的图示；以及

图6为能用于组合循环发电设备中的热回收蒸汽发生器的第三实施例的元件的图示。

部件列表

110    热回收蒸汽发生器

120    轴流压缩机

125    轴

130    周围空气

132    入口空气

135    燃烧系统

145    涡轮

147    蒸汽涡轮  

155    预热器

157,182   控制阀     

159    泵  

160,188   供应管线

165,169   返回管线

167    蒸汽管线

170,172   发电机

180,181   换热器

184    循环泵