[发明专利]联合循环涡轮机械中的燃料加热

说明书

技术领域

本发明涉及联合循环涡轮机械，并且更特别地，涉及通过加热进入级(stages)中的燃气涡轮机燃料管线中的燃料以改善联合循环效率。

背景技术

联合循环涡轮机械利用燃气涡轮机(GT)作为原动机来生成动力。这些GT发动机基于布雷顿(Brayton)循环热动力学原理工作并且典型地具有高废气流量和较高废气温度。当被引导到热回收锅炉(典型地被称为热回收蒸汽发生器(HRSG))中时，这些废气产生可以用于生成更多动力的蒸汽。所产生的蒸汽可以被引导到蒸汽涡轮机(ST)以产生额外动力。以该方式，GT经由布雷顿循环而做功，并且ST经由兰金(Rankine)循环产生动力。因此，获得名称“联合循环”。

典型地在联合循环涡轮机械中加热燃料气体以增加热效率。在一种早先方法中，参考图1，从热回收蒸汽发生器(HRSG)16的IP节约器(economizer)34的出口提取的热水(即，进入IP蒸发器的水)用于燃料加热器44中的燃料气体加热。在该方法中，最大燃料气体加热温度受到提取水的温度的限制，典型地其低于IP蒸发器的饱和温度。该方法限制了燃料气体加热，因此限制了使用IP水的联合循环涡轮机械的效率。

尽管更高的燃料气体加热温度改善了涡轮机械的热效率，但是IP蒸发器的更高操作压力对蒸汽循环动力输出和机械的热效率具有不利影响。所以，IP蒸发器典型地在联合循环涡轮机械中的最佳压力下操作，因此限制燃料气体加热温度和机械的效率。

为了增加可用于燃料气体加热的水的温度，可以使用来自IP蒸发器的上游的高压(HP)节约器的水。然而，使用高压水明显地增加了燃料气体加热的成本，同时在故障的情况下具有可靠性问题。在一种已知的设计中，可用的IP水温度具有达到365°F的有限燃料气体加热。因此，需要改善联合循环涡轮机械的热循环效率以克服现有系统面临的问题。

发明内容

在示例性实施例中，一种改善联合循环涡轮机械的效率的方法包括以下步骤：(a)提供用于将燃料输入燃气涡轮机中的燃料管线；(b)使用从HRSG的中压节约器输入至第一燃料加热器的入口的水加热第一燃料加热器中的燃料；(c)使用从HRSG的高压节约器输入的水加热在第一燃料加热器的下游的第二燃料加热器中的燃料；以及(d)将从第二燃料加热器输出的水引导到HRSG的中压部段或第一燃料加热器的入口中的一个。

在另一个示例性实施例中，一种改善联合循环涡轮机械的效率的方法包括以下步骤：(a)提供用于将燃料输入燃气涡轮机中的燃料管线；以及(b)以两级方式加热燃料，(i)在第二级中使用来自热回收蒸汽发生器(HRSG)的HP节约器的热水并且(ii)在第一级中使用来自HRSG的IP节约器的热水和来自第二级的水输出流。

在又一个示例性实施例中，一种在联合循环涡轮机械中使用的燃料加热回路。涡轮机械包括燃气涡轮机、接收燃气涡轮机废气并且生成蒸汽的热回收蒸汽发生器(HRSG)、以及接收来自HRSG的蒸汽的蒸汽涡轮机。燃料加热回路包括将燃料供应到燃气涡轮机的燃料管线、在燃料管线上经由加热器入口接收从HRSG的中压节约器输出的热水的第一加热器、以及在第一加热器的下游位于燃料管线上接收从HRSG的高压节约器输出的热水的第二加热器。出自第二加热器的输出管线将从第二加热器输出的水输送到HRSG的中压部段或第一燃料加热器的加热器入口中的一个。

附图说明

图1显示了用于联合循环涡轮机械中的燃料气体加热的现有技术的布置；

图2是显示具有改进的燃料加热回路的联合循环涡轮机械的示意图；

图3是显示具有改进的燃料加热回路的联合循环涡轮机械的示意图，该燃料加热回路具有预热器和多个水喷射。

附图标记列表：

10压缩器                    44第一燃料加热器或

12燃烧器                    IP燃料加热器

14涡轮机                    46HP燃料加热器

15管路                      48IP鼓

16热回收蒸汽发生器          52燃料预热器

24、26、30HP、IP、LP        54IP给送泵

蒸发器部段                  56喷管或预热器喷射

32、34、36HP、IP、LP        器

节约器部段                  57管线