许多诸如发电机、润滑油系统和变压器的发电设备部件需要冷却 以便排除无效产生的热量(空气阻力、轴承、电加热等)，同时附加的 冷却功能直接影响设备性能，例如像涡轮机入口空气冷却、压缩机入 口空气冷却或压缩机中间冷却。用于这些部件的单个冷却装置通常采 用空气冷却热交换器或水冷热交换器。现有构造中的发电机冷却所提 供的是以环境温度供给的水或空气。润滑油系统常常采用大的空气冷 却热交换器。压缩机中间冷却器采用环境温度的水。变压器油通过使 用空气冷却热交换器将热量排向大气而冷却。
独立的冷却台架经常用于提供上述冷却。即使当设备从普通冷却 系统中被供以冷却剂时，该设备和冷却器也应在尺寸上设置成用于最 高的环境状况。这种高温冷却流体(环境中的空气和水)导致热交换器 具有较高的区域并且不利于发电设备的总体效率及成本。
通常使用多种方式向发电设备部件提供冷却。这些方法为具有单 个控制系统的独立冷却台架。图1示出了用于在现有技术的发电设备 冷却系统中提供冷却的独立冷却台架。发电设备系统5可包括空气压 缩机10、气体涡轮机15、发电机20和变压器25，该变压器25联接 发电机20以便向电网系统30供电。燃料在16处供给气体涡轮机、 在17处供向压缩空气。废气在18处排出气体涡轮机。
环境空气35经由涡轮机入口冷却台架40冷却并在空气压缩机入 口45处提供。热压缩的空气50从空气压缩机10的级间(interstage)52 中取出并经过压缩机中间冷却台架55。冷却空气56返回空气压缩机 10的随后的级间58。压缩机10、气体涡轮机15和发电机20中的润 滑油通过润滑油冷却台架60冷却。空气冷却热交换器通过使用环境 温度65的空气除去冷却台架60上润滑油的热量。发电机冷却水22 利用空气冷却的热交换器抽取环境空气24而经由隔离的冷却台架23 流通。通常，变压器油26经过应用环境空气27的空气冷却热交换器 而提供了对于变压器25的冷却，热交换器安装在隔离的交换器冷却 台架28上。通过利用由独立的机械压缩机(未示出)所提供的急冷水可 提供涡轮机入口冷却。在一些情形中，台架可以是具有普通水(未冷却) 的部分集成的系统。
如同在发电设备决断中一直真实的那样，对于每一个部件系统的 冷却要求是位置特定环境和运行状况的函数、可从各个竞争系统中获 得的性能以及执行和操作所需的成本。
因此，需要提供一种备选的将独立发电设备冷却台架集成的为一 个单独冷却系统的经济有效的方法，该方法利用吸收急冷器(chiller) 或机械急冷器向需要冷却的所有发电厂设备提供急冷水，其中受控的 低温冷却流体(冷却水)将会引起大量节省、简化设备运行并提供可靠 的冷却介质源。

本发明涉及一种集成的发电设备冷却系统，其利用多种方法生成 冷凝的冷却介质从而满足发电设备的冷却要求，其中设备部件集成的 为切实高效的冷却组件(package)。
简要地，本发明的一个方面提供了一种用于由气体涡轮机驱动的 产生电的发电设备的集成的发电设备冷却系统，以便冷却发电设备部 件。该集成的冷却系统包括从发电设备取出的热源和利用来自热源的 能量冷却急冷介质的吸收急冷器。另外还提供了用于从吸收急冷器中 除去热量的机构。集成的冷却台架包括用于多个发电设备部件的除热 装置。提供了装置以便向用于集成的冷却台架的发电设备部件的除热 装置流通自吸收急冷器中输出的急冷介质并再次返回。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于由气体涡轮机驱动的 产生电的发电设备的集成的发电设备冷却系统，以便冷却发电设备部 件。该集成的设备冷却系统包括来自提供能源的气体涡轮机的废气路 径和利用来自涡轮机废气的能量，以便冷却急冷介质的吸收急冷器。 提供了机构，以便从吸收急冷器中除去热量以及从吸收急冷器中除去 废气。集成的冷却台架包括用于多个发电设备部件的除热装置。
根据本发明的另外的方面，提供了一种用于由气体涡轮机驱动的 产生电的发电设备的集成的发电设备冷却系统，以便冷却发电设备部 件。该集成的设备冷却系统包括具有空气压缩机的气体涡轮机；由气 体涡轮机驱动并输出供电电源(electric power supply)的发电机；供给机 械急冷器的供电电源；用于将热量从机械急冷器除去的机构；用于向 集成的冷却台架的发电设备部件流通自机械急冷器输出的急冷介质 并再次返回的机构；和包括用于多个发电设备部件的除热装置的集成 的冷却台架。
附图说明
当结合附图阅读了以下详细说明，将会更好地理解本发明这些和 其它的特征、方面和优点，全部附图中相同的字符代表相同的零件，
其中：
图1示出了用于在现有技术的发电设备冷却系统中提供冷却的独 立冷却台架。
图2示出了本发明的一个实施例，其提供了由来自空气压缩机的 热的级间空气提供动力并向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸 收急冷器；
图3示出了本发明的第二实施例，其提供了由来自空气压缩机的 热的级间空气提供动力的吸收急冷器和向发电设备部件供给集成的 冷却台架的第一中间急冷器；
图4示出了本发明的第三实施例，其提供了由来自空气压缩机的 热的级间空气提供动力的吸收急冷器、向发电设备部件供给集成的冷 却台架的第一中间急冷器和第二中间急冷器；
图5示出了本发明的第四实施例，其提供了由气体涡轮机废气提 供动力并向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸收急冷器；
图6示出了本发明的第五实施例，其提供了通过经由热回收蒸汽 发生器截取并从蒸汽涡轮机流出的气体涡轮机废气的能量而提供动 力并向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸收急冷器；和
图7示出了本发明的第六实施例，其提供了通过经由热回收蒸汽 发生器(HRSG)截取的气体涡轮机废气的能量而提供动力并向发电设 备部件供给集成的冷却台架的吸收急冷器。
图8示出了本发明的第七实施例，其提供了由来自气体涡轮机驱 动的发电机或其它供电源而提供动力并向发电设备部件供给集成的 冷却台架的机械急冷器。
零件清单
5  发电设备系统
10  空气压缩机
15  气体涡轮机
16  供向发电机和涡轮机(gt)的燃料
17  供向发电机和涡轮机(gt)的空气
18  涡轮机废气
20  发电机
22  发电机冷却水
23  发电机冷却台架
24  环境空气
25  变压器
26  变压器油
27  环境空气
28  变压器冷却台架
30  电网系统
35  环境空气
40  压缩机入口冷却台架
45  空气压缩机入口
50  热压缩机空气
52  冷却水
55  压缩机中间冷却台架
56  返回压缩机级间的寒冷空气
57  冷却水
58  随后的级间
60  润滑油冷却台架
65  环境空气
105  气体涡轮机
110  润滑油冷却热交换器
115  变压器冷却热交换器
120  发电机冷却热交换器
125  涡轮机入口冷却热交换器
140  其它的发电设备部件
145  冷却水
150  集成的冷却台架
155  空气压缩机
158  热压缩的空气
160  吸收急冷器
165  返回空气压缩机下一级的寒冷空气
170  急冷水
185  返回水
205  气体涡轮机
210  润滑油冷却热交换器
215  变压器冷却热交换器
220  发电机冷却热交换器
225  涡轮机入口冷却热交换器
240  其它的发电设备部件
245  通向吸收急冷器的冷却水
247  通向第一中间冷却器的冷却水
250  集成的冷却台架
255  空气压缩机
258  热压缩的空气
260  吸收急冷器
265  自吸收急冷器通向第一中间冷却器的冷却空气
270  急冷水
275  第一中间冷却器
280  返回压缩机下一级的寒冷空气
285  返回水
290  返回吸收急冷器的热水
305  气体涡轮机
310  润滑油冷却热交换器
315  变压器冷却热交换器
320  发电机冷却热交换器
325  涡轮机入口热交换器
340  其它的发电设备部件
349  用于第二中间冷却器的冷却水
355  空气压缩机
358  热压缩的空气
359  通向第二中间冷却器的介质热空气
360  吸收急冷器
362  通向吸收急冷器的热水
364  加热介质从吸收急冷器的返回
370  急冷水
375  第一中间冷却器
380  返回压缩机下一级的寒冷空气
385  返回水
390  第二中间冷却器
405  气体涡轮机
410  润滑油冷却热交换器
415  变压器冷却热交换器
418  废气
420  发电机冷却热交换器
425  其它的发电设备部件
430  发电机
435  压缩机入口冷却热交换器
440  压缩机中间冷却器
445  用于吸收急冷器的冷却水
450  集成的冷却台架
455  空气压缩机
458  来自压缩机级间的热压缩机气体
460  吸收急冷器
470  从吸收急冷器排出的废气
480  返回压缩机下一级间的寒冷空气
485  来自集成的冷却台架的返回水
505  气体涡轮机
510  润滑油冷却热交换器
515  变压器冷却热交换器
518  来自涡轮机出口的废气
520  发电机冷却热交换器
525  其它的发电设备部件
530  发电机
535  压缩机入口冷却热交换器
540  压缩机中间冷却器
545  冷却水
548  热压缩的空气
550  集成的冷却台架
555  空气压缩机
558  热压缩的空气
560  吸收急冷器
565  热回收蒸汽发生器
568  蒸汽
570  急冷水
575  蒸汽涡轮机
580  返回压缩机随后的级间的寒冷空气
585  来自集成的冷却台架的返回水
590  流出蒸汽
595  自吸收急冷器通向冷凝器(condenser)的冷凝物
598  从蒸汽涡轮机通向冷凝器的冷凝物
605  气体涡轮机
610  润滑油冷却热交换器
615  变压器冷却热交换器
618  来自涡轮机出口的废气
620  发电机冷却热交换器
625  其它的发电设备部件
630  发电机
635  压缩机入口冷却交换器
640  压缩机中间冷却器
645  冷却水
648  热压缩的空气
650  集成的冷却台架
655  空气压缩机
660  机械急冷器
665  机械急冷器的供电源
670  急冷水
685  返回水

本发明以下实施例具有许多优点，包括提供将独立发电设备冷却 台架集成的为一个单独冷却系统的经济有效的方法，该方法利用吸收 急冷器或机械急冷器向需要冷却的所有发电厂设备提供冷却介质，其 中受控的低温冷却介质将会导致大量节省、简化设备运行和提供可靠 的冷却介质源。
以下方面旨于既翻新现有的发电设备又改进新发电设备的构成。
以下用于单一循环应用和组合循环应用的示范性系统构成使用 了市场上可买到的吸收液体急冷器(ALC)以便向集成的的设备冷却结 构(setup)提供冷凝流体。这可在图2至图7所描述的多种构成和方法 中实现。备选地，机械急冷器可用于集成的的设备冷却系统，如图8 所示。
气体涡轮压缩机如图1至图7中字母A至字母J所表示的那样具 有多个压缩级。通过重新设计压缩机，原则上可以从任一个级间中抽 取来自压缩机的热空气。自压缩机抽取的气流量和空气撤离级的选择 将会是发电厂设备冷却要求、循环热力学和设备经济效果的函数。尽 管因图2至图7的示范性目的，空气的撤离如所示那样从级间D中取 出并返回级间E，但该种取出和取回并不局限于这些级。
接下来的示范性实施例通过使得气体和流体在急冷器和除热装 置(通常为台架上的热交换器)之间流通而确定了用于冷却多种发电设 备部件的集成的冷却台架。尽管这些部件可包括多种热交换器、泵、 阀、管道和电控制，但对于热交换器、管道和导管的详细资料在本领 域众所周知，且为避免使得本发明模糊不清而未对该详细资料进行更 为详尽的描述。
此外，尽管以下示范性实施例描述了有关GE(通用电气公司)气体 涡轮机的构造，但本发明通常可应用于气体涡轮机的部件和系统。
图2示出了本发明的一个实施例，其提供了通过来自空气压缩机 的热级间空气产生动力并向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸 收急冷器。集成的冷却台架可将润滑油冷却热交换器110、变压器冷 却热交换器115、发电机冷却热交换器120、涡轮机入口冷却热交换 器125和用于需要冷却的不同发电设备部件的其它热交换器140结合 成保持在台架150上的一个系统。吸收急冷器160提供了这种集成的 系统所要求的急冷水。吸收急冷器160的热源为热压缩的空气158， 该热压缩的空气158通过对压缩机155级间D的取出而提供。来自吸 收急冷器的相对寒冷的空气165导回到压缩机155随后的级间E内。 通过使用本领域公知的机械系统使得急冷水170向集成的冷却台架 150和已返回吸收急冷器160的返回水185流通。来自设备的冷却水 145为来自吸收急冷器160的热量而提供了散热器(sink)。
图3示出了本发明的第二实施例，其提供了通过来自空气压缩机 的热压缩级间空气而产生动力的吸收急冷器和向发电设备部件供给 集成的冷却台架的第一中间冷却器。集成的冷却台架250可包括润滑 油冷却热交换器210、变压器冷却热交换器215、发电机冷却热交换 器220、涡轮机入口冷却热交换器225和用于需要冷却的多方面发电 设备部件的其它热交换器240。
热压缩的空气258自压缩机255的级间D中取出并导入吸收急冷 器260以便提供用于冷却介质的ALC冷却的加热流体。冷却介质- 急冷水270向集成的冷却台架250流通。自吸收急冷器260返回的冷 却空气265经过第一中间急冷器275成为更为低温的寒冷返回空气 280导入压缩机255的级间E，从而提供了下降的压缩机功率消耗。 向第一中间冷却器275提供的冷却介质为自急冷水270通向集成的设 备冷却台架250的返回水285。当在中间冷却器内吸收热之后，热水 290返回吸收急冷器260。冷却水245和冷却水247可向吸收急冷器 265和第一中间冷却器275提供各自的散热器。
实施例2中的另外的备选方案为：当由于来自其它发电厂设备的 高冷却要求而需求高的吸收急冷器时，可通过冷却水供给247提供中 间冷却。
图4示出了本发明的第三实施例，其提供了通过来自空气压缩机 的热级间空气而产生动力的吸收急冷器、向发电成设备供给集成的冷 却台架的第一中间冷却器和第二中间冷却器。集成的冷却台架350可 包括润滑油冷却热交换器310、变压器冷却热交换器315、发电机冷 却热交换器320、涡轮机入口冷却热交换器325和用于需要冷却的不 同发电设备部件的其它热交换器340。
实施例3描述了来自压缩机355级间D的热压缩的空气358经过 第一中间冷却器375导入的构造。第一中间冷却器375设计成产生高 温的热水362以便作为用于吸收急冷器360的加热流体而使用。来自 吸收急冷器360的返回水364提供了用于第一中间冷却器375的冷却。
吸收急冷器360反过来向集成的冷却台架350提供了用于冷却发 电设备部件的急冷水370。通过冷却水345可将热量自吸收急冷器360 中除去。离开第一中间冷却器375的中间温度的热空气359经过第二 中间冷却器390传递以便进一步冷却。第二中间冷却器390通过自返 回回路上的集成的冷却台架350至吸收急冷器360的返回水供给385 而冷却。寒冷的返回空气380进一步导入压缩机355的级间E，从而 降低了压缩机功率消耗。当对吸收急冷器的要求高时可备选地通过环 境冷却水349而提供中间冷却器390。
图5示出了本发明的第四实施例，其提供了通过气体涡轮机废气 而产生动力并向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸收急冷器。实 施例4描述了合并集成的冷却台架450的完全集成的发电设备冷却结 构，该集成的冷却台架450可包括润滑油冷却热交换器410、变压器 冷却热交换器415、发电机冷却热交换器420、涡轮机入口冷却热交 换器425、压缩机中间急冷器420和用于需要冷却的不同发电设备部 件的其它热交换器440。
这种构造可用于部分的涡轮机废气可在此导入吸收急冷器的简 单循环和组合循环中。在该示范性实施例中，吸收急冷器460利用从 气体涡轮机405导出的某一百分比的废气418中的能量。吸收急冷器 随后从冷却介质中除去热量，如本实施例中所示的返回水485那样以 便向集成的冷却台架450提供满足冷却要求的急冷水470。冷却水445 可从吸收急冷器460中除去热量。
尽管没有示出，但压缩机中间冷却器440可接收从压缩机455的 级间D中导出的热压缩的空气。已在压缩机中间冷却器440中冷却的 热压缩的空气返回压缩机440的下一级E，从而提供了较低的压缩机 功率消耗。从涡轮机405中提取并利用其能量向吸收急冷器460提供 动力的废气418作为废气470排放。
图6示出了本发明的第五实施例，其提供了通过经由热回收蒸汽 发生器(HRSG)截取并从蒸汽涡轮机流出的气体涡轮机废气能量以及 向发电设备部件供给集成的冷却台架的吸收急冷器。实施例5描述了 实施例4的变型。再次地，集成的冷却台架550可通过利用由吸收急 冷器560所提供的急冷水570而服务于润滑油冷却热交换器510、变 压器热交换器515、发电机冷却热交换器520、涡轮机入口冷却热交 换器525、压缩机中间冷却器530和用于需要冷却的不同发电设备部 件的其它热交换器540。来自中间冷却台架550的返回水585返回到 吸收急冷器560。通过冷却水545可从吸收急冷器中除去热量。
通过自涡轮机505至热回收蒸汽发生器565的废气518向作为组 合循环发电设备一部分的蒸汽涡轮机575输送蒸汽568而提供了用于 吸收急冷器560的能量。低劣的流出废气590自蒸汽涡轮机575中取 出以便向吸收急冷器560提供动力。来自蒸汽涡轮机575的蒸汽废气 598和来自吸收急冷器560的冷凝物595返回到蒸汽循环中。
图7示出了本发明的第六实施例，其提供了通过经由热回收蒸汽 发生器(HRSG)565截取并向发电设备部件供给集成的冷却台架550的 吸收急冷器。来自HRSG 565的蒸汽568向吸收急冷器提供能量且还 可用于其它设备功能。再次地，集成的冷却台架550服务于润滑油冷 却热交换器510、变压器冷却热交换器515、发电机冷却热交换器520、 涡轮机入口冷却热交换器525、压缩机中间冷却器530和用于需要冷 却的不同发电设备部件的其它热交换器540。集成的冷却台架550利 用通过吸收急冷器560所提供的急冷水570以便冷却除热装置。返回 水585流回到吸收急冷器560。冷却水545可从吸收急冷器560中除 去热量。
通过自涡轮机505至热回收蒸汽发生器565的废气565传输蒸汽 568而提供了用以向吸收急冷器560提供动力的能量。来自吸收急冷 器560的蒸汽冷凝物595返回到蒸汽循环中。
图8示出了本发明的第七实施例，其中，蒸气压缩机械急冷器提 供了用于集成的设备冷却台架的冷却要求。集成的冷却台架650服务 于润滑油冷却热交换器610、变压器冷却热交换器615、发电机冷却 热交换器620、涡轮机入口冷却热交换器625、压缩机中间冷却器630 和用于需要冷却的不同发电设备部件的其它热交换器640。
涡轮机605驱动发电机630从而提供了电输出695。电输出695 可提供电力以便驱动机械急冷器660。机械急冷器660向集成的冷却 台架650提供急冷水670。冷却水645从机械急冷器660中除去热量。 备选地，可从具有发电设备的其它电力源或从外部电源中向机械急冷 器660供电。
尽管本文中仅示出和描述了本发明的某些特征，但对于本领域技 术人员而言将会想到许多变型和变更。因此应理解的是，所附权利要 求旨于覆盖所有的那些落入本发明真实精神内的变型和变更。