具有压缩机和涡轮-膨胀器的功率产生系统 |
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| 申请号 | CN201610155231.9 | 申请日 | 2016-03-18 | 公开(公告)号 | CN105986905A | 公开(公告)日 | 2016-10-05 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | S.埃卡纳亚克; M.S.迈尔; J.D.梅默; A.I.斯西皮奥; D.C.沃维克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及具有 压缩机 和 涡轮 ‑膨胀器的功率产生系统。功率产生系统(100)可包括燃气涡轮系统(102)，其包括涡轮构件(104)、一体式压缩机(106)和 燃烧器 (108)，来自一体式压缩机的空气和 燃料 供应到燃烧器。燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到涡轮构件，并且一体式压缩机具有的流容量大于燃烧器和/或涡轮构件的吸入容量，从而产生过量空气流(200)。涡轮‑膨胀器(272)对发 电机 提供功率。第一控制 阀 (262)控制沿着过量空气流路径通往涡轮‑膨胀器(272)的过量空气流的流量。引射器(252)可 定位 在过量空气流路径中，以使用过量空气流作为原动 力 ，以用额外的空气(254)扩增过量空气流。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种功率产生系统(100)，包括： |
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| 说明书全文 | 具有压缩机和涡轮-膨胀器的功率产生系统[0001] 与相关申请的交叉引用本申请涉及共同未决的美国申请：GE档案No. 280356-1、申请No. 14/662,814；No. 280357-1、申请No. 14/662,822；No.280359-1、申请No. 14/662,836；No.280360-1、申请No. 14/662,847；No.280361-1、申请No. 14/662,851；No.280362-1、申请No. 14/662,858； 和No.281470-1、申请No. 14/662,751，其均在2015年3月9日提交。 技术领域[0002] 本公开大体涉及功率产生系统，并且更具体而言，涉及包括燃气涡轮系统的功率产生系统，燃气涡轮系统具有压缩机，压缩机产生过量空气流用于对辅助发电机提供功率的涡轮-膨胀器。引射器(eductor)可还提供来扩增过量空气流。 背景技术[0003] 功率产生系统通常使用一个或多个燃气涡轮系统，其可与一个或多个蒸汽涡轮系统联接以产生功率。燃气涡轮系统可包括多级轴向流压缩机，其具有旋转轴。空气进入压缩机的入口，并且被压缩机叶片级压缩，并且然后排出到燃烧器，在这里，诸如天然气的燃料被燃烧，以提供高能燃烧气体流，以驱动涡轮构件。在涡轮构件中，热气体的能量转化成功，一些功可用来通过旋转轴驱动一体式压缩机，可用来做有用功的其余部分用于通过旋转轴(例如，旋转轴的延伸部)驱动负载，诸如产生电的发电机。一定数量的燃气涡轮系统可并行地用于功率产生系统内。在联合循环系统中，一个或多个蒸汽涡轮系统还可与燃气涡轮系统一起使用。在这个设置中，来自燃气涡轮系统的热排气馈送到一个或多个热回收蒸汽发生器(HRSG)，以产生蒸汽，蒸汽然后馈送到蒸汽涡轮构件，其具有与燃气涡轮系统分开或一体的旋转轴。在任何情况下，蒸汽的能量转化成功，这能用来驱动负载，诸如产生电的发电机。 [0004] 当产生功率产生系统时，其部件构造成一起工作，以提供具有期望功率输出的系统。按需求增加功率输出和/或在有挑战的环境设置下保持功率输出的能力在工业中是持续的挑战。例如，在热天，电消耗增加，因而增加功率产生需求。热天的另一个挑战在于，随着温度升高，压缩机流减小，这导致发电机输出降低。增加功率输出(或保持功率输出，例如，在热天)的一个方法为对功率产生系统添加能增加通往燃气涡轮系统的燃烧器的空气流的构件。增加空气流的一个方法为添加存储容器，以对燃气涡轮燃烧器进行馈送。但是，这个特定方法典型地需要单独的功率源用于存储容器，这效率不高。 [0005] 增加空气流的另一个方法是升级压缩机。当前，压缩机已经改进，使得其流容量高于其前辈压缩机。这些新的较高容量的压缩机典型地制造成适应新的类似地构造的燃烧器，或能够处理提高的容量的较老的燃烧器。升级较老的燃气涡轮系统来使用较新的较高容量压缩机的挑战在于当前不存在机制来将较高容量压缩机用于不能在不升级系统的其它昂贵部件的情况下处理提高的容量的系统。通常需要与压缩机升级同时升级的其它部件包括但不限于燃烧器、燃气涡轮构件、发电机、变压器、开关装置、HRSG、蒸汽涡轮构件、蒸汽涡轮控制阀等。因此，即使压缩机升级在理论上可为明智的，但是升级其它部件的增加的成本导致升级不明智，因为有额外的花费。发明内容 [0006] 本公开的第一方面提供一种功率产生系统，包括：燃气涡轮系统，其包括涡轮构件、一体式压缩机和燃烧器，来自一体式压缩机的空气和燃料供应到燃烧器，燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到涡轮构件，并且一体式压缩机具有的流容量大于燃烧器和涡轮构件中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流；涡轮-膨胀器，其对发电机提供功率；以及第一控制阀，其控制沿着过量空气流路径通往涡轮-膨胀器的过量空气流的流量。 [0007] 本公开的第二方面提供一种功率产生系统，包括：燃气涡轮系统，其包括涡轮构件、一体式压缩机和燃烧器，来自一体式压缩机的空气和燃料供应到燃烧器，燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到涡轮构件，并且一体式压缩机具有的流容量大于燃烧器和涡轮构件中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流；涡轮-膨胀器，其对发电机提供功率；第一控制阀系统，其控制沿着过量空气流路径通往涡轮-膨胀器的过量空气流的流量；以及引射器，其定位在过量空气流路径中，以使用过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增过量空气流，其中燃气涡轮系统对不同于由涡轮-膨胀器提供功率的发电机的发电机提供功率。 [0008] 本公开的第三方面提供一种方法，包括：从燃气涡轮系统的一体式压缩机抽取过量空气流，燃气涡轮系统包括涡轮构件、一体式压缩机和燃烧器，来自一体式压缩机的空气和燃料供应到燃烧器，燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到涡轮构件，并且一体式压缩机具有的流容量大于燃烧器和涡轮构件中的至少一个的吸入容量；使用引射器扩增过量空气流，引射器定位在过量空气流路径中，引射器使用过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增过量空气流，从而产生经扩增的过量空气流；将经扩增的过量空气流沿着过量空气流路径引导到涡轮-膨胀器；以及使用涡轮-膨胀器对发电机提供功率。 [0009] 技术方案1. 一种功率产生系统(100)，包括：燃气涡轮系统(102)，其包括涡轮构件(104)、一体式压缩机(106)和燃烧器(108)，来自所述一体式压缩机(106)的空气和燃料供应到燃烧器(108)，所述燃烧器(108)布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件(104)，并且所述一体式压缩机(106)具有的流容量大于所述燃烧器(108)和所述涡轮构件(104)中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流(200)； 涡轮-膨胀器(272)，其对发电机(122，166，274)提供功率；以及 第一控制阀(262)系统(202)，其控制沿着过量空气流(200)路径通往所述涡轮-膨胀器(272)的所述过量空气流(200)的流量。 [0010] 技术方案2. 根据技术方案1所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述涡轮构件(104)的排气(172，276)供给热回收蒸汽发生器(122，166，274)(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统(160)的蒸汽。 [0011] 技术方案3. 根据技术方案2所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述HRSG还将蒸汽馈送到热电联产蒸汽负载(170)。 [0012] 技术方案4. 根据技术方案1所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述第一控制阀(262)系统(202)包括：压缩机排出口控制阀(206)，其控制从所述一体式压缩机(106)的排出口得到的所述过量空气流(200)的第一部分；以及上游控制阀(262)，其控制从所述一体式压缩机(106)的在所述排出口上游的级得到的所述过量空气流(200)的第二部分。 [0013] 技术方案5. 根据技术方案4所述的功率产生系统(100)，其特征在于，进一步包括至少一个传感器(220)，以测量所述过量空气流(200)的各个部分的流率，各个传感器(220)可操作地联接到相应的控制阀(262)上。 [0014] 技术方案6. 根据技术方案4所述的功率产生系统(100)，其特征在于，进一步包括引射器(252)，其定位在所述过量空气流(200)路径中，以使用所述过量空气流(200)作为原动力，以用额外的空气(254)扩增所述过量空气流(200)。 [0015] 技术方案7. 根据技术方案6所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述引射器(252)包括吸力侧流路径(258)，并且进一步包括在所述吸力侧流路径(258)中的第二控制阀系统(262)，其控制进入所述引射器(252)的所述额外的空气(254)的流量。 [0016] 技术方案8. 根据技术方案7所述的功率产生系统(100)，其特征在于，进一步包括传感器(220)，其用于测量所述吸力侧流路径(258)中的所述额外的空气(254)的流率，所述传感器(220)可操作地联接到所述第二控制阀系统(262)上。 [0018] 技术方案10. 根据技术方案1所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述燃气涡轮系统(102)对不同于由所述涡轮-膨胀器(272)提供功率的发电机(122，166，274)的发电机(122，166，274)提供功率。 [0019] 技术方案11. 根据技术方案1所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述额外的空气(254)包括周围空气。 [0020] 技术方案12. 根据技术方案1所述的功率产生系统(100)，其特征在于，进一步包括引射器(252)，其定位在所述过量空气流(200)路径中，以使用所述过量空气流(200)作为原动力，以用额外的空气(254)扩增所述过量空气流(200)。 [0021] 技术方案13. 一种功率产生系统(100)，包括：燃气涡轮系统(102)，其包括涡轮构件(104)、一体式压缩机(106)和燃烧器(108)，来自所述一体式压缩机(106)的空气和燃料供应到所述燃烧器(108)，所述燃烧器(108)布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件(104)，并且所述一体式压缩机(106)具有的流容量大于所述燃烧器(108)和所述涡轮构件(104)中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流(200)； 涡轮-膨胀器(272)，其对发电机(122，166，274)提供功率； 第一控制阀(262)系统(202)，其控制沿着过量空气流(200)路径通往所述涡轮-膨胀器(272)中的所述过量空气流(200)的流量；以及 引射器(252)，其定位在所述过量空气流(200)路径中，以使用所述过量空气流(200)作为原动力，以用额外的空气(254)扩增所述过量空气流(200)， 其中所述燃气涡轮系统(102)对不同于由所述涡轮-膨胀器(272)提供功率的发电机(122，166，274)的发电机(122，166，274)提供功率。 [0022] 技术方案14. 根据技术方案13所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述涡轮构件(104)的排气(172，276)供给热回收蒸汽发生器(122，166，274)(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统(160)的蒸汽。 [0023] 技术方案15. 根据技术方案14所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述HRSG还将蒸汽馈送到热电联产蒸汽负载(170)。 [0024] 技术方案16. 根据技术方案13所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述第一控制阀(262)系统(202)包括：压缩机排出口控制阀(206)，其控制从所述一体式压缩机(106)的排出口得到的所述过量空气流(200)的第一部分；以及上游控制阀(262)，其控制从所述一体式压缩机(106)的在所述排出口上游的级得到的所述过量空气流(200)的第二部分。 [0025] 技术方案17. 根据技术方案13所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述引射器(252)包括吸力侧流路径(258)，并且进一步包括在所述吸力侧流路径(258)中的第二控制阀系统(262)，其控制进入所述引射器(252)的所述额外的空气(254)的流量。 [0026] 技术方案18. 根据技术方案17所述的功率产生系统(100)，其特征在于，所述吸力侧流路径(258)在流体方面联接到所述一体式压缩机(106)的入口过滤器上。 [0027] 技术方案19. 一种方法，包括：从燃气涡轮系统(102)的一体式压缩机(106)抽取过量空气流(200)，所述燃气涡轮系统(102)包括涡轮构件(104)、所述一体式压缩机(106)和燃烧器(108)，来自所述一体式压缩机(106)的空气和燃料供应到所述燃烧器(108)，所述燃烧器(108)布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件(104)，并且所述一体式压缩机(106)具有的流容量大于所述燃烧器(108)和所述涡轮构件(104)中的至少一个的吸入容量； 使用引射器(252)来扩增所述过量空气流(200)，所述引射器(252)定位在过量空气流(200)路径中，所述引射器(252)使用所述过量空气流(200)作为原动力，以用额外的空气(254)扩增所述过量空气流(200)，从而产生经扩增的过量空气流(270)(200)； 将所述经扩增的过量空气流(270)(200)沿着所述过量空气流(200)路径引导到涡轮-膨胀器(272)；以及 使用所述涡轮-膨胀器(272)对发电机(122，166，274)提供功率。 [0028] 技术方案20. 根据技术方案19所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述涡轮-膨胀器(272)的排气(172，276)以及所述涡轮构件(104)的排气(172，276)引导到热回收蒸汽发生器(122，166，274)(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统(160)的蒸汽。 [0029] 技术方案21. 一种功率产生系统，包括：燃气涡轮系统，其包括涡轮构件、一体式压缩机和燃烧器，来自所述一体式压缩机的空气和燃料供应到所述燃烧器，所述燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件，并且所述一体式压缩机具有的流容量大于所述燃烧器和所述涡轮构件中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流； 涡轮-膨胀器，其对发电机提供功率；以及 第一控制阀系统，其控制沿着过量空气流路径通往所述涡轮-膨胀器的所述过量空气流的流量。 [0030] 技术方案22. 根据技术方案21所述的功率产生系统，其特征在于，所述涡轮构件的排气供给热回收蒸汽发生器(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统的蒸汽。 [0031] 技术方案23. 根据技术方案22所述的功率产生系统，其特征在于，所述HRSG还将蒸汽馈送到热电联产蒸汽负载。 [0032] 技术方案24. 根据技术方案21所述的功率产生系统，其特征在于，所述第一控制阀系统包括：压缩机排出口控制阀，其控制从所述一体式压缩机的排出口得到的所述过量空气流的第一部分；以及上游控制阀，其控制从所述一体式压缩机的在所述排出口上游的级得到的所述过量空气流级的第二部分。 [0033] 技术方案25. 根据技术方案24所述的功率产生系统，其特征在于，进一步包括至少一个传感器，以测量所述过量空气流的各个部分的流率，各个传感器可操作地联接到相应的控制阀上。 [0034] 技术方案26. 根据技术方案24所述的功率产生系统，其特征在于，进一步包括引射器，其定位在所述过量空气流路径中，以使用所述过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增所述过量空气流。 [0035] 技术方案27. 根据技术方案26所述的功率产生系统，其特征在于，所述引射器包括吸力侧流路径，并且进一步包括在所述吸力侧流路径中的第二控制阀系统，其控制进入所述引射器中的所述额外的空气的流量。 [0036] 技术方案28. 根据技术方案27所述的功率产生系统，其特征在于，进一步包括传感器，以测量在所述吸力侧流路径中的所述额外的空气的流率，所述传感器可操作地联接到所述第二控制阀系统上。 [0037] 技术方案29. 根据技术方案27所述的功率产生系统，其特征在于，所述吸力侧流路径在流体方面联接到所述一体式压缩机的入口过滤器上。 [0038] 技术方案30. 根据技术方案21所述的功率产生系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统对不同于由所述涡轮-膨胀器提供功率的发电机的发电机提供功率。 [0039] 技术方案31. 根据技术方案21所述的功率产生系统，其特征在于，所述额外的空气包括周围空气。 [0040] 技术方案32. 根据技术方案21所述的功率产生系统，其特征在于，进一步包括引射器，其定位在所述过量空气流路径中，以使用所述过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增所述过量空气流。 [0041] 技术方案33. 一种功率产生系统，包括：燃气涡轮系统，其包括涡轮构件、一体式压缩机和燃烧器，来自所述一体式压缩机的空气和燃料供应到所述燃烧器，所述燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件，并且所述一体式压缩机具有的流容量大于所述燃烧器和所述涡轮构件中的至少一个的吸入容量，从而产生过量空气流； 涡轮-膨胀器，其对发电机提供功率； 第一控制阀系统，其控制沿着过量空气流路径通往所述涡轮-膨胀器的所述过量空气流的流量；以及 引射器，其定位在所述过量空气流路径中，以使用所述过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增所述过量空气流， 其中所述燃气涡轮系统对不同于由所述涡轮-膨胀器提供功率的发电机的发电机提供功率。 [0042] 技术方案34. 根据技术方案33所述的功率产生系统，其特征在于，所述涡轮构件的排气供给热回收蒸汽发生器(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统的蒸汽。 [0043] 技术方案35. 根据技术方案34所述的功率产生系统，其特征在于，所述HRSG还将蒸汽馈送到热电联产蒸汽负载。 [0044] 技术方案36. 根据技术方案33所述的功率产生系统，其特征在于，所述第一控制阀系统包括：压缩机排出口控制阀，其控制从所述一体式压缩机的排出口得到的所述过量空气流的第一部分；以及上游控制阀，其控制从所述一体式压缩机的在所述排出口上游的级得到的所述过量空气流级的第二部分。 [0045] 技术方案37. 根据技术方案33所述的功率产生系统，其特征在于，所述引射器包括吸力侧流路径，并且进一步包括在所述吸力侧流路径中的第二控制阀系统，其控制进入所述引射器中的所述额外的空气的流量。 [0046] 技术方案38. 根据技术方案37所述的功率产生系统，其特征在于，所述吸力侧流路径在流体方面联接到所述一体式压缩机的入口过滤器上。 [0047] 技术方案39. 一种方法，包括：从燃气涡轮系统的一体式压缩机抽取过量空气流，所述燃气涡轮系统包括涡轮构件、所述一体式压缩机和燃烧器，来自所述一体式压缩机的空气和燃料供应到所述燃烧器，所述燃烧器布置成将热的燃烧气体供应到所述涡轮构件，并且所述一体式压缩机具有的流容量大于所述燃烧器和所述涡轮构件中的至少一个的吸入容量； 使用引射器来扩增所述过量空气流，所述引射器定位在过量空气流路径中，所述引射器使用所述过量空气流作为原动力，以用额外的空气扩增所述过量空气流，从而产生经扩增的过量空气流； 将所述经扩增的过量空气流沿着所述过量空气流路径引导到涡轮-膨胀器；以及使用所述涡轮-膨胀器对发电机提供功率。 [0048] 技术方案40. 根据技术方案39所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述涡轮-膨胀器的排气以及所述涡轮构件的排气引导到热回收蒸汽发生器(HRSG)，以产生用于蒸汽涡轮系统的蒸汽。 [0050] 根据结合附图得到的本公开的各种方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其它特征，附图描绘本公开的各种实施例，其中：图1显示根据本发明的实施例的功率产生系统的示意图。 [0051] 图2显示根据本发明的实施例的包括引射器的功率产生系统的示意图。 [0052] 要注意，本公开的附图未按比例绘制。附图意图仅描绘本公开的典型的方面，并且因此应当不看作限制本公开的范围。在附图中，相同标号在不同的图之间表示相同元件。 [0053] 部件列表：100功率产生系统 102燃气涡轮系统 104涡轮构件 106一体式压缩机 108燃烧器 110涡轮旋转轴 112起动马达 120入口过滤器壳体 122，166，274发电机 160蒸汽涡轮系统 162旋转轴 168蒸汽发生器 170蒸汽负载 172，276排气 178排放控制系统 180控制系统 200空气流 202控制阀系统 204上游排出口 206排出口控制阀 210上游阀 220传感器 250过量空气流路径 252引射器 254额外的空气 256额外的空气源 258侧流路径 260第二控制阀系统 262控制阀 270经扩增的过量空气流 272涡轮-膨胀器。 具体实施方式[0054] 如上面所指示，本公开提供一种功率产生系统，其包括燃气涡轮系统，燃气涡轮系统包括产生过量空气流的压缩机。本发明的实施例提供一种方式来使用过量空气流以改进功率产生系统的输出和值。 [0055] 参照图1，提供根据本发明的实施例的功率产生系统100的示意图。系统100包括燃气涡轮系统102。除了其它构件之外，燃气涡轮系统102可包括涡轮构件104、一体式压缩机106和燃烧器108。如本文所使用，“一体式”压缩机106被称为压缩机106，而涡轮构件104可尤其通过公共压缩机/涡轮旋转轴110(有时称为转子110)一体地联接在一起。这个结构与被单独地提供功率并且与涡轮构件104不成一体的许多压缩机相反。 [0056] 燃烧器108可包括大体包括燃烧区域和燃料喷嘴组件的任何现在已知或以后开发的燃烧器系统。燃烧器108可采取环形燃烧系统或筒-环形燃烧系统(如图中示出)的形式。在操作中，来自一体式压缩机106的空气和燃料(诸如天然气)供应到燃烧器108。稀释剂还可可选地以任何现在已知或以后开发的方式输送到燃烧器108。一体式压缩机106抽取的空气可传送通过任何现在已知或以后开发的入口过滤器壳体120。如理解的那样，燃烧器108布置成通过燃烧燃料和空气混合物而将热的燃烧气体供应到涡轮构件104。在涡轮构件104中，热的燃烧气体的能量转化成功，其中一些可用来通过旋转轴110驱动压缩机106，而可用于有用功的其余部分用来通过旋转轴110(旋转轴110的延伸部)驱动负载(诸如但是不限于用于产生电的发电机122)和/或驱动另一个涡轮。起动马达112(诸如但是不限于传统的起动马达或负载换流逆变器(LCI)马达(显示))还可联接到旋转轴110上，以便以任何传统的方式起动燃气涡轮系统102。涡轮构件104可包括任何现在已知或以后开发的涡轮，以借助于流旋转轴110将热的燃烧气体转化成功。 [0057] 在一个实施例中，燃气涡轮系统102可包括可从南卡罗来纳州的格林维尔的通用电气公司商购获得的型号MS7001FB，有时称为7FB发动机。但是，本发明不限于任何一种特定燃气涡轮系统，并且可结合其它系统实施，包括，例如，通用电气公司的MS7001FA(7FA)和MS9001FA(9FA)型号。 [0058] 与传统的燃气涡轮系统型号相反，一体式压缩机106具有的流容量大于涡轮构件104和/或第一燃烧器108的吸入容量。也就是说，与构造成匹配燃烧器108和涡轮构件104的压缩机相比，压缩机106为已升级的压缩机。如本文使用，“容量”表示流率容量。例如，燃气涡轮系统102的初始压缩机具有的最大流率容量可为大约487千克/秒(kg/s)(1075磅-质量/秒(lbm/s))，并且涡轮构件104可具有基本相等的最大流容量，即，大约487kg/s。但是，这里，压缩机106已经替代初始压缩机，并且具有的增大的最大流容量可为例如大约544kg/s(1200 lbm/s)，而涡轮构件104继续具有例如大约487kg/s的最大流容量。(在需要的情况下，起动马达112也可被升级成例如示出的LCI马达，以适应起动一体式压缩机106的增加的功率需求)。因此，涡轮构件104不可利用压缩机106的所有容量，并且过量空气流200由压缩机106在例如涡轮构件104的最大容量以上产生。类似地，一体式压缩机106的流容量可超过燃烧器108的最大吸入容量。以类似的方式，如果暴露于一体式压缩机106的完全流容量，则涡轮构件104的功率输出可超过发电机122的最大允许输入。虽然本文描述了特定说明性流率值，但是要强调，流率容量可广泛地改变，这取决于使用的燃气涡轮系统和新的高容量一体式压缩机106。如本文将描述的那样，本发明提供功率产生系统100的各种实施例，以在功率产生系统100的其它部件中使用过量空气流。 [0059] 如也在图1中显示，在一个实施例中，功率产生系统100可以可选地采取联合循环动力装置的形式，其包括蒸汽涡轮系统160。蒸汽涡轮系统160可包括任何现在已知或以后开发的蒸汽涡轮组件。在显示的示例中，示出高压(HP)、中压(IP)和低压(LP)区段；但是，不是所有的在所有情况下都必要。如现有技术中已知的那样，在操作中，蒸汽进入蒸汽涡轮区段的入口且被引导通过固定导叶，固定导叶将蒸汽向下游引导到叶片上，叶片联接到旋转轴162(转子)上。蒸汽可传送通过其余级，从而在叶片上施加力，从而使旋转轴162旋转。旋转轴162的至少一个端部可附连到负载或机器(诸如但是不限于发电机166)和/或另一个涡轮，例如，燃气涡轮系统102或另一个燃气涡轮系统。用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽可由一个或多个蒸汽发生器168产生，即，热回收蒸汽发生器(HRSG)。HRSG 168可联接到例如燃气涡轮系统102的排气172。在传送通过HRSG 168之后，现在耗尽热量的燃烧气体流可经由任何现在已知或以后开发的排放控制系统178排出，例如、烟囱、选择性催化还原(SCR)单元、一氧化二氮过滤器等。虽然图1显示联合循环实施例，但是要强调，可省略包括HRSG 168的蒸汽涡轮系统160。在这个后一种情况下，排气172将直接传送到排放控制系统178或用于其它过程中。 [0060] 功率产生系统100还可包括任何现在已知或以后开发的控制系统180，用于控制其各种构件。虽然显示为与构件分开，但是要理解，控制系统180电联接到所有构件和其相应的可控制结构，例如，阀、泵、马达、传感器、齿轮、发电机控制器等。 [0061] 转到燃气涡轮系统102的细节，如本文所提到，一体式压缩机106具有的流容量大于涡轮构件104和/或燃烧器108的吸入容量，这产生过量空气流200。如示出的那样，过量空气流200可通过从压缩机106抽取空气来形成。在一个实施例中，第一控制阀系统202控制沿着过量空气流路径250通往涡轮-膨胀器272的过量空气流200的流量，涡轮-膨胀器272对发电机274提供功率。第一控制阀系统202可包括供应期望过量空气流200所需要的任何数量的阀，例如，一个、两个(如显示的那样)或不止两个。在一个实施例中，可使用压缩机排出口控制阀206从一体式压缩机106在其排出口204处抽取过量空气流200。也就是说，压缩机排出口控制阀206控制从一体式压缩机106的排出口204得到的第一部分的过量空气流200。在这个情况下，可省略另一个上游阀210。在另一个实施例中，但是，在期望的情况下，可使用适当的阀和相关的控制系统在压缩机106的一个或多个级处抽取过量空气流200，例如，在排出口204上游的一个或多个位置处、在排出口204处和在排出口上游的一个或多个位置处等。在这个情况下，第一控制阀系统202可进一步包括一个或多个上游控制阀210，其控制从一体式压缩机106的在排出口204上游的级得到的第二部分的过量空气流200。可在第一控制阀系统202中使用任何数量的上游控制阀210，以从一体式压缩机106提供任何期望过量空气流200，即，具有期望压力、流率、体积等。在其它上游控制阀210提供期望过量空气流200的情况下，压缩机排出口阀210能省略。第一控制阀系统202可还包括至少一个传感器 220，用于测量各个部分的过量空气流的流率，各个传感器220可操作地联接到相应的控制阀或整个控制系统180上。控制阀系统202可包括任何现在已知或以后开发的工业控制器，用于进行示出的各种控制阀的自动操作。 [0062] 过量空气流200最终沿着过量空气流路径250(其可包括一个或多个管)传送到涡轮-膨胀器272。虽然示出了似乎过量空气流200在单个管道中被引导到涡轮-膨胀器272，但是要理解，过量空气流可被引导到涡轮-膨胀器272的一个或多个位置。涡轮-膨胀器272可包括任何现在已知或以后开发的轴向或离心流涡轮，其能够接收高压气体，诸如过量空气流200(或经扩增的过量空气流270(图2)(在下面描述))，并且由高压气体的膨胀产生功。在本情况下，如本文将描述的那样，过量空气流200可用来对涡轮-膨胀器272提供功率。如示出的那样，涡轮-膨胀器272可对发电机274提供功率，发电机274可在本文称为“辅助发电机”，因为其可不同于联接到燃气涡轮系统102上的发电机122。辅助发电机274还可不同于蒸汽涡轮系统160的发电机166。在备选实施例中，发电机274可与发电机122或发电机166相同。在任何情况下，过量空气流200可用来通过涡轮-膨胀器272产生功率，因而以高效的方式使用一体式压缩机106的过量容量。涡轮-膨胀器的排气276可输送到涡轮构件104的排气172，以用来在HRSG 168中产生蒸汽时。在备选实施例中，排气276可输送到排放控制系统 178，例如，烟囱、选择性催化还原(SCR)单元、一氧化二氮过滤器等。 [0063] 参照图2，功率产生系统100还可以可选地包括引射器252，其定位在过量空气流路径250中，以使用过量空气流200作为原动力，以用额外的空气254扩增过量空气流。额外的空气254与过量空气流200形成经扩增的过量空气流270，其输送到涡轮-膨胀器272。也就是说，经扩增的过量空气流270被供应到涡轮-膨胀器272。经扩增的过量空气流270对涡轮-膨胀器272提供增加的总空气质量，并且因而可从辅助发电机274产生更多的功率。另外，经扩增的过量空气流270可对HRSG 168提供额外的质量流和氧。 [0064] 引射器252可采取任何泵的形式，其使用移动的流体流来抽吸吸入流体，即，额外的空气254。这里，引射器252使用过量空气流200作为移动流体，以沿着吸力侧流路径258从额外的空气源256将额外的空气254添加到过量空气流200，即通过吸入额外的空气。额外的空气源256可采取各种形式。在一个实施例中，额外的空气源256可采取一体式压缩机106的入口过滤器壳体120的形式。在这个情况下，通往引射器252的吸力侧流路径258可联接到一体式压缩机106(以虚线显示)的入口过滤器壳体120，使得额外的空气254包括周围空气。在另一个实施例中，额外的空气254可包括来自入口过滤器壳体120以外的额外的空气源256(例如，另一个过滤器壳体)的周围空气、直接来自环境但是后来在流路径258内过滤的空气等。第二控制阀系统260可设置在吸力侧流路径258中，以控制进入引射器252的额外的空气254的流量。第二控制阀系统260可包括控制阀262，其可操作来控制进入引射器252的额外的空气254的量。第二控制阀系统260可还包括至少一个传感器220，以测量吸力侧流路径 258中的额外的空气254的流率，传感器可操作地联接到第二控制阀系统260上，以测量额外的空气254的流率。 [0065] 如也示出的那样，在任一实施例中(图1和2)，涡轮构件104的排气172可馈送到HRSG 168，以产生用于蒸汽涡轮系统160的蒸汽。涡轮-膨胀器272的排气276可添加到排气172，以增加通往HRSG 168的总流的质量流量和氧含量。涡轮-膨胀器272的排气276可还用在功率产生系统100中的别处或通过排放控制系统178排出。如示出的那样，HRSG 168可还将蒸汽馈送到热电联产蒸汽负载170。热电联产蒸汽负载170可包括例如通往石油化工设施的蒸汽、用于区域加热的蒸汽、用于“沥青砂”油抽取的蒸汽，等。 [0066] 进一步参照各个控制阀系统202、260，其各个控制阀可定位在打开和关闭之间的任何位置，以对所述构件提供期望的部分流。进一步，虽然在各个控制阀之后示出通往各个构件的一个通道，但是要强调，可提供另外的管道和控制阀来进一步将相应的部分的过量空气流200分配到各种子部件，例如，引射器252的多个入口等。各个传感器220可操作地联接到控制阀系统202、260和控制系统180上，以便以已知方式进行自动控制。用于测量流量的其它传感器200能设置在功率产生系统100中需要的地方。控制阀系统202、260且因此过量空气流200的流量和引射器252的操作可使用任何现在已知或以后开发的工业控制器来控制，所述工业控制器可为整个功率产生系统100的控制系统180的一部分。控制系统180可以已知的方式控制功率产生系统100的所有各种构件的操作，包括控制控制阀系统202、260。 [0067] 功率产生系统100包括具有一体式压缩机106的燃气涡轮系统102，一体式压缩机106产生过量空气流200, 与传统的系统相比，功率产生系统100提供许多优点。例如，相对于升级系统中的所有压缩机，压缩机106可以较低的成本改进功率产生系统100的功率框峰值、基本输出和热天输出，在使用一定量的燃气涡轮的情况下，升级系统中的所有压缩机可为非常昂贵的。在本发明的额外的实施例中，通过提供一种方式来高效地消耗更多的过量空气流，降低已升级的压缩机(即，压缩机106)的相关成本，并且又改进已升级的压缩机的寿命和合意性。另外，通过在任何一个或多个以下说明性子系统不够大的情况下改进设计寿命，包括一体式压缩机106的功率产生系统100扩展系统100的操作范围：涡轮构件104、发电机122、变压器(未显示)、开关装置、HRSG 168、蒸汽涡轮系统160、蒸汽涡轮控制阀等。与什么都不做的情况下相比，以这个方式，系统100提供改进的情况，以升级例如在单燃气涡轮和单蒸汽涡轮联合循环(1x1 CC)系统中的单个压缩机。另外，在提供引射器252(图2)的情况下，通往涡轮-膨胀器272的经扩增的过量空气流270可对HRSG 168提供额外的功率和额外的质量流和氧。 [0068] 本文使用的术语是仅为了描述特定实施例，并且不意图限制本公开。如本文使用，单数形式"一"，"一种"和"该"还包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，用语"包括"和/或"包含"规定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。 |
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