专利名称：控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题总体涉及整体气化联合循环(integrated gasificationcombined-cycle, IGCC)发电系统，并且更具体地涉及用于对IGCC系统中的燃气涡轮发动机部件进行冷却的方法和装置。
背景技术：
已知的IGCC系统典型地包括产生动力的燃气涡轮机。压缩空气和燃料在燃烧室中混合并且进行燃烧，从而沿选定方向引导工作气体。朝向涡轮轮叶引导通过燃烧所获得的工作气体并且使涡轮轮叶旋转。接着，轮叶的旋转用于产生电力。燃气涡轮机通常在高温下操作。在这些高温下，排出气体常常包含受到政府监管的大量的NOx气体。此外，能够通过降低操作温度来提高燃气涡轮机的效率。因此，对燃气涡轮机的部件进行冷却是其操作的重要部分。本发明提供用于对燃气涡轮机部件进行冷却的方法和装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种控制燃气涡轮机的部件的温度的方法，该方法包括以下步骤获得用作冷却剂的压缩气体；使冷却剂增湿；以及使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。进一步的，使所述冷却剂增湿进一步包括经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使压缩冷却剂冒泡。进一步的，所述方法进一步包括从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种提供蒸汽。进一步的，所述增湿的冷却剂包括按照体积计算从大约0%至大约10%的蒸汽。进一步的，所述方法进一步包括将所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机单元所获得的压缩机空气混合，并且使所述增湿的冷却剂与压缩机空气的混合物循环至燃气涡轮机部件，以控制所述部件的温度。进一步的，所述方法进一步包括在所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气之间跨过导热体交换热以对所述压缩机空气进行冷却，并且使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机部件以控制所述部件的温度。进一步的，所述冷却剂的增湿以及在所述增湿的冷却剂与从所述压缩机分段所获得的压缩机空气之间的热交换在单个单元处发生。进一步的，所述冷却剂是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。
进一步的，所述方法进一步包括从与所述燃气涡轮机相关联的整体气化联合循环(IGCC)系统的空气分离单元获得所述冷却剂。进一步的，所述燃气涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。进一步的，所述方法进一步包括将所述增湿的冷却剂与燃料混合，并且燃烧混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOx排放物。根据本发明的另一个方面，公开一种用于控制燃气涡轮机的部件的温度的装置，该装置包括构造成提供用作冷却剂的压缩气体的单元；构造成向冷却剂增加水分的增湿器；以及循环单元，该循环单元构造成使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。进一步的，所述增湿单元构造成通过经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使所述冷却剂冒泡而使所述冷却剂增湿。进一步的，所述增湿单元从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种接收蒸汽。进一步的,所述增湿单元进一步构造成向所述冷却剂增加按照体积计算处于从大约0%蒸汽至大约10%蒸汽的范围内的水分。进一步的，所述装置进一步包括通向所述燃气涡轮机的燃烧器分段的入口，所述入口构造成输送所述增湿的冷却剂，以与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气混合，使混合物循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。进一步的，所述装置进一步包括导热材料，所述导热材料构造成在所述增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间交换热，以对所述压缩机空气进行冷却，使经过冷却的压缩机空气循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。进一步的，所述增湿单元包括导热材料，以用于在所述增湿的冷却剂与所述压缩机空气之间交换热。进一步的，所述冷却剂是⑴空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。进一步的，所述装置进一步包括整体气化联合循环(IGCC)系统，所述整体气化联合循环(IGCC)系统构造成提供所述冷却剂。进一步的，所述涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。进一步的，所述装置进一步包括燃烧器，所述燃烧器构造成燃烧燃料与增湿的冷却剂气体的混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOX排放物。结合附图及如下描述，这些以及其它的优点和特征将变得更加显而易见。
权利要求中特别指出本发明的主题并且明确要求其权利。通过如下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中图1示出电厂的示例性燃气涡轮机系统；图2示出用于提供本发明的示例性冷却剂以用于循环至图1的示例性燃气涡轮机系统的各部件的示例性冷却剂制备单元；图3示出示例性换热器，该示例性换热器适于在冷却剂与从图1的示例性燃气涡轮机系统的分段所获得的气体之间交换热；图4示出本发明的一个实施例中的燃气涡轮机系统的示例性燃烧器分段的详细视图；图5示出燃烧器分段的详细视图，该燃烧器分段具有用于对燃烧器分段进行冷却的备选装置；图6示出示例性燃气涡轮机系统的各种示例性参数的燃气涡轮机性能的图表；以及图7示出示例性燃气涡轮机系统的性能，使用具有各种水平的含水量的冷却剂对该示例性燃气涡轮机系统进行冷却。通过参照附图的示例，详细的描述解释本发明的实施例以及优点和特征。附图标记列表
权利要求
1.一种控制燃气涡轮机的部件的温度的方法，所述方法包括以下步骤 获得用作冷却剂的压缩气体； 使所述冷却剂增湿；以及 使增湿的冷却剂循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述冷却剂增湿进ー步包括经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少ー种使压缩冷却剂冒泡。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少ー种提供蒸汽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增湿的冷却剂包括按照体积计算从大约0%至大约10%的蒸汽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括将所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机単元所获得的压缩机空气混合，并且使所述增湿的冷却剂与压缩机空气的混合物循环至燃气涡轮机部件，以控制所述部件的温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括在所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气之间跨过导热体交換热以对所述压缩机空气进行冷却，并且使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机部件以控制所述部件的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷却剂的增湿以及在所述增湿的冷却剂与从所述压缩机分段所获得的压缩机空气之间的热交换在单个单元处发生。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却剂是⑴空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的ー种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括从与所述燃气涡轮机相关联的整体气化联合循环(IGCC)系统的空气分离单元获得所述冷却剤。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮机的所述部件进ー步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少ー个。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括将所述增湿的冷却剂与燃料混合，并且燃烧混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOx排放物。
12.一种用于控制燃气涡轮机的部件的温度的装置，所述装置包括 构造成提供用作冷却剂的压缩气体的単元； 增湿单元，所述增湿单元构造成向所述冷却剂增加水分；以及循环单元，所述循环单元构造成使增湿的冷却剂循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述增湿单元构造成通过经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少ー种使所述冷却剂冒泡而使所述冷却剂增湿。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述增湿单元从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少ー种接收蒸汽。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述增湿单元进ー步构造成向所述冷却剂增加按照体积计算处于从大约0%蒸汽至大约10%蒸汽的范围内的水分。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进ー步包括通向所述燃气涡轮机的燃烧器分段的入ロ，所述入ロ构造成输送所述增湿的冷却剤，以与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气混合，使混合物循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进ー步包括导热材料，所述导热材料构造成在所述增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间交换热，以对所述压缩机空气进行冷却，使经过冷却的压缩机空气循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述增湿単元包括导热材料，以用于在所述增湿的冷却剂与所述压缩机空气之间交换热。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述冷却剂是⑴空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的ー种。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进ー步包括整体气化联合循环(IGCC)系统，所述整体气化联合循环(IGCC)系统构造成提供所述冷却剤。
21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述涡轮机的所述部件进ー步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少ー个。
22.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进ー步包括燃烧器，所述燃烧器构造成燃烧燃料与增湿的冷却剂气体的混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOx排放物。
全文摘要
本发明公开一种用于控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置。提供用作冷却剂的压缩气体。在增湿单元处使冷却剂增湿。循环单元使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。在各种实施例中，冷却剂能够是空气、氮、和空气与氮的混合物。涡轮机的部件能够例如是燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、涡轮喷嘴和燃烧器。燃烧器能够燃烧燃料与增湿的压缩冷却剂气体的混合物，以减少燃气涡轮机的NOX排放物。
文档编号F01D25/12GK102996256SQ201210243660
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月13日 优先权日2011年9月13日
发明者A.K.阿南, G.M.伊策尔, B.P.莱西, V.马泰亚, N.R.T.雷迪 申请人:通用电气公司