专利名称：用于联合循环系统的蒸汽喷射组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及联合循环系统，更确切而言，涉及此类系统中的蒸汽的产生以及喷射。
背景技术：
由于燃气涡轮机系统在多数情况下进行基本负荷发电，因此电力负荷需求量预计会产生较大波动，结果在非高峰时段，多数燃气涡轮机电厂被迫在部分负荷条件下运行。部分负荷操作所带来的问题在于，燃气涡轮机极限负荷比的增加通常会导致较高的氮氧化物排放，以及因负荷减少而造成的涡轮机燃料效率的降低。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件包括热回收系统，所述热回收系统具有经配置以产生供给蒸汽的至少一个过热器。所述蒸汽喷射组件还包括燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统具有入口和压缩机，其中所述入口接收供给空气和所述供给蒸汽，以将二者混合并将混合物喷射到所述压缩机中。根据本发明的另一个方面，一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件包括燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统具有压缩机、燃烧室以及涡轮机。所述蒸汽喷射组件还包括热回收系统，所述热回收系统经配置以接收并处理来自所述燃气涡轮机系统的废热。所述蒸汽喷射组件进一步包括至少一个过热器，所述至少一个过热器设置在热回收系统内，并且经配置以产生供给蒸汽。所述蒸汽喷射组件又包括至少一个阀门，所述至少一个阀门可操作地连接到所述至少一个过热器，以控制所述供给蒸汽的流速和温度。所述蒸汽喷射组件还包括入口，所述入口设置在紧邻所述压缩机的位置，并且经配置以接收供给空气和供给蒸汽，从而将供给空气和供给蒸汽喷射到所述压缩机中。根据本发明的又一个方面，一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件包括燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统具有`压缩机、燃烧室以及涡轮机。所述蒸汽喷射组件还包括热回收系统，所述热回收系统经配置以产生蒸汽并将供给蒸汽分配到所述热回收系统之外。所述蒸汽喷射组件进一步包括入口组件，所述入口组件设置在紧邻所述压缩机的位置，其中所述入口组件接收并混合供给空气与供给蒸汽，然后混合喷射到压缩机中。通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。
本专利申请文件中的权利要求书特别指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中:图1为具有润轮机系统和热回收系统的联合循环系统的不意图；图2为热回收系统的示意图；图3为涡轮机系统的入口喷嘴的前视图；以及图4为涡轮机系统的入口喷嘴的后视图。
具体实施方式
参考附图并通过实例来介绍本发明的各实施例以及优点和特征。
具体实施例方式参看图1，图中所示为联合循环系统10的示意图。所述联合循环系统包括标记为11的燃气涡轮机系统。燃气涡轮机系统11包括用于压缩空气的压缩机12以及能够接收燃料的燃烧室组件14。燃料与压缩空气点燃后形成用于驱动涡轮机16的高温高压燃烧产物或气流。涡轮机16包括多个旋转组件或级(未图示)，所述旋转组件或级通过压缩机/涡轮机轴杆18 (有时也称作转子)以可操作的方式连接到压缩机12。在操作过程中，空气流入压缩机12中并被压缩成高压气体。所述高压气体被供给燃烧室组件14并与过程气体(process gas)和/或合成气体(合成气)等燃料混合。燃料/空气(或称可燃混合物)点燃后形成高压高温燃烧气流，该气流的温度约为摄氏538度(538°C )至1593°C (华氏1000度(1000° F)至2900° F)。或者，燃烧室组件14所燃烧的燃料可包括(但不限于)天然气和/或燃料油。不管是哪一种情况，燃烧室组件14均会将燃烧气流导入涡轮机16，涡轮机16会将热能转化为机械旋转能，所述机械旋转能能够驱动发电机20等电源。现参看图2，联合循环系统10还包括热回收系统30，热回收系统30能够通过废热线路(heat exhaust line) 34从润轮机16接收废热32。热回收系统30包括至少一个(但通常为多个)压力过 热器36、38和40。在所图示的实施例中，热回收系统30包括第一(或高压(HP))过热器36、第二(或中压(IP))过热器38以及第三(或低压(LP))过热器40。过热器36、38和40中的每一者经配置以接收一部分废热32，并分别在第一压力产生的第一蒸汽42、在第二压力产生的第二蒸汽44以及在第三压力产生的第三蒸汽46。每个压力过热器36、38和40分别通过第一蒸汽线路48、第二蒸汽线路50以及第三蒸汽线路52来进行传输，并且第一蒸汽线路48、第二蒸汽线路50以及第三蒸汽线路52中的每一者均包括阀门54。可调节各个阀门54来控制第一蒸汽42、第二蒸汽44和第三蒸汽46的特性，这些特性包括(但不限于)流速和温度。尽管已将热回收系统30描述为具有多个过热器的组件，但是应了解，可通过辅助锅炉或过程蒸汽源(process steam source)等替代热回收系统30来产生热量,从而产生蒸汽。供给蒸汽60从热回收系统30输出，由第一蒸汽42、第二蒸汽44以及第三蒸汽46中的一者或多者组成。如上所述，各蒸汽42、44和46具有不同的压力，并且在一种解释性的布置中，第一蒸汽42相对于第二蒸汽44和第三蒸汽46而言具有较高的压力，而第二蒸汽44具有中间压力，具体而言，第二蒸汽44的压力小于第一蒸汽42但大于第三蒸汽46，第三蒸汽46具有相对较低的压力。供给蒸汽60可选择性地仅由蒸汽42、44或46中的一者组成，或者，可选择性地由蒸汽42、44或46的任何组合组成。尽管各蒸汽以及它们的相对压力已按照特定次序进行了描述和说明，，但是应了解，过热器以及蒸汽的实际数量，以及它们彼此之间相对压力可进行修改。再次参看图1，除了提供供给蒸汽60以外，热回收系统30还能够将蒸汽源70分配给蒸汽涡轮机72，蒸汽涡轮机72可操作地连接到辅助发电机74。蒸汽涡轮机72驱动辅助发电机74，并且还将蒸汽排到冷凝器76中，在冷凝器76中，所述蒸汽至少部分地冷凝成水。随后给水泵78沿水线路80(图2)将所述水抽回热回收系统30，接着所述水被引入压力过热器36、38或40中的至少一者以帮助生成供给蒸汽60。供给蒸汽60随后输送通过供给蒸汽线路90，供给蒸汽线路90在与燃气涡轮机系统11的入口组件100最接近的一个末端处终止。入口组件100经配置以接收外界条件下的供给空气102，供给空气102的温度低于供给蒸汽60的温度。供给蒸汽60与供给空气102在入口组件100中混合，从而为将二者喷射到燃气涡轮机系统11中做好准备，更确切而言，是为将二者喷射到压缩机12中做好准备。参看图3和图4，入口组件100包括喷射器歧管(为了简化未图示)，所述喷射器歧管用于将供给蒸汽60直接喷射到入口组件100中，在入口组件100中，供给蒸汽60与供给空气102混合。为促进供给蒸汽60与供给空气102的混合，入口组件100包括至少一个声学喷嘴104以实现供给空气102与供给蒸汽60的有效混合。声学喷嘴104将供给空气102弓丨导至入口组件100中以进行混合，并降低供给蒸汽60的输出速率。因此，所述至少一个声学喷嘴104具有以下优势:能够减少与喷射过程相关联的噪声。但是，也可使用其他类型的声学喷嘴来实现声音控制。有利地，在将供给蒸汽60和供给空气102喷射到燃气涡轮机系统11中之前，联合循环系统10将供给蒸汽60与供给空气102混合，从而使得供给空气102以更高的温度和湿度进入燃气涡轮机系统11，确切而言，进入压缩机12。此类混合可在压缩机12的上游发生，或者在非常接近压缩机12的地方发生。增加供给空气102的热能使得压缩机12在部分负荷条件下运行，运行时所具有的体积流速比供给空气102在外界条件下所具有的体积流速要高，这样能提高燃料效率。此外，供给空气102中水分含量的增加也有助于减少氮氧化物。根据应用要求，部分负荷范围下氮氧化物的减少还可有助于减少对选择性催化反应器(SCR)的需求或降低移除SCR的可能性。尽管仅结合了有 限数目的实施例来详细描述本发明，但容易理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。
权利要求
1.一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件，包括: 热回收系统，所述热回收系统包括至少一个经配置以产生供给蒸汽的过热器；以及 燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括入口和压缩机，其中所述入口接收供给空气和所述供给蒸汽，以将二者混合喷射到所述压缩机中。
2.根据权利要求1所述的蒸汽喷射组件，其中所述热回收系统包括多个过热器。
3.根据权利要求2所述的蒸汽喷射组件，其中所述多个过热器中的每一个在不同压力产生的蒸汽。
4.根据权利要求1所述的蒸汽喷射组件，其中所述热回收系统包括:第一过热器，其用于在第一压力处产生第一蒸汽；第二过热器，其用于在第二压力处产生第二蒸汽；以及第三过热器，其用于在第三压力处产生第三蒸汽。
5.根据权利要求4所述的蒸汽喷射组件，其中所述第二压力小于所述第一压力，并且所述第三压力小于所述第二压力。
6.根据权利要求5所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽包括所述第一蒸汽、所述第二蒸汽以及所述第三蒸汽中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽包括所述第二蒸汽和所述第三蒸汽。
8.根据权利要求1所述的蒸汽喷射组件，其中所述入口包括过滤壳，其中所述入口接收并混合所述供给空气与所述供给蒸汽，然后将混合物喷射到所述压缩机中。
9.根据权利要求8所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽具有蒸汽温度并且所述供给空气具有空气温度，其中所述蒸汽温度高于所述空气温度。
10.根据权利要求1所述的蒸汽喷射组件，其进一步包括: 蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机接收来自所述热回收系统的蒸汽并排出水蒸气； 冷凝器，所述冷凝器用于将所述水蒸气冷凝成水；以及 水泵，所述水泵经配置以接收来自所述冷凝器的所述水，并将所述水泵送到所述热回收系统中。
11.一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件，包括: 燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括压缩机、燃烧室以及涡轮机； 热回收系统，所述热回收系统经配置以接收并处理来自所述燃气涡轮机系统的废热； 至少一个过热器，所述至少一个过热器设置在所述热回收系统内，并且经配置以产生供给蒸汽； 至少一个阀门，所述至少一个阀门可操作地连接到所述至少一个过热器，以控制所述供给蒸汽的流速和温度；以及 入口，所述入口设置在紧邻所述压缩机的位置，并且经配置以接收供给空气和所述供给蒸汽，进而将所述供给空气和所述供给蒸汽喷射到所述压缩机中。
12.根据权利要求11所述的蒸汽喷射组件，其中所述热回收系统包括:第一过热器，其用于在第一压力处产生第一蒸汽；第二过热器，其用于在第二压力处产生第二蒸汽；以及第三过热器，其用于在第三压力处产生第三蒸汽。
13.根据 权利要求12所述的蒸汽喷射组件，其中所述第二压力小于所述第一压力，并且所述第三压力小于所述第二压力。
14.根据权利要求13所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽包括所述第一蒸汽、所述第二蒸汽以及所述第三蒸汽中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽包括所述第二蒸汽和所述第三蒸汽。
16.根据权利要求11所述的蒸汽喷射组件，其中所述入口接收并混合所述供给空气与所述供给蒸汽，然后将混合物喷射到所述压缩机中。
17.根据权利要求16所述的蒸汽喷射组件，其中所述供给蒸汽具有蒸汽温度并且所述供给空气具有空气温度，其中所述蒸汽温度高于所述空气温度。
18.一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件，包括: 燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括压缩机、燃烧室以及涡轮机； 热回收系统，所述热回收系统经配置以产生蒸汽并分配离开所述热回收系统的供给蒸汽；以及 入口组件，所述入口组件设置在紧邻所述压缩机的位置，其中所述入口组件接收并混合所述供给空气与所述供给蒸汽，然后将混合物喷射到所述压缩机中。
19.根据权利要求18所述的蒸汽喷射组件，其中所述热回收系统包括:第一过热器，其用于在第一压力处产生第一蒸汽；第二过热器，其用于在第二压力处产生第二蒸汽；以及第三过热器，其用于在第三压力处产生第三蒸汽。
20.根据权利要求19所述的蒸汽喷射组件，其中热回收系统包括锅炉和工艺蒸汽源中的至少一个 。
全文摘要
本发明公开一种用于联合循环系统的蒸汽喷射组件。所述蒸汽喷射组件包括热回收系统，所述热回收系统具有至少一个经配置以产生供给蒸汽的过热器。所述蒸汽喷射组件还包括燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统具有入口和压缩机，其中所述入口接收供给空气和所述供给蒸汽，以将二者混合并将混合物喷射到所述压缩机中。
文档编号F02C6/00GK103244270SQ20131004249
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月1日 优先权日2012年2月3日
发明者章建民, 金基亨, B.A.基佩尔, 张华 申请人:通用电气公司