使用液态烃燃料冷却燃气轮机进口空气的设备和方法 【发明背景】
本发明一般涉及发电厂，更具体地涉及使用通过烃气体如天然气或丙烷作动力的燃气轮机发电的发电厂。
用于给上述设备提供能量的烃气体经常是以液化形式提供的，在使用之前需要汽化。传统上汽化是通过一些燃料的燃烧或由其他热源加热液体实现的。
燃气轮机的性能受许多因素影响。因素之一是环境空气压力。空气压力又受海拔高度，天气引起的气压变化，以及空气流经过进口导管、过滤器等造成的相关压力损失的影响。
燃气轮机性能也受进口空气温度的影响。如果环境空气温度升高，燃气轮机一般表现出输出功率损失。当燃气轮机在15℃(59°F)和海平面的ISO条件下运转时，其性能额定值定义为100％。尽管温度和性能之间的实际关系是变化的，但如果进口空气温度升高到35℃(95°F)左右，则功率输出一般会降至其ISO额定输出值地80或85％。另一方面，如果进口空气温度仅有7℃(45°F)，则功率输出可以增大到其ISO额定输出值的105％，比其高温性能改进了30％。
当空调负载达到最大、环境空气温度高之时，电功率(和电流值)的需求经常是最大的。共同未决的申请09/591 250(2000年6月9日提交的)介绍了如何使用储存在分层罐中的热交换流体冷却这类设备进口空气的方法。
发明概述
本发明有效捕获了冷冻液态烃燃料的“冷量”，并用以冷却进入燃气轮机的进口空气。由于降低了为进行汽化而燃烧部分燃料的需要或浪费相对其他热源的“冷量”，同时也降低了对独立冷却源的需求，本发明能够使发电厂的设备运转更为有效，成本更低。
为发电设备提供燃料的冷冻液态烃在汽化室靠着(against)热交换流体汽化。热交换流体可以是各种类型的任何液体，包括水或甲醇/水溶液。在汽化期间，热交换流体得以冷却。可设置连接汽化室上游侧与下游侧的再循环回路，用于选择性地再循环冷却后的热交换流体回到汽化室，进行进一步冷却。
定期将一些冷却的热交换流体引入到存储设备。热交换流体优选在分层条件下存储，使冷却的热交换流体直接导入存储设备的底部。当需要流体来汽化液态烃燃料时，就将其从存储设备的顶部引出来。
冷却的热交换流体被输送到与燃气轮机相连的进口空气冷却器。冷却的热交换流体可以直接来自汽化室或存储设备或者二者的组合。用于冷却进口空气的热交换流体可定期从存储之处引出冷却的热交换流体。无论如何，进口空气冷却器冷却了燃气轮机进口空气，改进了燃气轮机效率。
热交换流体冷却进口空气时就会变暖。变暖的热交换流体可以回到汽化室用于汽化其他的液化燃料。变暖的热交换流体被定期地回收到存储容器。当热交换流体在分层条件下存储时，变暖的热交换流体被回收到存储设备的上层，随后从此处按需引出到汽化室中使用。
附图简述
参照附图就可以更清楚地理解本发明。
附图1是包括本发明一个实施方案的发电设备的示意图。
附图详述
附图1所示的发电设备包括一套汽化室10，分层罐形式的存储设备12，和一对燃气轮机16的一对进口空气冷却器14。燃气轮机以烃燃料运转，如天然气或丙烷。燃料以冷冻的液态形式提供，如液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)。
在液化烃燃料加入燃气轮机16之前，必须将其从液态汽化成气态。所举例的汽化室10能够用于汽化冷冻燃料。通过把液体燃料与更暖和的热交换流体接触就可汽化，而不用冷冻热交换流体。在一些应用中，如所示的汽化室可以是设计用于处理流速为1200m3/hr热交换流体的垂直壳管热交换器。其他类型和尺寸的热交换器也能够使用，热交换器的使用数目也可以变化。
各种液体可用作热交换流体。在某些条件下，可用水。有时，所述热交换流体可以是一种含有甲醇和水的溶液，如含有30％(重量)甲醇和70％(重量)水的溶液。其它可行的包括含有氯化钠、氯化钙、醋酸钾、甲酸钾、硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钾、乙二醇、丙二醇、氨水或无水氨中的一种或多种的溶液。虽然有时在整个系统中优选采用单一的热交换流体，但在其它条件下优选在系统的不同部分采用不同的热交换流体。
在本发明示出的实施方案中，冷冻液体燃料通过供应管路20在约-160℃(-260°F)进入汽化室10。在汽化室中，冷冻液体燃料置于与通过暖液体供应管路22送往汽化室的相对暖的热交换流体处于热接触状态下。在此情况中，在暖流体供应管路中的热交换流体的温度约为20℃(70°F)，暖的热交换流体与液体燃料的热交换将冷冻液体燃料汽化成气体燃料，同时使热交换流体冷却。气态燃料通过气体管道24出汽化室，进入燃气轮机16。冷却的热交换流体通过低阶供应管道26排出汽化室。在此，气体燃料的温度约为10 ℃(50°F)，和冷却的热交换流体的温度约为0℃(30°F)。
中阶流体管线28能够用于引导冷却的热交换流体到分层罐12或进口空气冷却器14。在一些情况中，冷却的热交换流体温度可能比要求的更高。这样，提供一个次级冷却器用以把热交换流体温度冷却到低于通过单路径通过汽化室10提供的热交换流体温度是很必要的。一种进一步冷却热交换流体的有用方式是使用如所示的再循环回路。
如所示的再循环回路包括一个汽化室泵30和再循环导管32，它们能够用于把冷却的热交换流体选择性地再循环回汽化室10的上游侧以进行进一步冷却。
本发明所示实施方案中，再循环管线32包括用于每个汽化室10的一个独立导管。每个导管具有一个再循环阀44，用以控制热交换流体流向其各自的汽化室。把一些冷却的热交换流体再循环而第二次通过汽化室，促使低阶供给管线26中的冷却热交换流体的温度降低。
进口空气冷却器14适用于利用冷却的热交换流体来冷却燃气轮机16的进口空气。例如空气冷却器可以是带鳍状物的管式热交换器。冷却的热交换流体可以从中阶管线28提供。可以使用附加空气冷却器补充冷却燃气轮机进口空气。
在本发明所示的实施方案中，环境空气通过导管46进入进口空气冷却器16。在一些情况下，环境空气的温度可以为35℃(95°F)或更高。在空气冷却器中，环境空气与来自中阶流体供给管线28的相对较冷的热交换流体发生热接触。在中阶供给管线28上的空气冷却器阀50控制热交换流体的流速。空气冷却器阀的类型和位置可以发生变化。
在进口空气冷却器14中，来自导管46的暖环境空气和来自中阶管线28的较冷的热交换流体进行热接触，冷却了进口空气，同时加热了热交换流体。冷却的进口空气温度优选为5℃(45°F)或更低，通过涡轮进口52提供给燃气轮机16。使用温度为5℃(45°F)左右的进口空气而不是35℃(95°F)，能够提高燃气轮机功率输出30％或更多。
暖的热交换流体通过回归线路54从进口空气冷却器14排出。在本发明所示的实施方案中，回归线路中暖热交换流体的温度为20℃(70°F)左右。回归线路的一支线回到暖流体供给管线22。回归线路的另一支线导至分层罐12的顶部。该回归线路的支线上的罐阀门56控制导入分层罐的暖热交换流体是多少。罐阀门的类型和位置可以变化。
非立即用于冷却进口空气的冷却的热交换流体能够通过冷供给管线60送到分层罐12。冷供给管线与分层罐底部相通，其中热交换流体是在分层条件下存储的。在某些情况下，正如所示，罐需要有约50000～100 000m3的容量。在这种情况下，罐应该外部绝缘，应该包括顶部和底部分配系统，它们被特别设计以增强存储的热交换流体的热分层。
冷的高密度流体存储在罐12的底部，暖的低密度流体储存在罐顶部，从而达到分层储存。当温度需要低于4℃(39°F)左右时，要求使用除淡水以外流体，因为淡水的温度/密度关系使之很难在这些温度之下保持分层条件。
冷供给管线60上的储存阀门62能够用于控制何时向分层罐12导入冷却的热交换流体和导入多少。通常，当需要冷却燃气轮机16进口空气的值或量低时，冷却的热交换流体在傍晚几小时内送去储存。送到分层罐的冷却的热交换流体形成储备的冷却的热交换流体，其在冷冻液体燃料汽化不能提供足够冷量来冷却进口气体达到希望的水平时就可以抽取出来使用。
如果需要时，暖的热交换流体能够从分层罐12顶部通过回归管线54引出。如果需要，可以提供泵。暖的热交换流体能够导入汽化室10被冷却，然后在冷却之后返回分层罐底部。
储备的冷却的热交换流体能够从分层罐12底部排出，通过从罐底部导向中阶管线28的补充供给管线64引到进口空气冷却器14。在补充供给管线上的次级阀门66控制何时从分层罐排出冷却的热交换流体和排出多少。次级泵68优选提供于补充供给管线上，以便为从储存处排出的冷却的热交换流体提供所需的压力。次级阀门和次级泵的类型和位置可以变化。
该详细描述用以示例性目的，而不是限制本发明的范围。本发明的全部范围陈列于以下的权利要求中。