用于发电厂的燃料加热系统和加热燃料的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103711590 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103711590 A (21)申请号 201310452028.4 (22)申请日 2013.09.27 13/633,689 2012.10.02 US F02C 7/224(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 J. 约翰 V. 穆泰亚 C. 普什卡兰 P. 潘迪安 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 肖日松 严志军 (54) 发明名称 用于发电厂的燃料加热系统和加热燃料的方 法 (57) 摘要 本发明提供一种。

2、用于发电厂的燃料加热系统 和加热燃料的方法。该燃料加热系统包括排气结 构， 该排气结构具有用于在其中接收废气的内部 区域。 该燃料加热系统也包括流体喷射装置， 该流 体喷射装置包括用于输送流体的第一流体管道， 第一流体管道至少部分地延伸穿过排气结构的内 部区域， 以加热流体。 该燃料加热系统还包括用于 接收流体和液体燃料的热交换器， 在液体燃料通 过热交换器期间由流体加热液体燃料。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 C。

3、N 103711590 A CN 103711590 A 1/2 页 2 1. 一种用于发电厂的燃料加热系统， 包括 ： 排气结构， 所述排气结构具有用于在其中接收废气的内部区域 ； 流体喷射装置， 所述流体喷射装置包括用于输送流体的第一流体管道， 所述第一流体 管道至少部分地延伸穿过所述排气结构的所述内部区域， 以加热所述流体 ； 以及 热交换器， 所述热交换器用于接收所述流体和液体燃料， 在所述液体燃料通过所述热 交换器期间由所述流体加热所述液体燃料。 2. 根据权利要求 1 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述流体包括水。 3. 根据权利要求 1 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 。

4、其还包括用于将所述流体从所 述热交换器输送到燃烧器的第二流体管道。 4. 根据权利要求 1 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 其还包括用于接收来自所述热 交换器的所述液体燃料并且将所述液体燃料输送到燃烧器的液体燃料喷射装置。 5. 根据权利要求 1 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述废气从所述发电厂的涡轮 机部段排出且排到所述排气结构。 6. 根据权利要求 1 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述流体以第一温度进入所述 排气结构的所述内部区域并且以第二温度离开所述排气结构的所述内部区域， 所述第二温 度大于所述第一温度。 7.根据权利要求6所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述第。

5、一温度大约为70华氏度。 8. 根据权利要求 6 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述第二温度小于所述流体的 饱和温度。 9. 一种用于发电厂的燃料加热系统， 包括 ： 涡轮机部段， 所述涡轮机部段具有用于排出废气的排气口 ； 第一热交换器， 所述第一热交换器与所述排气口可操作地连接以用于接收废气， 所述 第一热交换器也接收来自流体喷射装置的流体， 其中所述流体由其中的废气加热 ； 以及 第二热交换器， 所述第二热交换器配置成接收液体燃料， 所述第二热交换器与所述第 一热交换器可操作地连接以接收由所述第一热交换器中的废气加热之后的所述流体， 由所 述流体加热所述第二热交换器内的所述液体燃料。

6、。 10. 根据权利要求 9 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述流体包括水。 11. 根据权利要求 9 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 其还包括用于接收来自所述第 二热交换器的所述流体的燃烧器。 12. 根据权利要求 9 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 其还包括用于接收来自所述第 二热交换器的所述液体燃料并且将所述液体燃料输送到燃烧器的液体燃料喷射装置。 13. 根据权利要求 9 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 其还包括用于接收来自所述第 一热交换器的废气的排气结构。 14. 根据权利要求 9 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述流体以第一温度进入所述 第一热交换器并且以。

7、第二温度离开所述第一热交换器， 所述第二温度大于所述第一温度。 15. 根据权利要求 14 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述第一温度大约为 70 华氏 度。 16. 根据权利要求 14 所述的燃料加热系统， 其特征在于， 所述第二温度小于所述流体 的饱和温度。 权 利 要 求 书 CN 103711590 A 2 2/2 页 3 17. 一种加热发电厂的燃料的方法， 包括 ： 用所述发电厂的涡轮机部段的废气加热流体 ； 将由所述废气加热的所述流体路由到热交换器 ； 将液体燃料从液体燃料源路由到所述热交换器 ； 以及 用所述热交换器内的所述流体加热所述液体燃料。 18. 根据权利要求 1。

8、7 所述的方法， 其特征在于， 加热所述流体发生在配置成接收来自 所述涡轮机部段的废气的排气结构的内部区域内。 19. 根据权利要求 17 所述的方法， 其特征在于， 加热所述流体发生在配置成接收来自 所述涡轮机部段的排气口的废气的流体热交换器内。 20. 根据权利要求 17 所述的方法， 其特征在于， 还包括将所述流体和所述液体燃料从 所述热交换器路由到燃烧器。 权 利 要 求 书 CN 103711590 A 3 1/4 页 4 用于发电厂的燃料加热系统和加热燃料的方法 技术领域 0001 本发明所公开的主题涉及发电厂， 并且更特别地涉及用于这样的发电厂的燃料加 热系统， 以及加热发电厂内。

9、的燃料的方法。 背景技术 0002 发电厂可以包括燃气涡轮机系统， 除了其它部段以外， 该燃气涡轮机系统具有至 少一个燃烧器和涡轮机部段。 这样的发电厂也可以包括通过将水喷射到至少一个燃烧器中 用于控制排放的喷水系统。水典型地在环境温度或其附近被喷射到至少一个燃烧器中。另 外， 发电厂包括燃料喷射系统， 一个这样的装置配置成适应液体燃料被喷射到至少一个燃 烧器中。在燃烧器喷射之前， 液体燃料典型地由一个或多个电加热器加热以获得并且保持 期望的粘度。遗憾地， 一个或多个加热器成本较高并且也需要相当大的功率消耗以充分地 操作。 发明内容 0003 根据本发明的一方面， 一种用于发电厂的燃料加热系统。

10、包括具有用于在其中接收 废气的内部区域的排气结构。也包括流体喷射装置， 所述流体喷射装置包括用于输送流体 的第一流体管道， 所述第一流体管道至少部分地延伸穿过所述排气结构的所述内部区域， 以加热所述流体。还包括用于接收所述流体和液体燃料的热交换器， 在所述液体燃料通过 所述热交换器期间由所述流体加热所述液体燃料。 0004 其中， 所述流体包括水。 0005 其中， 所述的燃料加热系统还包括用于将所述流体从所述热交换器输送到燃烧器 的第二流体管道。 0006 其中， 所述燃料加热系统还包括用于接收来自所述热交换器的所述液体燃料并且 将所述液体燃料输送到燃烧器的液体燃料喷射装置。 0007 其中。

11、， 所述废气从所述发电厂的涡轮机部段排出且排到所述排气结构。 0008 其中， 所述流体以在第一温度进入所述排气结构的所述内部区域并且以在第二温 度离开所述排气结构的所述内部区域， 所述第二温度大于所述第一温度。 0009 其中， 所述第一温度大约为 70 华氏度。 0010 其中， 所述第二温度小于所述流体的饱和温度。 0011 根据本发明的另一方面， 一种用于发电厂的燃料加热系统包括具有用于排出废气 的排气口的涡轮机部段。 也包括与所述排气口可操作地连接以用于接收废气的第一热交换 器， 所述第一热交换器也接收来自流体喷射装置的流体， 其中所述流体由其中的废气加热。 还包括配置成接收液体燃料。

12、的第二热交换器， 所述第二热交换器与所述第一热交换器可操 作地连接以接收由所述第一热交换器中的废气加热之后的所述流体， 由所述流体加热所述 第二热交换器内的所述液体燃料。 0012 其中， 所述流体包括水。 说 明 书 CN 103711590 A 4 2/4 页 5 0013 其中， 所述燃料加热系统还包括用于接收来自所述第二热交换器的所述流体的燃 烧器。 0014 其中， 所述燃料加热系统还包括用于接收来自所述第二热交换器的所述液体燃料 并且将所述液体燃料输送到燃烧器的液体燃料喷射装置。 0015 其中， 所述燃料加热系统还包括用于接收来自所述第一热交换器的废气的排气结 构。 0016 其。

13、中， 所述流体以第一温度进入所述第一热交换器并且以第二温度离开所述第一 热交换器， 所述第二温度大于所述第一温度。 0017 其中， 所述第一温度大约为 70 华氏度。 0018 其中， 所述第二温度小于所述流体的饱和温度。 0019 根据本发明的又一方面， 提供一种加热发电厂的燃料的方法。所述方法包括用所 述发电厂的涡轮机部段的废气加热流体。 也包括将由所述废气加热的所述流体路由到热交 换器。还包括将液体燃料从液体燃料源路由到所述热交换器。还包括用所述热交换器内的 所述流体加热所述液体燃料。 0020 其中， 加热所述流体发生在配置成接收来自所述涡轮机部段的废气的排气结构的 内部区域内。 0。

14、021 其中， 加热所述流体发生在配置成接收来自所述涡轮机部段的排气口的废气的流 体热交换器内。 0022 其中， 所述方法还包括将所述流体和所述液体燃料从所述热交换器路由到燃烧 器。 0023 这些和其它优点和特征将从结合附图进行的以下描述变得更明显。 附图说明 0024 被视为本发明的主题在权利要求书中特别地被指出并且明确地要求权利。 通过结 合附图进行的以下详细描述， 本发明的前述和其它特征和优点会变得明显， 其中 ： 0025 图 1 是根据第一实施例的具有燃料加热系统的发电厂的示意图 ； 0026 图 2 是示出随着各种环境温度下的发电厂负荷而变化的燃料加热系统内的喷水 温度的绘图 。

15、； 0027 图 3 是根据第二实施例的具有燃料加热系统的发电厂的示意图 ； 以及 0028 图 4 是示出加热发电厂内的燃料的方法的流程图。 0029 参考附图通过例子， 详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。 具体实施方式 0030 参考图 1， 根据第一实施例的发电厂示意性地被示出并且通常用数字 10 表示。发 电厂 10 包括涡轮机系统， 例如燃气涡轮机系统 12， 该燃气涡轮机系统 12 具有压缩机部段 14、 燃烧器部段 16、 涡轮机部段 18 和转子 20。应当领会的是， 燃气涡轮机系统 12 的一个实 施例可以包括多个压缩机 14、 燃烧器 16、 涡轮机 18 和转子。

16、 20。压缩机部段 14 和涡轮机部 段 18 由转子 20 联接。转子 20 包括单轴或联接在一起形成转子 20 的多个轴段。 0031 燃烧器部段16使用可燃燃料， 例如液体燃料， 来运转燃气涡轮机系统12。 例如， 燃 说 明 书 CN 103711590 A 5 3/4 页 6 料喷嘴与离开压缩机 14 的主流和液体燃料供应管线 24 流体连通。燃料喷嘴产生空气 - 燃 料混合物， 并且将空气 - 燃料混合物排放到燃烧器部段 16 中， 由此导致燃烧以产生热加压 废气。燃烧器部段 16 将热加压废气通过过渡件引导到涡轮机喷嘴 （或 “第一级喷嘴” ） 以及 其它级的轮叶和喷嘴中， 导致。

17、涡轮机部段 18 的外壳体内的涡轮机叶片的旋转。热废气 26 从涡轮机部段 18 排放到排气结构 28， 例如排气旁路或排气管中。排气结构 28 包括配置成 接收热废气26的内部区域30， 所述热废气26的温度可以变化， 并且在示例性实施例中热废 气 26 的温度超过大约 800 F（大约 427） 。 0032 发电厂 10 包括流体喷射装置 32， 该流体喷射装置 32 配置成以高压力将流体， 例 如水 34， 喷射到燃烧器部段 16 中。尽管流体的示例性实施例包括水， 但是可以预料可以使 用其它流体。水 34 在燃烧器部段 16 中转化成蒸汽， 这提供期望的排放控制， 例如减少 NOX。。

18、 水34是由流体源36， 例如软化水储罐， 提供给其中具有用于操控水34的各种部件的流体喷 射橇 38。所述部件例如可以包括泵和过滤器。流体喷射装置 32 包括将来自喷水橇 38 的水 34输送进入和通过排气结构28的内部区域30的至少一部分的第一流体管道40。 在输送通 过内部区域 30 的至少一部分期间， 第一流体管道 40 和由其输送的水 34 暴露于热废气 26。 暴露于热废气 26 使得水 34 从第一温度被加热到第二温度。在水 34 进入排气结构 28 的内 部区域 30 之前测量的水 34 的第一温度典型地大约为在许多环境中可以对应于大约 70 F （大约 21） 的环境温度， 。

19、但是应当理解的是， 第一温度取决于环境条件。在水 34 从排气结 构 28 的内部区域 30 离开之后测量的水 34 的第二温度大于第一温度并且取决于燃气涡轮 机系统 12 的负荷条件， 以及确定水 34 的饱和温度的环境条件。 0033 在排气结构 28 内被加热之后， 水 34 被输送到热交换器 42。热交换器 42 与液体燃 料喷射装置 43 连通并且配置成经由液体燃料供应管线 24 接收来自液体源 46 的液体燃料 44。在液体燃料 44 进入热交换器 42 之前， 液体燃料 44 被引导通过在其中具有用于操控液 体燃料 44 的许多部件的液体燃料前送橇 47。所述部件例如可以包括泵和。

20、过滤器。液体燃 料 44 在热交换器 42 内由已被排气结构 28 中的热废气 26 加热的水 34 加热， 如上面详细地 所述。液体燃料 44 的加热对于获得适合于喷射到燃烧器部段 16 的液体燃料 44 的粘度是 必需的。液体燃料 44 可以通过热交换器 42 升高到各种温度和从各种温度升高， 并且在一 个示例性实施例中温度从大约 80 F（大约 27） 升高到大约 180 F（大约 82） 。液体 燃料 44 和水 34 都从热交换器 42 被引导到燃烧器部段 16。液体燃料 44 可以沿着液体燃料 供应管线 24 被引导且通过一个或多个部件， 例如液体燃料选择橇 50 和 / 或液体燃。

21、料雾化 空气橇 52。最终， 液体燃料 44 被引导到燃烧器部段 16。 0034 在针对水 34 的情况下， 可以使用第二流体管道 48 将水 34 路由 （Route） 到燃烧器 部段16， 水34由于归结于液体燃料44的加热的损失而略微冷却。 应当领会的是， 第二流体 管道 48 可以简单地是第一流体管道 40 的延伸。到达燃烧器部段 16 的水 34 的喷射温度取 决于环境条件， 如上所述， 由饱和温度提供喷射温度的上限。在图 2 中示出了在不同环境温 度下的两个喷射温度曲线 （Profile） 。如图所示， 当燃气涡轮机操作负荷增加时， 流体喷射 温度由于用来加热水 34 的热废气 。

22、26 的更高温度而增加。绘图示出针对大约 32 F（大约 0） 的第一温度曲线 54 和针对大约 122 F（大约 50） 的第二温度曲线 56。 0035 现在参考图 3， 根据第二实施例的发电厂示意性地被示出并且通常用数字 100 表 示。发电厂 100 的第二实施例在许多方面类似于第一实施例， 使得不需要进一步详细地或 说 明 书 CN 103711590 A 6 4/4 页 7 重复地论述每个部件。 在适用的情况下， 用于描述第一实施例的类似附图标记可以被使用。 不同于将所有热废气26排放到排气结构28， 涡轮机部段18将热废气26的至少一部分通过 排气口 102 引导到布置在涡轮机部。

23、段 18 和排气结构 28 的外部位置的第一热交换器 104。 第一热交换器 104 也配置成经由流体喷射橇 38 接收来自流体源 36 的具有大约环境温度的 水 34。水 34 在通过第一热交换器 104 期间由热废气 26 加热。如上面关于第一实施例所 述， 水 34 的出口温度由取决于环境条件的饱和温度限制。热废气 26 然后从第一热交换器 104 排放到排气结构 28 或环境。 0036 在第一热交换器 104 内加热之后， 水 34 被输送到第二热交换器 106。类似于第一 实施例的热交换器42， 第二热交换器106与液体燃料喷射装置43连通并且配置成经由液体 燃料供应管线 24 接。

24、收来自液体源 46 的液体燃料 44。剩余部件和操作类似于第一实施例。 具体地， 液体燃料 44 由第二热交换器 106 内的水 34 加热以获得适合于喷射到燃烧器部段 16 的粘度。如上面详细地所述， 水 34 和液体燃料 44 然后都被路由 （Routed） 到燃烧器部段 16。 0037 有益地， 在第一和第二实施例中， 发电厂10、 100都提供用于加热水34和液体燃料 44 的高效系统。另外， 基于在加热水 34 以用于控制排放期间在燃烧器部段 16 中减小的潜 在的热消耗， 将水 34 加热到大于环境温度的温度以提供发电厂总性能的更高效率。总之， 设备和操作成本减小， 同时发电厂 。

25、10、 100 的效率增加。 0038 如图 4 的流程图中所示， 并且参考图 1-3， 也提供一种加热发电厂的燃料的方法 200。先前已描述第一和第二实施例的发电厂 10、 100 并且不需要进一步详细地描述特定结 构部件。加热发电厂的燃料的方法 200 包括 202， 用发电厂的涡轮机部段的废气加热流体 ； 204， 将由所述废气加热的流体路由到热交换器 ； 206， 将液体燃料从液体燃料源路由到热交 换器 ； 208， 用热交换器内的流体加热液体燃料。 0039 尽管已结合仅仅有限数量的实施例描述了本发明， 但是应当容易理解本发明不限 于这样的公开实施例。相反地， 本发明可以进行修改以包。

26、含迄今为止未描述但是与本发明 的精神和范围一致的许多变化、 改变、 替代或等效装置。另外， 尽管已描述了本发明的各种 实施例， 但是应当理解本发明的方面可以仅仅包括所述实施例中的一些。 因此， 本发明不被 视为由前面的描述限制， 而是仅仅由附带的权利要求的范围限制。 说 明 书 CN 103711590 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103711590 A 8 2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103711590 A 9 3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103711590 A 10 4/4 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103711590 A 11 。