CN101644193A - 用于在联合循环动力设备中预热燃料的系统及组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在联合循环动力设备中预热燃料的系统及组件。提供了一种燃料供送系统。该燃料供送系统包括构造成用以使用来自于多级热交换器装置中的等级逐渐升高的热量来加热水流的水加热器组件(34)，构造成用以接收燃料流的燃料入口流动通路，以及包括流动连通地与燃料入口流动通路相联接的第一流动通路(214)的燃料加热器(38)，该燃料加热器包括流动连通地与水加热器组件相联接的第二流动通路(232)，该燃料加热器构造成用以将来自于水流的热量传递到燃料流中。

Description

用于在联合循环动力设备中预热燃料的系统及组件
技术领域
[0001]本发明大体上涉及发电系统，并且更具体地涉及一种用于在联合循环动力设备中预热燃料的系统及组件。
背景技术
[0002]至少一些公知的发电系统包括多级热回收蒸汽发生器(HRSG)，其构造成用以从燃气涡轮发动机排气装置中的各连续级中产生等级逐渐降低的蒸汽。通向HRGS的进气口处的等级相对较高的热量能够在HRSG的高压级或高压段中产生压力相对较高的蒸汽。在从高压级的气体中除热后，将气体引导到中压级中，在中压级处，相对较冷的气体只能产生压力相对较低的蒸汽或中压蒸汽。
[0003]为了提高燃气涡轮发动机中的燃烧效率，通常会对燃料预热。燃料的预热使用来自于各HRSG段的一股或多股水流来在多级燃料加热器中加热燃料。然而，使用多级燃料加热器而增添到燃料上的热量数额是受限的。
发明内容
[0004]在一个实施例中，一种用于在联合循环动力设备中预热燃料的系统包括水加热器组件，其构造成用以使用来自于多级热交换器中的等级逐渐升高的热量来加热水流。燃料供送系统还包括燃料加热器，该燃料加热器包括流动连通地与燃料流动通路相联接的第一流动通路，以及流动连通地与水流的流动通路相联接的第二流动通路。燃料加热器构造成用以将来自于水流的热量传递到燃料流中。
[0005]在另一个实施例中，一种构造成用以使用来自于多级热交换器中的等级逐渐升高的热量来加热水流的水加热器组件，包括构造成用以接收来自于定位在多级热交换器中的压力相对较低的热交换器中的冷凝水流的入口。水加热器组件还包括多个水源加热器，其中，各水源加热器均包括流动连通地与定位在多级热交换器内的热交换器相联接的水流动通路。水加热器组件还包括泵，该泵构造成用以增大穿过水加热器组件通向出口的水流的压力。
[0006]在又一个实施例中，一种构造成用以使用利用来自于多级热交换器中的等级逐渐升高的热量加热的水来加热燃料流的燃料加热器组件，包括水加热器组件，该水加热器组件包括：构造成用以接收来自于定位在多级热交换器中的压力相对较低的热交换器中的水流的入口；多个水源加热器，其中，各水源加热器均包括流动连通地与定位在多级热交换器内的热交换器相联接的水流动通路；以及构造成用以引导来自于水加热器组件的加热的冷凝流的出口。燃料加热器组件还包括燃料加热器，其包括流动连通地与燃料流相联接的第一流动通路，其中，燃料加热器还包括流动连通地与出口相联接的第二流动通路。燃料加热器构造成用以将来自于水流的热量传递到燃料流中。
附图说明
[0007]图1至图3示出了本文所述的系统和组件的示例性实施例。
[0008]图1为示例性联合循环发电系统的简图；
[0009]图2为根据本发明的示例性实施例的图1中所示的水加热器组件的简图；以及
[0010]图3为根据本发明的另一个示例性实施例的图1中所示的水加热器组件的简图。
零件清单
5循环发电系统
7燃气涡轮发动机组件
10压缩机
12燃烧器
13燃气涡轮
14发电机
15管道
16热回收蒸汽发生器(HRSG)
17管线
18蒸汽涡轮
19发电机
20冷凝器
21管线
24高压(HP)段
26中压(IP)段
30低压(LP)段
31排出管路
34水加热器组件
36加热燃料的水
38燃料加热器
40燃料
202第一水源加热器
204第一流动通路
206第一热交换器
21第二热交换器
212第二水源加热器
214第一流动通路
216节约装置
220第二热交换器
222低压节约装置
224冷凝泵
226吸口
228增压泵
230入口
232第二流动通路
234第二流动通路
236第一流动通路
238第二流动通路
240旁通阀
242旁通阀
244旁通阀
具体实施方式
[0011]如下详细说明通过举例的方式而非通过限制的方式示出了本发明的实施例。设想到的是，本发明在工业、商业和住宅应用场合中对于通过使用等级逐渐升高的热量预热通向燃烧器的燃料流来提高燃烧和发电系统的效率而言，具有通用的适用性。如本文所用，高等级热量表示处于较高温度的热量，低等级热量表示处于较低温度的热量，以及中等级热量表示处于低等级热量温度与高等级热量温度之间温度的热量。
[0012]如本文所用，以单数形式描述并冠以词组“一个”或“一种”的元件或步骤应当理解为并未排除复数个所述元件或步骤，除非明确指出这种排除。此外，参照本发明的“一个实施例”并非意图理解为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。
[0013]图1为示例性联合循环发电系统5的简图。发电系统包括燃气涡轮发动机组件7，其包括压缩机10、燃烧器12，以及通过在燃烧器12中产生的高温气体的膨胀来供以动力以用于驱动发电机14的涡轮13。来自于燃气涡轮13的排气经由管道15供送给热回收蒸汽发生器(HRSG)16，以便从排气中回收废热。HRSG 16包括高压(HP)段24、中压(IP)段26，以及低压(LP)段30。HRSG 16构造成用以将来自于排气中的等级逐渐降低的热量传递到水中，水穿过压力逐渐降低的各段进行循环。HP段24、IP段26和LP段30中的各段均可包括节约装置、蒸发器、过热器和/或给水预热器或与各段相关的其它预热器，例如但不限于高压段预热器，其可分成多个热交换器，然后将其定位在区段(HP，IP，LP)中的一个或多个上。区段的节约装置通常用于例如在蒸发器中将水转变成蒸汽之前对其预热。
[0014]水经由管线21供送给HRSG 16，以产生蒸汽。从供送给HRSG的排气中所回收的热量传递到HRSG 16中的水/蒸汽中，以用于产生蒸汽，该蒸汽经由管线17供送给蒸汽涡轮18用于驱动发电机19。管线17代表HRSG 16与蒸汽涡轮18之间的多条蒸汽管线，以用于在不同压力水平下产生的蒸汽。来自于HRSG 16的冷却气体经由排出管路31和排气管(未示出)排放到大气中。
[0015]在示例性实施例中，联合循环动力设备5还包括水加热器组件34，其定位成与HRSG 16分离的独立装置。在备选实施例中，水加热器组件34定位在HRSG 16内。水和/或蒸汽从HRSG的一个或多个区段中获取，且将其引导到水加热器组件34中。加热燃料的水流36从水加热器组件34引导到燃料加热器38中。燃料流40定向为穿过燃料加热器38，在加热器38处，燃料流40接收从加热燃料的水流36中所传递的热量。已加热的燃料引导到燃烧器12中。已冷却的加热燃料的水流36引向冷凝器20。
[0016]图2为根据本发明的示例性的水加热器组件34(图1中所示)的简图。在示例性实施例中，水加热器组件34包括第一水源加热器202，其具有始自IP段26中的节约装置206的第一流动通路204，该第一流动通路204与始自LP段30中的节约装置222的第二流动通路232进行热交换。在一个实施例中，来自于IP段26中的节约装置206的部分水流引导到位于HRSG 16中(节约装置、蒸发器或过热器)上游的第二热交换器210中。水加热器组件34还包括在始自HP段24中的节约装置216的第一流动通路214与始自水源加热器202的第二流动通路234之间进行热交换的第二水源加热器212。在一个实施例中，来自于HP段24中的节约装置216的部分水流引导到位于HRSG16中(节约装置、蒸发器或过热器)上游的第二热交换器220中。低压节约装置222接收来自于冷凝泵224的冷凝流，且将加热的冷凝流引向增压泵228的吸口226，以及通向IP段26中的节约装置206水侧的入口230。增压泵228泵送加热的冷凝水穿过第一水源加热器202的第二流动通路232、第二水源加热器212的第二流动通路234，且之后穿过燃料加热器38的第一流动通路236，其中，加热的冷凝物中的热量传递到经由燃料加热器38中的第二流动通路238流动的燃料流40中。
[0017]在工作期间，通过低压节约装置222、第一水源加热器202和第二水源加热器212来加热冷凝水。加热的冷凝水引向燃料加热器38，在加热器38处，热量从加热的冷凝水中传递到经由第二流动通路238流动的燃料流中。在一个实施例中，使用旁通阀240，242和244来控制传递给燃料的热量，且因此控制燃料的温度。在示例性实施例中，燃料加热器38包括单级燃料加热器，其用于通过将燃料预热至预定温度来提高系统5的效率。通过提高通向燃气涡轮燃烧器12的燃料入口温度，减小了燃烧过程为获得所需的点火温度而需要的燃料量，且因此也提高了系统5的总效率。
[0018]图3为根据本发明的另一示例性实施例的水加热器组件34(图1中所示)的简图。在该示例性实施例中，HRSG 16构造成具有与第一热交换器206平游(evenstream)的第二热交换器210。如本文所述用，平游表示在构造成用以引导流体流的管道的相同流动通路内的相对位置，其中，构件相对于彼此既不在大致下游又不在大致上游，而是在流动通路中相对于流向彼此邻近。在HRSG 16中将第一热交换器206定位成与第二热交换器210平游与当第一热交换器206位于第二热交换器210(如图2中所示)下游时相比，容许第一热交换器206经受等级更高的热量。使第一热交换器206经受等级更高的热量容许第一热交换器206向水加热器组件34提供更多热量。
[0019]用于加热燃料流的系统和组件的上述实施例提供了一种成本效益合算且可靠的方式，通过使用利用来自于多级热交换器装置中的等级逐渐升高的热量加热的水来加热燃料而提高发电系统的效率。更具体而言，本文所述的系统和组件有助于通过将进入燃料预热至预定温度来提高动力设备的效率。此外，上述系统和组件有助于提高通向燃气涡轮机燃烧器的燃料入口温度，以便减少燃烧过程为获得所需的燃烧温度而需要的燃料量，从而提高发电循环的总效率。结果，本文所述的系统和组件有助于以成本效益合算且可靠的方式来提高发电系统的效率。
[0020]上文详细地描述了使用利用来自于多级热交换器装置中的等级逐渐升高的热量加热的水来加热燃料流的示例性系统及组件。所示的系统不限于本文所述的特定实施例，而是各系统的构件均可独立地且与本文所述的其它构件分开地使用。各系统构件均还可结合其它系统构件一起使用。
[0021]尽管已经根据各种特定的实施例描述了本文，但应当认识到，可利用权利要求的精神和范围内的修改来实施本公开内容。

Claims (10)

1.一种燃料供送系统，包括：
水加热器组件(34)，其构造成用以使用来自于多级热交换器装置中的等级逐渐升高的热量来加热水流；
构造成用以接收燃料流的燃料入口流动通路；以及
燃料加热器(38)，其包括流动连通地与所述燃料入口流动通路相联接的第一流动通路(214)，所述燃料加热器包括流动连通地与所述水加热器组件相联接的第二流动通路(232)，所述燃料加热器构造成用以将来自于所述水流的热量传递给所述燃料流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水加热器组件(34)构造成用以接收来自于定位在所述多级热交换器装置中的压力相对较低的热交换器中的冷凝水流。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水加热器组件(34)包括第一水源加热器(202)，所述第一水源加热器(202)包括流动连通地与定位在所述多级热交换器装置内的压力相对中等的热交换器相联接的流动通路(214)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述燃料流的温度使用围绕所述第一水源加热器(202)的旁通流来控制。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水加热器组件(34)包括第二水源加热器(212)，所述第二水源加热器(212)包括流动连通地与定位在所述多级热交换器装置内的压力相对较高的热交换器相联接的流动通路(214)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述燃料流的温度使用围绕所述第二水源加热器(212)的旁通流来控制。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多级热交换器装置包括中压段，所述中压段包括定位在经由所述多级热交换器装置的气体流动通路方向上的中压蒸发器和中压过热器中至少一者的下游的中压热交换器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多级热交换器装置包括中压段，所述中压段包括与中压蒸发器和中压过热器中的至少一者成串流连通的中压热交换器。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多级热交换器装置包括高压段，所述高压段包括定位在经由所述多级热交换器的气体流动通路方向上的高压蒸发器和高压过热器中的至少一者的下游的高压热交换器。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多级热交换器包括高压段，所述高压段包括与高压过热器成串流连通的高压热交换器。
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