CN102434288A - 燃料加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料加热系统，具体而言，涉及一种系统，可包括隔热水槽(174)以及燃料加热器(168)，隔热水槽(174)构造成在设备的运行期间存储来自第一设备部件(176)的第一加热的水，燃料加热器包括热交换器(168)，其中该热交换器(168)构造成在设备的启动期间从该第一加热的水向用于燃气涡轮发动机(162)的燃料(170)传递热量。

Description

燃料加热系统
技术领域
本文公开的主题涉及燃料加热系统，且更具体地，涉及燃气涡轮发动机的启动期间加热燃料。
背景技术
燃气涡轮发动机燃烧燃料和空气的混合物以产生热的燃烧气体，其驱动涡轮叶片的一个或更多级的旋转。该旋转又被用来驱动负载，例如发电机。在启动期间，期望快速将燃气涡轮发动机带至其排出排放物符合相关规章的负载水平。燃气涡轮机越快到达此所谓的“遵照排放”负载水平，有害的排放物的总量越小。加载的速率取决于燃气涡轮机的燃烧器的稳定运行，这主要由燃料温度控制。在现代燃气涡轮机中，在正常基础负载运行期间气态燃料被加热以改善热效率。此加热典型地通过从热回收蒸气发生器(HRSG)提取的热给水实现。不幸的是，在足够长的停机时间之后在设备启动期间，HRSG不能提供对于气态燃料加热至稳定燃烧器运行所要求的水平所需的热水。
发明内容
以下概述了在范围上与最初要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制所要求保护的发明的范围，相反这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包括可与以下详述的实施例相似或相异的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造成在设备的运行期间存储来自第一设备部件的第一加热的水的隔热水槽，以及包括热交换器的燃料加热器。热交换器配置成在设备的启动期间从第一加热的水向用于燃气涡轮发动机的燃料传递热量。
在第二实施例中，一种装置包括配置成燃烧燃料的燃烧系统，配置成用该燃烧系统运行期间产生的热量加热第一流体的第一部件，以及构造成存储处于加热状态的该第一流体的隔热槽。该装置还包括带有热交换器的燃料加热器，该热交换器配置成在燃烧系统的启动期间从存储在隔热槽中的第一流体向燃料传递热量。
在第三实施例中，一种系统包括燃料加热控制器，其配置成使得在燃烧系统的启动期间第一加热流体的第一流能够从隔热储槽通过燃料加热器的热交换器。燃料加热控制器配置成使得在燃烧系统的启动之后第二加热流体的第二流能够通过燃料加热器的热交换器。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相似的标号代表相似的部件，其中：
图1是结合了启动期间用于加热燃料的系统的整体气化联合循环(IGCC)发电设备的一个实施例的示意图；
图2是启动期间用于加热燃料的系统的一个实施例的示意图；
图3是启动期间用于加热燃料的系统的一个实施例的示意图；
图4是启动期间用于加热燃料的系统的一个实施例的示意图；以及
图5是启动期间用于加热燃料的系统的一个实施例的示意图。
零部件列表
100  联合循环系统
101  燃料加热系统
102  燃料源
104  给料制备单元
106  气化器
108  熔渣
110  气体净化器
111  硫
112  硫处理器
113  盐
114  水处理单元
116  碳捕获系统
118  燃气涡轮发动机
120  燃烧器
122  ASU(空气分离单元)
123  补充空气压缩机
124  DGAN压缩机
128  冷却塔
130  涡轮
131  驱动轴
132  压缩机
134  负载
136  蒸汽涡轮发动机
138  HRSG系统
140  第二负载
142  冷凝器
144  燃料加热器
146  加热的设备水
148  水槽
150  加热的设备水
152  水加热器
160  水加热系统
162  燃烧系统
164  设备部件
166  热交换器
168  燃料加热器
170  燃料
172  回水管
174  隔热水槽
176  设备部件
180  控制器
182  阀门
184  阀门
186  阀门
188  水加热器
190  泵
200  水加热系统
202  燃烧系统
204  加热的设备水
206  燃料加热器
208  燃料
210  回水管
212  隔热水槽
214  加热的设备水
216  加热的辅助水
218  控制器
220  阀门
222  阀门
224  阀门
226  阀门
228  水加热器
230  泵
240  水加热系统
242  燃烧系统
244  设备部件
246  热交换器
248  燃料加热器
250  燃料
252  回水管
254  隔热水槽
256  水源
258  水加热器
260  设备部件
262  太阳能热收集器
264  热交换器
266  热交换器
268  泵
270  泵
272  单向阀
274  单向阀
276  控制器
278  阀门
280  阀门
282  阀门
284  泵
300  燃料加热启动系统
302  燃烧子系统
304  燃烧子系统
306  燃烧子系统
308  燃烧子系统
310  燃烧子系统
312  燃烧子系统
314  阀门
316  阀门
318  阀门
320  阀门
322  阀门
324  阀门
326  泵
328  泵
330  泵
332  泵
334  泵
336  泵
338  燃料源
340  燃料源
342  燃料源
344  燃料源
346  燃料源
348  燃料源
350  燃料加热器
352  燃料加热器
354  燃料加热器
356  燃料加热器
358  燃料加热器
360  燃料加热器
362  燃气涡轮机
364  燃气涡轮机
366  内燃机
372  设备部件
374  隔热水槽
376  设备部件
378  辅助热源
380  热交换器
382  控制器
384  阀门
386  阀门
388  水加热器
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或更多特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在本说明书中可能不描述实际实施方式的全部特征。应该理解的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施方式特定的决定来达成开发者的特定目标，例如遵循系统相关和业务相关的限制，这可能从一个实施方式到另一个实施方式而不同。而且，应该理解的是，此类开发努力可能是复杂而耗时的，但对于那些受惠于本发明公开的本领域技术人员仍将成为设计、制造以及生产中的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的要件时，用词“一”、“一个”、“该”以及“所述”意在指存在一个或多个要件。用词“包括”、“包含”以及“具有”意在为包括性的，并且表示除了所列举的要件之外可能还有另外的要件。
所公开的实施例指向设备中基于燃料的系统的启动期间用于加热燃料的系统。例如，所公开的实施例可用于在燃烧系统和各种设备装置的启动期间加热用于燃烧系统(诸如燃气涡轮发动机)的燃料。尽管燃料加热系统可具有各种应用，但以下讨论在整体气化联合循环(IGCC)系统或设备的背景下呈现燃料加热系统，该系统或设备包括气化器、气体处理系统、燃气涡轮发动机、热回收蒸气发生(HRSG)系统、蒸气涡轮机以及各种相关设备装置。在设备的正常运行期间，燃料加热系统在隔热槽中存储加热的流体(例如水)用于后期启动期间用作热源。在停机后，设备及其各种装置冷却，从而消除了除存储在隔热槽中的加热流体之外用于预热的任何潜在热源。因此，在启动期间，存储的加热流体提供了充足的热能来加热用于燃烧的燃料，直至设备能够无需存储的加热流体而提供自持热源。在一些实施例中，隔热槽包括配置成将温度长时期保持在阈值以上的辅助加热器，从而降低隔热槽中的热损耗。
图1是整体气化联合循环系统100的一个实施例的图解，其可包括在IGCC系统100的启动期间预热燃料的能力。如以下详细讨论的，IGCC系统100包括燃料加热系统101，其配置成在IGCC系统100正常运行和启动期间都加热燃料。例如，燃料加热系统101可包括燃料加热器144，其可将热量传递至燃料以改善燃气涡轮发动机118的性能。特别是，在IGCC系统100的正常运行期间燃料加热器144可从加热的设备水146向燃料传递热量，而在IGCC系统100的启动期间燃料加热器144可从存储在水槽148中的加热的设备水150传递热量。IGCC系统100的以下讨论提供了用于燃料加热系统101的一种可能环境，尽管设想燃料加热系统101的实施例可用在不限于IGCC系统100的各种设备、设施和系统中。
如图1中所示，IGCC系统100配置成气化给料或燃料源102，驱动蒸气和燃气涡轮机，并产生电力。燃料源102可包括各种含碳燃料，诸如呈固体或液体形式的煤或烃。可包括给料制备单元104以制备用于气化的燃料，例如通过将燃料源102的固体形式进行碾磨、破碎和粉碎。然而，如果燃料源102处于液体形式，则可省略给料制备单元104。
给料可从给料制备单元104传给气化器106。气化器106可将给料转换成合成气，例如，一氧化碳(CO)和氢气的组合。此合成的气体可称为未处理合成气，因为其包括例如H2S。气化器106还可产生废弃物，诸如熔渣108，其可为潮湿的灰烬材料。可利用气体净化器110来清洁未处理合成气。气体净化器110可清洁未处理合成气以从该未处理合成气去除HCl，HF，COS，HCN以及H2S，其可包括在硫处理器112中分离硫111。此外，气体净化器110可从未处理合成气通过水处理单元114分离盐113，水处理单元114可利用水净化技术从未处理合成气产生可用的盐113。随后，来自气体净化器110的气体可包括处理的合成气(例如，已经从合成气去除硫111)，以及痕量的其它化学物，例如，NH3(氨)和CH4(甲烷)。
在一些实施例中，碳捕获系统116可去除并处理包括在合成气中的含碳气体(例如，按体积算大约80-100％或90-100％纯度的二氧化碳)。已经去除了其含硫成分和大部分二氧化碳的处理后的合成气然后可传送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120(例如燃烧室)作为可燃烧燃料。
IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU)122。ASU122可操作以例如通过蒸馏技术将空气分离成成分气体。ASU122可从由补充空气压缩机123供应给其的空气中分离出氧气，并且ASU122可将分离的氧气传输给气化器106。此外，ASU122可将分离的氮气引导至稀释剂氮气(DGAN)压缩机124。
DGAN压缩机124可将从ASU122接收的氮气压缩至至少等于燃烧器120中的那些氮气的压力水平，以便不干扰合成气的适当燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124已经充分地将氮气压缩至适当的水平，DGAN压缩机124就可将压缩的氮气传输至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。氮气可用作稀释剂以例如促进控制排放物。
如之前所述，可将压缩的氮气从DGAN压缩机124传送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、驱动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃烧器120可接收诸如合成气的燃料，其可在压力下从燃料喷嘴喷入。此燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机124的压缩氮气混合，并在燃烧器120内燃烧。此燃烧可产生热的增压排放气体。
燃烧器120可将排放气体引向涡轮130的排放出口。随着排放气体从燃烧器120通过涡轮130，该排放气体推动涡轮130中的涡轮叶片，以使驱动轴131沿着燃气涡轮发动机118的轴线旋转。驱动轴131可将涡轮130连接到压缩机132上以形成转子。压缩机132可包括联接到驱动轴131上的叶片。因此，涡轮130中涡轮叶片的旋转可导致将涡轮130连接到压缩机132上的驱动轴131使压缩机132内的叶片旋转。压缩机132中的叶片的此旋转导致压缩机132压缩经由压缩机132中的空气进口接收的空气。压缩的空气然后可输送至压缩机120并与燃料以及压缩的氮气混合，以允许更高效率的燃烧。驱动轴131还可连接到负载134上，其可为静止负载，诸如发电机，以例如在动力设备中产生电功率。实际上，负载134可为任何合适的装置，该装置由燃气涡轮发动机118的旋转输出提供动力。
IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机136以及热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。该第二负载140也可为用于产生电功率的发电机。然而，第一负载130和第二负载140两者均可为能够由燃气涡轮发动机118以及蒸汽涡轮发动机136驱动的其它类型的负载。此外，尽管如图示实施例中所示燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动分离的负载134和140，但燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136也可串联使用来通过单个轴驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机136以及燃气涡轮发动机118的具体构造可以是实施方式特定的，并且可包括多个部分的任何组合。
系统100还可包括HRSG 138。可将来自燃气涡轮发动机118的加热的排气运送到HRSG 138中，并用来加热水，且产生用来驱动蒸汽涡轮发动机136的蒸汽。例如，来自蒸汽涡轮发动机136的低压段的排气可被引入冷凝器142。冷凝器142可利用冷却塔128来用加热的水交换冷却的水。冷却塔128起作用以向冷凝器142提供冷水，从而协助冷凝从蒸汽涡轮发动机136传送到冷凝器142的蒸汽。来自冷凝器142的冷凝物又可被引入HRSG 138。再一次，来自燃气涡轮发动机118的排气也可被引入HRSG 138，以加热来自冷凝器142的水并产生蒸汽。
在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发动机118流动并通向HRSG 138，在此处其可用来产生高压、高温蒸汽。由HRSG 138产生的蒸汽然后可通过蒸汽涡轮发动机136用于动力发生。此外，所产生的蒸汽还可供应给其中可使用蒸汽的任何其它过程，诸如气化器106。燃气涡轮发动机118产生循环常称作“至顶循环”，而蒸汽涡轮发动机136产生循环常称作“及底循环”。通过如图1中所图示的组合这两个循环，IGCC系统100可在两个循环中导致更高的效率。特别是，来自至顶循环的排放热量可被捕获并用来产生在及底循环中使用的蒸汽。
如上所述，为了改善燃气涡轮机和设备在正常运行期间的效率，燃料加热系统101配置成在燃料在燃气涡轮发动机118中燃烧之前对其进行加热。在图示的实施例中，燃气涡轮发动机118在启动以及运行期间接收加热的燃料。升高的燃料温度增加了由燃料供应的总能量(即，燃料发热量以及焓)并降低了对于给定燃烧器出口温度所需的燃料的量。因此，对于几乎相同的燃气涡轮机功率输出(由于较低的燃料流量以及随后的较低涡轮气体流量而稍微减少)，消耗较少的能量，从而导致更好的效率。应该指出的是通过减少对于给定的电功率输出水平，通过减少燃烧的燃料的量，改善的效率对于总体排出排放物也是有益的。实际上，改善设备效率是降低来自燃烧化石燃料的发电设备的有害排放的最简单的方式，并且在本讨论的剩余部分中，改善的效率应该理解为暗示地意味着降低的排放。
在正常运行期间，燃气涡轮机118从燃料加热器144接收加热的燃料。燃料加热器144充当加热的设备水146和离开气体净化器110的燃料之间的热交换器。用来加热加热的设备水146的能量可来自各种设备部件，诸如气化器106、燃气涡轮发动机118、空气分离单元122、热回收蒸气发生器138、压缩机123和124或气体净化器110。以此方式，在IGCC系统100的运行期间可连续产生加热的水。在关机后，IGCC系统部件冷却且不再能够加热设备水146。在IGCC系统100启动时，设备水146可能不处于开始加热用于燃气涡轮机118的燃料的足够温度之下。这对于期望尽可能快地启动燃气涡轮机并将其带至符合排放负载是决定性的。这是由于这一事实，即燃气涡轮机燃烧器需要具有给定成分以及发热量的燃料处于一定的温度下以便稳定运行。通常，此要求被指示为“修正沃布指数”(MWI)，其是固定压力比下到达燃烧器的能量输入的相对测量值，并决定燃料调节和喷射系统适应成分和发热量变化的能力。存在MWI的允许范围以确保燃料喷射系统在所有操作模式(包括启动)下以必要燃料喷嘴压力比进行正确的运行。因此，如果燃料温度低至MWI的变化处于允许范围之外，则在等待对于燃料加热必需的来自HRSG(或其它设备部件)的足够热的水可用期间，燃气涡轮机将用长得多的时间来到达符合排放负载点。这对于总的设备排放将具有明显的负面影响。
在启动时为了补偿系统加热的水146的紧缺，燃料加热器144可从隔热水槽148接收加热的水，其在IGCC系统100的运行期间存储足够量的加热的水。槽148中的加热的水然后用于加热燃料，直至IGCC系统100能够提供自持量的加热的水146。例如，在启动期间至少用大约10、20、30、60或90分钟来将设备水146的温度升高到足够的水平以使得系统100能够提供用于燃料加热器144的自持的加热的水146。因此，取决于所期望的启动时间，水槽148可将尺寸设置成存储足够量的加热设备水150来加热IGCC系统100至少大约10、20、30、60、90分钟或者更长。
加热的设备水150，和加热的设备水146一样，可在IGCC系统100的正常运行期间来自各种设备部件(例如，气化器、燃气涡轮机、热回收蒸气发生器、空气分离单元、锅炉等)。当IGCC系统关机时，加热的设备水150保留在水槽148内。IGCC系统100然后在启动期间释放加热的水150以加热燃料加热器144中的燃料，直到系统100可提供需要的加热的水146以加热燃料。偶尔，关机和启动之间的时间可非常长，允许加热的水150在温度上降低到低于足以在启动时加热燃料的阈值温度。在这些情况下，水加热器152可操作以将加热的设备水150的温度维持在或高于水槽148内的阈值温度。
图2是在燃烧系统162的正常运行和启动期间用于加热燃料的水加热系统160的方块图。和以上的讨论相似，燃烧系统162(例如，气化器、燃气涡轮机、锅炉或熔炉)使用加热的燃料来减小燃料流量并改善效率。在正常设备运行期间，用来升高用于燃烧的燃料温度的热量来自由设备部件164加热的热传递介质(例如水)。例如，设备部件164可包括气化器、气体净化器或处理系统、空气分离单元(ASU)、压缩机、燃气涡轮机、锅炉、熔炉或任何其它热源。设备部件164使用热交换器166来向热传递介质(例如水)传递热量，其然后流过燃料加热器168从而将热量传递至燃料170。在本实施例中，热传递介质是水，但应该理解的是其它实施例可包括不同的流体。离开燃料加热器168的燃料170是加热的燃料(例如，处于升高温度下的燃料)，其极大地降低了燃烧系统162中的燃料170在燃烧期间的不期望排放。离开燃料加热器168的水然后可行进至回水管172以便返回至设备部件164从而重复该过程。
当设备部件164第一次启动时，其可能不能在热交换器166中产生足够加热的水。系统160通过包括提供用于燃料加热器168的加热的水的隔热水槽174而解决了此问题。例如，隔热水槽174可为具有内部和/或外部隔热层的金属外壳，例如，完全包围用于存储加热的水的容积。水槽174包括足够量的加热的水以加热燃料交换器168中的燃料170，直至设备部件164能够提供用于燃料加热器168的加热的水的稳定流。例如，根据系统的不同参数，水槽174可包括足够的水来加热燃料170至少大约10、20、30、60或90分钟或者更长。因此，在水槽174为燃料加热器169提供加热的水的同时，设备部件164逐步将水加热至对于燃料加热器168足够的温度，以独立于水槽174而操作。水槽174接收来自设备部件176的加热的水，该设备部件176可与设备部件164或燃烧系统162相同或不同。例如，燃烧系统162、设备部件164以及设备部件176可均为同一部件。因此，燃烧系统162可提供加热的水来在正常运行期间加热燃料加热器168中的燃料，同时也为水槽174加热要在启动期间使用的水。
控制器180控制正常运行和启动期间系统中加热的水的流量。例如，控制器180在启动期间关闭阀182或184并打开阀186，从而阻断从设备部件164进入燃料加热器168和水槽174的冷水流，同时使得存储的加热的水的流能够从水槽174到达燃料加热器168。因而，水槽174中的加热的水能够进入燃料加热器168，在此处其加热用于在燃烧系统162中燃烧的燃料170。一旦设备部件164能够充分加热水以加热燃料170，控制器180即关闭阀186并打开阀182。在阀182现在打开的情况下，来自设备部件164的加热的水能够加热燃料加热器168中的燃料170。控制器180可同时打开阀182和184而关闭阀186。以这种方式，加热的水能够加热燃料加热器168中的燃料170，同时用来自设备部件176的加热的水补充水槽174。备选地，控制器180可在系统160的运行期间的另一时间打开阀184。例如，阀184可在关闭系统之前不久打开，例如在一天的结束时。
在某些实施例中，水槽174包括水加热器188来补偿热损耗。在长停机期期间和/或如果水槽174可能发生过渡热损耗。因此，包括了水加热器188以将水的温度维持在阈值温度以上，或者可能升高水的温度。控制器180响应于一个或更多温度传感器维持水加热器188的控制，传感器指示水槽174中的水何时需要附加的能量。
在某些实施例中，系统160包括泵190以促进加热的水从槽174通过燃料加热器168的循环。例如，控制器180可在启动期间连续地接合泵190，或者控制器180可在水槽174中的水压降到阈值压力以下之后接合泵190。例如，在槽174中的水的百分比排出并流过燃料加热器168后，控制器180可触发泵190以增加压力从而维持从槽174通过燃料加热器168的合适的水流。
图3是在燃烧系统202的正常运行和启动期间用于加热燃料的水加热系统200的方块图。和以上的讨论相似，燃烧系统202(例如，气化器、燃气涡轮机、锅炉或熔炉)使用加热的燃料来减小燃料流量并改善效率。在正常设备运行期间，用来升高用于燃烧的燃料温度的热量来自例如加热的设备水204的热传递介质。加热的设备水204流过燃料加热器206从而将热量传递至燃料208。在本实施例中，热传递介质是水，但应该理解的是其它实施例可包括不同的流体。离开燃料加热器206的燃料208是加热的燃料(例如，处于升高温度下的燃料)，其极大地降低了燃烧系统202中的燃料208在燃烧期间的不期望排放。离开燃料加热器206的水然后可行进至回水管210以返回至设备中的过程流。
在燃烧系统202的启动期间，设备水204可能未被充分加热以提供用于燃料208的加热。系统200通过包括提供用于燃料加热器206的加热的水的隔热水槽212而解决了此问题。例如，隔热水槽212可为具有内部和/或外部隔热层的金属外壳，例如，完全包围用于存储加热的水的容积。水槽212包括足够量的加热的水以加热燃料加热器206中的燃料208，直至设备水204被充分加热以预热燃料208而无需存储在槽212中的水。例如，根据系统的不同参数，水槽212可包括足够的水来加热燃料208至少大约10、20、30、60或90分钟或者更长。因此，在水槽212提供用于燃料加热器206的加热的水期间，设备水204响应于设备部件和/或燃烧系统202的操作温度的增加而逐渐升高。最终，燃料加热器206将热量从加热的设备水204而不是存储在水槽212中的水传递至燃料208。在这点或更晚，水槽212可用加热的设备水214补充。加热的设备水204和214可为相同的或彼此不同。在任一情况下，加热的设备水204和214可源自气化器、气体净化器或处理系统、空气分离单元(ASU)、压缩机、燃气涡轮机、锅炉、熔炉或任何其它热源。例如，加热的设备水204和214可源自燃烧系统202。因此，燃烧系统202可提供加热的水来在正常运行期间加热燃料加热器206中的燃料208，同时也为水槽212加热要在启动期间使用的水。另外或备选地，水槽212可单独或与加热的设备水214一起接收加热的辅助水216。加热的辅助水216可源自各种源，诸如外部的太阳能热收集器、远程热源或独立的设备部件。
控制器218控制正常运行和启动期间系统中加热的水的流量。例如，控制器218在启动期间关闭阀220、222和224并打开阀226，从而阻断进入燃料加热器206和水槽212的冷水214、216和204的流，同时使得存储的加热的水的流能够从水槽212到达燃料加热器206。因而，水槽212中的加热的水能够进入燃料加热器206，在此处其加热用于在燃烧系统202中燃烧的燃料208。一旦设备部件204充分升高温度以加热燃料208，控制器218即关闭阀226并打开阀224。在阀224现在打开的情况下，加热的设备水204能够加热燃料加热器206中的燃料208。控制器218可同时打开阀220和/或222而关闭阀226。以此方式，加热的水204能够加热燃料加热器206中的燃料208，而加热的水214和/或216补充水槽212用于在另一启动过程期间后续使用。备选地，控制器218可在系统200的运行期间的另一时间打开阀214和/或216。例如，阀214和/或216可在关闭系统之前不久打开，例如在一天的结束时。
在某些实施例中，水槽212包括水加热器228来补偿热损耗。在长期关机期间可能发生过度热损耗。因此，包括了水加热器228以将水的温度维持在阈值温度以上，或者可能升高水的温度。控制器218响应于一个或更多温度传感器维持水加热器228的控制，传感器指示水槽212中的水何时需要附加的能量。
在某些实施例中，系统200包括泵230以促进加热的水从槽212通过燃料加热器206的循环。例如，控制器218可在启动期间连续地接合泵230，或者控制器218可在水槽212中的水压降到阈值压力以下之后接合泵230。例如，在槽212中的水的百分比排出并流过燃料加热器206后，控制器218可触发泵230以增加压力从而维持从槽212通过燃料加热器206的合适的水流。
图4是在燃烧系统242的正常运行和启动期间用于加热燃料的水加热系统240的方块图。和以上的讨论相似，燃烧系统242(例如，气化器、燃气涡轮机、锅炉或熔炉)使用加热的燃料来减小燃料流量并改善效率。在正常设备运行期间，用来升高用于燃烧的燃料温度的热量来自由设备部件244加热的热传递介质(例如水)。例如，设备部件244可包括气化器、气体净化器或处理系统、空气分离单元(ASU)、压缩机、燃气涡轮机、锅炉、熔炉或任何其它热源。设备部件244使用热交换器246来向热传递介质(例如水)传递热量，其然后流过燃料加热器248从而将热量传递至燃料250。在本实施例中，热传递介质是水，但应该理解的是其它实施例可包括不同的流体。离开燃料加热器248的燃料250是加热的燃料(例如，处于升高温度下的燃料)，其被供应至燃烧系统242。离开燃料加热器248的水然后可行进至回水管252以便返回至设备部件244从而重复该过程。
当设备部件244第一次启动时，其可能不能在热交换器246中产生足够加热的水。系统240通过包括提供用于燃料加热器248的加热的水的隔热水槽254而解决了此问题。例如，隔热水槽254可为具有内部和/或外部隔热层的金属外壳，例如，完全包围用于存储加热的水的容积。水槽254包括足够量的加热的水以加热燃料加热器248中的燃料250，直至设备部件244能够提供用于燃料加热器248的加热的水的稳定流。例如，根据系统的不同参数，水槽254可包括足够的水来加热燃料250至少大约10、20、30、60或90分钟或者更长。因此，在水槽254为燃料加热器248提供加热的水的同时，设备部件244逐步将水加热至对于燃料加热器248足够的温度，以独立于水槽254而操作。
在图示的实施例中，水源256向水槽254提供水，水槽包括多个加热系统以集中或独立加热槽254中的水。例如，加热系统可包括设置在水槽254中的水加热器258(例如电子加热元件)、位于水槽254外的设备部件260以及位于水槽254外的太阳能热收集器262。设备部件260和太阳能热收集器262可通过相应的热交换器264和266向水槽254中的水传递热量。工作流体从设备部件260和太阳能热收集器262向相应的热交换器264和266移动能量。可能的工作流体的示例可包括水、油、溶剂或其它合适的热交换流体。在一些实施例中，泵268和270用单向阀272和274(例如止回阀)操作以使工作流体循环通过热交换器264和266。以这种方式，工作流体在设备部件260、太阳能热收集器262以及它们相应的热交换器264和266之间循环。
控制器276控制正常运行和启动期间系统中加热的水的流量。例如，控制器276在启动期间打开阀282并关闭阀278，从而阻断从设备部件244进入燃料加热器248和水槽254的冷水流，同时使得存储的加热的水的流能够从水槽254到达燃料加热器248。因而，水槽254中的加热的水能够进入燃料加热器248，在此处其加热用于在燃烧系统242中燃烧的燃料250。在某些实施例中，控制器276可启动泵284同时打开阀282以维持通过燃料加热器248的足够的加热的水的流量。一旦启动后热交换器246从设备部件244向水传递了足够的热量，控制器276则关闭阀282并打开阀278。在阀278现在打开的情况下，来自热交换器246的加热的水能够加热燃料加热器248中的燃料250。控制器276可同时打开阀280，启动泵268和/或270，并关闭阀282以给水槽254补充加热的水。特别是，在足够的水进入并填充水槽256后，设备部件260和/或太阳能热收集器262可向相应的工作流体传递热量，工作流体然后循环通过热交换器264和266以升高槽254中水的温度。在某些实施例中，水加热器258可单独或与热交换器264及266组合使用以升高槽254中水的温度。换言之，槽254中的水可用使工作流体循环的热交换器264以及设备部件260加热、使工作流体循环的热交换器266以及太阳能热收集器262加热、槽254中的水加热器258加热、或者它们的任何组合来加热。
在某些实施例中，收集器276可配置成启动泵270来在晴朗天气或足够日光的时间从太阳能热收集器262收集热量，而控制器276在太阳能热收集器262不能收集足够的热量例如夜间或日光不足的时间(例如阴天)时停用泵270。类似地，控制器276可配置成在设备部件260的运行期间当有足够的热量可用来加热槽254中的水时启动泵268，而控制器276在设备部件260不运行或者缺乏足够的热量来升高槽254中的水的温度时停用泵268。在任一情况下，相应的泵268和/或270继续循环工作流体，直至控制器276感测到水已经达到或超过阈值温度。当水达到阈值温度时，控制器276向泵268和/或270发出信号来停止工作流体的循环。在水达到阈值温度且泵268和270已经停机后，水加热器258可用来在设备部件260不运行且当太阳能热收集器262不提供能量(例如夜间、阴天等)时维持水温。换言之，控制器276可给加热系统区分优先次序以最小化能量消耗，例如，第一优先权可为太阳能热收集器262，第二优先权可为设备部件260，而第三优先权可为水加热器258。然而，这些加热系统中的两个或三个可联合使用以增加加热槽254中的水的速度。
图5是根据一个实施例的燃料加热启动系统300的方块图。在本实施例中，燃料加热启动系统300可加热用于不同燃烧系统302、304、306、308、310和312的燃料。这些燃烧系统302-310的每一个均包括相应的阀314、316、318、320、322和324。这些阀的每一个均允许加热的水进入相应的燃烧子系统302-310以加热燃料。燃烧子系统302-310还包括移动子系统302-310中的加热的水的相应的泵326、328、330、332、334和336。各燃烧子系统302-310均包括燃料源338、340、342、344、346和348。尽管在本实施例中，存在单独的燃料源，但各燃烧子系统302-310可从相同燃料源接收燃料。各燃烧子系统302-310还包括燃料加热器350、352、354、356、358和360，其从加热的水将热量传递至燃料338-360。以此方式，燃料在燃烧前变热，从而改善效率并降低排放。最后，各燃烧子系统302-310均包括燃烧加热燃料的燃烧装置。在本实施例中，燃烧子系统302和304包括燃气涡轮机362和364；燃烧子系统306包括内燃机366；燃烧子系统308包括气化器308；燃烧子系统310包括锅炉；而燃烧子系统312包括另一种设备部件372。
如以上所解释的，加热的水在启动期间可能不可得，因此，可包括隔热水槽374以存储加热的水。水槽374存储来自各种源的加热的水，例如设备部件376和/或辅助热源378。设备部件376可包括燃烧装置362-372中的一个，或它们的任意组合。此外，设备部件376可包括气体净化器或处理系统、压缩机、空气分离单元(ASU)或它们的任意组合。设备部件376与通过热交换器380进入水槽的水交换热量。辅助热源378可通过各种源为水槽374提供加热的水，诸如外部的太阳能热收集器、远程热源或独立的设备部件。
控制器382决定来自设备部件376和/或辅助热源378的加热的水何时通过控制阀384和386进入槽。以此方式，取决于系统300的需求和热量的可用性，控制器382决定是否允许来自设备部件376和/或辅助热源378的加热的水进入。一旦水槽374充满加热的水，则控制器382可关闭阀384和386，直至水槽374中再次需要加热的水。当燃烧子系统302-312启动时，控制器382打开对应的阀314-324。打开的阀314-324然后允许来自水槽374的水加热对应燃料加热器350-360中的燃料338-348。
在某些实施例中，水槽374包括水加热器388来补偿热损耗。在长停机期期间和/或如果水槽374可能发生过渡热损耗。因此，包括了水加热器388以将水的温度维持在阈值温度以上，或者可能升高水的温度。控制器382响应于一个或更多温度传感器维持水加热器388的控制，传感器指示水槽374中的水何时需要附加的能量。
本发明的技术效果包括在燃烧系统(例如燃气涡轮机、气化器、锅炉等)的启动期间预热燃料的能力。具体而言，所公开的实施例存储在设备或部件的运行期间所产生的热量，使得热量没有被浪费而是被存储用于在燃烧系统的启动期间后期使用。特别是，运行期间所产生的热存储在隔热储槽内的热传递介质例如水中。因此，否则在关机后将会被浪费的热量的存储在启动期间使用，从而极大地降低启动期间与燃料加热相关的成本。此外，存储的热量可极大地增加启动期间燃料加热的性能，因为存储的热量易于从隔热储槽可用。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何结合的方法。本发明可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有无异于权利要求书的字面语言的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质性区别的等价结构性元件，则此类其它示例意在处在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
隔热水槽(174)，其构造成存储在设备的运行期间来自第一设备部件(176)的第一加热的水；以及
包括热交换器(168)的燃料加热器(168)，其中所述热交换器(168)构造成在所述设备的启动期间从所述第一加热的水向用于第二设备部件(162)的燃料(170)传递热量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二设备部件(162)是燃气涡轮发动机。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一设备部件包括热回收蒸气发生(HRSG)部件(138)。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一设备部件包括整体气化联合循环(IGCC)部件(100)。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一设备部件包括太阳能热收集器(262)。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔热水槽(174)包括构造成向所述第一加热的水(188)增加热量的加热器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换器(168)构造成在所述设备的启动后从第二加热的水向所述燃料(170)传递热量。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括控制器(180)，所述控制器(180)配置成从启动期间通过所述热交换器(168)的所述第一加热的水的第一流过渡至启动后通过所述热交换器的所述第二加热的水的第二流。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二设备部件(164)构造成向所述热交换器(168)供应所述第二加热的水。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二设备部件(164)不通过所述隔热水槽(174)导引所述第二加热的水。
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