CN102852645B - 燃料气体加湿和加热的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例可向燃气涡轮机提供水饱和燃料气体，所述水饱和燃料气体由从闪蒸罐接收热量的燃料加湿器进行加热。所述闪蒸罐的热源可来自热回收蒸汽发电机。与饱和燃料气体关联的质量流速增加可导致来自所述关联发电设备的功率输出增加。所述燃料气体饱和后，优选地使用底循环热源使燃料过热，从而获得较大热力效率。

Description

燃料气体加湿和加热的系统
技术领域
本发明大体涉及一种连接到热回收蒸汽发生器(HRSG)的燃气涡轮机；更确切地说，涉及一种用于饱和和加热燃料气体以增加功率输出和热力效率的改进底循环。
背景技术
一些发电设备使用与HRSG热耦合的燃气涡轮机。所述HRSG可为非接触式换热器，其可使用于蒸发过程的进水通过燃气涡轮机的废气进行加热。HRSG具有导管，所述导管带有插在所述导管中的管束，这样，进水在涡轮机废气通过所述导管时蒸发成蒸汽。此布置的效率在于对其它废气能量的利用。
现代HRSG通常使用多压式部分来回收废气中的最大能量。例如，用于从先进重型工业用燃气涡轮机(通常称为F、G或H级机器)回收废气能量的HRSG具有三个部分，在所述三个部分中，蒸汽在高压、中(中间)压和低压条件下生成。较早期的变体通常具有两个压级。此外，前述HRSG还具有再热器部分，在所述再热器部分中，从高压(HP)蒸汽涡轮机返回的蒸汽再次加热到与HP蒸汽相同的温度，以便实现较佳效率。因此，多压再热式HRSG的相关安装成本显著高于较早期的具有两个或甚至一个压级的非再热式HRSG(通常用于上一代重型工业用GT，所述上一代重型工业用GT也称为“E级”机器)。结构配置和热流路径相当复杂。与简单的热回收锅炉相比，具有多个压级的现代HRSG的运行明显具有更多功能，包括：蒸发器(锅炉)汽包水位和压力控制；经由喷水减温通过温度控制进行蒸汽温度控制；以及低压(LP)节热器循环，用于维持节热器管道金属温度高于最低标准以防止腐蚀。
发明内容
鉴于上述原因，需要一种效率和输出可能最高而HRSG配置最为简单且具有成本效益的系统。所述系统在理想状态下仅在单压、非再热条件下进行蒸汽生产，且由此无需成本较高的具有圆柱形薄壁式汽包的蒸发器部分以及关联控制器，所述关联控制器包括阀、集管和具有合金钢翅片管的再热过热器部分。通过减少长度、覆盖区域和所需的钢筋混凝土基础可进一步降低复杂程度和成本。通过使用与单压非再热式HRSG中产生的单压蒸汽关联的更为简单且成本更低的蒸汽涡轮机可更进一步地降低安装成本和复杂程度。
下文概述了本发明的最初范围内的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而仅在于概述本发明的可能形式。实际上，本发明可能包括与下述实施例的形式类似或不同的各种形式。
根据本发明的第一实施例，揭示了一种系统，包括：发电设备，其包括：燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括共同生成废气流的压缩机、燃烧系统和涡轮部分；以及HRSG，所述HRSG包括接收所述废气流并将水蒸发成蒸汽的换热部分；燃料加湿器，用于产生饱和燃料气体，其包括：入口，所述入口包括接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，所述燃料气体入口包括接收处于非饱和或干燥状态的燃料气体；直接接触传热和传质区域，所述直接接触传热和传质区域将所述水与所述燃料气体混合以产生饱和燃料气体；出口，所述出口排出处于第二温度的水，所述第二温度低于所述第一温度；其中所述水通过关联管道流向所述HRSG；以及燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述饱和燃料气体的管道；闪蒸罐，其包括：供应装置，所述供应装置包括从所述HRSG接收水的管道；蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述闪蒸罐内生成的蒸汽的管道；排出装置，所述排出装置包括连接到所述燃料加湿器的所述入口的管道，从而使剩余的水从所述闪蒸罐流向所述燃料加湿器；以及其中所述闪蒸罐迅速减少从所述供 应装置接收的水的压力，以使所述水的一部分闪蒸成蒸汽；燃料气体过热器，其包括：供水装置，所述供水装置包括从所述HRSG接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，所述燃料气体入口包括从所述燃料加湿器接收所述饱和燃料气体的管道；换热区域，所述换热区域使热量从所述水传递到所述饱和燃料气体，从而有效产生过热的饱和燃料气体；排水装置，所述排水装置包括排出处于第二温度的水的管道；以及燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出由所述燃气涡轮机的所述燃烧系统进行有效消耗的所述过热的饱和燃料气体的管道。
根据本发明的第二实施例，揭示了一种系统，除了上述第一实施例所列出的部件之外，所述系统包括蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机经由关联管道从HRSG接收蒸汽，且生成有用的轴功率。所述蒸汽涡轮机可为具有供应给某些过程用户的废气的背压式涡轮机，或其可配备连接到所述蒸汽涡轮机的冷凝器，其中所述冷凝器包括从蒸汽涡轮机接收蒸汽并使用外部散热器将其冷凝成水的管道和结构。
根据本发明的第三实施例，揭示了一种系统，包括：发电设备，其包括：燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括共同生成废气流的压缩机、燃烧系统和涡轮部分；以及HRSG，所述HRSG包括接收所述废气并将水蒸发成蒸汽的换热部分；燃料加湿器，用于产生饱和燃料气体，其包括：入口，所述入口包括接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，所述燃料气体入口包括接收处于非饱和或干燥状态的燃料气体；直接接触传热和传质区域，所述直接接触传热和传质区域将所述水与所述燃料气体混合以产生饱和燃料气体；出口，所述出口排出处于第二温度的水，所述第二温度低于所述第一温度；其中所述水通过关联管道流向所述HRSG；以及燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述饱和燃料气体的管道；闪蒸罐，其包括：供应装置，所述供应装置包括从所述HRSG接收水的管道；蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述闪蒸罐内生成的蒸汽的管道；其中关联管道将所述蒸汽出 口连接到燃料加湿器入口；排出装置，所述排出装置包括连接到所述燃料加湿器的所述入口的管道，从而使水从所述闪蒸罐流向所述燃料加湿器；以及其中所述闪蒸罐迅速减少从所述供应装置接收的水的压力，以使所述水的一部分闪蒸成蒸汽，从而排出所述蒸汽出口，并使所述水的剩余部分经由所述排出装置流向所述燃料加湿器；以及燃料气体过热器，其包括：供水装置，所述供水装置包括从所述HRSG接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，所述燃料气体入口包括从所述燃料加湿器接收所述饱和燃料气体的管道；换热区域，所述换热区域使热量从所述水传递到所述饱和燃料气体，从而有效产生过热的饱和燃料气体；排水装置，所述排水装置包括排出处于第二温度的水的管道；以及燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述过热的饱和燃料气体的管道。
附图说明
在参阅附图阅读以下具体说明后，可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优势，在附图中，类似的符号代表所有图中类似的元件/部分。
图1是包含传统多压再热式HRSG系统的发电设备的示意图。
图2是包含已知的多压再热式HRSG系统的发电设备的示意图，所述已知的多压再热式HRSG系统包含燃料加湿系统。
图3是根据本发明的第一实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG的发电设备的示意图。
图4是根据本发明的第二实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG的发电设备的示意图。
图5是根据本发明的第三实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG的发电设备的示意图。
部件标号列表：
具体实施方式
下文将介绍本发明的一个或多个具体实施例。为了简要介绍这些实施例，说明书中可能不会介绍实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类尝试可能非常复杂耗时，但无论如何对受益于本发明的技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
本专利申请文件中揭示了详细的示例性实施例。但是，本专利申请文件中所揭示的特定结构和功能细节仅表示对所述示例性实施例进行说明。然而，本发明的实施例可通过多种替代形式进行实施，且不应解释为仅限于本专利申请文件中所阐述的各项实施例。
因此，示例性实施例可具有多种修改和替代形式，其中实施例通过附图所示实例进行说明，且将在本专利申请文件中进行详细描述。但是应了解，本发明并非意图将示例性实施例限制为所揭示的特定形式，相反，示例性实施例应涵盖属于本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。
本专利申请文件中所使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非意图限制示例性实施例。本专利申请文件中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。本专利申请文件中所使用的术语“包括”用于说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或以上项的组合。
尽管本专利申请文件中可使用术语“第一”、“第二”等来描述多个元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分不同元件。例如，在不背离示例性实施例的范围内，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件可被称为第一元件。本专利申请文件中，术语“和/或”包括所列相关条目中的一个或多个条目的任何和所有组合。
本专利申请文件中所使用的某些术语仅是为了便于读者理解，但且不应视为对本发明的范围的限制。例如，字词，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”以及同类字词仅用于描述图中所示配置。实际上，本发明的一个实施例的元件可定位在任何方向上，且因此，所述术语应理解为包括此类变体，除非上下文以其他方式明确指出。
本发明的实施例提供一种基于单压非再热式HRSG的底循环。在此配置中，高压(HP)节热器水的一部分可经过闪蒸以提供蒸汽和热水，从而加湿和加热供应给燃气涡轮机的燃料气体。此配置还可在加 湿之后且在燃烧过程发生之前使用一些HP节热器水来使燃料气体过热。饱和加湿燃料气体(在本专利申请文件中称作“饱和燃料气体”)包括处于现有压力和温度条件下的最大可能量的水蒸汽。与饱和加湿燃料气体较为相似的是具有100％相对湿度的空气。
本发明可应用于多种发电设备，包括燃气涡轮机和单压再热式HRSG。这可能包括(但不限于)以下配置：简单循环(仅限燃气涡轮机)、蒸汽和燃气涡轮机联合循环、用于发电的简单或联合循环、用于电力和蒸汽联合发电的简单或联合循环(在欧洲，通常称为热电联产或CHP)，或者其他类似排列布置。尽管下述内容涉及每张附图中所示的发电设备配置，但本发明的实施例可应用于具有不同配置的发电设备。例如，但不限制于，本发明可应用于具有与每张附图中所示不同或额外的部件的发电设备。
现参阅附图，其中多个编号表示若干附图中的类似部件，图1是发电设备的示意图，该发电设备10具体化为采用燃料加热的传统三压再热式联合循环发电设备10。发电设备10包括：燃气涡轮机12，其包括压缩机、燃烧系统14和涡轮部分16；以及蒸汽涡轮机18，其包括高压(HP)部分20、中压(IP)部分22，以及在不同压力具有多个进汽点的一个或多个低压(LP)部分24。LP部分24排入冷凝器26中。蒸汽涡轮机18驱动产生电力的发电机28。燃气涡轮机12、蒸汽涡轮机18以及发电机28在单轴30上串联布置，这种布置通常称为联合循环配置，其也具有由多个设备制造商所申请的其他商标名称，例如，由通用电气(General Electric)所申请的商标名称“STAGTM”(蒸汽和燃气)。
蒸汽涡轮机系统18与多压式HRSG 32关联，所述HRSG 32包括低压节热器(LP-EC)、低压蒸发器(LP-EV)、高压节热器(HP-EC-2)、中压节热器(IP-EC)、中压蒸发器(IP-EV)、低压过热器(LP-SH)、最终高压节热器(HP-EC-1)、中压过热器(IP-SH)、高压蒸发器(HP-EV)、高压过热器部分(HP-SH-2)、再热器(RH-SH)，以及最终高压过热器部 分(HP-SH-1)。
通过蒸汽冷凝所获得的水经由套管34借助于冷凝泵36从冷凝器26进入HRSG 32。随后，水通过LP-EC进入LP-EV。通过已知的方式，来自LP-EV的蒸汽进入LP-SH，且随后经由套管38和合适的LP进入停止/控制阀(示意图所示为40)返回蒸汽涡轮机18的低压部分24。进水通过进水泵42按以下方式流动：(1)经由套管44流经IP-EC，随后经由套管48流向IP-EV，(2)经由套管46流经IP-EC-2，以及(3)随后流向最终HP-EC-1(套管未图示)。同时，来自LP-EV的蒸汽流经IP-SH，且随后经由套管50流经再热器RH-SH。再热蒸汽经由套管52返回蒸汽涡轮机18的IP部分22。
同时，最终HP-EC-1中的水流向HP-EV。离开HP-EV的蒸汽流经过热器部分HP-SH-2和HP-SH-1，随后通过套管54和合适的停止/控制阀(图1中未图示)返回蒸汽涡轮机18的高压部分20。
在此实例中，燃料加热器56的原料是来自中压节热器(IP-EC)出口的抽取物58。也有可能抽取物来自HRSG的其他部分或蒸汽涡轮机18。通过底循环能源向燃料增加热量会减少与所增加的热量等量的燃气涡轮机能量输入，同时相应减少燃料气体消耗。
尽管因使用底循环能源来加热燃料，尤其是要将燃料加热至高于LP蒸汽温度，而导致设备净功率输出减少，但在选择了合适的热源的情况下，减少热量消耗可使热力效率增加。尽管热力效率增加的经济价值显著高于多数实例中功耗损失的成本，但由于设备功率输出损失，这种效益仍然会降低。
图2是包含已知的多压再热式HRSG 12的发电设备的示意图，所述已知的多压再热式HRSG 12包含燃料加湿系统。燃料加湿的基本概念参阅图2进行讨论。为方便理解，与上文参阅图1所述的部件对应的部件将标识相同的参考编号，但仅在必须或需要了解燃料加湿和燃料加热部件和过程的特定情况下进行讨论。
如图2所示，燃料气体输送到饱和器。在饱和器中，燃料气体吸 收水份，且同时通过直接接触填充柱或板式柱中的热水进行加热。这种同时将热量和质量从热水传递到较冷的和较干燥的燃料气体的过程通常称为加湿。填充柱通常称为饱和器，或者，在燃气涡轮机发电设备燃烧气体燃料的情况下称为燃料加湿器，其中气体燃料在燃烧之前在饱和器中进行加湿。本专利申请文件中所使用的此术语用于描述本发明。燃料气体可能吸收的水量可与供应给燃料加湿器的热水温度成正比。通常，水温越高，离开燃料加湿器的燃料气体的湿度越大。如下所述，燃料加湿过程的基本特征在于本发明的驱动器。
燃料加湿器底部水通过饱和器加热器162中的燃气涡轮机废气进行加热。饱和器加热器162置于相对于用于加热循环工作流体的其他HRSG管排的最佳位置。补给水提供给燃料加湿器160以替代燃料气体所吸收的水。在所述实施例中，离开燃料加湿器160的饱和燃料气体随后在燃料过热器164中使用底循环热源进行加热。正确选择饱和器加热器162和燃料过热器164的底循环热源可使动力循环的性能增强。
通过燃料加湿器160对燃料气体进行额外加湿增加了燃料气体的质量流率，而不会更改其总热值(其也被视为总能量)。对于相同的总热值，质量流率的增加可导致燃气和蒸汽涡轮机的功率输出均增加。此外，使用低级能量来加湿干燥燃料气体应会导致热力效率增长。低级能量对于蒸汽生产而言没有用处，因此通过烟道排出到周围环境中。这反映为HRSG烟道中的燃气温度经由从用于生产有用轴功的废气中抽取的额外热量而降低，且热力火用损失经由离开HRSG 132的烟道气而相应减少。此外，燃料气体中存在的水分用作燃气涡轮机燃烧室14的反应区中的调节器，且降低反应温度。这减少了NOx产量，而不会使燃气涡轮机燃烧温度降低。燃料加湿在第6,389,794号共同拥有的美国专利中进行了更为详细的描述，该专利以引用的方式并入本文中。
图3到5图示了本发明的不同实施例。本发明的实施例可使燃料 气体在进入燃烧系统14之前有效提高其含湿量和温度。例如(但不限于)本发明的实施例可使含湿量最多提高水量的35％，并可使燃料气体的温度最多增加到600华氏度。这是本发明中的主要驱动原则。在现有技术中，例如，如第6,389,794号美国专利所述，仅在HRSG烟道之前使用废气热回收进行燃料加湿无法达到此级别的燃料气体含湿量，因为燃料加湿加热器162中所得到的热水温度有限。
在论述各项实施例的差异之前，首先描述图3到5所示实施例的共同特征。本发明的实施例提供用于发电设备10的部件。这些部件可包括：燃气涡轮机12、HRSG 332、燃料加湿器160、闪蒸罐334、336以及燃料过热器164。
如上所述，燃气涡轮机12通常包括压缩机、燃烧系统14以及涡轮部分16。燃气涡轮机12消耗环境空气和燃料气体，并生成废气流。
如下所述，术语“蒸汽”用于指循环工作流体的气相。术语“水”用于指循环工作流体的液相。尽管本专利申请文件中所述的循环工作流体采用H2O的形式，但本发明的实施例中也可使用其他工作流体，例如，但不限于有机流体。这些其他工作流体应具有与H2O类似的性质，例如，但不限于不具反应性(不会影响燃料气体热值)以及沸点、比热、粘度等物理性质。
HRSG 332生成蒸汽，且可大体采用单压非再热式HRSG 332的形式。比较图2所示HRSG 132和图3到5所示HRSG 332，两种HRSG 132、332配置之间存在实质上的差异。HRSG 132是三压再热式HRSG，而HRSG 332是单压非再热式HRSG。
本发明的实施例所示的HRSG 332包括换热部分。该部分包括特定结构，例如，但不限于管束和关联管道，所述关联管道从燃气涡轮机12接收废气并使用废气所传递出的热量来使水蒸发成蒸汽。HRSG 332的一个实施例可包括高压节热器(HPEC)、低压过热器(LPSHT)、高压蒸发器(HPEVP)以及高压过热器(HPSHT)。
燃料加湿器160可使用水和/或蒸汽以产生饱和燃料气体。燃料 加湿器160的一个实施例可具有随机填充柱的形式，且可垂直布置。燃料加湿器160可填充填料，例如(但不限于)金属片。在功能方面，燃料加湿器160促使两种介质之间直接接触。来自HRSG 332的热水可有效进入燃料加湿器160的顶端附近，且干燥燃料气体可进入底端附近。这些流体在通过填料时彼此接触，从而促使热水和干燥燃料气体之间进行热量和质量传递。燃料加湿器160的一个实施例可包括以下部件：进水口，其包括接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，其包括接收处于非饱和(含有一定量的水蒸汽)或干燥状态(不含有水蒸汽)的燃料气体的管道；直接接触传热和传质(masstransfer)区域(填料)，其将水和燃料气体混合以产生饱和燃料气体；出水口，其包括排出处于第二温度的水的管道，所述第二温度低于所述第一温度；其中所述水通过关联管道流向HRSG 332；以及燃料气体出口，其包括排出所述饱和燃料气体的管道。
闪蒸罐336可通过从HRSG 332所接收的水来产生蒸汽。闪蒸罐336的一个实施例可包括以下部件：供应装置，其包括从HRSG 332接收已加热的水的管道；蒸汽出口，其包括将闪蒸罐内生成的蒸汽排出到HRSG 332的管道；排水装置，其包括连接到燃料加湿器160的进水口的管道，从而允许水从闪蒸罐336流向燃料加湿器160。经由迅速降压，闪蒸罐336可有效地使一部分水闪蒸成蒸汽，所述蒸汽可经由蒸汽出口排出。这还会导致剩余的水经由排水装置排出到燃料加湿器160。
发电设备10的一些实施例可经配置以使关联管道将闪蒸罐336的蒸汽出口连接到HRSG 332一部分。发电设备10的其他实施例可经配置以使关联管道将闪蒸罐336的供应装置可操作地连接到HP节热器。
燃料过热器164可过热从燃料加湿器160中排出的燃料气体。燃料过热器164的一个实施例可包括以下部件：供水装置，其包括从HRSG332接收处于第一温度的水的管道；燃料气体入口，其包括从所述燃 料加湿器160接收饱和燃料气体的管道；换热区域，其使热量从水传递到饱和燃料气体，从而有效产生过热的饱和燃料气体；出水口，其包括排出处于第二温度的水的管道，所述水随后通过关联管道流向HRSG 332；燃料气体出口，其包括将所述过热的饱和燃料气体排出到燃烧系统14的管道。
现具体参阅图3，其是根据本发明的第一实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG 332的发电设备10的示意图。图3所示实施例大体上应用于针对废热发电操作进行配置的发电设备10。其中，过程300可消耗HRSG 332所生成的蒸汽。所述过程300可包括，但不限于化学处理、造纸、石化应用等。
通过蒸汽冷凝所获得的水可经由进水泵42从冷凝器26进入HRSG 332。随后，所述水可接着流经包括多个部分的HPECO。然后，当水从HPECO中排出时，其中一部分可转向闪蒸罐336，且剩余的水可流向HPEVP。闪蒸罐336可使高压热水迅速减压，以产生处于低压和低温的蒸汽和水。蒸汽可从闪蒸罐336中排出并进入LPSHT。水可从闪蒸罐336中排出并进入燃料加湿器160，所述燃料加湿器160也从燃料气体供应装置接收处于相对干燥状态的燃料气体，其中所述燃料气体供应装置未图示。
燃料加湿器160可采用上述方式有效地加湿燃料气体。已加湿的燃料气体可从燃料加湿器160中排出并经由关联管道进入燃料加热器164。水可从燃料加湿器160中排出，且随后经由关联管道和燃料加湿器排出阀338返回进水泵42。
如上所述，燃料加热器164可从燃料加湿器160接收已加湿的燃料气体，且从HRSG 332的HPECO部分接收热水。在使已加湿的燃料过热后，过热的已加湿的燃料可从燃料加热器164排出，并经由关联管道流向燃烧系统14。水可从燃料加热器164中排出，且经由关联管道和进入阀40进入闪蒸罐334。在此，水可闪蒸成蒸汽且从闪蒸罐334中排出，随后进入HRSG 332的LPSHT。水可从闪蒸罐334中排出， 并经由关联管道、冷凝泵340和进水泵42返回HRSG 332的进水口。蒸汽可从LPSHT中排出，且经由关联管道和进入阀40进入过程300。
同时，离开HPECO的水可进入HPEVP，在HPEVP中，所述水可蒸发成蒸汽，随后排出并进入HPSHT。然后，蒸汽可从HPSHT中排出并经由关联管道和进入阀40进入过程300。
现参阅图4，其是根据本发明的第二实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG 332的发电设备10的示意图。大体上，图4所示发电设备10经配置以使HRSG 332向蒸汽涡轮机18提供蒸汽，而非将蒸汽导出到图3所示过程300。在此，蒸汽涡轮机18可经由关联管道和进入阀40有效连接到HRSG 332，其中所述蒸汽涡轮机18从HRSG 332接收蒸汽。蒸汽涡轮机18还可连接到冷凝器26，所述冷凝器可使蒸汽涡轮机18所排出的蒸汽冷凝。图4所示本发明的此实施例的发电设备10可大体采用与图3所示实施例相同的方式运行。
现参阅图5，其是根据本发明的第三实施例的包含与燃料加湿系统热耦合的单压非再热式HRSG 332的发电设备10的示意图。大体上，图5所示发电设备10可配置成具有循环水(以下均称为“循环水”)加热回路，所述循环水加热回路可更好地控制进入燃料加湿器160的水的温度。循环水加热回路可包括燃料加湿器排出泵505和循环水加热器510。循环水加热回路可按照下述方法与闪蒸罐336形成整体。离开闪蒸罐336的热水可进入循环水加热器的入口，同时闪蒸罐336中生成的蒸汽可离开闪蒸罐336且随后进入燃料加湿器160，如图5所示。从燃料加湿器160中排出的水可经由燃料加湿器排出泵505输送到循环水加热器510，在循环水加热器510中，所述水由来自闪蒸罐336的排出装置的更热的水进行加热。来自闪蒸罐336的水在加热燃料加湿器底部水后，从循环水加热器510中排出，随后可经由关联管道和饱和排出阀338返回HRSG 332的入口。
循环水加热回路的一个实施例可包括以下部件：循环水加热器 510，其包括与闪蒸罐336的排水装置流体连通的入口；排出口，其连接到燃料加湿器160的进水口；循环水泵505，其包括连接到燃料加湿器160的出水口的入口和连接到循环水加热器510上的接收口的排出口。
尽管本专利申请文件中已说明并描述了具体实施例，但所属领域的技术人员应了解，旨在实现相同目的的任何布置均可替代所示具体实施例，且本发明在其他环境中具有其他应用。此应用旨在涵盖本发明的任何调整或变体。所附权利要求书并非意图将本发明的范围限制为本专利申请文件中所述的具体实施例。
所属领域的技术人员应了解，上述有关若干实施例的许多不同特征和配置可进一步选择性地用于形成本发明的其他可能实施例。所属领域的技术人员应进一步了解，将不提供或详细讨论本发明的任何可能重复方案，即使所有组合和可能实施例均为所附若干权利要求所涵盖或意图作为本发明的一部分。此外，根据上述对本发明的若干实施例进行的描述中，所属领域的技术人员应注意到改进、变化和修改。在所属技术领域范围内的此类改进、变化和修改也在所附权利要求书的范围内。此外，应了解，上述说明仅涉及本发明的所述实施例，所属领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。

Claims (9)

1.一种燃料气体加湿和加热的系统，包括：
发电设备，其包括：
燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括共同生成废气的压缩机、燃烧系统以及涡轮部分；以及
热回收蒸汽发生器(HRSG)，所述热回收蒸汽发生器包括接收所述废气并将水蒸发成蒸汽的换热部分；
产生饱和燃料气体的燃料加湿器，所述燃料加湿器包括：
入口，所述入口包括接收处于第一温度的水的管道；
燃料气体入口，所述燃料气体入口包括接收处于非饱和或干燥状态的燃料气体的管道；
直接接触传热和传质区域，所述直接接触传热和传质区域将所述水和所述燃料气体混合以产生饱和燃料气体；
出口，所述出口排出处于第二温度的水，所述第二温度低于所述第一温度；其中所述水通过关联管道流向所述热回收蒸汽发生器；以及
燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述饱和燃料气体的管道；
闪蒸罐，其包括：
供应装置，所述供应装置包括从所述热回收蒸汽发生器接收水的管道；
蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述闪蒸罐内生成的蒸汽的管道；
排出装置，所述排出装置包括连接到所述燃料加湿器的所述入口的管道，以允许水从所述闪蒸罐流向燃料加湿器；以及
其中所述闪蒸罐迅速减小从所述供应装置接收到的水的水压，以使所述水的一部分闪蒸成蒸汽，从而排出所述蒸汽出口，且使所述水的剩余部分经由所述排出装置流向所述燃料加湿器；以及
燃料过热器，其包括：
供水装置，所述供水装置包括从所述热回收蒸汽发生器接收处于所述燃料过热器的第一温度的水的管道；
燃料气体入口，所述燃料气体入口包括从所述燃料加湿器接收所述饱和燃料气体的管道；
换热区域，所述换热区域允许热量从所述水传递到所述饱和燃料气体，从而有效产生过热的饱和燃料气体；
排水装置，所述排水装置包括排出处于所述燃料过热器的第二温度的水的管道，以及
燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述过热的饱和燃料气体的管道。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述热回收蒸汽发生器(HRSG)进一步包括：
高压(HP)过热器部分；
低压(LP)过热器部分；
高压(HP)节热器部分；以及
高压(HP)蒸发器部分。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述发电设备进一步包括经由关联管道可操作地连接到热回收蒸汽发生器(HRSG)的蒸汽涡轮机，其中所述蒸汽涡轮机从所述热回收蒸汽发生器(HRSG)接收蒸汽并生成有用的轴功率。
4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括连接到所述蒸汽涡轮机的冷凝器，其中所述冷凝器包括从所述蒸汽涡轮机接收所述蒸汽的结构。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括经由关联管道连接到所述热回收蒸汽发生器(HRSG)的处理设备，其中所述HRSG向所述处理设备传送蒸汽。
6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括将所述闪蒸罐的所述蒸汽出口连接到所述热回收蒸汽发生器(HRSG)的关联管道。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述闪蒸罐可操作地连接到高压(HP)节热器，以使所述闪蒸罐的所述供应装置接收来自所述高压(HP)节热器的水。
8.根据权利要求1所述的系统，其中用于在热回收蒸汽发生器循环的工作流体表现出与处于液相、气相、或液相、气相两种相组合的水(H2O)类似的特性。
9.一种燃料气体加湿和加热的系统，包括：
发电设备，其包括：
燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括共同生成废气的压缩机、燃烧系统以及涡轮部分；以及
热回收蒸汽发生器(HRSG)，所述热回收蒸汽发生器包括接收所述废气并使水蒸发成蒸汽的换热部分；
产生饱和燃料气体的燃料加湿器，其包括：
入口，所述入口包括接收处于第一温度的水的管道；
燃料气体入口，所述燃料气体入口包括接收处于非饱和或干燥状态的所述燃料气体的管道；
直接接触传热和传质区域，所述直接接触传热和传质区域将所述蒸汽和所述水以及所述燃料气体混合以产生饱和燃料气体；
出口，所述出口排出处于第二温度的水，所述第二温度低于所述第一温度；其中所述水通过关联管道流向循环水加热器；以及
燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述饱和燃料气体的管道；
循环水加热回路，其包括：
所述循环水加热器，所述循环水加热器包括与闪蒸罐的排水装置流体连通的入口；以及
排出口，所述排出口连接到所述燃料加湿器的所述入口；
循环水泵，所述循环水泵包括连接到所述燃料加湿器的所述出口的入口和连接到所述循环水加热器的所述入口的排出口；
其中所述循环水加热回路提高进入所述燃料加湿器的所述水的温度；
闪蒸罐，其包括：
供应装置，所述供应装置包括从所述热回收蒸汽发生器(HRSG)接收水的管道；
蒸汽出口，所述蒸汽出口包括排出所述闪蒸罐内生成的蒸汽的管道；其中关联管道将所述蒸汽出口连接到所述燃料加湿器的所述入口；
排出装置，所述排出装置包括连接到所述循环水加热器的所述入口的管道，以使水从所述闪蒸罐流向循环水加热器；以及
其中所述闪蒸罐迅速减小从所述供应装置接收到的水的水压，以使所述水的一部分闪蒸成蒸汽，从而排出所述蒸汽出口，且使所述水的剩余部分经由所述排出装置流向所述循环水加热器；以及
燃料过热器，其包括：
供水装置，所述供水装置包括从所述热回收蒸汽发生器（HRSG）接收处于所述燃料过热器的第一温度的水的管道；
燃料气体入口，所述燃料气体入口包括从所述燃料加湿器接收所述饱和燃料气体的管道；
换热区域，所述换热区域使热量从所述水传递到所述饱和燃料气体，从而有效产生过热的饱和燃料气体；
排水装置，所述排水装置包括排出处于所述燃料过热器的第二温度的水的管道，以及
燃料气体出口，所述燃料气体出口包括排出所述过热的饱燃料气体的管道。
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