CN102996256A - 控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置 - Google Patents

控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置 Download PDF

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CN102996256A CN2012102436603A CN201210243660A CN102996256A CN 102996256 A CN102996256 A CN 102996256A CN 2012102436603 A CN2012102436603 A CN 2012102436603A CN 201210243660 A CN201210243660 A CN 201210243660A CN 102996256 A CN102996256 A CN 102996256A
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A.K.阿南
G.M.伊策尔
B.P.莱西
V.马泰亚
N.R.T.雷迪
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Abstract

本发明公开一种用于控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置。提供用作冷却剂的压缩气体。在增湿单元处使冷却剂增湿。循环单元使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。在各种实施例中，冷却剂能够是空气、氮、和空气与氮的混合物。涡轮机的部件能够例如是燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、涡轮喷嘴和燃烧器。燃烧器能够燃烧燃料与增湿的压缩冷却剂气体的混合物，以减少燃气涡轮机的NOX排放物。

Description

控制燃气涡轮机部件的温度的方法和装置
联邦研究声明
本发明是根据由能源部授权的协议DE-FC26-05NT42643在政府支持下进行的。美国政府在本发明中具有特定权利。
技术领域
本文所公开的主题总体涉及整体气化联合循环(integratedgasification combined-cycle，IGCC)发电系统，并且更具体地涉及用于对IGCC系统中的燃气涡轮发动机部件进行冷却的方法和装置。
背景技术
已知的IGCC系统典型地包括产生动力的燃气涡轮机。压缩空气和燃料在燃烧室中混合并且进行燃烧，从而沿选定方向引导工作气体。朝向涡轮轮叶引导通过燃烧所获得的工作气体并且使涡轮轮叶旋转。接着，轮叶的旋转用于产生电力。燃气涡轮机通常在高温下操作。在这些高温下，排出气体常常包含受到政府监管的大量的NOX气体。此外，能够通过降低操作温度来提高燃气涡轮机的效率。因此，对燃气涡轮机的部件进行冷却是其操作的重要部分。本发明提供用于对燃气涡轮机部件进行冷却的方法和装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种控制燃气涡轮机的部件的温度的方法，该方法包括以下步骤：获得用作冷却剂的压缩气体；使冷却剂增湿；以及使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。
进一步的，使所述冷却剂增湿进一步包括：经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使压缩冷却剂冒泡。
进一步的，所述方法进一步包括：从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种提供蒸汽。
进一步的，所述增湿的冷却剂包括按照体积计算从大约0％至大约10％的蒸汽。
进一步的，所述方法进一步包括：将所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机单元所获得的压缩机空气混合，并且使所述增湿的冷却剂与压缩机空气的混合物循环至燃气涡轮机部件，以控制所述部件的温度。
进一步的，所述方法进一步包括：在所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气之间跨过导热体交换热以对所述压缩机空气进行冷却，并且使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机部件以控制所述部件的温度。
进一步的，所述冷却剂的增湿以及在所述增湿的冷却剂与从所述压缩机分段所获得的压缩机空气之间的热交换在单个单元处发生。
进一步的，所述冷却剂是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。
进一步的，所述方法进一步包括：从与所述燃气涡轮机相关联的整体气化联合循环(IGCC)系统的空气分离单元获得所述冷却剂。
进一步的，所述燃气涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。
进一步的，所述方法进一步包括：将所述增湿的冷却剂与燃料混合，并且燃烧混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOX排放物。
根据本发明的另一个方面，公开一种用于控制燃气涡轮机的部件的温度的装置，该装置包括：构造成提供用作冷却剂的压缩气体的单元；构造成向冷却剂增加水分的增湿器；以及循环单元，该循环单元构造成使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。
进一步的，所述增湿单元构造成通过经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使所述冷却剂冒泡而使所述冷却剂增湿。
进一步的，所述增湿单元从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种接收蒸汽。
进一步的，所述增湿单元进一步构造成向所述冷却剂增加按照体积计算处于从大约0％蒸汽至大约10％蒸汽的范围内的水分。
进一步的，所述装置进一步包括通向所述燃气涡轮机的燃烧器分段的入口，所述入口构造成输送所述增湿的冷却剂，以与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气混合，使混合物循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
进一步的，所述装置进一步包括导热材料，所述导热材料构造成在所述增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间交换热，以对所述压缩机空气进行冷却，使经过冷却的压缩机空气循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
进一步的，所述增湿单元包括导热材料，以用于在所述增湿的冷却剂与所述压缩机空气之间交换热。
进一步的，所述冷却剂是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。
进一步的，所述装置进一步包括整体气化联合循环(IGCC)系统，所述整体气化联合循环(IGCC)系统构造成提供所述冷却剂。
进一步的，所述涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。
进一步的，所述装置进一步包括燃烧器，所述燃烧器构造成燃烧燃料与增湿的冷却剂气体的混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOX排放物。
结合附图及如下描述，这些以及其它的优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
权利要求中特别指出本发明的主题并且明确要求其权利。通过如下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1示出电厂的示例性燃气涡轮机系统；
图2示出用于提供本发明的示例性冷却剂以用于循环至图1的示例性燃气涡轮机系统的各部件的示例性冷却剂制备单元；
图3示出示例性换热器，该示例性换热器适于在冷却剂与从图1的示例性燃气涡轮机系统的分段所获得的气体之间交换热；
图4示出本发明的一个实施例中的燃气涡轮机系统的示例性燃烧器分段的详细视图；
图5示出燃烧器分段的详细视图，该燃烧器分段具有用于对燃烧器分段进行冷却的备选装置；
图6示出示例性燃气涡轮机系统的各种示例性参数的燃气涡轮机性能的图表；以及
图7示出示例性燃气涡轮机系统的性能，使用具有各种水平的含水量的冷却剂对该示例性燃气涡轮机系统进行冷却。
通过参照附图的示例，详细的描述解释本发明的实施例以及优点和特征。
附图标记列表：
  100   燃气涡轮机系统
  110   压缩机分段
  120   燃烧分段
  130   涡轮分段
  102   压缩机级
  104   外壳
  108   轴
  95   环境空气
  98   入口
  102n   最终压缩级
  122   环形扩压器
  124   压缩空气室
  126   燃烧室
  128   过渡构件
  132   涡轮喷嘴
  136   轮叶
  135   转子系统
  139   出口
  150   冷却单元
  170   管道
  152   泄放端口(Bleed port)
  158   管道
  160   换热器
  162   冷却空气
  200   冷却剂制备单元
  202   压缩机
  204   增湿单元
  206   换热器
  212   抽气器
  214   加热装置
  216   低温换热器
  218   合成气低温气体冷却器
  220   热回收蒸汽发生器低温节能器
  224   空气分离单元
  210   涡轮分段
  302   压缩空气
  304   冷却抽气
  306   冷却剂
  308   经过加热的冷却剂
  402   燃烧器
  420   压缩空气室
  404   压缩空气
  406   所接收到的压缩空气的一部分
  408   所接收到的压缩空气的一部分
  410   混合区域
  416   冷却剂喷嘴
  414   空气的一部分
  412   压缩机排放壳体
  422   涡轮喷嘴
  500   燃烧器分段
  504   压缩空气
  506   压缩空气的一部分
  502   燃烧器
  508   压缩空气的一部分
  520   压缩空气室
  510   冷却盘管
  512   供给线路
  514   增湿的冷却剂
  518   冷却空气的一部分
  522   涡轮喷嘴
具体实施方式
图1示出电厂的示例性燃气涡轮机系统100。总体而言，燃气涡轮机系统100包括压缩机分段110、燃烧分段120和涡轮分段130。压缩机分段110包括多个压缩机级102a...102n。示例性压缩机级包括由压缩机分段110的外壳104支承的固定叶片和安装在公共轴108上的旋转轮叶。环境空气95经由入口98被导入并且通过轮叶的旋转在每个压缩机级处被相继压缩。在最终压缩级(102n)处被压缩之后，压缩空气通过环形扩压器122行进到压缩空气室124，压缩空气室124包绕燃烧分段120的燃烧室126和过渡构件128。燃料在燃烧室126中与压缩空气混合并且空气/燃料混合物在燃烧室126中燃烧，以产生工作气体，工作气体通过过渡构件128被引导至涡轮喷嘴132、到达涡轮分段130的第一级。涡轮分段130由一系列级的布置构成，每级都具有旋转轮叶136。旋转轮叶由公共转子系统135支承。离开过渡构件128的工作气体膨胀通过该一系列级，以使轮叶旋转。轮叶的旋转接着使转子系统135旋转。在一个方面中，涡轮转子系统135能够连接至压缩机轴108，使得涡轮转子系统135的旋转对压缩机分段110的轮叶进行驱动。在电厂应用中，转子系统135联接至发电机的转子，以驱动发电机产生电力。工作气体最终在涡轮分段130的出口139处排出并且能够通过排气管被引导至环境大气、被引导至冷却单元或者被引导至换热器。
在示例性实施例中，燃气涡轮机系统100包括冷却单元150，从而向燃气涡轮机系统的通常位于燃烧分段120和涡轮分段130处的各部件提供冷却剂。示例性管道170将冷却剂输送至压缩空气室124。使压缩空气室124中的冷却剂循环至燃气涡轮机系统的通常位于燃烧室126和/或过渡构件128处的选定部件。能够使已用的(spent)冷却剂(已经对选定的燃气涡轮机部件进行过冷却的冷却剂)循环回到冷却单元150，以用于再循环或者用于燃气涡轮机系统的其它方面中。参照图2对冷却单元150的细节进行进一步讨论。
在一个实施例中，压缩分段110的压缩空气的一部分能够经泄放端口152而从选定的压缩级转向，以用于对涡轮分段130的部件进行冷却。转向的空气通过管或管道158行进至换热器160。在换热器160处，热量在转向的空气与来自冷却单元150的示例性冷却剂之间进行交换，之后冷却空气162被输送至位于涡轮分段130处的部件。参照图3对换热器160的细节进行讨论。压缩空气能够从压缩分段的任何级转向。此外，能够使用多于一个的管道使空气从多个压缩级转向并且将冷却空气输送至多个涡轮级。
图2示出用于提供本发明的示例性冷却剂以用于循环至图1的燃气涡轮机系统的各部件的示例性冷却剂制备单元200。在示例性实施例中，冷却剂制备单元200接收将用作冷却剂的气体、对所接收到的气体进行压缩以获得冷却剂、向冷却剂增加水分并且使增湿的冷却剂循环至图1的示例性燃气涡轮机系统。
在各种实施例中，所接收到的气体能够是空气、氮气、或者空气与氮的组合。通常，所接收到的气体是从通常与燃气涡轮机系统一起使用的IGCC(整体气化联合循环)系统的空气分离单元接收。示例性冷却剂制备单元200包括用于对将用作冷却剂的所接收到的气体进行压缩的压缩机202、用于使冷却剂增湿的增湿单元204以及换热器206。增湿单元构造成通常以蒸汽的形式向从压缩机202接收到的压缩冷却剂增加水分。在一个实施例中，通过经由水使经过压缩的冷却剂冒泡(bubbling)来将蒸汽引入经过压缩的冷却剂中。压缩冷却剂增湿单元204通常是受热水容器，气态冷却剂经由该受热水容器冒泡以获得水并且将气态冷却剂转化成冷却剂与水蒸气和/或蒸汽的混合物。这需要水温低于沸腾温度。随着水蒸发，由于冷却剂将热传递给水以用于使水汽化，因此冷却剂的温度降低。冷却剂增湿的水平通常小于25％。备选地，能够向冷却剂直接增加蒸汽，以获得冷却剂中较高的蒸汽水平。向冷却剂增加水分使冷却剂的有效性增加。举例说明，与干燥的冷却剂相比，使冷却剂增湿降低冷却剂的温度。所增加的水分还使冷却剂的热容增大。此外，使冷却剂增湿增加冷却剂的质量，由此提高其冷却效率。因此，一定量的增湿的冷却剂相比相同量的干燥的冷却剂更多地对选定部件进行冷却。备选地，相比干燥的冷却剂，能够使用较少的增湿的冷却剂对选定部件进行冷却。
在示例性实施例中，增湿的冷却剂被输送至选定部件，该选定部件能够是燃烧分段120的部件或者涡轮分段130的部件，如图1所示。对燃烧分段130进行冷却的各种细节详细地示于图4和图5中。再次参照图2，燃气涡轮机抽气器212将排出气体从涡轮分段130的出口139输送至换热器206。在换热器206处，热量能够在返回的排出气体与循环至燃气涡轮机系统的新鲜的增湿压缩气体之间进行交换。热交换因此使返回的排出气体的温度降低。
冷却剂制备单元200进一步包括各种低温加热装置214，以用于向增湿单元204提供受热水(heated water)/蒸汽。各种加热装置214能够包括抽气低温换热器216、合成气低温气体冷却器218和HRSG(热回收蒸汽发生器)低温节能器220中的一个或多个。示例性加热装置能够从增湿器接收低于水的沸点的水。示例性加热装置214还能够从蓄水池或水箱接收补充水。示例性加热单元对水进行加热，以产生之后被提供给增湿单元204的蒸汽。
示例性抽气低温换热器接收来自换热器206经冷却的返回的抽取空气。与返回水/补充水交换热并且产生受热水/蒸汽。来自换热器206的气体输出能够被输送至空气分离单元224，在一个实施例中，空气分离单元224将气体提供给压缩机202。合成气低温气体冷却器从离开合成气气化器的原(raw)合成气回收热。通过与返回水和/或补充水交换热对合成气进行冷却。在该过程中产生受热水/蒸汽。HRSG低温节能器220从涡轮分段210排出气体获得热，以产生受热水和/或蒸汽。
图3示出图1的示例性换热器160的详细视图。在换热器160处从压缩机分段110的压缩机级接收处于高温的压缩空气302。在示例性实施例中，从图2的冷却剂制备单元200接收冷却剂306。在该实施例中，在换热器处接收到的冷却剂因此是增湿的冷却剂。换热器处的热交换对冷却剂306进行加热并且对压缩级抽取空气302进行冷却。接着能够使经过冷却的抽取空气304循环至燃气涡轮机系统的部件，通常是涡轮分段130的轮叶。能够使经过加热的冷却剂308循环至压缩空气室124，以对部件进行冷却，该部件能够是燃烧器126或涡轮喷嘴132。通常，在换热器150处接收到的冷却剂306处于大约350°F的温度，并且压缩级空气302处于大约700°F的温度。在换热器处的热交换之后，循环至涡轮轮叶的空气304通常处于从大约500°F至大约600°F的温度范围中，并且循环至燃烧器分段120的冷却剂处于大约450°F的温度。换热器160能够具有任何合适的类型，包括板翅式换热器、壳管式换热器等。在备选实施例中，能够在换热器处从压缩机排放壳体接收冷却剂，并且在换热器160处的热交换之后能够使冷却剂循环至压缩机排放壳体。在另一个实施例中，换热器160和图2的增湿单元204能够组合成单个单元，以提高效率并且降低成本。
图4示出本发明的一个实施例中的燃气涡轮机系统的示例性燃烧器分段150的详细视图。示例性燃烧器分段包括燃烧器402，燃烧器402连接至压缩机排放壳体(CDC)412并且由压缩空气室420包绕。来自压缩机分段的最终级的压缩空气404进入压缩空气室420。所接收到的压缩空气404的一部分406被送至燃烧器402以用于燃烧。所接收到的压缩空气404的另一部分408在压缩空气室420内循环以用于冷却目的。空气408能够循环至混合区域410。示例性燃烧器分段120包括冷却剂喷嘴416，以用于将经过压缩的增湿的冷却剂从图2的冷却剂制备单元200输送至压缩空气室420的混合区域410。空气408在混合区域中与经过压缩的增湿的冷却剂混合。在示例性实施例中，空气408在混合之后被冷却至大约400°F。空气与增湿冷却剂的混合物的一部分414能够在压缩空气室420内围绕CDC412循环并且具体而言循环至涡轮喷嘴422，涡轮喷嘴422能够包括涡轮分段的第一级轮叶。空气与增湿的冷却剂的另一部分412能够循环进入燃烧器402中以用于燃烧。在示例性实施例中，在涡轮喷嘴422处接收到的空气/冷却剂混合物414包括高百分比的冷却剂。被输送至燃烧器的空气/冷却剂混合物412通常具有低百分比的冷却剂并且因此比在涡轮喷嘴422处接收到的空气/冷却剂混合物更热。被输送至燃烧器的空气/冷却剂混合物与燃料混合，并且通常降低由燃料/空气/冷却剂混合物的燃烧所得到的工作气体的温度。燃料/空气/冷却剂混合物能够使燃气涡轮机排出气体中NOX的产生减少。
图5示出燃烧器分段500的详细视图，燃烧器分段500具有用于对燃烧器分段进行冷却的备选装置。压缩空气504从压缩机分段的最终压缩级进入燃烧器分段。使压缩空气的一部分506循环至燃烧器502以用于燃烧，并且压缩空气的一部分508在压缩空气室520内循环至冷却盘管510，冷却盘管510能够由导热材料制成。冷却盘管510位于供给线路512的端部处，以用于将本发明的示例性的增湿的冷却剂514输送至冷却盘管510。增湿的冷却剂514与空气508之间能够通过导热冷却盘管520交换热，以对空气508进行冷却。能够使冷却空气的一部分518循环至燃烧器502以用于燃烧。能够使冷却空气的另一部分514循环至涡轮喷嘴522以用于对涡轮喷嘴进行冷却。盘管构造成向被导向涡轮喷嘴522的空气提供大部分冷却，因此向涡轮喷嘴522提供大部分冷却。在冷却盘管510处接收小部分冷却的空气518通常被输送至燃烧器502。
图6示出示例性燃气涡轮机系统的各种示例性参数的燃气涡轮机性能的图表。沿x轴示出各种冷却剂成分的列表。冷却剂成分为(A)空气冷却，(B)通过25％空气和75％氮进行冷却，(C)通过干燥的氮进行冷却，(D)通过具有5％蒸汽的氮进行冷却，以及(E)通过具有10％蒸汽的氮进行冷却。如图表左侧上的y轴所表示的，以百分比形式示出热耗、发电机输出、归一化可进气流量(normalizedchargeable flow)、归一化非进气流量(normalized nonchargeable flow)和非进气的氮流量(nonchargeable nitrogen flow)的参数。可进气氮流量的参数在图表右侧上的y轴处被表示为N2冷却流量。
如图表可见，可进气氮流量602从成分C(干燥的冷却氮)的大约70％的值下降至成分D(以5％增湿的氮)的大约65％并且下降至成分E(以10％增湿的氮)的大约62％。此外，归一化可进气流量604的百分比从成分C的大约40.5％下降至成分E的大约40％。热耗606的百分比从干燥的氮的大约10％增加至以10％增湿的氮的大约20％。
图7示出示例性燃气涡轮机系统的性能，该示例性燃气涡轮机系统使用具有各种水平的含水量的冷却剂进行冷却。在图7的示例性图表中，冷却剂是氮。以三个示例性含水量水平示出参数值：零百分比增湿的氮(干燥的氮)、5％增湿的氮和10％增湿的氮。净效率702和净输出百分比704的参数值由图表左侧的y轴表示，而工厂成本指数706的参数值由图表左侧的y轴表示。列A(干燥的氮)示出这些参数的基本参考值。列B(5％增湿的氮)相比干燥的氮示出燃气涡轮机系统的净效率702的大约0.1％的提高。列C(10％增湿的氮)相比干燥的氮示出净效率的大约0.25％的提高。列B相比干燥的氮示出净输出704的大约1.2％的增加，并且列C相比干燥的氮示出净输出的大约2.5％的增加。相比当使用干燥的氮时，列B示出工厂成本指数706下降至成本的大约99.9％。相比当使用干燥的氮时，列C示出工厂成本指数下降至成本的大约99.75％，意味着成本的大约0.25％的降低。
因此，在一个方面中，本发明提供一种控制燃气涡轮机的部件的温度的方法，该方法包括以下步骤：获得用作冷却剂的压缩气体；使冷却剂增湿；以及使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件以控制该部件的温度。能够经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使冷却剂冒泡而使压缩冷却剂气体增湿。能够从水加热装置提供蒸汽，水加热装置能够是抽气低温换热器、合成气低温气体冷却器和/或热回收蒸汽发生器。一旦增湿，则增湿的冷却剂包括按照体积计算从大约0％至大约10％的蒸汽。在一个实施例中，该方法进一步包括：将增湿的冷却剂与从燃气涡轮机的压缩机单元所获得的压缩机空气混合，并且使增湿的冷却剂与压缩机空气的混合物循环至燃气涡轮机部件，以控制该部件的温度。在一个实施例中，冷却剂的增湿以及增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间的热交换在单个单元处发生。在另一个实施例中，该方法进一步包括：在增湿的压缩冷却剂与从燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气之间跨过导热体交换热，以对压缩机空气进行冷却，并且使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机部件，从而控制该部件的温度。冷却剂能够是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。此外，能够从与燃气涡轮机相关联的整体气化联合循环(IGCC)系统的空气分离单元获得冷却剂。在各种实施例中，燃气涡轮机的部件包括(i)燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。此外，增湿的压缩冷却剂能够与燃料混合，并且冷却剂/燃料混合物能够燃烧以减少燃气涡轮机的NOX排放物。
在另一个方面中，本发明提供一种用于控制燃气涡轮机的部件的温度的装置，该装置包括：构造成提供用作冷却剂的压缩气体的单元；构造成向冷却剂增加水分的增湿单元；以及循环单元，该循环单元构造成使增湿的冷却剂循环至燃气涡轮机的部件，以控制该部件的温度。增湿器能够构造成通过经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使冷却剂冒泡而使冷却剂增湿。能够从水加热装置接收蒸汽，其中该水加热装置能够是抽气低温换热器、合成气低温气体冷却器、以及热回收蒸汽发生器中的至少一种。增湿单元能够构造成向冷却剂增加按照体积计算处于从大约0％蒸汽至大约10％蒸汽的范围内的水分。在一个实施例中，通向燃气涡轮机的燃烧器分段的入口输送增湿的冷却剂，以与从燃气涡轮机系统的压缩机分段所获得的压缩机空气混合，其中使混合物循环至燃气涡轮机的部件以控制该部件的温度。在另一个实施例中，导热材料构造成在增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间交换热，以对压缩机空气进行冷却，其中使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机的部件，从而控制该部件的温度。在一个实施例中，增湿单元能够包括导热材料以用于在增湿的冷却剂与压缩机空气之间交换热。在各种实施例中，冷却剂能够是空气、氮、和空气与氮的混合物。整体气化联合循环(IGCC)系统能够构造成向增湿器提供冷却剂。涡轮机的部件能够例如是燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、涡轮喷嘴和燃烧器。燃烧器能够构造成燃烧燃料与增湿的压缩冷却剂气体的混合物，以减少燃气涡轮机的NOX排放物。
尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改以结合到目前为止未进行描述但是与本发明的精神和范围相符合的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各种实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面能够仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明并不受到以上描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (22)

1.一种控制燃气涡轮机的部件的温度的方法，所述方法包括以下步骤：
获得用作冷却剂的压缩气体；
使所述冷却剂增湿；以及
使增湿的冷却剂循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述冷却剂增湿进一步包括：经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使压缩冷却剂冒泡。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种提供蒸汽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增湿的冷却剂包括按照体积计算从大约0％至大约10％的蒸汽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机单元所获得的压缩机空气混合，并且使所述增湿的冷却剂与压缩机空气的混合物循环至燃气涡轮机部件，以控制所述部件的温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述增湿的冷却剂与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气之间跨过导热体交换热以对所述压缩机空气进行冷却，并且使经过冷却的压缩机空气循环至燃气涡轮机部件以控制所述部件的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷却剂的增湿以及在所述增湿的冷却剂与从所述压缩机分段所获得的压缩机空气之间的热交换在单个单元处发生。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却剂是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：从与所述燃气涡轮机相关联的整体气化联合循环(IGCC)系统的空气分离单元获得所述冷却剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述增湿的冷却剂与燃料混合，并且燃烧混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOX排放物。
12.一种用于控制燃气涡轮机的部件的温度的装置，所述装置包括：
构造成提供用作冷却剂的压缩气体的单元；
增湿单元，所述增湿单元构造成向所述冷却剂增加水分；以及
循环单元，所述循环单元构造成使增湿的冷却剂循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述增湿单元构造成通过经由(i)受热水、以及(ii)蒸汽中的至少一种使所述冷却剂冒泡而使所述冷却剂增湿。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述增湿单元从(i)抽气低温换热器、(ii)合成气低温气体冷却器、以及(iii)热回收蒸汽发生器中的至少一种接收蒸汽。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述增湿单元进一步构造成向所述冷却剂增加按照体积计算处于从大约0％蒸汽至大约10％蒸汽的范围内的水分。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括通向所述燃气涡轮机的燃烧器分段的入口，所述入口构造成输送所述增湿的冷却剂，以与从所述燃气涡轮机的压缩机分段所获得的压缩机空气混合，使混合物循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括导热材料，所述导热材料构造成在所述增湿的冷却剂与从压缩机分段所获得的压缩机空气之间交换热，以对所述压缩机空气进行冷却，使经过冷却的压缩机空气循环至所述燃气涡轮机的所述部件，以控制所述部件的温度。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述增湿单元包括导热材料，以用于在所述增湿的冷却剂与所述压缩机空气之间交换热。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述冷却剂是(i)空气、(ii)氮(N2)、以及(iii)空气与氮的混合物中的一种。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括整体气化联合循环(IGCC)系统，所述整体气化联合循环(IGCC)系统构造成提供所述冷却剂。
21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述涡轮机的所述部件进一步包括(i)所述燃气涡轮机的涡轮分段的轮叶、(ii)涡轮喷嘴、以及(iii)燃烧器中的至少一个。
22.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括燃烧器，所述燃烧器构造成燃烧燃料与增湿的冷却剂气体的混合物，以减少所述燃气涡轮机的NOX排放物。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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