CN103244277A - 用于电厂的燃料加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于电厂的燃料加热系统，该燃料加热系统包括用于燃气涡轮机系统的燃料源，其中燃料源容纳处于第一温度的燃料。还包括用于分配给水的给水源。还包括燃料加热器，燃料加热器构造成接收处于第一温度的燃料并且以第二温度将燃料分配给燃气涡轮机系统，且能够从给水源接收给水。还包括用于容纳锅炉物质的至少一个锅炉汽包。还包括用于接收给水和锅炉物质并且将给水分配给燃料加热器且将锅炉物质分配给排污系统的至少一个换热器。
Description
技术领域
本发明所公开的主题涉及电厂，并且更具体地涉及在电厂内对燃料进行加热的系统和方法。
背景技术
典型的燃气涡轮机联合循环系统通常包括一个或多个加热源以用于多种操作，其中包括启动过程。在起动过程期间，通过加热器对燃料气体供给进行加热以满足燃料气体的最低过热温度要求，由此允许燃气涡轮机仅在低负荷条件下进行操作。尽管燃料气体加热器在电厂正常加载和操作时处于足够的温度下以提供燃料，但是已经观察到在启动期间，热源通常处于焓较低的条件。因此，在启动期间，燃料气体性能加热器不足以提供处于合适温度下的燃料气体，直到为加热器补充额外的加热源或者工厂底循环进行预热。这种布置导致加载延迟并且由于延迟而浪费燃料。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于电厂的燃料加热系统包括用于燃气涡轮机系统的燃料源，其中燃料源容纳处于第一温度的燃料。还包括用于分配给水（feedwater）的给水源。还包括燃料加热器，燃料加热器构造成接收处于第一温度的燃料并且以第二温度将燃料分配给燃气涡轮机系统，且能够从给水源接收给水。还包括用于容纳锅炉物质的至少一个锅炉汽包。还包括用于接收给水和锅炉物质并且将给水和锅炉物质分配给燃料加热器的至少一个换热器。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于高压的锅炉物质的第一锅炉汽包。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于中压的锅炉物质的第二锅炉汽包。
进一步的，所述燃料加热系统还包括多个换热器，其中所述给水源是节能器。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包包括用于容纳处于第一压力的第一锅炉物质的第一锅炉汽包以及用于容纳处于第二压力的第二锅炉物质的第二锅炉汽包。
进一步的，所述燃料加热系统还包括第一换热器和第二换热器。
进一步的，所述第一换热器构造成接收处于所述第一压力的第一锅炉物质，并且所述第二换热器构造成接收处于所述第二压力的第二锅炉物质。
进一步的，所述第一压力大于所述第二压力。
进一步的，所述燃料加热系统还包括至少一个阀，以用于使给水可控制地绕过所述至少一个换热器。
根据本发明的另一个方面，一种用于电厂的燃料加热系统包括用于燃气涡轮机系统的燃料源，其中燃料源容纳处于第一温度的燃料。还包括用于分配给水的节能器。还包括燃料加热器，燃料加热器构造成接收燃料和给水并且能够将燃料分配给燃气涡轮机系统。还包括用于容纳锅炉物质的至少一个锅炉汽包。还包括用于接收燃料和锅炉物质并且将燃料和锅炉物质分配给燃料加热器的至少一个换热器。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于高压的锅炉物质的第一锅炉汽包。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于中压的锅炉物质的第二锅炉汽包。
进一步的，所述燃料加热系统还包括多个换热器。
进一步的，所述至少一个锅炉汽包包括用于容纳处于第一压力的第一锅炉物质的第一锅炉汽包以及用于容纳处于第二压力的第二锅炉物质的第二锅炉汽包。
进一步的，所述燃料加热系统还包括第一换热器和第二换热器，其中所述第一换热器构造成接收处于所述第一压力的第一锅炉物质，并且所述第二换热器构造成接收处于所述第二压力的第二锅炉物质。
进一步的，所述第一压力大于所述第二压力。
进一步的，所述燃料加热系统还包括至少一个阀，以用于使燃料可控制地绕过所述至少一个换热器。
根据本发明的又一个方面，一种在电厂中对燃料进行加热的方法包括将燃料供给至燃料加热器，以用于在分配给燃气涡轮机系统之前进行加热。还包括从至少一个锅炉汽包提取锅炉物质并且将锅炉物质分配给至少一个换热器。还包括将来自节能器的给水供给至至少一个换热器，以用于与锅炉物质混合。还包括对至少一个换热器中的给水进行加热。还包括将给水分配给燃料加热器。
进一步的，所述方法还包括：对接近进入所述燃气涡轮机系统的点的燃料的温度读数进行监测；以及响应于所述温度读数对至少一个阀进行控制，其中所述至少一个阀对给水的流动路径和流速进行控制。
进一步的，所述方法还包括从具有第一压力的第一锅炉汽包和具有第二压力的第二锅炉汽包选择性地提取锅炉物质。
通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文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是用于电厂的燃料加热系统的第一实施例的示意图；
图2是用于电厂的燃料加热系统的第二实施例的示意图；
图3是用于电厂的燃料加热系统的第三实施例的示意图；以及
图4是用于电厂的燃料加热系统的第四实施例的示意图。
参照附图通过示例的详细的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
参照图1，在一个示例性实施例中，用于电厂的燃料加热系统总体被表示成10。电厂包括燃气涡轮机系统，该燃气涡轮机系统并未示出但是燃气涡轮机系统的方向由12表示。燃料加热系统10构造成在燃料被分配给燃气涡轮机系统10以用于在燃气涡轮机系统12内燃烧的目的之前对燃料进行加热。在燃料加热系统10内，燃料首先沿燃料线路16从燃料源被输送至燃料加热器14。
燃料加热系统10通常包括锅炉系统17，锅炉系统17包括至少一个锅炉汽包18，该至少一个锅炉汽包18容纳锅炉物质，例如蒸汽或水。在多个锅炉汽包系统中，常见的布置是具有低压锅炉汽包、中压锅炉汽包和高压锅炉汽包，其中多个锅炉汽包18中的每一个锅炉汽包18内的相应压力是相对于彼此而言的。至少一个锅炉汽包18典型地结合蒸汽涡轮机使用，由此使过热蒸汽沿路径20分配给蒸汽涡轮机以用于在蒸汽涡轮机中进行操作。至少一个锅炉汽包18中的每一个锅炉汽包18都采用“排污（blowdown）”来保持蒸汽化学作用并且典型地包括用于启动化学作用目的的启动排污、根据化学作用积累在启动和正常操作期间间歇性地使用的间歇排污、以及连续操作以去除任何固体积累并且基于连续基础保持其它的与化学作用相关的参数的连续排污。间歇排污沿间歇排污线路22传送，而连续排污线路24传输连续排污。间歇排污线路22和连续排污线路24通向并且通过至少一个换热器，并且在图示实施例中，间歇排污线路22通向第一换热器26，而连续排污线路24通向第二换热器28。间歇排污线路22和连续排污线路24均通向排污箱，其中第一控制阀30对间歇排污线路22的流动和状态特性进行控制，并且第二控制阀32对连续排污线路24的流动和状态特性进行控制。尽管上文的描述和图示实施例参照了多个换热器26、28，但是能够构想间歇排污线路22和连续排污线路24都通向单个换热器。
图1中所示的图示实施例涉及由高压锅炉汽包产生的排污，但是应当领会，燃料加热系统10中所采用的排污可以是另一个锅炉汽包的排污，例如特别是中压锅炉汽包。与由高压锅炉汽包和低压锅炉汽包所产生的排污相关的流动条件可以基于使用的应用发生变化。用于高压锅炉汽包的说明性流动条件范围包括大约500°F-600°F的温度、大约700-1,500psia的压力、以及大约15,000-70,000lbm/hr的流速。用于中压锅炉汽包的流动条件范围包括大约375°F-450°F的温度、大约200-400psia的压力、以及大约5,000-15,000lbm/hr的流速。列举上述范围仅仅是为了说明性目的，并且应当领会说明性范围以外的温度、压力和流速可以由至少一个锅炉汽包18产生并且仍然可以适于在燃料加热系统10中使用。不考虑采用的锅炉汽包18，燃料加热系统10利用从给水源（例如中压节能器15）所排放的给水直接或间接喷射至燃料加热器14中，以使将被输送至燃气涡轮机系统12的气体的加热过程加速。应当领会，节能器15仅仅是给水源的一个示例并且可以采用各种备选方式来供给给水。给水沿给水路径34被引向接合部36，接合部36选择性地允许给水绕过第一换热器26和第二换热器28。给水路径34由第三控制阀38进行控制，第三控制阀38确定给水流过还是绕过第一换热器26和第二换热器28。无论给水流过还是绕过第一换热器26和第二换热器28，给水都沿受热给水线路40行进至燃料加热器14。
在操作中，在启动期间，第三控制阀38闭合并且给水通过第一换热器26和第二换热器28。换热器26、28在给水分配给燃料加热器14之前对给水进行预加热，由此在分配给燃气涡轮机系统12之前使燃料加热过程加速。随着达到接近燃料加热器14的合适温度，第三控制阀38打开，由此允许给水绕过第一换热器26和第二换热器28。该过程向沿受热给水线路40的给水提供温度控制。
现在参照图2，示出了燃料加热系统100的另一个示例性实施例。除了增加了第三换热器42和第四换热器44之外，燃料加热系统100与燃料加热系统10类似，第三换热器42和第四换热器44分别可操作地连接至中压间歇排污线路46和中压连续排污线路48。间歇排污线路22和中压间歇排污线路46都构造成分别选择性地绕过第一换热器26和第三换热器42。第四控制阀50和第五控制阀52控制执行通过还是绕过。当不需要流速用于燃料加热时，这种控制允许该绕过的选择。
燃料加热系统100采用多个锅炉汽包18，例如高压锅炉汽包和中压锅炉汽包。与燃料加热系统10类似，来自锅炉汽包18中的每一个锅炉汽包18的间歇排污和连续排污都用于通过换热器26、28、42、44。
现在参照图3，示出了燃料加热系统200的另一个示例性实施例。燃料加热系统200具有与燃料加热系统10类似的构造，明显的例外在于给水通过给水路径34直接供给至燃料加热器14，而燃料线路16布置成通过第一换热器26和第二换热器28供给燃料。燃料线路16构造成通过第三控制阀38的选择性控制绕过第一换热器26和第二换热器28。燃料加热系统200在进入燃料加热器14之前提供对燃料的选择性预加热。
现在参照图4，示出了燃料加热系统300的又一个示例性实施例。燃料加热系统300在进入燃料加热器14之前对燃料进行预加热方面与燃料加热系统200类似，但是结合了燃料系统100的各个方面。如图所示，燃料系统300采用第三换热器42和第四换热器44，同时还结合来自多个锅炉汽包18（例如高压锅炉汽包和中压汽包）的间歇排污和连续排污。
有利地，燃料加热系统10、100、200、300减少了启动顺序期间所需的燃料加热时间。燃料加热器14设置有增加的热输入，由此提供电厂的更快速和高效的启动。此外，通过减少或消除用于燃气涡轮机系统12的高排放物保持时间，在启动期间实现了燃料消耗和排放物的减少。此外，来自排污过程的其它浪费的热被回收，从而改进了效率，甚至在稳态操作期间。此外，燃料温度升高，从而实现较高的燃料气体温度和相关的较高的热力学效率。
尽管仅结合数量有限的实施例已经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，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不视为受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。
Claims (20)
1.一种用于电厂的燃料加热系统，所述燃料加热系统包括：
用于燃气涡轮机系统的燃料源，其中所述燃料源容纳处于第一温度的燃料；
给水源，所述给水源用于分配给水；
燃料加热器，所述燃料加热器构造成接收处于所述第一温度的燃料并且以第二温度将燃料分配给所述燃气涡轮机系统，且能够从所述给水源接收给水；
至少一个锅炉汽包，所述至少一个锅炉汽包用于容纳锅炉物质；以及
至少一个换热器，所述至少一个换热器用于接收给水和锅炉物质并且将给水和锅炉物质分配给所述燃料加热器。
2.根据权利要求1所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于高压的锅炉物质的第一锅炉汽包。
3.根据权利要求1所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于中压的锅炉物质的第二锅炉汽包。
4.根据权利要求1所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括多个换热器，其中所述给水源是节能器。
5.根据权利要求1所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包包括用于容纳处于第一压力的第一锅炉物质的第一锅炉汽包以及用于容纳处于第二压力的第二锅炉物质的第二锅炉汽包。
6.根据权利要求5所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括第一换热器和第二换热器。
7.根据权利要求6所述的燃料加热系统，其特征在于，所述第一换热器构造成接收处于所述第一压力的第一锅炉物质，并且所述第二换热器构造成接收处于所述第二压力的第二锅炉物质。
8.根据权利要求7所述的燃料加热系统，其特征在于，所述第一压力大于所述第二压力。
9.根据权利要求1所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括至少一个阀，以用于使给水可控制地绕过所述至少一个换热器。
10.一种用于电厂的燃料加热系统，所述燃料加热系统包括：
用于燃气涡轮机系统的燃料源，其中所述燃料源容纳处于第一温度的燃料；
节能器，所述节能器用于分配给水；
燃料加热器，所述燃料加热器构造成接收燃料和给水并且能够将燃料分配给所述燃气涡轮机系统；
至少一个锅炉汽包，所述至少一个锅炉汽包用于容纳锅炉物质；以及
至少一个换热器，所述至少一个换热器用于接收燃料和锅炉物质并且将燃料和锅炉物质分配给所述燃料加热器。
11.根据权利要求10所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于高压的锅炉物质的第一锅炉汽包。
12.根据权利要求10所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包是用于容纳处于中压的锅炉物质的第二锅炉汽包。
13.根据权利要求10所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括多个换热器。
14.根据权利要求10所述的燃料加热系统，其特征在于，所述至少一个锅炉汽包包括用于容纳处于第一压力的第一锅炉物质的第一锅炉汽包以及用于容纳处于第二压力的第二锅炉物质的第二锅炉汽包。
15.根据权利要求14所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括第一换热器和第二换热器，其中所述第一换热器构造成接收处于所述第一压力的第一锅炉物质，并且所述第二换热器构造成接收处于所述第二压力的第二锅炉物质。
16.根据权利要求15所述的燃料加热系统，其特征在于，所述第一压力大于所述第二压力。
17.根据权利要求10所述的燃料加热系统，其特征在于，所述燃料加热系统还包括至少一个阀，以用于使燃料可控制地绕过所述至少一个换热器。
18.一种在电厂中对燃料进行加热的方法，所述方法包括：
将燃料供给至燃料加热器，以用于在分配给燃气涡轮机系统之前进行加热；
从至少一个锅炉汽包提取锅炉物质并且将锅炉物质分配给至少一个换热器；
将来自节能器的给水供给至所述至少一个换热器，以用于与锅炉物质混合；
对所述至少一个换热器中的给水进行加热；以及
将给水分配给所述燃料加热器。
19.根据权利要求18所述的对燃料进行加热的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对接近进入所述燃气涡轮机系统的点的燃料的温度读数进行监测；以及
响应于所述温度读数对至少一个阀进行控制，其中所述至少一个阀对给水的流动路径和流速进行控制。
20.根据权利要求18所述的对燃料进行加热的方法，其特征在于，所述方法还包括从具有第一压力的第一锅炉汽包和具有第二压力的第二锅炉汽包选择性地提取锅炉物质。
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