CN104350257A - 燃气涡轮控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本文提供了用于控制燃气涡轮系统的方法及系统。在一个实施例中，方法包括以下步骤：接收涡轮入口空气的至少一个参数，以及基于至少一个参数来确定设置在入口空气冷冻系统下游且联线设置在低压压缩机与高压压缩机之间的中间冷却器处的预计冷凝水平。该方法还包括确定对应于在中间冷却器处大致没有预计冷凝物的涡轮入口空气的期望温度，以及控制入口空气冷冻系统来将涡轮入口空气冷冻至期望温度。
Description
技术领域
本文公开的主题涉及用于例如在发电系统中使用的燃气涡轮入口冷冻系统及方法。
背景技术
诸如发电设备的许多应用使用燃气涡轮来生成功率和/或驱动负载。因此，燃气涡轮典型地包括多种构件，其协作操作来产生生成的功率。例如，某些燃气涡轮包括一个或更多个压缩机，其在一个或更多个压缩级中使用来减小流过其的气体的体积并增大其压力。使用此类压缩机可导致热副产物的生成，该副产物可降低总体功率产生过程的效率。因此，一些燃气涡轮系统修改成包括一个或更多个中间冷却器，其在压缩级之间操作，因此提高了总体过程的功率和效率。
在某些系统中，中间冷却器可位于燃气涡轮系统外，并且因此，气体可从第一压缩级发送穿过外部热交换器，并且在进入下一个压缩级之前回到燃气涡轮系统中。令人遗憾的是，此类构造可导致功率损失，其由将高速气体从燃气涡轮引导并且穿过外部热交换器而引起。为了克服该缺陷，某些系统包括与燃气涡轮系统内的压缩机联线的中间冷却器。然而，该构造可与多种缺陷相关联，诸如，高速气体流动通路中的冷凝物的生成，这可影响功率生成系统的下游构件。因此，存在对解决这些缺陷中的一个或更多个的改进的燃气涡轮系统的需要。
发明内容
在下面概括在范围上与最初要求权利的本发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围，而是相反地，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与在下面提出的实施例相似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种燃气涡轮系统包括燃气涡轮，其具有适于接收入口空气的入口，并且适于燃烧燃料来生成功率。燃气涡轮包括适于降低入口空气的温度来产生冷冻空气的冷冻组件、适于压缩冷冻空气来产生第一压缩空气供应源的低压压缩机，以及适于冷却第一压缩空气供应源来产生冷却的空气供应源的中间冷却器。燃气涡轮还包括适于压缩冷却的空气供应源来产生第二压缩空气供应源的高压压缩机。中间冷却器联线设置在低压压缩机与高压压缩机之间。此外，燃气涡轮包括适于在第二压缩空气供应源存在的情况下燃烧燃料来生成功率的燃烧器。燃气涡轮系统还包括控制系统，其适于确定中间冷却器处的第一预计冷凝水平，并且控制冷冻组件的操作，以在对应于从第一预计冷凝水平降低的第二预计冷凝水平的温度下产生冷冻空气。
在第二实施例中，一种系统包括燃气涡轮系统，其包括适于冷却入口空气的冷冻系统、低压压缩机、高压压缩机，以及联线设置在低压压缩机与高压压缩机之间并且适于冷却从低压压缩机压缩的空气的中间冷却器。该系统还包括控制系统，其联接于冷冻系统，并且适于基于入口空气的一个或更多个参数来确定中间冷却器处的预计冷凝水平，并且控制冷冻系统来将入口空气的湿度比减小至与中间冷却器处的预计冷凝水平的减小一致的温度。
在第三实施例中，一种方法包括以下步骤：接收涡轮入口空气的至少一个参数，以及基于至少一个参数来确定设置在入口空气冷冻系统下游并且联线设置在低压压缩机与高压压缩机之间的中间冷却器处的预计冷凝水平。该方法还包括确定对应于在中间冷却器处大致没有预计冷凝物的涡轮入口空气的期望温度，以及控制入口空气冷冻系统来将涡轮入口空气冷冻至期望温度。
附图说明
当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中：
图1为包括燃气涡轮系统的联合循环发电系统的实施例的示意性流程图；
图2为图1的燃气涡轮系统的实施例的示意图；
图3示出了根据本公开的实施例的可用于操作图2的燃气涡轮系统以调节涡轮入口空气温度的方法；并且
图4示出了根据本公开的实施例的可用于操作图2的燃气涡轮系统以调节涡轮入口空气温度的另一种方法。
具体实施方式
将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当认识到，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
如下文更详细所述，本文提供了用于燃气涡轮的系统及方法，其使燃气涡轮入口空气的温度能够控制成使得可实现形成在下游联线中间冷却器中的冷凝物的减少或消除。例如，在一些实施例中，控制器可确定入口空气的冷凝点，并且调节由入口冷却系统提供的冷却的量，使得入口空气冷却到冷凝点以下，从而减少或消除了出现在定位在下游压缩级之间的联线中间冷却器中的水分的可能性。即，在某些实施例中，入口冷却系统的操作可控制成调节流过燃气涡轮系统的流体的温度，以提高包括联线中间冷却器的系统的效率。为此，某些实施例可包括仪器，诸如，传感器系统，其包括例如温度传感器和湿度传感器，它们联接于控制器，并且能够将相关参数提供至控制器用于在一个或更多个控制算法中使用。
现在转到附图，图1为联合循环发电系统10的实施例的示意性流程图，联合循环发电系统10可包括具有控制系统的燃气涡轮系统12，该控制系统控制入口冷冻系统和联线中间冷却器，以减少或消除燃气涡轮系统12内的冷凝物形成，如在下文更详细描述的。在图1的实施例中，燃气涡轮系统12示为联合循环发电系统10的一部分。然而，应当注意，在其它实施例中，燃气涡轮系统12可包括为任何适合的系统的一部分(其使用燃气涡轮系统)，或可独立于其它构件提供。实际上，图1的实施例仅示出了燃气涡轮系统12可位于其内的一个可能的系统。例如，提供的燃气涡轮系统可在简单循环功率生成系统中使用，或者可在独立于功率生成的系统中使用。例如，本文提供的燃气涡轮系统可在压缩机驱动系统或使用燃气涡轮系统的任何其它类型的系统中使用。
现在转到图1中绘出的系统10，系统10包括燃气涡轮12、蒸汽涡轮14和余热回收蒸汽发生(HRSG)系统16。在燃气涡轮12内，气体诸如合成气可燃烧来在"顶"或布雷顿循环内生成功率。来自燃气涡轮12的排出气体可供应至HRSG系统16，以在"底"或兰金循环内生成蒸汽。在某些实施例中，燃气涡轮12、蒸汽涡轮14和HRSG系统16可包括在整体气化联合循环(IGCC)发电设备内。
燃气涡轮12可大体上燃烧燃料(例如，液体和/或气体燃料)来驱动第一负载18。例如，第一负载18可为用于产生电功率的发电机。为此，燃气涡轮12可包括构件，诸如，涡轮、燃烧器或燃烧室、压缩机、一个或更多个热交换器等，如在下文更详细论述的。进一步例如，在一个实施例中，燃气涡轮12可包括设置在压缩机之间用于中间冷却压缩级之间的空气的联线中间冷却器。进入此类燃气涡轮系统12的入口空气的温度可降低，使得在联线中间冷却器处的冷凝物减少或消除，如在下文更详细论述的。
来自燃气涡轮12的排出气体26可用于生成供应至蒸汽涡轮14的蒸汽，例如，穿过HRSG系统16，用于驱动第二负载28。第二负载28也可为用于生成电功率的发电机。然而，第一负载18和第二负载28两者可为能够由燃气涡轮12和蒸汽涡轮14驱动的其它类型的负载。此外，尽管燃气涡轮12和蒸汽涡轮14绘制为驱动单独的负载18和28，但燃气涡轮12和蒸汽涡轮14还可串联使用来经由单个轴驱动单个负载。在绘出的实施例中，蒸汽涡轮14可包括低压区段30(LP ST)、中压区段32(IP ST)和高压区段34(HP ST)。然而，蒸汽涡轮14以及燃气涡轮12的特定构造可为实施特有的，并且可包括区段的任何组合。
系统10还包括HRSG系统16，其利用来自燃气涡轮12的热来生成用于蒸汽涡轮14的蒸汽。HRSG系统16可包括构件(诸如蒸发器、节约器、加热器、过热器和恒温器（除了别的以外）)，其用于生成高压高温蒸汽。例如，HRSG系统16可包括氨喷射系统，其设计成将氨喷射到排出气体26中以便于排出气体26内的NOx的减少。在某些实施例中，氨喷射系统可在催化剂床上游将氨喷射到排出气体26中，其中包含在排出气体26中的NOx经由在氧存在的情况下与氨反应以产生氮和水来有选择地减少。
由HRSG系统16产生的蒸汽可供应至蒸汽涡轮14的低压区段30、中压区段32和高压区段34用于功率生成。来自低压区段30的排气可引导到冷凝器36中。来自冷凝器36的冷凝物可继而借助于冷凝泵38返回到HRSG系统16。在HRSG系统16内，冷凝物接着可再加热来生成用于蒸汽涡轮14的蒸汽。
再次，应当注意，尽管燃气涡轮系统12示为图1的联合循环发电系统10的一部分，但在其它实施例中，燃气涡轮系统12可包括为使用燃气涡轮系统的任何适合的系统的一部分，或者可独立于其它构件提供。图1的实施例的前述描述仅为燃气涡轮系统12可位于其内的一个可能的系统的实例。
现在转到燃气涡轮系统的实施例的特征，图2为图1中所示的燃气涡轮系统12的实施例的示意图。如所示，燃气涡轮系统12包括燃气涡轮40、传感器系统42、冷冻系统44和冷却系统46。控制系统48协调涡轮40和系统42,44和46的控制和操作来驱动发电机50。所示的传感器系统42包括温度传感器52和湿度传感器54。燃气涡轮40包括入口过滤器组件56、入口冷冻盘管组件58、水分分离器60、过滤器组件62、低压压缩机64、联线中间冷却器66、高压压缩机68、燃烧器70、高压涡轮72、中压涡轮74，以及动力涡轮76。
在操作期间，入口空气78进入燃气涡轮40，并且在燃烧过程中使用来生成功率以驱动发电机50。控制系统48协调传感器系统42、冷冻系统44和控制系统46的操作来优化功率生成过程。例如，在一个实施例中，控制系统48可控制冷冻系统44来降低入口空气78的温度，以在降低的水平下建立入口空气78的露点，该降低的水平足以减小或消除冷凝物将在下游联线中间冷却器66处出现的可能性。即，因为冷凝物很可能在联线中间冷却器66处出现，故如果中间冷却器66将空气冷却至露点以下，则在中间冷却器66处出现的冷凝物的可能性可通过将入口空气78冷却到露点以下来减小。因此，在一些实施例中，控制系统48可通过直接地控制冷冻系统44来间接地减小出现在联线中间冷却器66处的冷凝物的可能性。
控制系统48能够接收多种操作和感测参数，其对应于燃气涡轮系统12的操作和/或相关环境条件。例如，控制系统48联接于传感器系统42，传感器系统42将感测参数输出至控制系统48。在所示的实施例中，传感器系统42将如由温度传感器52感测到的环境空气的温度和如由湿度传感器54感测到的环境空气的湿度传送至控制系统48。控制系统48可单独地或与其它接收信息组合地使用这些输入，以确定入口空气102的期望温度，使得冷凝物不可能形成在下游中间冷却器66处。应当注意，传感器系统42可控制成在燃气涡轮系统的操作开始之前、在整个系统操作中，或两者测量期望参数，取决于多种实施特有的因素。
例如，在某些实施例中，燃气涡轮40在其中操作的环境的温度或湿度可部分地或完全地确定由控制系统48实施的控制算法。即，控制系统48可构造成通过考虑减少或消除联线中间冷却器66处的冷凝物以及系统的其它构件的操作性能两者来优化燃气涡轮40的性能。例如，在低湿度环境中(或在低湿度日子)，冷冻系统44的操作可更重地取决于例如低压压缩机64的操作需要，并且不太重地取决于中间冷却器66的操作。然而，在高湿度环境中(或在高湿度日子)，中间冷却器66处的冷凝物可更可能影响总体系统性能，并且控制系统48可确定冷冻系统44的操作，其中最高优先给予冷凝物减少。
在燃气涡轮40的操作期间，入口空气78经由涡轮40的入口部分80进入燃气涡轮40，并且由入口过滤器组件56过滤来除去颗粒。空气接着引导穿过入口冷冻组件58，其操作成降低入口空气78的温度。所示的入口冷冻组件58包括冷冻盘管82和84，通过其发送适合的冷却剂，并且当入口空气78接触冷冻盘管82和84的外表面时，来自入口空气78的热传递至流过冷冻盘管82和84的冷却剂。因此，入口空气的温度降低，并且冷却剂的温度升高。如所示，冷冻的冷却剂86由冷冻系统44在由控制系统48指示的温度下生成，并且循环穿过盘管82。在与入口空气78的热交换之后，加热的冷却剂88返回到冷冻系统44。再次，应当注意，冷冻的冷却剂86的温度可调节，使得离开冷冻组件58的冷冻的空气保持在足以减小或消除下游中间冷却器66处的冷凝物的温度下。
当空气由入口冷冻组件58冷却时，水从空气冷凝出，并且水分分离器60将该水与空气分离。水从燃气涡轮40除去，并且如由箭头92指出地由排出口90收集。过滤器组件62中的多个过滤器94,96,98和100接着在空气如由箭头102指出地朝压缩级引导之前过滤冷冻的空气。
冷冻空气接着穿过低压压缩机64。低压压缩机64减小冷冻空气102的体积，以将冷冻空气的压力提高至中压(例如，大约50psia)，从而产生加压空气。加压空气接着引导至联线中间冷却器66，以冷却压缩级之间的加压空气来减少压缩级所需的功率需求。为此，如所示，中间冷却器66包括热交换器盘管104和106，冷却剂流过热交换器盘管104和106。冷却系统46将冷却的冷却剂108提供至盘管104，并且在热从加压空气交换至循环穿过盘管104和106的冷却剂之后从盘管106接收加热的冷却剂110。然而，应当注意，包括任何期望类型的热交换器(例如，翅片式热交换器)的任何适合的中间冷却器可替代所示的布置使用。
应当注意，通过提供与压缩机64和68联线的冷却，与提供不与穿过涡轮40的流联线的冷却相反，压缩过程的效率和因此燃气涡轮40的操作的效率可提高。即，因为空气不必远离压缩机64和68引导，故可避免与此类重新定向相关联的损失。另外，应当注意，通过控制冷冻系统44来提供入口空气78的预定量的冷却，控制系统48可减少或消除出现在联线中间冷却器66处的冷凝物的可能性。
冷却和压缩的空气接着穿入高压压缩机68中，其中空气进一步压缩至较高压力(例如，大约600psia)。来自高压压缩机68的加压空气接着进入燃烧器70。在燃烧器70中，燃料112添加至加压空气，并且焚烧来提高温度，从而产生热气体。在压缩机70中产生的热气体引导至高压涡轮72，高压涡轮72产生驱动高压压缩机68所需的功率。离开高压涡轮72的热气体进入中压涡轮74，其产生驱动低压压缩机64所需的功率。随后，热气体穿过动力涡轮76，其驱动发电机50。因此，以该方式，燃气涡轮系统12可操作成由入口空气78和燃料112产生电。
图3示出了根据实施例的方法114，其可例如由位于控制系统48中的控制器利用，以便减少或消除在燃气涡轮系统中的联线中间冷却器处的冷凝物形成。如所示，方法114包括接收一个或更多个感测到(或以其它方式获得)的参数的步骤(框116)。例如，控制器可接收环境的感测温度、环境的感测湿度、燃气涡轮的操作参数，或关于控制燃气涡轮系统的任何其它适合的参数。
方法114还要求使用接收到的参数来在涡轮入口空气达到位于压缩级之间的下游中间冷却器的情况下确定涡轮入口空气的预计冷凝点(框118)。控制器接着可使用给定环境和操作条件下的空气的预计冷凝点来确定温度，在该温度下，涡轮入口空气应当建立，以便减小或消除出现在下游中间冷却器处的冷凝物的可能性(框120)。一旦确定期望的温度，则方法114要求控制冷冻系统来将涡轮入口空气保持在期望的温度处(框122)。
例如，在一个实施例中，控制系统可考虑进入空气的温度、涡轮入口空气的期望温度，以及从冷却系统中的热交换器到入口空气的热传递速率，以确定循环穿过热交换器的冷却剂的适合温度。冷冻系统接着可控制成将冷却剂冷冻至实现给定条件下的入口空气的期望冷却所需的温度。通过将空气的预计冷凝点并入到燃气涡轮系统的控制中，出现在联线中间冷却器处的冷凝物的可能性可相比于传统系统减小，该传统系统可单独基于例如下游压缩机的操作来控制冷冻系统。
应当注意，涡轮入口空气的期望温度的确定可基于接收或感测到的参数以任何适合的方式确定。然而，图4示出了一个适合的方法124的实施例，用于进行此类确定和使用对冷冻系统的驱动操作的确定。更具体而言，方法124包括从湿度传感器接收感测的湿度水平(框126)和从温度传感器接收感测的温度水平(框128)。基于这些感测的参数，控制器计算空气的预计水分含量(框130)，其可为冷凝物的量的指示物，该冷凝物将预计在空气在燃气涡轮系统中使用期间从空气冷凝出。
此外，方法124需要使用湿度计算图来确定将在下游中间冷却器处出现的预计冷凝物量(如果空气未冷却)，并且使用该冷凝物量来确定应当建立涡轮入口空气来减小或消除此类冷凝物出现的可能性的温度(框132)。如之前，冷冻系统的操作接着可控制成将涡轮入口空气保持在适当温度处(框134)。
应当注意，公开的燃气涡轮系统的实施例对于在联合循环发电设备构件中使用为相容的，诸如，本文所示的那些，以及对于在简单循环应用中使用。公开的燃气涡轮系统还与在非功率生成系统中使用相容。例如，此类燃气涡轮系统可在压缩机驱动系统或利用燃气涡轮的任何其它系统中使用。
此外，燃气涡轮系统的绘出的构件仅为实例，并且因此，在实施期间，包括在燃气涡轮系统中的构件经历相当大的变化。例如，在某些实施例中，控制系统可包括多种适合的构件，诸如，处理器、存储器等。此外，应当注意，本文提供的控制方法可用于改造具有联线中间冷却器和适用于从入口空气除去冷凝物的水分除去系统的现有的燃气涡轮系统。就此而言，构想出的是，现有的燃气涡轮系统可利用本文提供的冷冻和控制系统来更新。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使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且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
Claims (20)
1. 一种燃气涡轮系统，包括：
燃气涡轮，其包括构造成接收入口空气的入口，并且构造成燃烧燃料来生成功率，其中所述燃气涡轮包括：
冷冻组件，其构造成降低所述入口空气的温度来产生冷冻空气；
低压压缩机，其构造成压缩所述冷冻空气来产生第一压缩空气供应源；
中间冷却器，其构造成冷却所述第一压缩空气供应源来产生冷却空气供应源；
高压压缩机，其构造成压缩所述冷却空气供应源来产生第二压缩空气供应源，其中所述中间冷却器联线设置在所述低压压缩机与所述高压压缩机之间；以及
燃烧器，其构造成在所述第二压缩空气供应源存在的情况下燃烧所述燃料来生成所述功率；以及
控制系统，其构造成确定所述中间冷却器处的第一预计冷凝水平，并且控制所述冷冻组件的操作，以产生在对应于从所述第一预计冷凝水平减小的第二预计冷凝水平的温度下的所述冷冻空气。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二预计冷凝水平对应于在所述中间冷却器处大致没有冷凝物。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮包括水分分离器，其构造成在所述冷冻空气由所述低压压缩机压缩之前从所述冷冻空气排出水分。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮包括过滤器组件，其设置在所述冷冻组件与所述低压压缩机之间，并且构造成从所述冷冻空气除去颗粒。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮包括构造成驱动负载的至少一个涡轮。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述负载包括发电机。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括传感器系统，其包括一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器构造成测量所述入口空气的一个或更多个参数，并且将所述测得参数传送至所述控制系统。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个传感器包括温度传感器和湿度传感器，并且所述一个或更多个参数包括温度水平和湿度水平。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成使用所述测得的温度和湿度水平以及湿度计算图来确定所述第一预计冷凝水平和所述第二预计冷凝水平。
10. 一种系统，包括：
燃气涡轮系统，其包括构造成冷却入口空气的冷冻系统、低压压缩机、高压压缩机，以及联线设置在所述低压压缩机与所述高压压缩机之间并且构造成冷却从所述低压压缩机压缩的空气的中间冷却器；和
控制系统，其联接于所述冷冻系统，并且构造成基于所述入口空气的一个或更多个参数来确定所述中间冷却器处的预计冷凝水平，并且控制所述冷冻系统来将所述入口空气的湿度比减小至与所述中间冷却器处的预计冷凝水平减小一致的温度。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成将所述入口空气的湿度比减小至与所述中间冷却器处大致没有冷凝物一致的温度。
12. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统包括传感器系统，其包括一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器构造成测量所述入口空气的一个或更多个参数，并且将所述测得的参数传送至所述控制系统。
13. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个传感器包括温度传感器和湿度传感器，并且所述入口空气的一个或更多个参数包括温度水平和湿度水平。
14. 根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成使用所述测得的温度和湿度水平以及湿度计算图来确定所述中间冷却器处的预计冷凝水平。
15. 一种用于控制燃气涡轮系统的方法，包括：
接收涡轮入口空气的至少一个参数；
基于所述至少一个参数确定设置在入口空气冷冻系统下游并且联线设置在低压压缩机与高压压缩机之间的中间冷却器处的预计冷凝水平；
确定对应于在所述中间冷却器处大致没有预计冷凝物的所述涡轮入口空气的期望温度；以及
控制所述入口空气冷冻系统来将所述涡轮入口空气冷冻至期望的温度。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一个参数包括所述涡轮入口空气的温度水平和湿度水平。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，确定对应于所述中间冷却器处大致没有预计冷凝物的所述涡轮入口空气的期望温度包括参照湿度计算图。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，控制所述入口空气冷冻系统来将所述涡轮入口空气冷冻至所述期望温度包括控制遍及所述入口空气冷冻系统的热交换器循环的冷却剂的温度。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制传感器系统来测量整个所述燃气涡轮系统的操作中的所述涡轮入口空气的至少一个参数。
20. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述中间冷却器包括翅片式热交换器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109478270A (zh) * | 2016-06-20 | 2019-03-15 | 开利公司 | 冷藏管理系统 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI564474B (zh) * | 2011-03-22 | 2017-01-01 | 艾克頌美孚上游研究公司 | 於渦輪系統中控制化學計量燃燒的整合系統和使用彼之產生動力的方法 |
| FR3028291B1 (fr) | 2014-11-07 | 2019-04-12 | Airbus Helicopters | Installation motrice munie d'un dispositif de refroidissement a deux etages de l'air d'admission d'un turbomoteur |
| US10224787B2 (en) * | 2015-01-21 | 2019-03-05 | Siemens Energy, Inc. | Electric generator with variable maximum efficiency |
| US9797310B2 (en) | 2015-04-02 | 2017-10-24 | General Electric Company | Heat pipe temperature management system for a turbomachine |
| JP6585073B2 (ja) | 2015-04-02 | 2019-10-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ターボ機械におけるホイールおよびバケットのためのヒートパイプ温度管理システム |
| US11204025B2 (en) | 2018-02-22 | 2021-12-21 | Pc3 Technologies, Llc | Gas compression cooling system |
| US10974844B2 (en) * | 2019-01-29 | 2021-04-13 | The Boeing Company | Aircraft auxiliary power unit (APU) control system having speed compensation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1025538A (en) * | 1963-11-10 | 1966-04-14 | Bbc Brown Boveri & Cie | Improvements in and relating to methods and apparatus for cooling of gases during compression thereof |
| US6412291B1 (en) * | 2000-09-05 | 2002-07-02 | Donald C. Erickson | Air compression improvement |
| WO2004009979A1 (en) * | 2002-07-20 | 2004-01-29 | Idalex Technologies, Inc. | Power system and method |
| US20040244380A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Stegmaier James William | Methods and apparatus for operating gas turbine engines |
| US20080178590A1 (en) * | 2007-01-29 | 2008-07-31 | General Electric Company | Integrated plant cooling system |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2678531A (en) * | 1951-02-21 | 1954-05-18 | Chemical Foundation Inc | Gas turbine process with addition of steam |
| US3831373A (en) * | 1973-02-08 | 1974-08-27 | Gen Electric | Pumped air storage peaking power system using a single shaft gas turbine-generator unit |
| US4592204A (en) | 1978-10-26 | 1986-06-03 | Rice Ivan G | Compression intercooled high cycle pressure ratio gas generator for combined cycles |
| US5193352A (en) | 1991-05-03 | 1993-03-16 | Amsted Industries, Inc. | Air pre-cooler method and apparatus |
| US5444971A (en) * | 1993-04-28 | 1995-08-29 | Holenberger; Charles R. | Method and apparatus for cooling the inlet air of gas turbine and internal combustion engine prime movers |
| DE19531562A1 (de) | 1995-08-28 | 1997-03-06 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage |
| US5669217A (en) | 1995-09-25 | 1997-09-23 | Anderson; J. Hilbert | Method and apparatus for intercooling gas turbines |
| US6430931B1 (en) | 1997-10-22 | 2002-08-13 | General Electric Company | Gas turbine in-line intercooler |
| US6470667B1 (en) | 1998-07-24 | 2002-10-29 | General Electric Company | Methods and apparatus for water injection in a turbine engine |
| US7065953B1 (en) | 1999-06-10 | 2006-06-27 | Enhanced Turbine Output Holding | Supercharging system for gas turbines |
| US6318065B1 (en) | 1999-08-06 | 2001-11-20 | Tom L. Pierson | System for chilling inlet air for gas turbines |
| US20070089423A1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-04-26 | Norman Bruce G | Gas turbine engine system and method of operating the same |
| US20100146978A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | General Electric Company | Gas Turbine Base Load Control by Chilling Modulation |
| US20130186117A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | General Electric Company | System and method to process inlet air |
| US20140027097A1 (en) | 2012-07-30 | 2014-01-30 | Ian Alexandre Araujo De Barros | Heat Exchanger for an Intercooler and Water Extraction Apparatus |
-
2012
- 2012-06-14 US US13/523,857 patent/US8813503B2/en active Active
-
2013
- 2013-05-14 WO PCT/US2013/040885 patent/WO2013188033A1/en active Application Filing
- 2013-05-14 JP JP2015517260A patent/JP6549034B2/ja active Active
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- 2013-05-14 EP EP13728267.9A patent/EP2861850B1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1025538A (en) * | 1963-11-10 | 1966-04-14 | Bbc Brown Boveri & Cie | Improvements in and relating to methods and apparatus for cooling of gases during compression thereof |
| US6412291B1 (en) * | 2000-09-05 | 2002-07-02 | Donald C. Erickson | Air compression improvement |
| WO2004009979A1 (en) * | 2002-07-20 | 2004-01-29 | Idalex Technologies, Inc. | Power system and method |
| US20040244380A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Stegmaier James William | Methods and apparatus for operating gas turbine engines |
| US20080178590A1 (en) * | 2007-01-29 | 2008-07-31 | General Electric Company | Integrated plant cooling system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109478270A (zh) * | 2016-06-20 | 2019-03-15 | 开利公司 | 冷藏管理系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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