CN104373214A - 燃气涡轮发电设备中的改进的进口布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃气涡轮发电设备中的改进的进口布置。一种用于燃气涡轮发电设备(1000)中的压缩机(10)的进口布置(100)包括至少通路(110)，通路(110)具有伸长部分(112)以及在伸长部分(112)的端部(112a)处的圆形部分(114)。圆形部分(114)可布置成在压缩机入口(12)周围接近压缩机(10)。通路(110)可至少沿周向和沿径向跨过整个伸长部分(112)以及至少部分地跨过圆形部分(114)进行划分，以将多个烟道气入口节段(116)和空气入口节段(118)构造成用于分别将烟道气流和空气流传送通过其中。来自相应的多个烟道气入口节段(116)和空气入口节段(118)中的各个的烟道气流和空气气流会聚，以掺合到用于传送到压缩机(10)中的目标质量流中。

Description

燃气涡轮发电设备中的改进的进口布置
技术领域
本公开涉及燃气涡轮发电设备，并且更特定地，涉及具有烟道气再循环的燃气涡轮发电设备中的进口布置。
背景技术
在排气的再循环中，大量排气与整体排气分离，并且通常在冷却和净化之后，再次输送到压缩机。排气成分与新鲜的周围空气的成分有很大不同。在常规的烟道气再循环中，燃气涡轮构造的再循环排气流与来自周围的新鲜的周围空气混合，并且这个混合物随后输送到压缩机。
为了使燃气涡轮发动机有效地工作，可能需要恰当地混合烟道气与新鲜的周围空气。为了能够进行恰当的混合，常规地，可使用带送风机的混合器。但是，由于送风机昂贵且要求发电设备中有额外的空间，而且使用送风机会进一步损害发电设备的功率和效率；所以需要这样的系统，它能够以经济且有效的方式加强烟道气和新鲜的周围空气的混合，而不需要这样的送风机或混合器。
发明内容
本公开描述一种加强了燃气涡轮发电设备中的再循环烟道气和新鲜的周围空气的混合的改进的进口布置，将在下面的简明概述中介绍该进口布置，以提供对本公开的一方面或多方面的基本理解，本公开旨在克服所论述的缺点，但旨在包括它的所有优点，以及提供一些额外的优点。此概述不是本公开的广泛综述。此概述不旨在标识本公开的关键或重要要素，也不旨在描绘本公开的范围。相反，此概述的唯一目的是以简明的方式介绍本公开的一些概念、其方面和优点，作为下文介绍的更详细的描述的序言。
本公开的目标是描述一种用以加强燃气涡轮发电设备中的再循环烟道气和新鲜的周围空气的混合的进口布置。本公开的另一个目标是描述一种进口布置，它以适用且经济的方式有效地混合燃气涡轮发电设备中的再循环烟道气和新鲜的周围空气。根据以下详细描述和权利要求，本公开的各种其它目标和特征将是显而易见的。
一方面，上面提到的目标和其它目标可由用于燃气涡轮发电设备中的压缩机的进口布置实现。进口布置包括至少通路，通路具有伸长部分以及在伸长部分的端部处的圆形部分。圆形部分可布置成在压缩机入口周围接近压缩机。通路可至少沿周向和沿径向跨过整个伸长部分以及至少部分地跨过圆形部分进行划分，以构造多个烟道气入口节段和多个空气入口节段。多个烟道气入口节段中的各个均适于将烟道气流传送通过其中。另外，多个空气入口节段中的各个均适于将新鲜空气流传送通过其中。来自各个相应的多个烟道气入口节段和空气入口节段的烟道气流和新鲜空气流在圆形部分周围且后方的区域“P”处会聚，以掺合到用于通过压缩机入口而传送到压缩机中的目标质量流中。
在本公开的一个实施例中，节段可适于部分地构造成跨过圆形部分，使得圆形部分中的节段向上延伸到部分，离开具体部分。
在本公开的一个实施例中，会聚喷嘴可适于设置成与圆形部分配合，或多或少在该部分中。会聚喷嘴可设置成使其对接面(conversing face)面向压缩机入口。
在一个实施例中，喷嘴入口与用于将烟道气馈送到压缩机入口的会聚喷嘴的喷嘴出口的面积比不同于喷嘴入口与用于将新鲜空气流馈送到压缩机入口的会聚喷嘴的喷嘴出口的面积比。因而馈送烟道气的喷嘴上的压力比不同于馈送新鲜空气流的喷嘴上的压力比。对于喷嘴出口处(即，在压缩机入口处)的平常压力以及新鲜空气的给定的周围压力，用于烟道气的喷嘴的入口处(即，在烟道气再循环线路中)的压力，可通过选择不同的面积比来调节，并且可使该压力降低到足以克服包括烟道气处理和烟道气冷却器的烟道气再循环线路的压力损失的水平。备选地或者结合起来，面积比可用来适应喷嘴出口处的流速。
在本公开的一个实施例中，区域“P”是从圆形部分的部分向上延伸到压缩机入口的区域。
在本公开的一个实施例中，通路可划分成使一个空气入口节段和一个烟道气入口节段的相邻节段构造成彼此交错。
在本公开的一个实施例中，通路的圆形部分划分成面向压缩机入口的至少两个同心环形开口。各个环形开口进一步沿周向方向划分成至少两个节段。产生的相邻节段构造成使一个空气入口节段和一个烟道气入口节段的相邻节段沿周向方向彼此交错，以及使一个空气入口节段和一个烟道气入口节段的相邻节段沿径向方向(即，从内部环形开口到外部环形开口)彼此交错。
在本公开的一个实施例中，在伸长部分的端部处的多个空气入口节段中的各个可适于连接到管子上，以接收新鲜空气。类似地，在伸长部分的端部处的多个烟道气入口节段中的各个可适于连接到管子上，以接收烟道气。
在本公开的一个实施例中，进口布置可包括至少一个紊流器，紊流器构造成接近圆形部分以加强穿过其中的紊流。
在本公开中特定地指出了本公开的这些与其它方面，以及使本公开特征化的新颖性的各种特征。为了更好地理解本公开、其运行优点及其使用，应当参照附图和描述性内容，其中示出了本公开的示例性实施例。
附图说明
参照结合附图的以下详细描述和权利要求，将更好地理解本公开的优点和特征，其中，用相同符号来标识相同元件，以及在附图中：
图1示出描绘根据本公开的示例性实施例的进口布置的燃气涡轮发电设备的示例；
图2示出根据本公开的示例性实施例的图1的进口布置的侧视图；
图3A至3C示出横过根据本公开的示例性实施例的图2的进口布置的A-A’的示例横截面图；以及
图4A至4C示出横过根据本公开的示例性实施例的图2的进口布置的B-B’的示例横截面图。
相同参考标号始终表示附图的若干视图的描述中的相同部件。
部件列表
1000燃气涡轮发电设备；设备
100进口布置
110通路
112伸长部分
112a、112b端部部分
114圆形部分
114a、114b部分
116烟道气入口节段
118空气入口节段
120会聚喷嘴
120a对接面
130、140管子
10压缩机
12压缩机入口
14燃烧室
16涡轮
20热回收蒸汽发生器(HRSG)
22烟囱
23清洁和冷却区段
1烟道气流
2新鲜空气流
3目标质量流
“P”区域。
具体实施方式
为了透彻地理解本公开，结合上面描述的图，参照以下详细描述，包括所附权利要求。在以下描述中，为了说明，阐述了许多具体细节，以便提供本公开的详尽理解。但将对本领域技术人员显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其它情况下，仅以框图形式显示结构和装置，以便避免使本公开模糊不清。
在本说明书中引用“一个实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“各种实施例”是表示关于该实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书的各处出现短语“在一个实施例中”不必全部引用同一实施例，它们也不是与其它实施例相互排斥的单独或备选的实施例。此外，描述了可由一些实施例展现但不由其它实施例展现的各种特征。类似地，描述了对于一些实施例可能需要但可能不是其它实施例的需要的各种需要。
虽然以下描述包含用于说明目的的许多细节，但本领域任何技术人员将理解，对这些细节的许多变化和/或修改在本公开的范围内。类似地，虽然按照彼此或与彼此结合来描述本公开的许多特征，但本领域技术人员将理解，可与其它特征独立地提供许多这些特征。因此，在不失去一般性，而且不对本公开施加限制的情况下，阐述本公开的这个描述。另外，本文的相对用语不表示任何顺序、高度或重要性，而是相反用来区分一个元件与另一个元件。另外，本文的用语“一个”和“一”不表示对数量的限制，而是相反表示存在至少一个所引用的项目。
图1至4C示出进口布置100及其适于构造成与压缩机10(具有燃气涡轮发电设备1000(也被称为“设备1000”)的压缩机入口12)相关的构件的各种示例。图1和2分别示出设备1000和设备1000的描绘具有压缩机入口12的压缩机10以及进口布置100的部分的示例。另外，图3A至3C示出沿着图2的横截面A-A’的进口布置100的各种示例。此外，图4A至4C示出沿着图2的横截面B-B’的进口布置100的各种示例。
在进口布置100的结构和布置以及在其中适用进口布置100的设备1000中，各种相关联的元件对于本领域技术人员来说可能是众所周知的，不认为在本文中叙述所有结构化细节及其说明对于获得对本公开的理解的目的是必要的。相反，认为仅仅注意到如图1到4C中显示的那样，在进口布置100和在其中适用进口布置100的设备1000中，仅显示与本公开的各种实施例的描述有关的那些构件就足够了。
参照图1，根据本公开的示例性实施例示出具有烟道气再循环的设备1000的本质元件的示意图。设备1000包括压缩机10，压缩机10适于接收来自压缩机入口12的燃烧空气。新鲜空气在压缩机10中压缩，以输送到燃烧室14，并且在燃烧室14中，燃料与这种压缩空气一起燃烧。热的燃烧气体随后在涡轮16中膨胀。
在涡轮16中产生的有用能量然后通过发电机转换成电能。可使用从涡轮16出现的热的烟道气来在废热回收蒸汽发生器(HRSG)20中优化仍然包含在它们中的能量的利用。另外，来自废热回收蒸汽发生器HRSG 20的烟道气流可划分成两个部分，其中，烟道气流1的一部分可再循环到进口布置100中，以与那里的用于通过压缩机入口12而输送到压缩机10中的新鲜空气流2混合。在使再循环烟道气2与空气流1混合之前，本质上需要按照清洁和冷却区段23处的清洁和冷却来调节烟道气。另外，烟道气流的未返回的剩余部分可通过烟囱22排到周围环境中，或者可用于其它目的。
在图2中，示出进口布置100的示例，进口布置100可用来混合新鲜空气与通过压缩机入口14再循环到压缩机10的烟道气。显示了进口布置100包括至少通路，诸如通路110。通路110包括伸长部分112和圆形部分114。伸长部分112包括远端部分112a、112b。圆形部分114可构造在伸长部分112的端部部分112a处。通路110适于构造来自圆形部分114侧的压缩机入口12。圆形部分114在压缩机入口12周围接近压缩机10。
通路110可至少沿周向和沿径向跨过整个伸长部分112以及至少部分地跨过圆形部分114进行划分，以构造多个烟道气入口节段116和多个空气入口节段118(可统称为“节段116”)。节段116、118可适于部分地构造成跨过圆形部分114，使得圆形部分114中的节段116、118向上延伸到部分114a，离开部分114b。换句话说，节段116、118可构造成从一个端部部分112a到另一个端部部分112b跨过伸长部分112的整个长度，并且部分地在圆形部分114中仅向上延伸到部分114b。但是，在不偏离本公开的范围的情况下，节段116、118可构造成按需要跨过圆形部分114的整个部分。
在本公开的一个最优选的实施例中，通路110划分成使一个空气入口节段118和一个烟道气入口节段116的相邻节段构造成彼此交错。在图3A至3C和图4A至4C的示例中示出节段116、118的各种这样的交错型式。
具体地，图3A至3C示出各种横过图2的进口布置100中的A-A’的沿着部分114a的圆形部分114的示例横截面图。在图3A中，圆形部分114的部分114a沿径向和沿周向划分成八个节段，其中，其四个节段适于将烟道气流1供应通过其中，并且表示为烟道气入口节段116。另外，其剩余的四个节段适于将新鲜空气流2供应通过其中，并且表示为空气入口节段118。此外，八个这样的节段(四个是烟道气入口节段116，而另外四个是空气入口节段118)设置成使得各个烟道气入口节段116和各个空气入口节段118彼此交错。
类似地，在图3B中，圆形部分114的部分114a沿径向和沿周向划分成二十四个节段，其中，其十二个节段适于将烟道气流1供应通过其中，并且表示为烟道气入口节段116，而且其剩余的十二个节段适于将新鲜空气流2供应通过其中，并且表示为空气入口节段118。二十四个这样的节段(十二个是烟道气入口节段116，而另外十二个是空气入口节段118)以交错的方式彼此设置。
在另一个示例中，如图3C中显示的那样，圆形部分114的部分114a仅沿周向划分成三个节段，一个是烟道气入口节段116，而另外两个是空气入口节段118，它们各自交错地构造而成。但是，在不偏离本公开的范围的情况下，除了图3A至3B中描绘的，可按需要构造各种其它数量的节段。
图4A至4C示出横过图2的进口布置100的B-B’的伸长部分112的各种示例横截面图。在图4A中，伸长部分112沿周向划分成八个节段，其中，其四个节段适于将烟道气流1供应通过其中，并且表示为烟道气入口节段116。另外，其剩余的四个节段适于将新鲜空气流2供应通过其中，并且表示为空气入口节段118。此外，八个这样的节段(四个是烟道气入口节段116，而另外四个是空气入口节段118)设置成使得各个烟道气入口节段116和各个空气入口节段118彼此交错。
类似地，在图4B中，伸长部分112沿周向划分成二十四个节段，其中，其十二个节段适于将烟道气流1供应通过其中，并且表示为烟道气入口节段116，而其剩余的十二个节段适于将新鲜空气流2供应通过其中，并且表示为空气入口节段118。二十四个这样的节段(十二个是烟道气入口节段116，而另外十二个是空气入口节段118)以交错的方式彼此设置。
在另一个示例中，如图4C中显示的那样，伸长部分112沿周向划分成三个节段，一个是烟道气入口节段116，而另外两个是空气入口节段118，它们各自交错地构造而成。但是，在不偏离本公开的范围的情况下，除了图4A至4B中描绘的正方形，可按需要将各种其它数量的节段构造成各种其它形状。
另外，如图3A至4C中描绘的烟道气入口节段116和空气入口节段118的交替布置能够使烟道气流1和新鲜空气流2彼此迅速且恰当地混合。但是，烟道气入口节段116和空气入口节段118的任何其它布置顺序，诸如两个烟道气入口节段116相对于一个空气入口节段118交错地设置，或者两个烟道气入口节段116相对于两个空气入口节段118交错地设置等等，也是可能的，而且认为它们在本公开的范围内。
回头参照图2，各个这样的烟道气入口节段116适于将烟道气流1传送通过其中。因为如此，在伸长部分112的端部部分112b处的各个烟道气入口节段116可适于连接到管子140上，以接收从HRSG 20再循环的烟道气。类似地，各个空气入口节段118适于将新鲜空气流2传送通过其中。在伸长部分112的端部部分112b处的各个这种入口节段118可适于连接到管子130上，以接收来自大气的新鲜空气。
来自各个这样的相应的烟道气入口节段116和空气入口节段118的烟道气流1和新鲜空气流2在圆形部分114周围且后方的区域“P”处会聚，以掺合到通过压缩机入口12而传送到压缩机10中的目标质量流3中。区域“P”可为从圆形部分114的部分114b向上延伸到压缩机入口12的区域。目标质量流3可为烟道气流1和新鲜空气流2的恰当地掺合的混合物，因为烟道气入口节段116和空气入口节段118如上面描述的那样交错地布置。
在本公开的一个额外的实施例中，进口布置100可包括适于设置成与通路110配合的会聚喷嘴120。更具体地，会聚喷嘴120适于设置成与圆形部分114配合，或多或少地在其部分114b中。会聚喷嘴120可设置成使得其对接面120a面朝压缩机入口12。会聚喷嘴120可适于进一步加强烟道气流1和新鲜空气流2的混合，以获得恰当地掺合的目标质量流3。
在本公开的另一个实施例中，进口布置100可包括紊流器元件，紊流器元件可构造成接近圆形部分114，以加强穿过其中的紊流，以加强烟道气流1和新鲜空气流2的混合，以获得目标质量流3。
本公开的进口布置100在各种范围都是有利的。本公开的进口布置加强燃气涡轮发电设备中的再循环烟道气和新鲜周围空气的混合。具体地，烟道气入口节段和空气入口节段的交错布置使得烟道气流和新鲜空气流能够迅速且恰当地混合，以获得目标质量流。另外，进口布置以合适且经济的方式有效地混合燃气涡轮发电设备中的再循环烟道气和新鲜周围空气。上文描述的分段通路不会妨碍发电设备的任何构件，相反它在上面描述的各方面是有利的。
出于说明和描述的目的，已经介绍了本公开的具体实施例的前述描述。它们不旨在为穷尽性的，或者不旨在使本公开限于公开的确切形式，而且显然鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最佳地阐明本公开的原理及其实际应用，从而使得本领域其它技术人员能够最佳地利用本公开和各种实施例，其中，各种修改适合构想到的特定使用。要理解的是，像情况可能提出或带来便利的那样，构想到等效物的各种省略和代替，但它们旨在覆盖应用或实施，而不偏离本公开的权利要求的精神或范围。

Claims (8)

1. 一种用于燃气涡轮发电设备(1000)中的压缩机(10)的进口布置(100)，所述进口布置(100)包括：
至少通路(110)，其具有伸长部分(112)以及在所述伸长部分(112)的端部部分处的圆形部分(114)，所述圆形部分(114)布置成在压缩机入口(12)周围接近所述压缩机(10)；
所述通路(110)至少沿周向和沿径向跨过所述整个伸长部分(112)以及至少部分地跨过所述圆形部分(114)进行划分，以构造：
多个烟道气入口节段(116)，多个烟道气入口节段(116)均适于将烟道气流传送通过其中；以及
多个空气入口节段(118)，多个空气入口节段(118)均适于将新鲜空气流传送通过其中，
其中，来自相应的多个烟道气入口节段(116)和空气入口节段(118)中的各个的所述烟道气流和所述新鲜空气流在所述圆形部分(114)周围且后方的区域“P”处会聚，以掺合到用于通过所述压缩机入口(12)而传送到所述压缩机(10)中的目标质量流中。
2. 根据权利要求1所述的进口布置(100)，其特征在于，所述节段(116)、(118)适于部分地构造成跨过所述圆形部分(114)，使得在所述圆形部分(114)中的所述节段(116)、(118)向上延伸到部分(114a)，离开部分(114b)。
3. 根据权利要求2所述的进口布置(100)，其特征在于，所述进口布置(100)进一步包括：会聚喷嘴(120)，其适于设置成或多或少在所述部分(114b)中与所述圆形部分(114)配合，其中，所述会聚喷嘴(120)设置成使其对接面面向所述压缩机入口(12)。
4. 根据权利要求2所述的进口布置(100)，其中所述区域“P”是从所述圆形部分(114)的所述部分(114b)向上延伸到所述压缩机入口(12)的区域。
5. 根据权利要求1所述的进口布置(100)，其特征在于，所述通路(110)被划分，以使一个空气入口节段(118)和一个烟道气入口节段(116)的相邻节段构造成彼此交错。
6. 根据权利要求1所述的进口布置(100)，其特征在于，在所述伸长部分(112)的端部部分(112b)处的所述多个空气入口节段(118)中的各个适于连接到管子(130)上，以接收所述新鲜空气。
7. 根据权利要求1所述的进口布置(100)，其特征在于，在所述伸长部分(112)的端部部分(112b)处的所述多个烟道气入口节段(116)中的各个适于连接到管子(140)上，以接收所述烟道气。
8. 根据权利要求1所述的进口布置(100)，其特征在于，所述进口布置(100)进一步包括紊流器元件，所述紊流器元件构造成接近所述圆形部分(114)以加强穿过其中的紊流。
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