CN107035523B - 经由涡轮提取和压缩机提取产生蒸汽的系统 - Google Patents

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Abstract

一种动力设备，包括：涡轮的出口下游的排气导管，其从涡轮出口接收排气；第一喷射器，其具有流体地联接至涡轮提取端口的主入口和与排气导管流体连通的出口。动力设备还包括第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与第一喷射器的吸入口流体连通的出口。第一喷射器通过从压缩机提取且经由第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却燃烧气体的流。冷却的燃烧气体在排气导管内与排气混合，以在排气导管下游提供加热的排气混合物。

Description

经由涡轮提取和压缩机提取产生蒸汽的系统
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮动力设备(power plant)，诸如联合循环或者联合发电(cogeneration)动力设备。更具体地，本发明涉及一种使用从燃气涡轮的涡轮提取且由来自压缩机的压缩的空气冷却的燃烧气体来产生蒸汽的系统。
背景技术
燃气涡轮动力设备(诸如联合循环或者联合发电动力设备)大体包括燃气涡轮，其具有压缩机、燃烧器、涡轮、设置在涡轮下游的热回收蒸汽发生器(HRSG)，以及与HRSG流体连通的蒸汽涡轮。在运行期间，空气经由入口系统进入压缩机，并且在其朝向压缩机排放口或者至少部分地围绕燃烧器的扩散器壳体导引时被逐渐地压缩。在限定在燃烧器内的燃烧室中，压缩的空气的至少一部分与燃料混合，并且被焚烧，由此产生高温和高压的燃烧气体。
燃烧气体沿着热气体路径从燃烧器导引穿过涡轮，此处它们在其流动跨过固定导叶和联接至转子轴的可旋转涡轮叶片的交替的级时逐渐地膨胀。动能从燃烧气体传递到涡轮叶片，因此促使转子轴旋转。转子轴的旋转能可经由发电机而转换成电能。燃烧气体作为排气离开涡轮，且排气进入HRSG。来自排气的热能被传递到流过HRSG的一个或更多个换热器的水，由此产生过热的蒸汽。过热蒸汽然后被导引到蒸汽涡轮中，其可用于产生另外的电力，因此增强总体动力设备效率。
对于来自基于燃气涡轮的动力设备的低排放的法规要求在这些年来持续地变得更加严格。全世界的环境部门现在都要求更低的来自新的以及已有的燃气涡轮的氮氧化物(NOx)和其它污染物以及一氧化碳(CO)排放水平。
传统上，至少部分地由于排放限制，用于联合循环或者联合发电动力设备的燃气涡轮载荷与动力设备的蒸汽生产要求相联系或者由其驱动，而不一定由电网动力要求驱动。例如，为了满足动力设备蒸汽要求，同时保持可接受的排放水平，可能必须以全速满载荷条件操作燃气涡轮(即便是当电网要求或者电力的动力设备要求低时)，由此降低了总体动力设备效率。
发明内容
本发明的各方面和优点在下文中在以下描述中阐述，或者根据该描述可为显而易见的，或者可通过实践本发明而获知。
本发明的一个实施例是一种动力设备。动力设备包括设置在涡轮的出口下游的排气导管。排气导管从涡轮出口接收排气。动力设备还包括：第一喷射器，其具有流体地联接至涡轮提取端口的主入口和与排气导管流体连通的出口；以及第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与第一喷射器的吸入口流体连通的出口。第一喷射器通过从压缩机提取且经由第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却燃烧气体的流。冷却的燃烧气体在排气导管内与排气混合，以在排气导管下游提供加热的排气混合物。
本公开内容的另一个实施例包括一种动力设备。动力设备包括燃气涡轮，其具有压缩机，压缩机下游的燃烧器，以及燃烧器下游的涡轮。压缩机包括设置在压缩机的上游端和下游端之间的压缩机提取端口。涡轮包括与第一涡轮提取端口流体连通的第一级和与第二涡轮提取端口流体连通的第二级。第一涡轮提取端口和第二涡轮提取端口提供成用于燃烧气体的流在燃烧器下游离开涡轮的提取。设置在涡轮的出口下游的排气导管从涡轮出口接收排气。动力设备还包括：第一喷射器，其具有流体地联接至第一涡轮提取端口和第二涡轮提取端口中的至少一个的主入口，以及与排气导管流体连通的出口；以及第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与第一喷射器的吸入口流体连通的出口。第一喷射器通过从压缩机提取且经由第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却燃烧气体的流。冷却的燃烧气体在排气导管内与排气混合，以在排气导管下游提供加热的排气混合物。
本发明的第一技术方案提供了一种动力设备，包括：涡轮的出口下游的排气导管，其中所述排气导管从涡轮出口接收排气；第一喷射器，其具有流体地联接至涡轮提取端口的主入口和与所述排气导管流体连通的出口；以及第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与所述第一喷射器的吸入口流体连通的出口；其中所述第一喷射器通过从所述压缩机提取且经由所述第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却燃烧气体的流，其中冷却的燃烧气体在所述排气导管内与所述排气混合，以在所述排气导管下游提供加热的排气混合物。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，还包括设置在所述排气导管下游的换热器，其中所述换热器从所述排气混合物提取热能来产生蒸汽。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，还包括设置在所述排气导管下游的换热器和设置在所述换热器下游的蒸汽涡轮。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述涡轮包括内部壳体，外部壳体以及与所述涡轮的至少一个涡轮级流体连通的提取管道，其中，所述提取管道与所述涡轮提取端口流体连通。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，还包括设置在第一喷射器出口下游以及所述排气导管上游的冷却剂喷射系统，其中，所述冷却剂喷射系统将冷却剂喷射到从所述第一喷射器出口流出的所述冷却的燃烧气体的流中。
本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，所述冷却剂是水。
本发明的第七技术方案是在第五技术方案中，所述冷却剂是蒸汽。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括控制器，其电子地联接至第一控制阀、第二控制阀、以及第三控制阀，所述第一控制阀流体地连接在所述涡轮提取端口与第一喷射器入口之间，所述第二控制阀设置在所述第二喷射器的所述主入口的上游，所述第三控制阀设置在所述第二喷射器的所述吸入口的上游。
本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，还包括温度监测器，其电子地联接至所述控制器，且在所述排气导管上游与所述涡轮提取端口热连通，其中，响应于由所述温度监测器提供给所述控制器的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，还包括设置在所述换热器下游且电子地联接至所述控制器的蒸汽流量监测器，其中，响应于由所述蒸汽流量监测器提供给所述控制器的流输出信号、响应于提供的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
本发明的第十一技术方案提供了一种动力设备，包括：燃气涡轮，其具有压缩机，所述压缩机下游的燃烧器，以及所述燃烧器下游的涡轮，所述压缩机包括压缩机提取端口，所述涡轮包括与第一涡轮提取端口流体连通的第一级和与第二涡轮提取端口流体连通的第二级，其中所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口提供成用于燃烧气体的流在所述燃烧器下游离开所述涡轮的提取；所述涡轮的出口下游的排气导管，其中所述排气导管从涡轮出口接收排气；第一喷射器，其具有流体地联接至所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口中的至少一个的主入口，以及与所述排气导管流体连通的出口；以及第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与所述第一喷射器的吸入口流体连通的出口；其中所述第一喷射器通过从所述压缩机提取且经由所述第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却所述燃烧气体的流，其中冷却的燃烧气体在所述排气导管内与所述排气混合，以在所述排气导管下游提供加热的排气混合物。
本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述换热器从所述排气混合物提取热能来产生蒸汽。
本发明的第十三技术方案是在第十一技术方案中，还包括设置在所述换热器下游的蒸汽涡轮。
本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，还包括设置在第一喷射器出口下游以及所述排气导管上游的冷却剂喷射系统，其中，所述冷却剂喷射系统将冷却剂喷射到从所述第一喷射器出口流出的所述冷却的燃烧气体的流中。
本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，所述冷却剂是水。
本发明的第十六技术方案是在第十四技术方案中，所述冷却剂是蒸汽。
本发明的第十七技术方案是在第十一技术方案中，所述涡轮包括内部壳体，外部壳体以及与所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口中的至少一个流体连通的提取管道，其中，所述提取管道与所述涡轮的热气体路径流体连通。
本发明的第十八技术方案是在第十一技术方案中，还包括控制器，其电子地联接至第一控制阀、第二控制阀、以及第三控制阀，所述第一控制阀流体地连接在所述第一涡轮提取端口或所述第二涡轮提取端口与第一喷射器入口之间，所述第二控制阀设置在所述第二喷射器的所述主入口的上游，所述第三控制阀设置在所述第二喷射器的所述吸入口的上游。
本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，还包括温度监测器，其电子地联接至所述控制器，且在所述排气导管上游与所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口热连通，其中，响应于由所述温度监测器提供给所述控制器的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
本发明的第二十技术方案是在第十八技术方案中，还包括设置在所述换热器下游且电子地联接至所述控制器的蒸汽流量监测器，其中，响应于由所述蒸汽流量监测器提供给所述控制器的流输出信号、响应于提供的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
在审阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例以及其它实施例的特征和方面。
附图说明
本发明的完整的和能够实践的公开，包括其对本领域技术人员而言的最佳模式，在包括参照附图的说明书的其余部分中更具体地阐述，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的示例性的基于燃气涡轮的联合发电动力设备的示意图；
图2是根据本发明的至少一个实施例的示例性燃气涡轮的一部分的简化截面侧视图；以及
图3是根据本发明的一个实施例的、图1中所示的示例性的基于燃气涡轮的联合发电动力设备的示意图。
零件列表
10 动力设备
12 轴向中心线–燃气涡轮
100 燃气涡轮
102 压缩机
104 燃烧器
106 涡轮
108 入口导向导叶
110 空气
112 压缩的空气
114 燃烧气体
116 轴
118 排气
120 排气导管
122 换热器
124 蒸汽
126 蒸汽涡轮
128 设施
130 流量监测器
132 流量监测器
134 内部涡轮壳体
136 外部涡轮壳体
137 热气体路径
138 提取端口
140 提取管道
142 第一喷射器
144 第一喷射器–主入口
146 第一喷射器–二级入口
148 压缩机提取端口
150 第一喷射器–出口
152 压缩的空气
154 第二喷射器
156 第二喷射–主入口
158 喷射器–吸入口
160 空气供应
162 第二喷射器–出口
164 空气
166 冷却的燃烧气体
168 排气混合物
170 冷却剂喷射系统
172 冷却剂
174 冷却剂供应
176 混合室
178 控制阀–涡轮提取
180 控制阀–压缩机提取
182 控制阀–第二喷射器吸入口
184 控制阀–冷却剂喷射系统
186 温度监测器
188 温度监测器
190 温度监测器。
具体实施方式
现在将对本发明的当前的实施例进行详细的参照，其一个或更多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相同或者相似的比较用来指代本发明的相同或者相似的部件。如本文所用，用语“第一”，“第二”和“第三”可以可互换地使用来使一个构件区别于另一个，并且不意图表示单独的构件的位置或者重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，而“下游”指的是流体流至的方向。
本文所用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并且不意图限制本发明。如本文所用，单数形式“一”，“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地作出其它表示。将进一步理解的是，在本说明书中使用时用语“包括”和/或“包含”，表示存在所述的特征，整体，步骤，操作，元件，和/或构件，但是并不排除存在或者附加了一个或更多个其它特征，整体，步骤，操作，元件，构件，和/或它们的集合。
通过阐述本发明而非限制本发明的方式提供了各个实例。事实上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出修改和改型而不偏离其范围或者精神。例如，作为一个实施例的一部分而示出或者描述的特征可在另一实施例上使用以实现另外的又一个实施例。因此，意图是本发明覆盖处于所附的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和改型。
在常规的联合发电动力设备中，燃料和空气被供应至燃气涡轮。空气经过燃气涡轮的入口进入燃气涡轮中的燃烧器上游的压缩机区段中。在空气由燃烧器加热之后，加热的空气和该过程中产生的其它气体(即，燃烧气体)经过涡轮区段。来自燃气涡轮的排气的总体体积从涡轮区段传送到燃气涡轮的排气区段，并且流动至热回收蒸汽发生器(HRSG)，其经由一个或者多个换热器从排气提取热来产生蒸汽。
在一些情况中，对蒸汽的要求可低于可由燃气涡轮排气所产生的蒸汽量，排气中的一些可被引导离开热回收蒸汽发生器，诸如被传送到排气器，排气器在排气被释放到大气之前过滤排气。备选地，如果与燃气涡轮排气产生的蒸汽相比，蒸汽生产要求更高，则可产生来自燃气涡轮的排气的增大，以产生期望的蒸汽。
当前的实施例提供了一种系统来使直接从燃气涡轮的涡轮提取的热的燃烧气体在与从涡轮的出口流出的排气混合之前进行冷却或者降温。在特定的实施例中，提取的燃烧气体通过使用从压缩机提取的压缩的空气和来自空气供应的环境空气或其它空气经由第一喷射器和第二喷射器来冷却。在特地的实施例中，冷却剂喷射系统也用于对燃烧气体的流提供进一步的冷却。
冷却的燃烧气体比流自涡轮的排气显著更热。结果，来自冷却的燃烧气体的热能会升高换热器/锅炉和/或热回收蒸汽发生器(HRSG)上游的排气的温度，由此提高来自燃气涡轮的蒸汽生产。蒸汽可通过管道送至蒸汽涡轮，用于热生产和/或用于其它工业过程。该系统可用于联合发电系统中，使得联合发电系统可生产更大量的蒸汽而不会产生动力的成比例的增大。该实施例系统因此提供了输入到联合发电系统中的燃料的高效的使用，且避免了浪费性地生产燃气涡轮的不期望的动力。
本文提供的实施例提供了优于现有的联合发电或者联合循环动力设备的多种技术优点。例如，本文所提供的系统可包括将蒸汽生产调整于期望水平、同时维持热量以及其它操作效率的能力；提供更高温的气体来在燃气涡轮下游生产更多蒸汽的能力；在燃气涡轮上以更低的动力输出运行并且产生更多蒸汽的能力；最小化浪费性的产物(即，在燃气涡轮中生产不必要的动力)的能力；以及以更成本有效地以及高效的性能运行联合发电系统的能力。
现在参照附图，其中在所有图中，相同的数字表示相同的元件，图1提供了具有蒸汽生产能力的示例性燃气涡轮动力设备10的功能框图。动力设备10包括可结合本发明的各种实施例的燃气涡轮100。燃气涡轮100大体以串行流顺序包括压缩机102，具有一个或更多个燃烧器104的燃烧区段以及涡轮106。燃气涡轮100还可包括设置在压缩机102的入口或者上游端处的入口导向导叶108。在运行中，空气110流动跨过入口导向导叶108且流入压缩机102中。压缩机102为空气110赋予动能，以生产压缩的空气，如由箭头112示意性地指示的。
压缩的空气112与来自燃料供应系统的燃料(诸如天然气)混合，以在(多个)燃烧器104内形成可燃的混合物。可燃的混合物被焚烧而生产具有高温、高压和高速的燃烧气体，如由箭头114示意性地指示的。燃烧气体114流过涡轮106的各种涡轮级S1，S2，S3，Sn来做功。
涡轮106可具有两个或更多个级，例如，低压区段和高压区段。在一个实施例中，涡轮106可为包括低压区段和高压区段的两轴涡轮。在特定的构造中，涡轮106可具有4个或更多个级。涡轮106可连接至轴116，使得涡轮106的旋转驱动压缩机102来生产压缩的空气112。备选地或者另外地，轴116可将涡轮106连接至发电机(未显示)，以用于生产电力。燃烧气体114在其流过涡轮106并且作为排气118经由排气导管120离开涡轮106时损失热能和动能，排气导管120可操作地联接至涡轮106的下游端。
排气导管120可经由各种管道，导管，阀等等而流体地联接至换热器或者锅炉122。换热器122可为独立的构件或者可为热回收蒸汽发生器(HRSG)的构件。在各种实施例中，换热器122用于从排气118提取热能来生产蒸汽124。在特定的实施例中，蒸汽124之后可经由各种管道、阀、导管等等被导引至蒸汽涡轮126以生产另外的动力或者电力。
蒸汽124的至少一部分可从换热器122通过管道送至现场的或者现场外的设施128，其将蒸汽分配至使用者和/或使用蒸汽来用于诸如热生产或者其它工业操作或过程的二级操作。在一个实施例中，蒸汽124可通过管道传送至蒸汽涡轮126的下游，且进一步用于诸如热生产的各种二级操作或者其它二级操作。来自换热器122的蒸汽流率或者输出可经由一个或更多个流量监测器来监测。例如，在一个实施例中，流量监测器130可设置于换热器122的下游。在一个实施例中，流量监测器132可设置在蒸汽涡轮126的下游。
图2提供了包括压缩机102、燃烧器104、涡轮106和排气导管120的一部分的示例性燃气涡轮100的一部分的简化截面侧视图，其可结合本发明的各种实施例。图3提供了根据本发明的一个实施例的、如图1中所示的具有蒸汽生产能力的示例性燃气涡轮动力设备10的功能框图。在一个实施例中，如图2中所示，涡轮106包括内部涡轮壳体134和外部涡轮壳体136。内部和外部涡轮壳体134，136绕着燃气涡轮100的轴向中心线12沿周向延伸。内部涡轮壳体134和/或外部涡轮壳体136至少部分地包绕形成涡轮106的各种级S1，S2，S3，Sn的定子导叶和转子叶片的相继的排。
涡轮壳体134，136通常是密封的，仅有两个开口：涡轮106上游处的燃烧气体入口，和涡轮106下游端处的排气或者涡轮出口。涡轮106的下游端可操作地连接至排气导管120。常规地，燃烧气体114的整体体积经过内部和外部涡轮壳体134，136内的由涡轮106的各种级限定的热气体路径137，进入排气导管120，且排气118的至少一部分可被引导至换热器122。
在运行期间，如果确定了蒸汽生产的要求高于燃气涡轮100生产的动力的要求，则燃烧气体114的一部分可经由一个或更多个对应的涡轮提取端口138从涡轮级S1，S2，S3，Sn中的一个或更多个提取，如图1，2和3中所示。显示了四个涡轮提取端口138(a-d)以便于图示。然而，涡轮106可包括任意数量的涡轮提取端口138。例如，涡轮106可包括一个涡轮提取端口138，两个涡轮提取端口138，三个涡轮提取端口138或者四个或更多个涡轮提取端口138。各个涡轮提取端口138可流体地联接至涡轮级S1，S2，S3，Sn中的一个或更多个和/或与涡轮级S1，S2，S3，Sn中的一个或更多个流体连通。各个涡轮提取端口138可提供流动路径，以用于燃烧气体114的流从燃烧器104下游但是排气导管120上游的点自涡轮106流出。
如图2中所示，涡轮提取端口138(a-d)中的一个或更多个可经由一个或更多个提取管道140与涡轮级S1，S2，S3或者Sn中的一个或更多个流体连通。提取管道140和涡轮提取端口138提供燃烧气体114从热气体路径137、穿过内部和/或外部涡轮壳体134，136、并且离开涡轮106的流体连通，以便获得比从涡轮106出口流入排气导管120的排气118温度更高的燃烧气体114的一部分。
如图2中所示，涡轮级S1，S2，S3和Sn是连续的，使得燃烧气体114从S1至最后一级Sn流过这些级。涡轮级S1是第一级，并且接收直接来自于燃烧器104的热燃烧气体114。燃烧气体114的温度关于各个连续的级而降低。例如，S1涡轮级处的燃烧气体114具有比在随后的涡轮级S2，S3，Sn等处更高的温度。排气118处于比涡轮106内的燃烧气体114更低的温度，且因此具有较少的热能。
在一个实施例中，如图1、2和3中所示，动力设备10包括设置在第二喷射器154下游的第一喷射器142。第一喷射器142包括流体地联接至一个或更多个涡轮提取端口138中的一个或更多个的主入口144，流体地联接至一个或更多个压缩机提取端口148的吸入口146，以及与排气导管120流体连通的出口150。
(多个)压缩机提取端口148提供流动路径，以用于压缩的空气152的一部分在压缩机102的上游或者入口与限定在燃烧器102的上游或者紧接的上游的压缩机102出口之间的点处流出压缩机102。因为压缩的空气112从入口到出口压力和温度增大，(多个)压缩机提取端口148可沿着压缩机102在各种点处轴向地间隔开，以捕获处于期望温度和压力的压缩的空气152的一部分。
在特定实施例中，第二喷射器154设置在(多个)压缩机提取端口148下游和第一喷射器142的吸入口146上游，且将第一喷射器142流体地联接至(多个)压缩机提取端口148。第二喷射器154可经由各种管道、导管、阀等等而流体地联接至(多个)压缩机提取端口148且至第一喷射器142的吸入口146。第二喷射器154包括流体地联接至(多个)压缩机提取端口148的主入口156，与空气供应160(诸如周围环境)流体连通的吸入口158，以及与第一喷射器142的吸入口146流体连通的出口162。
在运行中，如图1-3中共同所示，提取的燃烧气体114穿过一个或更多个涡轮提取端口138而来自热气体路径137且经由主入口144流入第一喷射器142，且用作流过第一喷射器142的原动流体。从(多个)压缩机提取端口148提取的压缩的空气152的一部分从一个或更多个压缩机提取端口148流出且用作流过第二喷射器154的原动流体。诸如由空气供应160供应的环境空气的空气164流入第二喷射器154吸入口158且与压缩的空气152的流混合，以冷却第一喷射器142的吸入口146上游的压缩的空气152的流。流入第二喷射器154的空气164还可增大从(多个)压缩机提取端口148进入第一喷射器142的空气质量流。
由于第二喷射器154的出口162下游的压缩的空气152比流入第一喷射器142的燃烧气体114更冷，因而燃烧气体114的流在其与压缩的空气152混合时在第一喷射器142内被冷却，因此提供离开第一喷射器142出口150的冷却的燃烧气体的流。除了冷却排气导管120的上游的燃烧气体114，压缩的空气152还可增大从第一喷射器142进入排气导管120的质量流。
从第一喷射器142出口150流出的冷却的燃烧气体166处于比排气118更高的温度。结果，来自冷却的燃烧气体166的热能被传递至排气导管120内的排气118，以提供被加热的排气混合物168至设置在排气导管120下游的换热器126。通过提高排气118的温度，可增大动力设备10的蒸汽生产能力，特别是在燃气涡轮低载荷或调小的操作条件下。
在一个实施例中，如图2和3中所示，动力设备10还包括冷却剂喷射系统170。冷却剂喷射系统170可包括喷淋喷嘴，喷淋塔，洗涤器或者构造成将冷却剂172从冷却剂供应174喷射至从第一喷射器142的出口150流出的冷却的燃烧气体166的流的其它各种构件(未显示)，由此进一步冷却排气导管120上游的冷却的燃烧气体166。
如图2和3中所示，冷却剂喷射系统170可包括流体地联接至第一喷射器142的出口150且位于静态混合器142的出口150下游的混合室176。混合室176可经由各种管道、导管、阀等等而流体地联接至排气导管120。混合室176可构造成接收来自第一喷射器142的出口150的冷却的燃烧气体166的流以及将冷却的燃烧气体166传递到换热器122上游的排气导管120上。在特定实施例中，混合室176可经由各种管道、导管、阀等等而直接流体地联接至换热器122和/或热回收蒸汽发生器。
在特定实施例中，冷却剂172和冷却的燃烧气体166在混合室176中在排气导管120上游混合。这样，冷却剂172可用于进一步降低或者控制换热器122和/或排气导管120上游的冷却的燃烧气体166的温度。冷却剂172可为可与冷却的燃烧气体166混合以用于其预期目的的任何液体或者气体。在一个实施例中，冷却剂172包括水。在一个实施例中，冷却剂172包括蒸汽。
参照图1和3，可使用控制器200来确定期望蒸汽生产能力。控制器200产生和/或发送合适的控制信号至动力设备10的各种控制阀。例如，动力设备10可包括流体地联接到涡轮提取端口138中的一个或更多个的一个或更多个控制阀178，设置在第二喷射器154的(多个)压缩机提取端口148和主入口156之间的一个或更多个控制阀180，设置在第二喷射器154的吸入口158上游的一个或更多个控制阀182，以及冷却剂喷射系统160的一个或更多个控制阀184(图3)。
控制器200可为基于微处理器的处理器，其包括非瞬态存储器，并且具有计算算法的能力。控制器200可结合GE公司的、诸如由纽约斯科内科塔迪的GE工业&动力系统出版的Rowen，W.I.的“SPEEDTRONIC™MarkV燃气涡轮控制系统”，GE-3658D，所描述的SPEEDTRONIC™燃气涡轮控制系统。该控制器200还可结合具有使用传感器输入和来自人类操作者的指令执行存储在存储器中的程序来控制燃气涡轮操作的(多个)处理器的计算机系统。
在特定的实施例中，控制器200被编程为确定产生期望量的蒸汽流所需要的排气的期望温度，以及调节穿过(多个)阀178的燃烧气体流，穿过(多个)阀180的压缩的空气流，穿过(多个)阀182的空气流以及穿过(多个)阀184的冷却剂流，以实现传送到换热器122的排气混合物168的期望温度。控制器200可接收各种输入数据信号，诸如来自设置在第一喷射器142的出口150下游的温度监测器186(图1-3)的燃烧气体温度202，和/或来自设置在混合室116处或者下游的温度监测器188(图2-3)的燃烧气体温度208，和/或来自设置在第二喷射器154处或者下游和第一喷射器142上游的温度监测器190(图2-3)的压缩的空气温度210，或来自设置在排气导管120处或者下游和/或换热器122处或者上游的温度监测器192(图1-3)的排气混合物温度211。控制器200还可接收来自流量监测器132的蒸汽流量数据204和/或来自流量监测器130的蒸汽流量数据206。
可分析由控制器200接收的数据信号，诸如燃烧气体温度，排气温度，排气混合物温度和蒸汽流率，来与蒸汽流的预定的期望量进行比较。控制器200可使用接收的数据信号来确定排气温度的增大是否将是期望的。计算包括确定所需要的蒸汽的量，以及期望的动力的量，以及确定生产期望的量的蒸汽所需要的燃烧气体的温度和量。
在确定换热器122生产期望的蒸汽量所需要的燃烧气体114的期望温度和量之后，控制器200可产生一个或更多个信号212，214，216，218，并且将这些信号发送至合适的(多个)阀178的接收器，以在合适的涡轮级S1，S2，S3，Sn处从涡轮106提取燃烧气体114。另外，控制器200可将信号220发送至阀180的接收器，以控制从压缩机102提取的且发送到第二喷射器154的压缩的空气152的流率。控制器200还可将信号222发送至控制阀182(图2)，以控制进入第二喷射器154的吸入口158的空气164的流率。控制器200还可将信号224发送至阀184，以调整从第一喷射器142进入混合室176和/或进入冷却的燃烧气体166的流的冷却剂172的流处于期望的量，以进一步将冷却的燃烧气体166冷却至期望温度。本文所提供的系统或者多个系统自动地混合排气118与冷却的燃烧气体166的流，使得排气混合物温度高于标称排气温度，但是低于换热器122或者HRSG的热极限。
虽然本文已经显示和描述了具体的实施例，但应当认识到，经计算可实现同样目的的任何布置都可替换所示的具体的实施例，且本发明在其它环境中具有其它应用。本申请意图覆盖本发明的任何改编或者改型。所附的权利要求绝不意图将本发明的范围限制于本文所述的具体实施例。

Claims (20)

1.一种动力设备，包括：
燃气涡轮，其具有压缩机，所述压缩机下游的燃烧器，以及所述燃烧器下游的涡轮，所述压缩机包括压缩机提取端口，所述涡轮包括涡轮提取端口，其中所述涡轮提取端口提供成用于燃烧气体的流在所述燃烧器下游离开所述涡轮的提取；
所述涡轮的出口下游的排气导管，其中所述排气导管从涡轮出口接收排气；
第一喷射器，其具有流体地联接至所述涡轮提取端口的主入口和与所述排气导管流体连通的出口；以及
第二喷射器，其具有流体地联接至所述压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与所述第一喷射器的吸入口流体连通的出口；
其中所述第一喷射器通过从所述压缩机提取且经由所述第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却所述燃烧气体的流，其中冷却的燃烧气体在所述排气导管内与所述排气混合，以在所述排气导管下游提供加热的排气混合物。
2.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述排气导管下游的换热器，其中所述换热器从所述排气混合物提取热能来产生蒸汽。
3.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述排气导管下游的换热器和设置在所述换热器下游的蒸汽涡轮。
4.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述涡轮包括内部壳体，外部壳体以及与所述涡轮的至少一个涡轮级流体连通的提取管道，其中，所述提取管道与所述涡轮提取端口流体连通。
5.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在第一喷射器出口下游以及所述排气导管上游的冷却剂喷射系统，其中，所述冷却剂喷射系统将冷却剂喷射到从所述第一喷射器出口流出的所述冷却的燃烧气体的流中。
6.根据权利要求5所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂是水。
7.根据权利要求5所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂是蒸汽。
8.根据权利要求2所述的动力设备，其特征在于，还包括控制器，其电子地联接至第一控制阀、第二控制阀、以及第三控制阀，所述第一控制阀流体地连接在所述涡轮提取端口与第一喷射器入口之间，所述第二控制阀设置在所述第二喷射器的所述主入口的上游，所述第三控制阀设置在所述第二喷射器的所述吸入口的上游。
9.根据权利要求8所述的动力设备，其特征在于，还包括温度监测器，其电子地联接至所述控制器，且在所述排气导管上游与所述涡轮提取端口热连通，其中，响应于由所述温度监测器提供给所述控制器的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
10.根据权利要求8所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述换热器下游且电子地联接至所述控制器的蒸汽流量监测器，其中，响应于由所述蒸汽流量监测器提供给所述控制器的流输出信号、响应于提供的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
11.一种动力设备，包括：
燃气涡轮，其具有压缩机，所述压缩机下游的燃烧器，以及所述燃烧器下游的涡轮，所述压缩机包括压缩机提取端口，所述涡轮包括与第一涡轮提取端口流体连通的第一级和与第二涡轮提取端口流体连通的第二级，其中所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口提供成用于燃烧气体的流在所述燃烧器下游离开所述涡轮的提取；
所述涡轮的出口下游的排气导管，其中所述排气导管从涡轮出口接收排气；
第一喷射器，其具有流体地联接至所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口中的至少一个的主入口，以及与所述排气导管流体连通的出口；以及
第二喷射器，其具有流体地联接至压缩机提取端口的主入口，与空气供应流体连通的吸入口，以及与所述第一喷射器的吸入口流体连通的出口；
其中所述第一喷射器通过从所述压缩机提取且经由所述第二喷射器冷却的压缩的空气来冷却所述燃烧气体的流，其中冷却的燃烧气体在所述排气导管内与所述排气混合，以在所述排气导管下游提供加热的排气混合物。
12.根据权利要求11所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述排气导管下游的换热器，其中所述换热器从所述排气混合物提取热能来产生蒸汽。
13.根据权利要求11所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述排气导管下游的换热器和设置在所述换热器下游的蒸汽涡轮。
14.根据权利要求11所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在第一喷射器出口下游以及所述排气导管上游的冷却剂喷射系统，其中，所述冷却剂喷射系统将冷却剂喷射到从所述第一喷射器出口流出的所述冷却的燃烧气体的流中。
15.根据权利要求14所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂是水。
16.根据权利要求14所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂是蒸汽。
17.根据权利要求11所述的动力设备，其特征在于，所述涡轮包括内部壳体，外部壳体以及与所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口中的至少一个流体连通的提取管道，其中，所述提取管道与所述涡轮的热气体路径流体连通。
18.根据权利要求12所述的动力设备，其特征在于，还包括控制器，其电子地联接至第一控制阀、第二控制阀、以及第三控制阀，所述第一控制阀流体地连接在所述第一涡轮提取端口或所述第二涡轮提取端口与第一喷射器入口之间，所述第二控制阀设置在所述第二喷射器的所述主入口的上游，所述第三控制阀设置在所述第二喷射器的所述吸入口的上游。
19.根据权利要求18所述的动力设备，其特征在于，还包括温度监测器，其电子地联接至所述控制器，且在所述排气导管上游与所述第一涡轮提取端口和所述第二涡轮提取端口热连通，其中，响应于由所述温度监测器提供给所述控制器的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
20.根据权利要求18所述的动力设备，其特征在于，还包括设置在所述换热器下游且电子地联接至所述控制器的蒸汽流量监测器，其中，响应于由所述蒸汽流量监测器提供给所述控制器的流输出信号、响应于提供的一个或更多个数据信号，所述控制器促动所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀中的至少一个，促动所述第一控制阀来增大或者减小来自所述涡轮的所述燃烧气体的流，促动所述第二控制阀来增大或者减小穿过所述第一喷射器的所述主入口的质量流，促动所述第三控制阀来控制到所述第二喷射器的所述吸入口的空气流。
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