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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der
hier geoffenbarte Gegenstand betrifft die Erwärmung von Brennstoff für eine Einfachzyklus-Gastrubine
(sog. Simple-Cycle-Gasturbine).
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Gasturbinen
in Einfachzyklus-Kraftwerken verwenden gewöhnlich ein Gemisch aus Brennstoff und
komprimierter Luft zur Verbrennung. Jedoch kann der Brennstoff in
einigen Fällen
unter einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur stehen, während die
komprimierte Luft eine relativ hohe Temperatur aufweisen kann. Die
niedrige Brennstofftemperatur kann die Leistungsfähigkeit
reduzieren, den Wirkungsgrad verringern und Emissionen der Gasturbine
steigern. Folglich kann es erwünscht
sein, den Brennstoff zu erwärmen,
bevor dieser mit der komprimierten Luft vermischt wird, um die Leistungsfähigkeit,
den Wirkungsgrad und Emissionen der Gasturbine zu verbessern oder
um Abweichungen in den Brennstoffbestandteilen zu kompensieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bestimmte
Ausführungsformen
entsprechend dem Rahmen der ursprünglich beanspruchten Erfindung
sind nachstehend kurz zusammengefasst. Diese Ausführungsformen
sollen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken, so dass vielmehr
diese Ausführungsformen
dazu vorgesehen sind, lediglich eine Kurzbeschreibung möglicher
Formen der Erfindung zu liefern. In der Tat, kann die Erfindung
vielfältige
Formen einnehmen, die zu den nachstehend angegebenen Ausführungsformen ähnlich sein
oder sich von diesen unterscheiden können.
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In
einer ersten Ausführungsform
enthält
ein System eine Gasturbinenmaschine. Die Gasturbinenmaschine enthält einen
Verdichter, der konfiguriert ist, um Luft aufzunehmen und zu komprimieren. Die
Gasturbinenmaschine enthält
ferner eine Brennkamme, die konfiguriert ist, um einen ersten Fluss
der komprimierten Luft von dem Verdichter und Brennstoff zu empfangen,
wobei die Brennkammer konfiguriert ist, um ein Gemisch aus der komprimierten
Luft und dem Brennstoff zu verbrennen, um ein Abgas zu erzeugen.
Die Gasturbinenmaschine enthält
ferner eine Turbine, die konfiguriert ist, um das Abgas aus der
Brennkammer zu empfangen und das Abgas zu nutzen, um eine Welle
zu drehen. Das System enthält
ferner ein Brennstoffvorwärmsystem,
das konfiguriert ist, um einen zweiten Fluss der komprimierten Luft
von dem Verdichter zu empfangen, ein Zwischenwärmeübertragungsmedium mit Wärme aus dem
zweiten Fluss der komprimierten Luft zu erwärmen, den Brennstoff mit Wärme aus
dem Zwischenwärmeübertragungsmedium
zu erwärmen
und den Brennstoff zu der Brennkammer zu liefern. Das Zwischenwärmeübertragungsmedium
strömt
ausschließlich
innerhalb des Brennstoffvorwärmsystems.
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In
einer zweiten Ausführungsform
enthält
ein System einen Brennstoffvorwärmer.
Der Brennstoffvorwärmer
enthält
einen ersten Wärmetauscher,
der konfiguriert ist, um komprimierte Luft aus einem Verdichter
zu empfangen und um Wärme
von der komprimierten Luft auf ein abgekühltes Zwischenwärme übertragungsmedium
zu übertragen,
um ein erwärmtes
Zwischenwärmeübertragungsmedium
zu erzeugen. Der Brennstoffvorwärmer
enthält
ferner einen zweiten Wärmetauscher,
der konfiguriert ist, um das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
von dem ersten Wärmetauscher
zu empfangen und um Wärme
von dem erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmedium
auf einen Brennstoff zu übertragen. Der
erste Wärmetauscher
ist konfiguriert, um das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
von dem zweiten Wärmetauscher
zu empfangen.
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In
einer dritten Ausführungsform
enthält
ein Verfahren ein Erwärmen
eines Zwischenwärmeübertragungsmediums
innerhalb eines ersten Wärmetauschers
unter Verwendung komprimierter Luft von einem Verdichter als eine
erste Wärmequelle.
Das Verfahren enthält
ferner ein Erwärmen
von Brennstoff innerhalb eines zweiten Wärmetauschers unter Verwendung
des erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmediums
aus dem ersten Wärmetauscher
als eine zweite Wärmequelle.
Das Verfahren enthält
ferner ein Umwälzen
des Zwischenwärmeübertragungsmediums
in einem geschlossenen Kreislauf, der den ersten Wärmetauscher
und den zweiten Wärmetauscher
aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNEN
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Diese
und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegende Erfindung
werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in
den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen und worin zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform eines Einfachzyklus-Turbinensystems
mit einem Brennstoffvorwärmsystem;
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2 eine
im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform
des Einfachzyklus-Turbinensystems,
wie es in 1 veranschaulicht ist;
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3 ein
schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform des Einfachzyklus-Turbinensystems
und Brennstoffvorwärmsystems
nach 1;
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4 ein
schematisiertes Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform
des Einfachzyklus-Turbinensystems und Brennstoffvorwärmsystems
nach 1; und
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5 ein
Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Erwärmung
von Brennstoff in dem Brennstoffvorwärmsystem unter Verwendung erwärmter Luft
aus einem Verdichter des Einfachzyklus-Turbinensystems als eine
Wärmequelle.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
sind eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe und präzise Beschreibung
dieser Ausführungsformen
zu liefern, können
in der Beschreibung gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen
Umsetzung beschrieben sein. Es sollte verstanden werden, dass bei
der Entwicklung jeder beliebigen derartigen tatsächlichen Umsetzungsform, wie
in jedem Entwicklungs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche umsetzungsspezifische
Entscheidungen getroffen werden müssen, um spezielle Ziele der
Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise die Einhaltung systembezogener
und unternehmensbezogener Randbedingungen, die von einer Umsetzung
zur anderen variieren können.
Außerdem
sollte verstanden werden, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand
zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute auf
dem Gebiet, die den Vorteil dieser Offenbarung haben, nichtsdestoweniger
ein routinemäßiges Unterfangen
zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
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Wenn
Elemente verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten,
dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen
im inklusiven Sinne verstanden werden und bedeuten, dass außer den
gelisteten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
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Die
offenbarten Ausführungsformen
enthalten Systeme und Verfahren zur Erwärmung von Brennstoff für eine Einfachzyklus-Gasturbine
(sogenannte Simple-Cycle-Gasturbine) unter Verwendung erwärmter Luft
von einem Verdichter der Einfach zyklus-Gasturbine als die Wärmequelle.
Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen komprimierte Luft
von dem Verdichter in einen ersten Wärmetauscher geleitet werden,
worin die komprimierte Luft verwendet wird, um ein Zwischenwärmeübertragungsmedium,
wie beispielsweise Wasser, zu erwärmen. Außerdem kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium
Sole oder Lauge, Öl,
Freon, Inertgas, Wasser-Glykol, synthetische organische Fluide,
ein alkyliertes aromatisches Wärmeübertragungsfluid und
dergleichen enthalten. Als nächstes
kann das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
aus dem ersten Wärmetauscher
in einen zweiten Wärmetauscher
geleitet werden, worin das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
verwendet wird, um Brennstoff vorzuwärmen, bevor der Brennstoff zur
Verbrennung zu der Einfachzyklus-Gasturbine geliefert wird. Schließlich kann
das gekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
aus dem zweiten Wärmetauscher
zurück
in den ersten Wärmetauscher
geleitet werden, worin es durch die erwärmte Luft aus dem Verdichter
der Einfachzyklus-Gasturbine erwärmt
werden kann. Außerdem
kann in manchen Ausführungsformen
eine Wärmespeichervorrichtung
verwendet werden, um das Zwischenwärmeübertragungsmedium, das zu und
von dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher übertragen
wird, vorübergehend
zu speichern. Die Verwendung eines Zwischenwärmeübertragungsmediums reduziert
die Möglichkeit
einer Kombination von komprimierter Luft und Brennstoff in dem ersten
und dem zweiten Wärmetauscher.
Außerdem
kann der Bedarf nach einer externen Wärmeübertragungsausrüstung (zum
Beispiel Hilfskesseln, Ölbad-Wärmetauschern, elektrischen
Taupunkt-Heizeinrichtungen, katalytischen Heizern und dergleichen)
reduziert oder sogar beseitigt sein. Es können weitere Wärmetauscherkonfigurationen, einschließlich verschiedener
Zwischenwärmeübertragungsmedien,
eingesetzt werden.
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1 zeigt
ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Einfachzyklus-Turbinensystems 10,
das ein Brennstoffvorwärmsystem 12 aufweist.
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend
beschreiben, kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 konfiguriert
sein, um Brennstoff 14 zu erwärmen, bevor der Brennstoff 14 zu
dem Einfachzyklus-Turbinensystem 10 geliefert wird. Insbesondere
kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 einen
ersten Wärmetauscher
zur Erwärmung
eines Zwischenwärmeübertragungsmediums
mit erwärmter
komprimierter Luft von einem Verdichter des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 und
einen zweiten Wärmetauscher
zur Erwärmung
des Brennstoffs 14 mit dem erwärmten Zwischenwärmeübertragungsmedium
aus dem ersten Wärmetauscher
enthalten.
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Das
Einfachzyklus-Turbinensystem 10 kann einen flüssigen oder
gasförmigen
Brennstoff 14, wie beispielsweise Erdgas und/oder ein wasserstoffreiches
Synthesegas, nutzen. Wie dargestellt, nehmen mehrere Brennstoffdüsen 16 den
Versorgungsbrennstoff 14 auf, vermischen den Brennstoff
mit Luft und verteilen das Luft-Brennstoff-Gemisch in eine Brennkammer 18.
Das Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt in einem Raum innerhalb der
Brennkammer 18, wodurch heiße unter Druck stehende Abgase
erzeugt werden. Die Brennkammer 18 leitet die Abgase durch eine
Turbine 20 in Richtung auf einen Abgasauslass 22.
Während
die Abgase durch die Turbine 20 strömen, zwingen die Gase eine
oder mehrere Turbinenschaufeln, eine Welle 24 über einer
Achse des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 zu drehen. Wie
veranschaulicht, kann die Welle 24 mit verschiedenen Komponenten
des Einfachzyklus-Turbinensystems 10, einschließlich eines
Verdichters 26, verbunden sein. Der Verdichter 26 enthält ebenfalls
Laufschaufeln, die mit der Welle 24 gekoppelt sein können. Wenn
die Welle 24 rotiert, rotieren auch die Schaufeln innerhalb
des Verdichters 26, wodurch Luft aus einem Lufteinlass 28 durch
den Verdichter 26 komprimiert und in die Brennstoffdüsen 16 und/oder
die Brennkammer 18 gedrückt
wird. Die Welle 24 kann ferner an eine Last 30 angeschlossen
sein, die ein Fahrzeug oder eine stationäre Last, wie beispielsweise
ein elektrischer Generator in einer Kraftwerksanlage oder ein Propeller
an einem Flugzeug, sein kann. Die Last 30 kann jede beliebige
geeignete Vorrichtung enthalten, die in der Lage ist, durch die
Drehausgabe des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 angetrieben
zu werden.
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2 zeigt
eine im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer beispielhaften
Ausführungsform des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10,
wie es in 1 veranschaulicht ist. Da Einfachzyklus-Turbinensystem 10 enthält eine
oder mehrere Brennstoffdüsen 16,
die im Inneren von einer oder mehreren Brennkammern 18 angeordnet
sind. Im Betrieb tritt Luft in das Einfachzyklus-Turbinensystem 10 durch den
Lufteinlass 28 ein und wird in dem Verdichter 26 unter
Druck gesetzt. Die komprimierte Luft kann anschließend zur
Verbrennung innerhalb der Brennkammer 18 mit einem Gas
vermischt werden. Z. B. können
die Brennstoffdüsen 16 ein
Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 18 in einem geeigneten
Verhältnis
für eine
optimale Verbrennung, optimale Emissionen, einen optimalen Brennstoffverbrauch
und eine optimale Leistungsabgabe injizieren. Die Verbrennung erzeugt
heiße
unter Druck stehende Abgase, die dann eine oder mehrere Laufschaufeln 32 innerhalb
der Turbine 20 antreiben, um die Welle 24 und
somit den Verdichter 26 und die Last 30 in Drehung
zu versetzen bzw. zu hal ten. Die Drehung der Turbinenschaufeln 32 verursacht
eine Drehung der Welle 24, wodurch Laufschaufeln 34 innerhalb
des Verdichters 26 veranlasst werden, die durch den Lufteinlass 28 empfangene
Luft einzuziehen und unter Druck zu setzen.
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Zurückkehrend
auf 1, kann das Einfachzyklus-Turbinensystem 10 mit einem
Brennstoff 14 von dem Brennstoffvorwärmsystem 12 betrieben werden.
Insbesondere kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 das Einfachzyklus-Turbinensystem 10 mit einem
Brennstoff 14 versorgen, der innerhalb der Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 verbrannt wird. Der Brennstoff 14 kann
Flüssigbrennstoff,
gasförmigen
Brennstoff oder eine Kombination von diesen enthalten. Um eine effiziente Verbrennung
des Brennstoffs 14 innerhalb der Brennkammer 18 der
Turbine 12 sicherzustellen, kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 in
bestimmten Ausführungsformen
eine Ausrüstung
zum Erwärmen
des Brennstoffs 14, bevor der Brennstoff 14 zu der
Brennkammer 18 geliefert wird, enthalten. Insbesondere
können
durch Vorwärmen
des Brennstoffs 14, bevor der Brennstoff 14 der
Brennkammer 18 zugeführt
wird, die Leistungsfähigkeit,
der Wirkungsgrad und die Emissionen des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 verbessert
werden. Ferner kann in bestimmten Ausführungsformen eine kontrollierte
variable Erwärmung
des Brennstoffs 14 verwendet werden, um Abweichungen der
Bestandteile des Brennstoffs 14 zu kompensieren, die die
Energiedichte des Brennstoffs 14 beinträchtigen und folglich Emissionen,
Verbrennungsstabilität
und sonstige Verbrennungsdynamik nachteilig beeinflussen können, die wiederum
eine Auswirkung auf die Bauteillebensdauer haben können.
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Eine
Lösung
zum Erwärmen
des Brennstoffs 14 besteht darin, Hilfswärmequellen,
wie beispielsweise Hilfskessel, Ölbad-Wärmetauscher, elektrische Taupunkt-Heizer
oder katalytische Heizer, zu verwenden, die allgemein Dampf, Gas
oder Elektrizität
als die Wärmequelle
einsetzen. Jedoch kann der Einsatz dieser Ausrüstungsarten zum Erwärmen des Brennstoffs 14 bestimmte
Nachteile umfassen. Z. B. können
die Investitionskosten zum Einbau einer Ausrüstung zur Verwendung von Hilfswärmequellen
insofern nicht die effizienteste Nutzung von Ressourcen darstellen,
als die Hilfsausrüstung
im Allgemeinen größer als
das sein kann, was tatsächlich
benötigt
wird. Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind allgemein
auf die Bewältigung
dieser Nachteile gerichtet. Insbesondere sehen die offenbarten Ausführungsformen,
wie nachstehend in größeren Einzelheiten
beschrieben, die Nutzung erwärmter
komprimierter Luft von dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10,
um ein Zwischenwärmeübertragungsmedium
zu erwärmen,
das wiederum verwendet werden kann, um den Brennstoff 14 zu
erwärmen,
bevor dieser zu der Brennkammer 18 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geliefert
wird.
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3 zeigt
ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 und
des Brennstoffvorwärmsystems 12 nach 1.
Wie veranschaulicht, kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 einen
ersten Wärmetauscher 36 und
einen zweiten Wärmetauscher 38 enthalten.
Wie in größeren Einzelheiten
nachstehend beschrieben, kann der erste Wärmetauscher 36 verwendet
werden, um ein Zwischenwärmeübertragungsmedium
mit erwärmter
komprimierter Luft aus dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 als
eine Wärmequelle
zu erwärmen.
Zusätzlich
kann der zweite Wärmetauscher
verwendet werden, um Brennstoff mit dem erwärmten Zwi schenwärmeübertragungsmedium
als eine Wärmequelle zu
erwärmen.
Folglich kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 allgemein
erwärmte
komprimierte Luft von dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 aufnehmen
und kann erwärmten
Brennstoff 14 zur Verwendung in der Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 erzeugen.
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Um
den Prozess der Erwärmung
des Brennstoffs 14 mit erwärmter komprimierter Luft von
dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 besser
zu veranschaulichen, wird erneut eine Übersicht darüber gegeben,
wie das Einfachzyklus-Turbinensystem 10 allgemein
arbeitet. Wie veranschaulicht, können
die Turbine 20 und der Verdichter 26 mit der gemeinsamen
Welle 24 gekoppelt sein, die auch mit der Last 30 verbunden
sein kann. Der Verdichter 26 enthält auch Schaufeln, die mit
der Welle 24 gekoppelt sein können. Während die Welle 24 rotiert, rotieren
auch die Laufschaufeln innerhalb des Verdichters 26, wodurch
die Einlassluft aus dem Lufteinlass 28 komprimiert wird.
Die komprimierte Luft 40 kann in die Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geführt werden, worin die komprimierte
Luft 40 mit dem Brennstoff 14 zur Verbrennung
innerhalb der Brennkammer 18 vermischt wird. Insbesondere
können
die mehreren Brennstoffdüsen 16 das
Luft-Brennstoff-Gemisch
in die Brennkammer 18 in einem für eine optimale Verbrennung,
optimale Emissionen, einen optimalen Brennstoffverbrauch und eine
optimale Leistungsabgabe geeigneten Verhältnis injizieren. Das Luft-Brennstoff-Gemisch
verbrennt innerhalb der Brennkammer 18, wodurch heiße unter
Druck stehende Abgase 42 erzeugt werden. Die Brennkammer 18 leitet
die Abgase 42 durch die Turbine 20. Während die
Abgase 42 die Turbine 20 durchströmen, zwingen
die Gase eine oder mehrere Turbinenlaufschaufeln, die Welle 24 und
wiederum den Verdichter 26 und die Last 30 zu
drehen. Insbesondere veranlasst die Drehung der Turbinenschaufeln
eine Drehung der Welle 24, wodurch Schaufeln innerhalb
des Verdichters 26 veranlasst werden, aus dem Lufteinlass 28 aufgenommene
Luft einzuziehen und mit Druck zu beaufschlagen.
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Die
komprimierte Luft 40, die durch den Verdichter 26 erzeugt
wird, kann nicht nur unter einem erhöhten Druck stehen, sondern
kann auch eine höhere
Temperatur aufweisen. Z. B. kann die komprimierte Luft 40,
die durch den Verdichter 26 erzeugt wird, in manchen Ausführungsformen
eine Temperatur in dem Bereich von etwa 500°F (z. B. bei einer minimalen
Last an dem Einfachzyklus-Turbinensystem 10) bis zu 850°F (z. B.
bei einer maximalen Last an dem Einfachzyklus-Turbinensystem 10)
aufweisen. Jedoch kann die Temperatur der komprimierten Luft 40 zwischen
Realisierungen und Betriebspunkten variieren, und sie kann in manchen
Ausführungsformen wenigstens
ungefähr
400°F, 450°F, 500°F, 550°F, 600°F, 650°F, 700°F, 750°F, 800°F, 850°F, 900°F, 950°F, 1000°F und dergleichen
betragen. Außerdem kann
die Temperatur in der komprimierten Luft 40 zwischen unterschiedlichen
Stufen des Verdichters 26 variieren.
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Folglich
weist die komprimierte Luft 40 im Allgemeinen eine erhöhte Temperatur
auf, insbesondere verglichen mit dem Brennstoff 14, der
unter Umgebungstemperaturen stehen kann. Deshalb kann, anstatt dass
der gesamte Fluss der komprimierten Luft 40 in die Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 eingeleitet wird, eine
bestimmte Menge der komprimierten Luft 40 in das Brennstoffvorwärmsystem 12 als
erwärmte
Luft 44 geführt
oder umgeleitet werden, um in dem ersten Wärmetauscher 36 als
eine Wärmequelle
verwendet zu werden.
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Z.
B. kann in manchen Ausführungsformen ein
bestimmter prozentualer Anteil (von z. B. ungefähr 0–20%) der komprimierten Luft 40 zu
dem ersten Wärmetauscher 36 hin
geleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der prozentuale
Anteil der erwärmten
Luft 44, der dem Hauptfluss der komprimierten Luft 40 entnommen
wird, ungefähr
1% bis 3% betragen. Jedoch kann der prozentuale Anteil der erwärmen Luft 44,
der dem Hauptfluss der komprimierten Luft 40 entnommen
wird, auch zwischen Realisierungen und Betriebspunkten variieren,
und er kann in manchen Ausführungsformen
ungefähr 0,5%,
1,0%, 1,5%, 2,0%, 2,5%, 3,0%, 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0% und dergleichen
betragen. Diese Prozentsätze
können
ferner auf verschiedenen Eigenschaften der komprimierten Luft 44,
wie dem Volumen, Druck, der Masse und dergleichen, beruhen. In der
Tat können
außer
bestimmten prozentualen Anteilen, die in den ersten Wärmetauscher 36 umgeleitet
werden, bestimmte Massendurchsätze,
die zur Erwärmung
des Brennstoffs 14 benötigt
werden, bestimmen, wie viel erwärmte
Luft 44 in den ersten Wärmetauscher 36 geleitet
werden sollte.
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In
bestimmten Ausführungsformen
kann die Aufteilung der komprimierten Luft 40 auf die Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 und den ersten Wärmetauscher 26 des
Brennstoffvorwärmsystems 12 mittels
eines Ventils 46 stromabwärts des ersten Wärmetauschers 36 gesteuert
werden. Insbesondere kann das Ventil 36 die Menge der erwärmten Luft 44 steuern,
die in den ersten Wärmetauscher 36 hinein
geliefert werden soll. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Steuereinrichtung 48 verwendet
werden, um den Fluss der erwärmten Luft 44 zu
steuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 48 eine
Steuerlogik zur Betätigung
des Ventils 46 enthalten, um den Durchfluss der komprimierten
Luft 40 zu dem ersten Wärmetauscher 36 des Brennstoffvorwärmsystems 12 zu
steuern. In bestimmten Ausführungsformen
kann der Fluss der komprimierten Luft 40 und der erwärmten Luft 44 durch
die Steuereinrichtung 48 wenigstens zum Teil auf der Basis
von Bedingungen innerhalb des ersten Wärmetauschers 36 und
des zweiten Wärmetauschers 38 eingestellt
werden. Z. B. kann die Aufteilung der komprimierten Luft 40 auf
die Brennkammer 18 und den ersten Wärmetauscher 36 durch
die Steuereinrichtung 48 auf der Basis der Temperatur des
Brennstoffs 14 gesteuert werden, der von dem zweiten Wärmetauscher 38 zu
der Brennkammer 18 geliefert wird, wobei die Temperatur
durch ein Temperatursensor 50 gemessen werden kann.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann die erwärmte Luft 44, die
in den ersten Wärmetauscher 36 eingeleitet
wird, verwendet werden, um ein Zwischenwärmeübertragungsmedium 52 zu
erwärmen. Das
Zwischenwärmeübertragungsmedium 52 kann jedes
beliebige flüssige
oder gasförmige
Fluid sein, das in der Lage ist, Wärme von der erwärmten Luft 44 aufzunehmen.
Z. B. kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium 52 Wasser,
Sole, Lauge, Öl,
Freon, Inertgas, Wasser-Glykol, synthetische Fluide auf der Basis
organischer Stoffe, alkylierte aromatisch basierte Wärmeübertragungsfluide
auf der Basis organischer Stoffe, alkylierte aromatisch basierte
Wärmeübertragungsfluide
und dergleichen enthalten. Im Allgemeinen kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium 52,
das innerhalb des ersten Wärmetauschers 36 erwärmt wird,
eine deutlich geringere Temperatur als die erwärmte Luft 44 von dem
Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 haben.
Z. B. kann die Temperatur des Zwischenwärmeübertragungsmediums 52 ungefähr 80°F bis 300°F betragen.
Jedoch kann die Temperatur der Zwischenwärmeübertragungsmediums 52 wiederum
zwischen Realisierungen und Be triebspunkten variieren, und sie kann
in manchen Ausführungsformen
ungefähr 60°F, 80°F, 100°F, 120°F, 140°F, 160°F, 180°F, 200°F, 220°F, 240°F, 260°F, 280°F, 300°F, 320°F, 340°F und dergleichen
betragen.
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Folglich
kann die erwärmte
Luft 44 verwendet werden, um das Zwischenwärmeübertragungsmedium 52 zu
erwärmen,
um ein erwärmtes
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 zu
schaffen, das in den zweiten Wärmetauscher 30 eingeleitet werden
kann. Während
des Prozesses wird die erwärmte
Luft 44 bis zu einem gewissen Grad abgekühlt, wodurch
abgekühlte
Luft 56 erzeugt wird. In bestimmten Ausführungsformen
kann die abgekühlte Luft 56 in
das Einfachzyklus-Turbinensystem 10 zurückgeführt werden. Insbesondere kann
die abgekühlte
Luft in einen Einlass oder Auslass des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geleitet
werden. Genauer gesagt, kann die abgekühlte Luft 56 in bestimmten Ausführungsformen
zurück
durch den Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geführt werden.
Jedoch kann die abgekühlte
Luft 56 in anderen Ausführungsformen
zu anderen externen Prozessen geführt werden.
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In
manchen Ausführungsformen
kann die Temperatur des Zwischenwärmeübertragungsmediums 52 auf
etwa 425°F
erhöht
werden, während
die Temperatur der erwärmten
Luft 44 auf etwa 140°F
bis 240°F
verringert wird. Wie zuvor wird die Menge des Wärmeaustausches zwischen Realisierungen
und Betriebspunkten variieren. An sich kann die Temperatur des erwärmten Zwischenwärmeübertragungsmediums 54,
die zu dem zweiten Wärmetauscher 38 geliefert
wird, zwischen ungefähr
350°F, 375°F, 400°F, 425°F, 450°F, 475°F, 500°F und dergleichen variieren,
während
die Temperaturen der abgekühlten
Luft 56 zwischen etwa 100°F, 120°F, 140°F, 160°F, 180°F, 200°F, 220°F, 240°F, 260°F, 280°F, 300°F und dergleichen variieren
kann. Folglich kann die Temperatur des Zwischenwärmeübertragungsmediums 52 in
manchen Ausführungsformen
um 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100% oder mehr auf einer
Rankine-Skala vergrößert werden,
während
die Temperatur der erwärmten
Luft 44 um 5, 10, 15, 20, 25, 35, 40, 45, 50% oder mehr
auf einer Rankine-Skala verringert werden kann.
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Das
erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54,
das in den zweiten Wärmetauscher 38 eingeleitet
wird, kann verwendet werden, um einen Versorgungsbrennstoff 58 zu
erwärmen.
Im Allgemeinen kann der Versorgungsbrennstoff 58, der in
dem zweiten Wärmetauscher 38 erwärmt wird, eine
deutlich geringere Temperatur als das erwärmte Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 von
dem ersten Wärmetauscher 56 aufweisen.
Z. B. kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 58 in
manchen Ausführungsformen
ungefähr
60°F betragen. Jedoch
kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 58 wiederum
zwischen Realisierungen und Betriebspunkten variieren, und sie kann
in manchen Ausführungsformen
ungefähr
40°F, 50°F, 60°F, 70°F, 80°F, 90°F, 100°F, 110°F, 120°F und dergleichen
betragen.
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Folglich
kann das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 verwendet
werden, um den Versorgungsbrennstoff 58 zu erwärmen, um
einen erwärmten
Brennstoff 14 zu erzeugen, der in die Brennkammer 18 des
Einfachzyklus-Turbinensystem eingeleitet werden kann. Während des
Prozesses wird das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 bis
zu einem gewissen Grad abgekühlt,
wodurch ein gekühltes
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 erzeugt
wird. In manchen Ausführungsformen
kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 58 auf etwa
375°F er höht werden,
während
die Temperatur des erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmediums 54 auf
etwa 120°F
verringert werden kann. Wie zuvor wird die Menge des Wärmeaustausches
zwischen Realisierungen und Betriebspunkten variieren. An sich kann
die Temperatur des erwärmten
Brennstoffs 14, der zu der Brennkammer 18 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geliefert
werden soll, zwischen etwa 300°F,
325°F, 350°F, 375°F, 400°F, 425°F, 450°F und dergleichen
variieren, während
die Temperatur des gekühlten
Zwischenwärmeübertragungsmediums 60 zwischen
etwa 80°F,
90°F, 100°F, 110°F, 120°F, 130°F, 140°F, 150°F, 160°F und dergleichen
variieren kann. Folglich kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 58 in
manchen Ausführungsformen
um 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100% oder mehr auf einer
Rankine-Skala erhöht werden,
während
die Temperatur des erwärmten Zwischenwärmeübertragungsmediums 54 um
5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% oder mehr auf einer Rankine-Skala
verringert werden kann.
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Zudem
kann der erwärmte
Brennstoff 14 in manchen Ausführungsformen unter Verwendung
einer so genannten Wide-Wobbe-Steuerung
(Weite-Wobbezahl-Steuerung) gesteuert werden, die im Wesentlichen
ein Verfahren zum Einstellen des BTU-(British Thermal Unit)Gehalts
des Brennstoffs 14 auf einen konstanten Wert darstellt,
wodurch Abweichungen der Bestandteile des Versorgungsbrennstoffs 58 kompensiert
werden. Insbesondere kann die Wide-Wobbe-Steuerung in manchen Ausführungsformen
durch Verwendung eines Gaschromatographen oder einer anderen BTU-Messvorrichtung 62 und
durch Verwendung der Steuereinrichtung 48 zur Einstellung
der Durchflussrate des Zwischenwärmeübertragungsmediums 52 um
sicherzustellen, dass der BTU-Gehalt
des Brennstoffs 14 auf einem im Wesentlichen konstanten
Wert bleibt, ermöglicht werden.
Eine Wide-Wobbe-Steuerung ist in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
2009/0031731 beschrieben, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit
hierin mit aufgenommen ist.
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Jedoch
stellt die vorstehend im Zusammenhang mit 3 beschriebene
Ausführungsform
des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 und des Brennstoffvorwärmsystems 12 nicht
die einzig mögliche Konstruktion
dar. Z. B. zeigt 4 ein schematisiertes Flussdiagramm
einer weiteren Ausführungsform des
Einfachzyklus-Turbinensystems 10 und des Brennstoffvorwärmsystems 12 nach 1.
Wie veranschaulicht, kann, anstatt das Zwischenwärmeübertragungsmedium 52 von
einem externen System in dem ersten Wärmetauscher 36 zu
erwärmen,
wie in 3, das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 von
dem zweiten Wärmetauscher 38 innerhalb
des ersten Wärmetauschers 36 erwärmt werden.
Folglich können
das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54,
das von dem ersten Wärmetauscher 36 zu
dem zweiten Wärmetauscher 38 befördert wird,
und das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60,
das von dem zweiten Wärmetauscher 38 zu
dem ersten Wärmetauscher 36 befördert wird,
ein Vorwärm-
und Kühlsystem
mit geschlossenem Kreislauf bilden, durch den das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60 durch
den ersten bzw. den zweiten Wärmetauscher 36, 38 abwechselnd
erwärmt
und abgekühlt
wird. In anderen Worten kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60 ausschließlich innerhalb
des Brennstoffvorwärmsystems 12 strömen. Insbesondere
kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60 in manchen
Ausführungsformen
mit minimaler zwischengeschalteter Ausrüstung, unter Verwendung einer
Pumpe 64 durch zugehörige
Rohrleitungen unmittelbar zu und von dem ersten und dem zweiten Wärmtauscher 36, 38 gepumpt
werden. Außerdem kann
wenigstens ein Steuerventil 60 verwendet werden, um den
Durchfluss des Zwischenwärmeübertragungsmediums 54, 60 innerhalb
des geschlossenen Kreislaufsystems zu steuern. In bestimmten Ausführungsformen
können
die Pumpe 54 und das Steuerventil 66 durch die
Steuereinrichtung 48 gesteuert sein um sicherzustellen,
dass die passende Wärmemenge
in den Brennstoff 14 transferiert wird. Wie vorstehend
beschrieben, kann z. B. der Wärmegehalt des
erwärmten
Brennstoffs 14 in bestimmten Ausführungsformen relativ konstant
gehalten werden, indem beispielsweise die Menge der erwärmten Luft 44,
die in den ersten Wärmetauscher 36 eingeleitet
wird, angepasst wird.
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Ein
derartiges Vorwärm-
und Kühlsystem
mit geschlossenem Kreislauf kann sich zur Verwendung mit dem Einfachzyklus-Turbinensystem 10 insofern als
besonders vorteilhaft erweisen, als es die Notwendigkeit einer externen
Wärmeübertragungsausrüstung (z.
B. elektrischer Heizeinrichtungen) und einer externen Quelle eines
Zwischenwärmeübertragungsmediums
(z. B. Speisewasser von einem Speisewassersystem) beseitigt. Die
Verwendung des Zwischenwärmeübertragungsmediums 54, 60 in
dieser Art eines Vorwärm-
und Kühlsystems
mit geschlossenem Kreislauf kann den Wärmetransfer von der erwärmten Luft 40 aus
dem Verdichter 46 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 auf
das Zwischenwärmeübertragungsmedium
(z. B. das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60),
auf den Brennstoff vereinfachen. Das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60,
das in dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher 36, 38 verwendet
wird, kann ein beliebiges gasförmiges
oder flüssiges
Fluid sein, das in der Lage ist, Wärme von der erwärmten Luft 44 auf
den Brennstoff 14 zu übertragen.
Z. B. kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium 54, 60 Wasser,
Sole, Lauge, Öl,
Freon, Inertgas, Wasser-Glykol, synthetische organische Fluide,
alkylier te aromatische Wärmeübertragungsfluide
und dergleichen enthalten.
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Außerdem kann
das mit geschlossenem Kreislauf ausgeführte Vorwärm- und Kühlsystem nach 4 in
manchen Ausführungsformen
eine Wärmespeichervorrichtung 68,
wie beispielsweise einen isolierten Speicherbehälter, enthalten. An sich kann
das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 von
dem ersten Wärmetauscher 36 in
der Wärmespeichervorrichtung 68 vorübergehend
gespeichert werden, bevor es in den zweiten Wärmetauscher 38 eingebracht
wird. Eine Speicherung des erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmediums 54 in
der Wärmespeichervorrichtung 68 kann
besonders nützlich
sein, um ein Erwärmen
des Brennstoffs 14 während
eines Starts des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 zu ermöglichen.
Außerdem
kann in anderen Ausführungsformen
eine zweite oder ersatzweise Wärmespeichervorrichtung
dazu verwendet werden, das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 von
dem zweiten Wärmetauscher 38 vorübergehend
zu speichern, bevor es in den ersten Wärmetauscher 36 zurückgeführt wird.
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Darüber hinaus
kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 in
manchen Ausführungsformen
im Wesentlichen aus dem ersten Wärmetauscher 36, dem
zweiten Wärmetauscher 38 und
Rohrleitungen zur Verbindung des ersten und des zweiten Wärmetauschers 36, 38 miteinander
bestehen. Außerdem kann
das Brennstoffvorwärmsystem 12 in
anderen Ausführungsformen
im Wesentlichen aus dem ersten Wärmetauscher 36,
dem zweiten Wärmetauscher 38,
einer oder mehrerer Pumpen 64, einem oder mehreren Steuerventilen 66,
einer oder mehreren Wärmespeichervorrichtungen 68 und
Rohrleitungen zur Verbindung des ersten und des zweiten Wärmetauschers 36, 38 und
der einen oder mehreren Wärmespei chervorrichtungen 68 bestehen.
In anderen Worten kann das Brennstoffvorwärmsystem 12, wie vorstehend
beschrieben, ein geschlossenes Kreislaufsystem aufweisen, durch
das das Zwischenwärmeübertragungsmedium
strömt.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens 70 zum Erwärmen des Brennstoffs in dem
Brennstoffvorwärmsystem 12 unter
Verwendung der erwärmten
Luft 44 aus dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 als eine
Wärmequelle.
In Schritt 72 kann das Brennstoffvorwärmsystem 12 die erwärmte Luft 44 aus
dem Verdichter 26 aufnehmen. Wie vorstehend beschrieben,
kann die Steuereinrichtung 48 verwendet werden um zu bestimmen,
wie viel erwärmte
Luft 44 zu dem Brennstoffvorwärmsystem 12 zur Verwendung als
eine Wärmequelle
geliefert werden sollte. Wenn z. B. die Temperatur des Brennstoffs 14,
wie durch den Temperatursensor 50 gemessen, unterhalb eines
Zielwertes liegt, kann die Steuereinrichtung 48 bestimmen,
dass die Menge der erwärmten
Luft 44, die zu dem Brennstoffvorwärmsystem 12 geliefert wird,
erhöht
werden sollte. Demgemäß kann die Steuereinrichtung 48 das
Ventil 46 betätigen,
um die Durchflussrate der erwärmten
Luft 44 in das Brennstoffvorwärmsystem 12 hinein
zu erhöhen.
Wenn umgekehrt die Temperatur des Brennstoffs 14, wie durch den
Temperatursensor 50 gemessen, oberhalb eines Zielwertes
liegt, kann die Steuereinrichtung 48 bestimmen, dass die
Menge der erwärmten
Luft 44, die zu dem Brennstoffvorwärmsystem 12 geliefert
wird, verringert werden sollte und/oder der Massendurchsatz des
Zwischenwärmeübertragungsmediums
reduziert werden sollte, indem ein Teil des Durchsatzes des Zwischenwärmeübertragungsmediums
in die Wärmespeichervorrichtung 68 hinein
umgeleitet wird, wie dies in Schritt 76 nachstehend beschrieben ist.
Demgemäß kann die
Steuereinrichtung 48 das Ventil 46 betätigen, um
den Durchsatz der erwärmten Luft 44 in
das Brennstoffvorwärmsystem 12 hinein
zu verringern.
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Wie
vorstehen beschrieben, kann ein Zwischenwärmeübertragungsmedium verwendet
werden, um den Brennstoff 14 zu erwärmen. Der zweistufige Prozess
des zunächst
Erwärmens
des Zwischenwärmeübertragungsmediums
mit der erwärmten
Luft 44 in dem ersten Wärmetauscher 36,
und des anschließenden
Erwärmens
des Versorgungsbrennstoffs 58 mit dem erwärmten Zwischenwärmeübertragungsmedium
in dem zweiten Wärmetauscher 38 ist
allgemein insofern vorteilhaft, als die Gefahr der Erzeugung eines
brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisches in dem Brennstoffvorwärmsystem 12 reduziert
ist. Mit anderen Worten ist, weil ein Zwischenwärmeübertragungsmedium eingesetzt
wird, die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die erwärmte Luft 44 und
der Versorgungsbrennstoff 58 sich miteinander vermischen
und dadurch eine unerwünschte
brennbare Situation in dem Brennstoffvorwärmsystem 12 schaffen.
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In
Schritt 74 kann das Zwischenwärmeübertragungsmedium innerhalb
des ersten Wärmetauschers 36 mit
der erwärmten
Luft 44 aus dem Verdichter 26 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 als die
Wärmequelle
erwärmt
werden. In anderen Worten wird Wärme
innerhalb des ersten Wärmetauschers 36 von
der erwärmten
Luft 44 auf das Zwischenwärmeübertragungsmedium übertragen.
Es kann jede beliebige geeignete Wärmetauscherkonstruktion, die
in der Lage ist, Wärme
aus der erwärmten
Luft 44 auf das Zwischenwärmeübertragungsmedium zu transferieren,
eingesetzt werden. Während des
Schritts 74 wird das Zwischenwärmeübertragungsmedium erwärmt, um
das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 zu
werden, das in den zweiten Wärmetauscher 38 eingebracht
wird, während
die erwärmte
Luft 44 abgekühlt
wird, um die abgekühlte
Luft 56 zu werden. In Schritt 76 kann ein Anteil
des erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmediums 54 von
dem ersten Wärmetauscher 36 optional
in einer Wärmespeichervorrichtung 68,
beispielsweise einem isolierten Speicherbehälter, gespeichert werden. In
manchen Ausführungsformen kann
die Wärmespeichervorrichtung 68 verwendet werden,
um Wärme
zu und von dem geschlossenen Kreislaufsystem zu extrahieren und/oder
zu liefern, um eine Einstellung der Menge des Wärmegehalts in dem erwärmten Brennstoff 14 zu
unterstützen.
Z. B. kann die Steuereinrichtung 48 in manchen Ausführungsformen
konfiguriert sein, um das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 und/oder
das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 zu
und von einer oder mehreren Wärmespeichervorrichtungen 68 umzuleiten
und/oder zu extrahieren, um den Wärmegehalt in dem erwärmten Brennstoff 14 einzustellen.
Anschließend
kann in Schritt 78 das erwärmte Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 von
dem ersten Wärmetauscher 36 zu
dem zweiten Wärmetauscher 38 geliefert
werden.
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In
Schritt 80 kann der Versorgungsbrennstoff 58 innerhalb
des zweiten Wärmetauschers 38 unter Verwendung
des erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmediums 54 von
dem ersten Wärmetauscher 36 als
die Wärmequelle
erwärmt
werden. In anderen Worten wird Wärme
innerhalb des zweiten Wärmetauschers 38 von
dem erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 auf
den Versorgungsbrennstoff 58 übertragen. Es kann jede beliebige
Wärmetauscherkonstruktion,
die in der Lage ist, Wärme
aus dem erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 auf
den Brennstoff 14 zu transferieren, eingesetzt werden.
Während
des Schritts 80 wird der Versorgungsbrennstoff 58 erwärmt, um
der Brennstoff 14 zu werden, der in die Brennkammer 18 des
Ein fachzyklus-Turbinensystems 10 eingebracht wird, während das
erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 abgekühlt wird,
um das abgekühlte Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 zu
werden, das in den ersten Wärmetauscher 36 hinein
zurückgeführt werden
kann.
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In
Schritt 82 kann der Brennstoff 14, der in dem
zweiten Wärmetauscher 38 erwärmt worden
ist, zu der Brennkammer 18 des Einfachzyklus-Turbinensystems 10 geliefert
werden. Wie vorstehend beschrieben, kann die Temperatur des Brennstoffs 14 von
dem zweiten Wärmetauscher 38 in
manchen Ausführungsformen
durch die Steuereinrichtung 48 mittels des Temperatursensors 50 überwacht
werden, um u. a. festzustellen, ob die Zuflussrate der erwärmten Luft 44 in
das Brennstoffvorwärmsystem 12 hinein
erhöht,
verringert oder bei der momentanen Flussrate aufrechterhalten werden
sollte. Schließlich kann
das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 in
Schritt 84 in den ersten Wärmetauscher 36 hinein
zurückgeführt werden.
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Technische
Effekte der offenbarten Ausführungsformen
umfassen die Schaffung von Systemen und Verfahren zum Vorwärmen von
Brennstoff zur Verwendung in einer Einfachzyklus-Gasturbine unter Verwendung
komprimierter Luft aus einem Verdichter der Einfachzyklus-Gasturbine
als eine Wärmequelle. Insbesondere
kann ein erster Wärmetauscher
verwendet werden, um mit der erwärmten
komprimierten Luft ein Zwischenwärmeübertragungsmedium
zu erwärmen.
Anschließend
kann das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
von dem ersten Wärmetauscher
in einen zweiten Wärmetauscher
geleitet werden, worin das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium
verwendet werden kann, um den Brennstoff zu erwärmen. Schließlich kann
das abgekühl te
Zwischenwärmeübertragungsmedium von
dem zweiten Wärmetauscher
zurück
in den ersten Wärmetauscher
geführt
werden, war in es durch die erwärmte
komprimierte Luft aus dem Verdichter der Einfachzyklus-Gasturbine
erwärmt
werden kann.
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Durch
den Einsatz eines Zwischenwärmeübertragungsmediums
ist die Möglichkeit
einer Verbrennung eines Luft-Brennstoff-Gemisches in dem ersten und dem zweiten
Wärmetauscher
deutlich reduziert oder eliminiert. Außerdem kann, da vorhandene
Luft aus dem Verdichter der Einfachzyklus-Gasturbine verwendet werden
kann, um den Brennstoff vorzuwärmen,
der Bedarf nach einer externen Wärmeübertragungsausrüstung (z.
B. Hilfskesseln, elektrischen Heizern) reduziert oder sogar eliminiert
sein, wodurch Investitionskosten reduziert, Energieverbrauch verringert,
Steuerbarkeit verbessert und die Anlageneffizienz aufrechterhalten
werden. Außerdem
kann eine Reduktion des Bedarfs nach Ölbad-Heizern als externe Wärmeübertragungsausrüstung, Emissionen
reduzieren. Es sollte beachtet werden, dass andere Wärmetauscherkonfigurationen
und/oder Zwischenwärmeübertragungsmedien
in Verbindung mit den offenbarten Systemen und Verfahren eingesetzt
werden können.
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Diese
Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der
besten Ausführungsform,
zu offenbaren und auch jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen,
die Erfindung auszuführen,
wozu eine Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder
Systeme und eine Durchführung
jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang
der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere
Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige
weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten
sein, wenn sie struktu relle Elemente aufweisen, die sich von dem
Wortsinn der Ansprüche
nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente
mit gegenüber
dem Wortsinn der Ansprüche
unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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In
bestimmten Ausführungsformen
enthält ein
System eine Brennstoffvorwärmeinrichtung 12. Die
Brennstoffvorwärmeinrichtung 12 enthält einen ersten
Wärmetauscher 36,
der konfiguriert ist, um komprimierte Luft 40 aus einem
Verdichter 26 aufzunehmen und um Wärme von der komprimierten Luft 40 auf
ein abgekühltes
Zwischenwärmeübertragungsmedium 52, 60 zu übertragen,
um ein erwärmtes
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 zu
erzeugen. Die Brennstoffvorwärmeinrichtung 12 enthält ferner
einen zweiten Wärmetauscher 38,
der konfiguriert ist, um das erwärmte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 50 aus
dem ersten Wärmetauscher 36 aufzunehmen
und um Wärme
von dem erwärmten
Zwischenwärmeübertragungsmedium 54 auf
einen Brennstoff 14 zu übertragen.
Der erste Wärmetauscher 36 ist
konfiguriert, um das abgekühlte
Zwischenwärmeübertragungsmedium 60 aus
dem zweiten Wärmetauscher 38 aufzunehmen.