TWI830723B - 氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循（ｏｒｃ）系統及其操作方法 - Google Patents

氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循（ｏｒｃ）系統及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI830723B
TWI830723B TW108107978A TW108107978A TWI830723B TW I830723 B TWI830723 B TW I830723B TW 108107978 A TW108107978 A TW 108107978A TW 108107978 A TW108107978 A TW 108107978A TW I830723 B TWI830723 B TW I830723B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fluid
fuel
turbine
heat exchanger
gas turbine
Prior art date
Application number
TW108107978A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202001074A (zh
Inventor
世民 鄧
Original Assignee
美商三菱動力美洲股份有限公司
日商三菱動力股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商三菱動力美洲股份有限公司, 日商三菱動力股份有限公司 filed Critical 美商三菱動力美洲股份有限公司
Publication of TW202001074A publication Critical patent/TW202001074A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI830723B publication Critical patent/TWI830723B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/18—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbine being of multiple-inlet-pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/02—Plants modified to use their waste heat, other than that of exhaust, e.g. engine-friction heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F01K7/223—Inter-stage moisture separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • F05D2220/722—Application in combination with a steam turbine as part of an integrated gasification combined cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment
    • F05D2240/36—Fuel vaporizer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

一種氣體渦輪機組合循環發電設備可包括一氣體渦輪機引擎、一熱回收蒸汽產生器、一蒸汽渦輪機、一燃料再氣化系統及一朗肯循環系統。該氣體渦輪機引擎可包括：一壓縮機，其用於產生壓縮空氣；一燃燒器，其可接收一燃料及該壓縮空氣以產生燃燒氣體；及一渦輪機，其用於接收該燃燒氣體且產生廢氣。該熱回收蒸汽產生器經組態以利用該廢氣自水產生蒸汽。該蒸汽渦輪機經組態以自來自該熱回收蒸汽產生器之蒸汽產生電力。該燃料再氣化系統經組態以在該燃料進入該燃燒器之前將該燃料從一液體轉變為一氣體。該有機朗肯循環系統經組態以冷卻從該壓縮機提取之壓縮空氣以冷卻該氣體渦輪機引擎，且加熱進入該燃料再氣化系統之液體燃料。

Description

氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循環(ORC)系統及其操作方法
此文件大體上係關於(但非限制性)利用一氣體渦輪機引擎、一熱回收蒸汽產生器及一蒸汽渦輪機之組合循環發電設備。更特定言之(但非限制性)，本申請案係關於用於冷卻從氣體渦輪機提取之壓縮空氣之系統，其等可用於冷卻組合循環發電設備系統之其他部分。此文件亦係關於液化天然氣冷卻能利用。
針對具有先進氣體渦輪機(諸如J系列引擎)之一氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備，通常在將從壓縮機區段提取之冷卻空氣發送至氣體渦輪機之渦輪機區段及/或燃燒器之前使用熱交換器在冷卻器中冷卻該冷卻空氣。例如，通常使用一渦輪機冷卻空氣(TCA)冷卻器及一增強冷卻空氣(ECA)冷卻器，其中由來自一熱回收蒸汽產生器(HRSG)之高壓(HP)給水冷卻所提取壓縮機空氣。由熱提取壓縮機空氣加熱之HP給水可用於增加HRSG中之中壓(IP)及低壓(LP)蒸汽產生。
天然氣在GTCC發電設備中常用作氣體渦輪機引擎之燃料。天然氣係全球第二大能源且預期在可預見的未來仍處於該位置。天然氣市場之一主要組成係液化天然氣(LNG)，其用於在全球範圍內運輸天然 氣。通常，目前在接收LNG之接收終端處透過開架式蒸發器使用來自海水之熱再氣化LNG。再氣化程序導致海水之局部冷卻，此提出環境挑戰，包含對海洋生物之不利影響。
在Wen等人之美國專利第6,367,258號；McQuiggan之美國專利第7,398,642號；Amir等人之美國專利第7,900,451號；及Keller等人之美國公開案第2003/0005698號中描述利用LNG冷卻能之組合循環發電設備之實例。
本發明人已尤其認知，待在GTCC發電設備中解決之問題可包含TCA及ECA冷卻系統之低效能量利用以及未被利用之來自LNG之固有冷卻能。例如，歸因於將導致HP給水蒸發之典型HRSG操作之限制，可僅將該給水加熱至一特定溫度。此溫度限制抑制該TCA及該ECA之有效性。而且，消耗大量能量來冷卻及液化天然氣以產生低溫LNG(約-160℃)。在再氣化期間未利用可從該低溫LNG獲得之該固有冷卻能/有用能。
本發明標的物可幫助提供此問題及其他問題之一解決方案，諸如藉由使用一有機朗肯循環(ORC)以利用氣體渦輪機冷卻空氣作為一熱源且利用LNG作為一冷卻散熱器。藉由增加熱吸收溫度且減小熱釋放溫度，可達成電力循環效能之一顯著改良。
在一實例中，一種氣體渦輪機組合循環發電設備可包括一氣體渦輪機引擎、一熱回收蒸汽產生器、一蒸汽渦輪機、一燃料再氣化系統及一有機朗肯循環系統。該氣體渦輪機引擎可包括：一壓縮機，其用於產生壓縮空氣；一燃燒器，其可接收一燃料及該壓縮空氣以產生燃燒氣 體；及一渦輪機，其用於接收該燃燒氣體且產生廢氣。該熱回收蒸汽產生器可經組態以利用該廢氣自水產生蒸汽。該蒸汽渦輪機可經組態以自來自該熱回收蒸汽產生器之蒸汽產生電力。該燃料再氣化系統可經組態以在該燃料進入該燃燒器之前將該燃料從一液體轉變為一氣體。該有機朗肯循環系統可經組態以冷卻從該壓縮機提取之壓縮空氣以冷卻該渦輪機及該燃燒器，且加熱進入該燃料再氣化系統之液體燃料。
在另一實例中，一種用於與一氣體渦輪機組合循環發電設備一起操作之有機朗肯循環系統可包括：一流體泵，其用於泵抽一流體；一加熱器，其用於加熱由該流體泵泵抽之該流體；一渦輪機，其用於使在該加熱器中加熱之該流體膨脹；一第一熱交換器，其定位於該加熱器與該渦輪機之一入口之間以使用從該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機提取之壓縮空氣加熱該流體；及用於一燃料之一再氣化系統，其經組態以在該渦輪機之一出口與該泵之一入口之間冷卻該流體。
在一額外實例中，一種操作一氣體渦輪機組合循環發電設備之方法可包括：使用一工作泵使一工作流體循環通過一閉合迴路；使用一第一外部熱源加熱該工作流體；在一第一熱交換器處使用由該第一外部熱源加熱之工作流體冷卻來自該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機之壓縮空氣；透過一渦輪機使該經加熱流體膨脹；使用該渦輪機產生電力；及使用一液體燃料再氣化系統冷凝離開該渦輪機之該流體。
此概述旨在提供本專利申請案之標的物之一概述。其不旨在提供本發明之一排他性或窮盡性解釋。包含實施方式以提供關於本專利申請案之進一步資訊。
10:氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備
12:氣體渦輪機引擎(GTE)
14:熱回收蒸汽產生器(HRSG)
16:蒸汽渦輪機
18:發電機
20:發電機
22:冷凝器
24:填函蒸汽冷凝器(GSC)
26:蒸發冷卻器
30:燃料氣體加熱器
32:渦輪機冷卻空氣(TCA)冷卻器
34:增強冷卻空氣(ECA)冷卻器
36:增強冷卻空氣(ECA)冷卻器
38:增強冷卻空氣壓縮機
40:冷凝泵
42:給水泵
44:低壓區段
46:中壓區段
48:高壓區段
50:壓縮機
52:燃燒器
54:渦輪機
56:IP/HP轉子
58:LP轉子
60:燃料源
61A:蒸汽管線
61B:蒸汽管線
61C:蒸汽管線
62A:管線
62B:管線
64A:管線
64B:管線
65:管線
66A:水管線
66C:管線
66D:管線
70:有機朗肯循環(ORC)系統
72:再氣化系統
74:泵
76:加熱器/熱交換器
78:復熱器
80:渦輪機
82:熱交換器
84:泵
86:熱交換器
88:加熱器
90:接點
100:方法
102:步驟
104:步驟
106:步驟
108:步驟
110:步驟
112:步驟
114:步驟
116:步驟
118:步驟
120:步驟
122:步驟
124:步驟
126:步驟
128:步驟
圖1係繪示一習知氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備之一示意圖，其使用來自一熱回收蒸汽產生器(HRSG)之水作為用於壓縮機空氣之一冷卻源且使用海水作為用於液化天然氣(LNG)之一熱源。
圖2係繪示本申請案之一氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備之一示意圖，其具有使用壓縮空氣作為一熱源之一ORC系統，該熱源可與作為一冷卻散熱器之液化天然氣(LNG)結合使用。
圖3係繪示圖2之ORC系統之一示意圖。
圖4係展示圖3之ORC系統之一溫度-熵(T-s)圖之一圖表。
圖5係展示圖3之ORC系統之一冷凝器/再氣化器之一溫度剖面之一圖表。
圖6係繪示用於操作圖3之ORC系統之一方法之步驟之一管線圖。
在不必要按比例繪製之圖式中，相似元件符號在不同視圖中可描述類似組件。具有不同字母後綴之相似數字可表示類似組件之不同例項。圖式通常藉由實例(但非限制性)繪示本文件中論述之各種實施例。
圖1係繪示習知氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備10之一示意圖，其具有氣體渦輪機引擎(GTE)12、熱回收蒸汽產生器(HRSG)14及蒸汽渦輪機16。GTE 12可與發電機18結合使用，且蒸汽渦輪機16可與發電機20結合使用。發電設備10亦可包含冷凝器22及填函蒸汽冷凝器(GSC)24、蒸發冷卻器26、燃料氣體加熱器30、渦輪機冷卻空氣(TCA)冷卻器32、增強冷卻空氣(ECA)冷卻器34及36、增強冷卻空氣壓縮機38、冷凝泵40及給水泵42。HRSG 14可包含低壓區段44、中壓區段46及高壓區 段48。冷凝器22可形成一冷卻系統之部分且可包括具有海水單流冷卻之一表面冷凝器。GTE 12可包含壓縮機50、燃燒器52及渦輪機54。蒸汽渦輪機16可包含IP/HP轉子56及LP轉子58。
如將在下文參考圖1更詳細論述，TCA冷卻器32及ECA冷卻器34及36可利用來自HRSG 14之水冷卻從壓縮機50提取之壓縮空氣以冷卻燃燒器52及渦輪機54。如將在下文參考圖2及圖3更詳細論述，可使用本申請案之一ORC系統而非使用來自HRSG 14之水進行TCA冷卻器32及ECA冷卻器34及36處之冷卻。
環境空氣可透過蒸發冷卻器26進入壓縮機50。壓縮空氣經饋送至燃燒器52且與來自燃料源60之燃料混合，該燃料源60可為天然氣或再氣化LNG之一源。來自壓縮機50之壓縮空氣與燃料混合以在燃燒器52中燃燒以產生高能量氣體來轉動渦輪機54。渦輪機54之旋轉用於產生旋轉軸功率以驅動壓縮機50及發電機18。將廢氣E引導至HRSG 14，其中廢氣E與高壓區段48、中壓區段46及低壓區段44中之適當水/蒸汽管路相互作用以產生蒸汽。經由蒸汽管線61C、61B及61A將蒸汽導流至蒸汽渦輪機16之IP/HP轉子56及LP轉子58以產生旋轉軸功率來操作發電機20。廢氣E可利用任何適當排氣構件(諸如一堆疊)離開HRSG 14。HRSG 14可另外包含用於調節廢氣E以移除潛在環境有害之材料之適當構件。例如，HRSG 14可包含一選擇性催化還原(SCR)減排單元。
在HRSG 14中使用之水可用作TCA冷卻器32及ECA冷卻器34及36中之一冷卻源。例如，來自低壓區段44之水可由給水泵42經由管線62A供應至TCA冷卻器32且經由管線62B返回至高壓區段48。同樣地，來自給水泵42之水可經由管線64A供應至ECA冷卻器34，如由箭頭2'-2'展 示，該水接著可經由管線64B返回至高壓區段48，如由箭頭3'-3'展示。來自GSC 24之水亦可經由管線65提供至ECA冷卻器36以冷卻壓縮空氣。
來自HRSG 14之水亦可用於使用水管線66A在燃料氣體加熱器30處執行燃料加熱，如由箭頭5'-5'展示，且水接著可經由管線66C及66D返回至低壓區段44。
添加至TCA冷卻器32及ECA冷卻器34中之水之熱導致在HRSG 14中產生更多蒸汽時之一些效率益處。然而，歸因於上文提及之HRSG 14中之水之溫度上限，TCA冷卻器32及ECA冷卻器34產生蒸汽之有效性存在限制。在本發明中，ORC系統70(圖3)可與GTE 12之熱壓縮空氣及來自再氣化系統72(圖3)之低溫LNG連接成熱連通以冷卻從壓縮機50提取之壓縮空氣。
圖2係繪示根據本申請案修改以包含ORC系統70(圖3)之圖1之一氣體渦輪機組合循環(GTCC)發電設備10之一示意圖，該ORC系統70使用壓縮空氣作為一熱源且使用來自再氣化系統72(圖3)之液化天然氣(LNG)作為一冷卻散熱器。圖2在適當時利用相同元件符號來指示相同於圖1或在功能上等效於圖1之組件，且在修改已導致移除此組件的情況下省略元件符號。添加新元件符號以指示額外組件。
特定言之，移除由箭頭2'-2'及3'-3'形成之用於饋送及汲取來自ECA冷卻器34之水之管線64A及64B，且替換為管線(2)及(3)。移除用於饋送及汲取來自TCA冷卻器32之水之管線62A及62B，且替換為管線(2)及(3)。另外，來自GSC 24之水管線65經導流以繞開ECA冷卻器36且直接連接至管線66D。代替將水提供至TCA冷卻器32及ECA冷卻器34及36，使用管線(2)、(3)、(11)及(12)從ORC系統70提供一工作流體，該工 作流體可經由一熱交換區段而與壓縮空氣耦合成熱連通，如由ORC系統70處之管線(2)、(3)、(11)及(12)指示。工作流體可與來自HRSG 14之煙道氣體及LNG進行熱交換，如圖3中展示。管線(2)、(3)、(8)、(11)及(12)指代圖3中指示之ORC系統70內之位置。
圖3係繪示ORC系統70及再氣化系統72之一示意圖。ORC系統70可包括TCA冷卻器32、ECA冷卻器34及36(32及34可共同被稱為一「第一熱交換器」；36可被稱為一「第二熱交換器」)、泵74、加熱器76、復熱器78、渦輪機80及熱交換器82。再氣化系統72可包括泵84、熱交換器86及加熱器88。
如相較於圖1之系統，在ORC系統70之熱交換器82處提供一額外加熱表面，該額外加熱表面可與HRSG 14在低壓區段44處之低溫節熱器(LTE)區域平行地配置。因此，HRSG 14之廢氣E(或煙道氣體)可在管線(6)處進入熱交換器82且可在管線(7)處離開熱交換器82。ORC系統70之工作流體可在管線(8)處進入熱交換器82且可在管線(2)處離開熱交換器82。因此，圖2之系統之堆疊溫度可低於一習知GTCC發電設備(諸如圖1之發電設備)，如下文論述，此歸因於LNG燃料之改良燃料品質而係可接受的，因為LNG不含有硫。
在一實施例中，ORC系統70之工作流體可為氨(NH3)。氨具有不可燃之優點。然而，在其他實施例中，可使用其他流體。例如，可使用各種有機化合物。在其他實施例中，可使用CO2、碳氫流體及H2S。儘管其他流體可產生增加熱效率，然通常在行業中使用氨。
將參考圖3且使用氨作為工作流體描述ORC系統70之操作。ORC系統70可在熱交換器86處開始，該熱交換器86可運作為ORC系 統70之一冷凝器及再氣化系統72之一再氣化器。在熱交換器86處，氨氣可冷凝為液體且可在(20)處流動至氨泵74中。液氨可在(21)處泵抽至一較高壓且接著在(22)處使用加熱器76預加熱至一較高溫。加熱器76可包含來自一外部系統(諸如一工業或商業程序)之一外部熱源。液氨可接著在接點90處分裂為兩個部分。在一實施例中，在(15)與(9)之間之復熱器78中加熱大部分的氨。可經由來自從(12)至(11)之ECA冷卻器36之熱加熱氨之平衡。來自壓縮機50(圖2)之冷卻空氣可流動至(10)與(13)之間之ECA冷卻器36中(透過TCA冷卻器34)。兩個氨流可在(8)處組合且由從(8)至(2)之熱交換器82進一步加熱。熱交換器82可定位於HRSG 14內且可使用來自從(6)至(7)之HRSG 14之廢氣E加熱。從(1)流動至(4)之來自壓縮機50之冷卻空氣可用於最終加熱從(2)至(3)之TCA冷卻器32及ECA冷卻器34兩者中之氨。因此，冷卻器32及34可包括一氨過熱器。因此，(3)處之氨處於一較高壓及較高溫以進入渦輪機80(本文中亦被稱為一「ORC渦輪機」)。渦輪機80可用於產生電力，諸如藉由將一發電機耦合至渦輪機80之一輸出軸。從渦輪機80排出之氨氣可在從(5)至(14)之復熱器78中冷卻且接著在熱交換器86中冷凝，該熱交換器86可運作為一氨冷凝器以在(20)處使氨復原至其初始狀態。
(19)處之LNG可在(18)處使用泵84泵抽至一較高壓以匹配氣體渦輪機12(圖2)之燃燒器52之天然氣壓力。LNG可在(18)與(17)之間之熱交換器86中氣化，且最終在從(17)至(16)之加熱器88中加熱。在加熱器88之後，再氣化LNG或天然氣可繼續至燃燒器52(圖2)以進行燃燒。
加熱器88可包括一LNG調溫加熱器或來自一外部系統(諸如一工業或商業程序)之熱。加熱器88之熱源可來自一蒸汽渦輪機排氣冷 卻冷凝器，諸如冷凝器22。替代地，低溫燃料氣體(17)可將冷卻能提供至一冷卻使用者，諸如一食品儲存設施(若可用)。類似地，(21)處之液氨可處於一低溫且可在一蒸汽渦輪機排氣冷卻冷凝器中預加熱或將冷卻能提供至另一使用者。
GTCC發電設備10及ORC系統70之操作可使用軟體模型化，且在一實例中使用Ebsilon軟體模型化。一例示性發電設備可包含1對1(1-on-1)GTCC發電設備，其係基於一先進類別之氣體渦輪機。蒸汽底循環係基於一典型HRSG配置，其具備三個再加熱壓力等級(HP、IP及LP)。模擬係基於ISO環境條件：1.013巴、15℃之乾球溫度及60%之相對濕度。假定LNG由純甲烷(CH4)構成。
模擬兩種案例。在第一基礎案例中，使用甲烷燃料模擬圖1之一習知GTCC發電設備10。在第二改良案例中，使用LNG燃料、ORC系統70及再氣化系統72模擬圖2之一修改GTCC發電設備10。模擬結果指示可達成1.4%淨輸出增加及0.86%點設備淨效率(LHV)增加。
相較於基礎案例(圖1)，改良案例之蒸汽渦輪機輸出可能潛在地降低，此係因為在HRSG 14中之中壓區段46及低壓區段44處之蒸汽產生由於GT冷卻空氣不再加熱HP給水而減少。然而，針對改良案例(圖2)，ORC系統70可在渦輪機80處產生額外輸出。此額外輸出提供具有大於基礎案例之一整體總功率輸出之改良案例。因此，針對改良案例，設備淨效率可增加達0.86%點。
模擬亦發現，針對選定ORC，TCA/ECA冷卻器作用時間及LNG蒸發作用時間潛在地不匹配，因為TCA/ECA冷卻器作用時間可顯著更大。在一實例中，此研究中對ORC系統70之模擬在兩個GT之LNG數 量要求下基於一個GT之冷卻空氣實施，此意謂針對所模型化之特定系統，藉由應用ORC系統70而改良兩個動力系統之僅一者之效能。在此一方案中，另一GT可利用運用習知TCA/ECA冷卻器之渦輪機及燃燒器之壓縮空氣冷卻。
在本申請案之改良案例中，HRSG 14之堆疊溫度可低於一習知組合循環。針對模擬案例，堆疊溫度可減小至約53℃。儘管此低於一典型最小堆疊溫度，然此一溫度係可接受的，此係因為：A)LNG被視為一「無硫」燃料，因此減輕與煙道氣體露點相關之關注；及B)其仍高於憑藉足夠浮力排放至堆疊之最小煙道氣體溫度(通常係50℃)。
圖4係展示圖3之ORC系統70之一溫度-熵(T-s)圖之一圖表。圖4指示達成次臨界朗肯電力循環。渦輪機80(圖3)之入口及出口兩者皆處於「乾燥」(過熱)條件，如由點(5)之位置指示。相較於習知系統，點(5)更遠地定位於圖4之右側。此等條件有益於渦輪機操作。渦輪機80在乾燥條件中之操作有益於避免包含液體之氣體(其可損壞渦輪機葉片)。
圖5係展示圖3之ORC系統70之熱交換器86之一溫度剖面之一圖表。圖5展示由熱交換器86表示之氨冷凝器/LNG再氣化器之一溫度剖面。圖5指示熱側(NH3)與冷側(LNG)之間的溫度差遠大於一熱發電設備之一典型蒸汽冷凝器，同時滿足終端溫度差。在冷凝器之熱側中發生相變(NH3之冷凝)。此等因素導致較小熱傳遞表面積。熱側處之大氣壓(相對於習知蒸汽冷凝器之真空壓力)容許使用一較小大小之NH3冷凝器。因此，NH3冷凝器可為緊湊的且較不昂貴。
圖6係繪示用於操作圖3之ORC系統70之方法100之步驟之一管線圖。在步驟102處，可使用一泵(諸如泵74)使一有機工作流體循環 通過一閉路迴路。在步驟104處，可由一熱交換器76使用一外部熱源(諸如來自另一系統之一熱源)加熱離開泵74之有機工作流體。
在步驟106處，可使用一復熱器(諸如一復熱器78)加熱由外部熱源加熱之有機工作流體之一第一流。在步驟108處，可使用從一GTE之一壓縮機提取之壓縮空氣加熱由外部熱源加熱之有機工作流體之一第二流，藉此冷卻壓縮空氣。此時可將冷卻壓縮空氣發送至GTE之燃燒器。在步驟110處，可在一熱交換器(諸如熱交換器82)中使用來自一熱回收蒸汽產生器(諸如HRSG 14)之廢氣或煙道氣體之熱加熱來自第一流及第二流之有機工作流體。在步驟112處，可使用從一GTE之一壓縮機提取之壓縮空氣加熱來自熱交換器82之有機工作流體，藉此冷卻壓縮空氣。此時可將冷卻壓縮空氣發送至GTE之渦輪機區段，其中一部分經進一步冷卻以發送至GTE之燃燒器。
在步驟114處，可在一渦輪機(諸如ORC渦輪機80)中使有機工作流體膨脹以解壓及冷卻工作流體。在步驟116處，可使用渦輪機80產生電力，諸如藉由轉動一發電機之軸。在步驟118處，可在復熱器78中進一步冷卻有機工作流體。在步驟120處，可在一冷凝器(諸如冷凝器86)中額外冷卻有機工作流體。在步驟102處，可使有機工作流體返回至泵74以使有機工作流體再循環通過閉合迴路且繼續ORC操作。
在步驟122處，可使用一泵(諸如泵84)將冷卻液化天然氣泵抽至一熱交換器86。在步驟124處，可使用熱交換器86用來自ORC系統70之有機工作流體之熱加熱液體燃料。在步驟126處，可使用例如調溫加熱器88或來自一外部系統之熱進一步加熱再氣化LNG或天然氣。在步驟128處，可接著將加熱天然氣傳送至一GTE之一燃燒器。
本申請案之系統及方法導致可藉由在一LNG燃料GTCC發電設備中應用一ORC而達成之一顯著效能改良。另外，可藉由避免在LNG再氣化程序中冷卻海水而達成一環境益處。
在本申請案之系統及方法中，TCA冷卻器及ECA冷卻器可經重新設計以解決與有機工作流體(諸如氨)一起使用之特定參數。另外，針對基礎案例，將有機工作流體加熱至甚至高於HP給水之溫度，且可相應地設計ORC系統70中使用之熱交換器。同樣地，可定製設計ORC系統70之裝備(諸如渦輪機80)。
各種註釋及實例
實例1可包含或使用諸如一氣體渦輪機組合循環發電設備之標的物，該氣體渦輪機組合循環發電設備可包括一氣體渦輪機引擎、一熱回收蒸汽產生器、一蒸汽渦輪機、一燃料再氣化系統及一有機朗肯循環系統。該氣體渦輪機引擎可包括：一壓縮機，其用於產生壓縮空氣；一燃燒器，其可接收一燃料及該壓縮空氣以產生燃燒氣體；及一渦輪機，其用於接收該燃燒氣體且產生廢氣。該熱回收蒸汽產生器可經組態用於利用來自該廢氣之熱而由水產生蒸汽。該蒸汽渦輪機可經組態用於自來自該熱回收蒸汽產生器之蒸汽產生電力。該燃料再氣化系統可經組態用於在該燃料進入該燃燒器之前將該燃料從一液體轉變為一氣體。該ORC系統可經組態以冷卻從該壓縮機提取之壓縮空氣以冷卻該氣體渦輪機引擎，且加熱進入該燃料再氣化系統之液體燃料。
實例2可包含或可視情況與實例1之標的物組合以視情況包含一有機朗肯循環(ORC)系統，該ORC系統可包括：一流體泵，其用於泵抽一流體；一加熱器，其用於加熱由該流體泵泵抽之該流體；一ORC渦輪 機，其用於使在該加熱器中加熱之該流體膨脹；一第一熱交換器，其定位於該加熱器與該ORC渦輪機之間以使用從該壓縮機提取之該壓縮空氣加熱該流體；及一冷卻源，其用於在該ORC渦輪機與該泵之間冷卻該流體。
實例3可包含或可視情況與實例1或2之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含一復熱器，該復熱器可定位於該流體泵與該第一熱交換器之間以在進入該ORC渦輪機之該流體與離開該ORC渦輪機之該流體之間進行熱交換。
實例4可包含或可視情況與實例1至3之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含定位於一復熱器與該第一熱交換器之間的一煙道氣體加熱器。
實例5可包含或可視情況與實例1至4之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含與一復熱器平行地定位之一第二熱交換器。
實例6可包含或可視情況與實例1至5之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含包括氨之流體。
實例7可包含或可視情況與實例1至6之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含可包括一燃料再氣化系統之一冷卻源。
實例8可包含或可視情況與實例1至7之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含一燃料再氣化系統，該燃料再氣化系統可包括：一燃料泵，其用於接收液化燃料；一熱交換器，其用於接收來自該燃料泵之液體燃料，該熱交換器經組態以運作為該有機朗肯循環系統之一冷凝器；一調溫加熱器，其用於加熱來自該熱交換器之氣化燃料。
實例9可包含或可視情況與實例1至8之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含包括液化天然氣之液化燃料。
實例10可包含或使用諸如用於與一氣體渦輪機組合循環發電設備一起操作之一有機朗肯循環(ORC)系統之標的物，該ORC系統可包括：一流體泵，其用於泵抽一流體；一加熱器，其用於加熱由該流體泵泵抽之該流體；一ORC渦輪機，其用於使在該加熱器中加熱之該流體膨脹；一第一熱交換器，其定位於該加熱器與該ORC渦輪機之一入口之間以使用從該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機提取之壓縮空氣加熱該流體；及用於一燃料之一再氣化系統，其經組態以在該ORC渦輪機之一出口與該泵之一入口之間冷卻該流體。
實例11可包含或可視情況與實例10之標的物組合以視情況包含一復熱器，該復熱器定位於該泵之一出口與該第一熱交換器之一入口之間以在進入該ORC渦輪機之該流體與離開該ORC渦輪機之該流體之間進行熱交換。
實例12可包含或可視情況與實例10或11之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含可定位於該復熱器與該第一熱交換器之該入口之間的一煙道氣體加熱器。
實例13可包含或可視情況與實例10至12之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含可相對於該泵之輸出與該復熱器平行地定位之一第二熱交換器。
實例14可包含或可視情況與實例10至13之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含一燃料再氣化系統，該燃料再氣化系統可包括：一燃料泵，其用於接收液化燃料；一熱交換器，其用於接收來自該燃料泵之液體燃料及來自該復熱器之一出口之流體；及一調溫加熱器，其用於加熱來自該熱交換器之氣化燃料。
實例15可包含或可視情況與實例10至14之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含該燃料再氣化系統之一熱交換器，該熱交換器可經組態為用於該流體之一冷凝器及用於該液化燃料之一再氣化器。
實例16可包含或使用諸如操作一氣體渦輪機組合循環發電設備之一方法之標的物，該方法可包括：使用一工作泵使一工作流體循環通過一閉合迴路；使用一第一外部熱源加熱該工作流體；在一第一熱交換器處使用由該第一外部熱源加熱之工作流體冷卻來自該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機之壓縮空氣；透過一渦輪機使該經加熱工作流體膨脹；使用該渦輪機產生電力；及使用一液體燃料再氣化系統冷凝離開該渦輪機之該工作流體。
實例17可包含或可視情況與實例16之標的物組合以視情況包含藉由使用一預加熱器加熱該工作流體而使用一第一外部熱源加熱該工作流體。
實例18可包含或可視情況與實例16或17之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含使用一復熱器冷卻離開該渦輪機之該工作流體。
實例19可包含或可視情況與實例16至18之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含在該第一熱交換器上游之一第二熱交換器處冷卻來自該氣體渦輪機組合循環發電設備之該壓縮機之該壓縮空氣。
實例20可包含或可視情況與實例16至19之一者或任何組合之標的物組合以視情況包含：藉由使用一燃料泵將液化天然氣泵抽通過與該工作泵上游之該工作流體熱連通之一再氣化器熱交換器而使用一液體燃料再氣化系統冷卻離開該渦輪機之該流體；在該熱交換器中加熱該液化天 然氣以使該液化天然氣氣化且冷凝該工作流體；使用一調溫加熱器加熱該氣化天然氣；及將該氣化天然氣提供至該氣體渦輪機組合循環發電設備之一氣體渦輪機。
此等非限制性實例之各者可獨立存在，或可與一或多個其他實例以各種排列或組合組合。
上文之實施方式包含對隨附圖式之參考，該等隨附圖式形成實施方式之一部分。圖式藉由繪示展示其中可實踐本發明之特定實施例。此等實施例在本文中亦被稱為「實例」。此等實例可包含除展示或描述之元件以外之元件。然而，本發明人亦預期其中僅提供展示或描述之該等元件之實例。再者，本發明人亦預期相對於一特定實例(或其之一或多個態樣)或相對於在本文中展示或描述之其他實例(或其之一或多個態樣)使用展示或描述之該等元件(或其等之一或多個態樣)之任何組合或排列之實例。
倘若在此文件與藉由引用的方式併入之任何文件間之用法不一致，則以此文件中之用法為準。
在此文件中，使用術語「一(a或an)」(如在專利文件中普遍使用)以包含一個或一個以上，其獨立於「至少一個」或「一或多個」之任何其他例項或用法。在此文件中，術語「或」用於指代一非排他性或使得「A或B」包含「A但非B」、「B但非A」及「A且B」，除非另外指示。在此文件中，術語「包含」及「其中(in which)」用作各自術語「包括」及「其中(wherein)」之通俗英文等效物。而且，在下列發明申請專利範圍中，術語「包含」及「包括」為開放式的，即，在發明申請專利範圍中包含除在此一術語之後列出之元件以外之元件之一系統、器件、物 品、組合物、配方或程序仍被視為落於該發明申請專利範圍之範疇內。再者，在下列發明申請專利範圍中，術語「第一」、「第二」及「第三」等僅用作標記，且不旨在強加數值要求於其等之物件上。
本文中描述之方法實例可至少部分為機器或電腦實施的。一些實例可包含使用可操作以組態一電子器件以執行如上文實例中描述之方法之指令編碼之一電腦可讀媒體或機器可讀媒體。此等方法之一實施方案可包含程式碼，諸如微碼、組合語言程式碼、一高階語言程式碼或類似物。此程式碼可包含用於執行各種方法之電腦可讀指令。程式碼可形成電腦程式產品之部分。此外，在一實例中，程式碼可(諸如)在執行期間或在其他時間有形地儲存於一或多個揮發性、非暫時性、或非揮發性有形電腦可讀媒體上。此等有形電腦可讀媒體之實例可包含(但不限於)硬碟、抽取式磁碟、抽取式光碟(例如，光碟及數位視訊光碟)、磁帶、記憶卡或記憶棒、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)及類似物。
上文描述旨在為闡釋性且不為限制性。例如，上文描述之實例(或其等之一或多個態樣)可與彼此組合使用。諸如一般技術者在閱讀上文描述後可使用其他實施例。摘要經提供以遵守37 C.F.R.§1.72(b)，從而允許讀者快速確定技術發明之性質。咸信本發明並非用於解釋或限制發明申請專利範圍之範疇或涵義。而且，在上文實施方式中，可將各種特徵集合在一起以簡化本發明。此不應被解釋為意指一未主張之所揭示特徵對任何發明申請專利範圍係必要的。實情係，發明標的物可在於少於一特定所揭示實施例之所有特徵。因此，下列發明申請專利範圍以此方式作為實例或實施例併入實施方式中，其中各發明申請專利範圍獨立作為一單獨實施例，且預期此等實施例可以各種組合或排列而彼此組合。應參考隨附 發明申請專利範圍連同此等發明申請專利範圍被授權之等效物之全部範疇判定本發明之範疇。
32:渦輪機冷卻空氣(TCA)冷卻器
34:增強冷卻空氣(ECA)冷卻器
36:增強冷卻空氣(ECA)冷卻器
70:有機朗肯循環(ORC)系統
72:再氣化系統
74:泵
76:加熱器/熱交換器
78:復熱器
80:渦輪機
82:熱交換器
84:泵
86:熱交換器
88:加熱器
90:接點

Claims (20)

  1. 一種氣體渦輪機組合循環發電設備，其包括：一氣體渦輪機引擎，其包括：一壓縮機，其用於產生壓縮空氣；一燃燒器，其可接收一燃料及該壓縮空氣以產生燃燒氣體；及一渦輪機，其用於接收該燃燒氣體且產生廢氣；及一冷卻系統，其經組態以提取由該壓縮機壓縮之該空氣之一部分以冷卻該氣體渦輪機引擎，由該壓縮機壓縮之該空氣之該部分包括少於由該壓縮機壓縮之該空氣之全部；一熱回收蒸汽產生器，其用於利用來自該廢氣之熱而由水產生蒸汽；一蒸汽渦輪機，其用於自來自該熱回收蒸汽產生器之蒸汽產生電力；一燃料再氣化系統，其用於在該燃料進入該燃燒器之前將該燃料從一液體轉變為一氣體；及一有機朗肯循環(ORC)系統，其經組態以：使一流體循環；以該流體冷卻從該壓縮機提取之該壓縮空氣之該部分及提供該壓縮空氣之該部分以冷卻該氣體渦輪機引擎；及以該流體加熱進入該燃料再氣化系統之液體燃料。
  2. 如請求項1之氣體渦輪機組合循環發電設備，其中該有機朗肯循環系 統包括：一流體泵，其用於泵抽該流體；一加熱器，其用於加熱由該流體泵泵抽之該流體；一ORC渦輪機，其用於使在該加熱器中加熱之該流體膨脹；一第一熱交換器，其定位於該加熱器與該ORC渦輪機之間以使用從該壓縮機提取之該壓縮空氣加熱該流體；及一冷卻源，其用於在該ORC渦輪機與該流體泵之間冷卻該流體。
  3. 如請求項2之氣體渦輪機組合循環發電設備，其進一步包括一復熱器，該復熱器定位於該流體泵與該第一熱交換器之間以在進入該ORC渦輪機之該流體與離開該ORC渦輪機之該流體之間進行熱交換。
  4. 如請求項3之氣體渦輪機組合循環發電設備，其進一步包括定位於該復熱器與該第一熱交換器之間的一煙道氣體加熱器。
  5. 如請求項3之氣體渦輪機組合循環發電設備，其進一步包括與該復熱器平行地定位之一第二熱交換器。
  6. 如請求項2之氣體渦輪機組合循環發電設備，其中該流體包括氨。
  7. 如請求項2之氣體渦輪機組合循環發電設備，其中該冷卻源包括該燃料再氣化系統。
  8. 如請求項7之氣體渦輪機組合循環發電設備，其中該燃料再氣化系統包括：一燃料泵，其用於接收液化燃料；一熱交換器，其用於接收來自該燃料泵之液體燃料，該熱交換器經組態以運作為該有機朗肯循環系統之一冷凝器；及一調溫加熱器，其用於加熱來自該熱交換器之氣化燃料。
  9. 如請求項8之氣體渦輪機組合循環發電設備，其中該液化燃料包括液化天然氣。
  10. 一種用於與一氣體渦輪機組合循環發電設備一起操作之有機朗肯循環(ORC)系統，該ORC系統包括：一流體泵，其用於泵抽一流體；一加熱器，其用於加熱由該流體泵泵抽之該流體；一ORC渦輪機，其用於使在該加熱器中加熱之該流體膨脹；一第一熱交換器，其定位於該加熱器與該ORC渦輪機之一入口之間以使用從該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機提取之壓縮空氣加熱該流體，從該氣體渦輪機組合循環發電設備之該壓縮機提取之該壓縮空氣包括由該壓縮機壓縮之空氣總量之僅一部份；及用於一燃料之一再氣化系統，其經組態以在該ORC渦輪機之一出口與該流體泵之一入口之間冷卻該流體。
  11. 如請求項10之有機朗肯循環系統，其進一步包括一復熱器，該復熱 器定位於該流體泵之一出口與該第一熱交換器之一入口之間以在進入該ORC渦輪機之該流體與離開該ORC渦輪機之該流體之間進行熱交換。
  12. 如請求項11之有機朗肯循環系統，其進一步包括定位於該復熱器與該第一熱交換器之該入口之間的一煙道氣體加熱器。
  13. 如請求項11之有機朗肯循環系統，其進一步包括相對於該流體泵之輸出與該復熱器平行地定位之一第二熱交換器。
  14. 如請求項11之有機朗肯循環系統，其中該燃料再氣化系統包括：一燃料泵，其用於接收液化燃料；一熱交換器，其用於接收來自該燃料泵之液體燃料及來自該復熱器之一出口之流體；及一調溫加熱器，其用於加熱來自該熱交換器之氣化燃料。
  15. 如請求項11之有機朗肯循環系統，其中該燃料再氣化系統之該熱交換器經組態為用於該流體之一冷凝器及用於該液化燃料之一再氣化器。
  16. 一種操作一氣體渦輪機組合循環發電設備之方法，該方法包括：使用一工作泵使一工作流體循環通過一閉合迴路；使用一第一外部熱源加熱該工作流體；在一第一熱交換器處使用由該第一外部熱源加熱之工作流體冷卻來自該氣體渦輪機組合循環發電設備之一壓縮機之壓縮空氣之一第一部分； 將來自該壓縮機之壓縮空氣之一第二部分傳入至該氣體渦輪機組合循環發電設備之一燃燒器；使用壓縮空氣之該第一部分冷卻該燃燒器及該氣體渦輪機組合循環發電設備之一渦輪機；透過該渦輪機使該經加熱工作流體膨脹；使用該渦輪機產生電力；及使用一液體燃料再氣化系統冷凝離開該渦輪機之該工作流體。
  17. 如請求項16之方法，其中使用一第一外部熱源加熱該工作流體包括使用該氣體渦輪機組合循環發電設備之煙道氣體加熱該工作流體。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包括使用一復熱器冷卻離開該渦輪機之該工作流體。
  19. 如請求項16之方法，其進一步包括在該第一熱交換器上游之一第二熱交換器處進一步冷卻來自該氣體渦輪機組合循環發電設備之該壓縮機之該壓縮空氣。
  20. 如請求項16之方法，其中使用一液體燃料再氣化系統冷卻離開該渦輪機之該工作流體包括：使用一燃料泵將液化天然氣泵抽通過與該工作泵上游之該工作流體熱連通之一再氣化器熱交換器；在該再氣化器熱交換器中加熱該液化天然氣以使該液化天然氣氣化 且冷凝該工作流體；使用一調溫加熱器加熱該氣化天然氣；及將該氣化天然氣提供至該氣體渦輪機組合循環發電設備之一氣體渦輪機。
TW108107978A 2018-06-27 2019-03-11 氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循（ｏｒｃ）系統及其操作方法 TWI830723B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2018/039688 WO2020005220A1 (en) 2018-06-27 2018-06-27 Organic rankine cycle for combined-cycle power plant
WOPCT/US2018/039688 2018-06-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202001074A TW202001074A (zh) 2020-01-01
TWI830723B true TWI830723B (zh) 2024-02-01

Family

ID=68987354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108107978A TWI830723B (zh) 2018-06-27 2019-03-11 氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循（ｏｒｃ）系統及其操作方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11732644B2 (zh)
JP (1) JP7160493B2 (zh)
KR (1) KR102472491B1 (zh)
TW (1) TWI830723B (zh)
WO (1) WO2020005220A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7160493B2 (ja) 2018-06-27 2022-10-25 ミツビシ パワー アメリカズ インコーポレイテッド コンバインドサイクル発電所のための有機ランキンサイクル
CN112160808B (zh) * 2020-09-23 2021-12-21 昆明理工大学 一种舰船燃气轮机余热回收功冷联供系统
US11391204B2 (en) * 2020-10-30 2022-07-19 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Hybrid power generation equipment
WO2023027762A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 Mitsubishi Power Americas, Inc. H2 power plant with o2 integration
WO2023113720A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-22 Repg Enerji Sistemleri Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi An energy generation system
CN114508420A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种并联式燃气轮机压气机抽气余热利用系统
CN114352367B (zh) * 2022-01-07 2023-07-28 北京石油化工学院 一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统
US20230296253A1 (en) * 2022-03-17 2023-09-21 General Electric Company Fuel supply system for a combustor
CN115585061B (zh) * 2022-10-18 2023-06-02 南京工程学院 一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0688538A (ja) * 1992-09-08 1994-03-29 Toshiba Corp ガスタービンプラント
CN106103913A (zh) * 2014-03-24 2016-11-09 三菱日立电力系统株式会社 废热回收装置、具备该废热回收装置的燃气涡轮成套设备、以及废热回收方法
CN106133279A (zh) * 2014-03-24 2016-11-16 三菱日立电力系统株式会社 废热回收系统、具备该废热回收系统的燃气涡轮成套设备、废热回收方法、以及废热回收系统的追设方法
JP6337213B1 (ja) * 2016-10-24 2018-06-06 千代田化工建設株式会社 浮体式液化炭化水素ガスプラントの製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0357463Y2 (zh) 1986-08-26 1991-12-27
US5632143A (en) * 1994-06-14 1997-05-27 Ormat Industries Ltd. Gas turbine system and method using temperature control of the exhaust gas entering the heat recovery cycle by mixing with ambient air
JPH10288047A (ja) 1997-04-16 1998-10-27 Osaka Gas Co Ltd 液化天然ガス気化発電装置
US6571548B1 (en) * 1998-12-31 2003-06-03 Ormat Industries Ltd. Waste heat recovery in an organic energy converter using an intermediate liquid cycle
AU6232700A (en) * 1999-07-22 2001-02-13 Bechtel Corporation A method and apparatus for vaporizing liquid gas in a combined cycle power plant
WO2002097252A1 (en) 2001-05-30 2002-12-05 Conoco Inc. Lng regasification process and system
EA009276B1 (ru) * 2004-07-14 2007-12-28 Флуор Текнолоджиз Корпорейшн Конструкции и способы для выработки электроэнергии с регазификацией сжиженного природного газа
US7398642B2 (en) * 2005-02-04 2008-07-15 Siemens Power Generation, Inc. Gas turbine system including vaporization of liquefied natural gas
US7900451B2 (en) * 2007-10-22 2011-03-08 Ormat Technologies, Inc. Power and regasification system for LNG
US20130028365A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Westinghouse Electric Company Llc Power generation from decay heat for spent nuclear fuel pool cooling and monitoring
JP6221176B2 (ja) 2013-12-09 2017-11-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン冷却系統、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービンの高温部冷却方法
JP2015183597A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 排熱回収システム、これを備えているガスタービンプラント、及び排熱回収方法
CN203822468U (zh) * 2014-05-15 2014-09-10 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置
WO2015183597A1 (en) 2014-05-27 2015-12-03 Dow Global Technologies Llc Lithium battery electrolyte solution containing ethyl (2,2,3,3-tetrafluoropropyl) carbonate
US9359919B1 (en) * 2015-03-23 2016-06-07 James E. Berry Recuperated Rankine boost cycle
US10100739B2 (en) * 2015-05-18 2018-10-16 United Technologies Corporation Cooled cooling air system for a gas turbine engine
JP7160493B2 (ja) 2018-06-27 2022-10-25 ミツビシ パワー アメリカズ インコーポレイテッド コンバインドサイクル発電所のための有機ランキンサイクル

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0688538A (ja) * 1992-09-08 1994-03-29 Toshiba Corp ガスタービンプラント
CN106103913A (zh) * 2014-03-24 2016-11-09 三菱日立电力系统株式会社 废热回收装置、具备该废热回收装置的燃气涡轮成套设备、以及废热回收方法
CN106133279A (zh) * 2014-03-24 2016-11-16 三菱日立电力系统株式会社 废热回收系统、具备该废热回收系统的燃气涡轮成套设备、废热回收方法、以及废热回收系统的追设方法
JP6337213B1 (ja) * 2016-10-24 2018-06-06 千代田化工建設株式会社 浮体式液化炭化水素ガスプラントの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210254547A1 (en) 2021-08-19
JP7160493B2 (ja) 2022-10-25
US11732644B2 (en) 2023-08-22
WO2020005220A1 (en) 2020-01-02
KR102472491B1 (ko) 2022-11-30
JP2021528595A (ja) 2021-10-21
TW202001074A (zh) 2020-01-01
KR20210089635A (ko) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI830723B (zh) 氣體渦輪機組合循環發電設備、與其一起操作之有機朗肯循（ｏｒｃ）系統及其操作方法
EP2510206B1 (en) Compound closed-loop heat cycle system for recovering waste heat and method thereof
US8752382B2 (en) Dual reheat rankine cycle system and method thereof
Ziółkowski et al. On low-grade waste heat utilization from a supercritical steam power plant using an ORC-bottoming cycle coupled with two sources of heat
US7299619B2 (en) Vaporization of liquefied natural gas for increased efficiency in power cycles
US9038391B2 (en) System and method for recovery of waste heat from dual heat sources
US20140250905A1 (en) Method and apparatus for achieving a high efficiency in an open gas-turbine (combi) process
US20160033128A1 (en) Power generation system and method to operate
Pattanayak et al. Thermodynamic analysis of combined cycle power plant using regasification cold energy from LNG terminal
JP7364693B2 (ja) コンバインドサイクル発電プラント用のデュアルサイクルシステム
Tveitaskog et al. Optimization of advanced liquid natural gas-fuelled combined cycle machinery systems for a high-speed ferry
KR102426556B1 (ko) 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법
TWI841733B (zh) 燃氣渦輪複合循環發電廠、用於與包含燃料系統的燃氣渦輪複合循環發電廠一起操作之有機朗肯循環（ｏｒｃ）系統以及操作燃氣渦輪複合循環發電廠的方法
KR101487287B1 (ko) 발전장치
Pryor et al. Design and Modeling of a Demonstration-scale ORC Cycle for the Liquid Air Combined Cycle
Pillai et al. Waste Heat Recovery in LNG Liquefaction Plants
UA107402C2 (uk) Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу