美国专利翻译01

摘要摘要 US 6412285 B1 冷却空气冷却系统 CCA 是用来提供给燃气轮机循环的 该发明具体来说 空气冷却系统包括了一个外壳和一个管式换热器 其中工质水在管内流动而空 气在壳侧流动 离开换热器的水会部分被蒸发 因此 所得的这两相水流 蒸 汽流将进入分离器 在其中它会把水和蒸汽分开 饱和蒸汽流向余热蒸汽发生 器 而分离器中水将进入换热器进行再循环利用 15 个权利要求 2 张图纸 权利要求 权利要求 1 联合循环发电厂包括 一个具有能生产压缩空气的压缩机的燃气轮机系统 一个用来在该压缩空气中 点燃燃料借此产生助燃空气的燃烧室 以及一种燃气轮机 用于膨胀之前的助 燃空气以此来产生机械能以及排除废气 一个蒸汽发生器 为了转移乏汽中的一部分热来产生至少一个汽流 在乏汽的 流道处按顺序在多个部分安置蒸汽发生器 一个蒸汽轮机系统 用于接收上述的至少一个汽流 而且还有 一个冷却空气流道 用于引导压缩空气馏分从该压缩机到至少一个上述压缩机 以及燃气轮机中 用于冷却部分压缩空气馏分 在所述的冷却空气流道中包括一种热交换系统 用于接收压缩空气馏分以及 用于转移其中的热来产生热流体和冷却后的压缩空气流 在所述的热交换系统 中包括一具有压缩空气进 出口的室 以及至少有一根管 用于流体水与该室 中的热压缩空气进行热交换 还包括一种流体分离器 用来把该热流体分离成该室中管内回流的水与第一汽 流 还有至少一个泵 能将从流体分离器中分离的水泵送至室中管 2 如权利要求 1 中的联合循环发电厂 其中所述的多个部分包括一个第一部分 以及一个第二部分 第一部分生产蒸汽流压力高于上述的第二部分 3 如权利要求 2 所述的联合循环发电厂 还包括一个第一导管 用于将至少一 部分之前在热交换系统中产生的热流体送到所述的第二部分 4 如权利要求 3 中的联合循环发电厂 进一步 包括一个第二导管 用于从第 二部分将给水供给热交换系统 5 如权利要求 1 所述的联合循环发电厂 其中所述的管子中至少有一个用于加 强热交换的翅片管 6 联合循环发电厂包括 一个燃气轮机 能燃烧燃料以便产生机械能以及热废气 一个余热回收蒸汽发生器 具有多个区段以及用于接收热废气以及在各种压力 下产生蒸汽 一个汽轮机 用于接收该蒸汽以及产生机械能 以及 一个冷却空气流道 用于引导压缩空气馏分从该压缩机到至少一个上述压缩机 以及燃气轮机 用于冷却部分压缩空气馏分 在所述的冷却空气流道中包括一种热交换系统 用于接收压缩空气馏分以及 用于转移其中的热来产生热流体和冷却的压缩空气流 在所述的热交换系统中 包括一具有压缩空气进 出口的室 以及至少有一根管 用于流体水与该室中 的热压缩空气进行热交换 以及还包括一种流体分离器 用来把该热流体分离成该室中用于管内回流的水 和一个第一汽流 以及至少一个泵 能将从流体分离器中分离的水泵送至室中 管 7 如权利要求 6 中的联合循环发电厂 其中所述的多个部分包括一个第一部分 以及一个第二部分 第一部分生产蒸汽流压力高于上述第二部分 8 如权利要求 7 所述的联合循环发电厂 还包括一个第一导管 用于将至少一 部分之前在热交换系统中产生的该热流体送到所述的第二部分 9 如权利要求 8 中的联合循环发电厂 进一步 包括一个第二导管 用于从第 二部分将给水供给热交换系统 10 如权利要求 7 中的联合循环发电厂 还包括一种流道 用于引导沿至少一 部分再循环路径之外的余热回收蒸汽发生器的流体到第二部分 其中所述的再 循环路径包括该至少一根流体管 管中流体用于和室中的热压缩空气进行热交 换 借此把热从该压缩空气传到该流体中 11 如权利要求 7 所述的联合循环发电厂 其中所述的管子中至少有一个用于 加强热交换的翅片管 12 操纵一个具有燃气轮机系统的联合循环发电厂 一个余热回收蒸汽发生器 以及汽轮机系统的方法步骤包括 提供一个热交换系统 包括有压缩空气进 出口的一种室 以及至少有一根管 用于流体水与该室中的热压缩空气进行热交换 操作该燃气轮机系统燃烧燃料以产生热压缩空气 机械能 以及废气流 通过热交换系统引导一部分该热压缩空气 来产生冷却压缩空气以及热流体 以及 引导该冷却压缩空气去冷却一部分燃气轮机系统 其中所述的热交换系统还包 括一种气流分离器 用于将该被加热的流体分离成水以及一个第一蒸汽流 以 及至少一个泵 用于泵被流体分离器分离的水 而且其中所说的方法进一步包 括将该热流体分离成水和第一蒸汽流 以及操作至少一个泵将流体分离器中分 离的水再循环到室中的管里的方法 13 权利 12 中的方法 还包括 从余热回收蒸汽发生器中为热交换系统提供给 水 14 权利 13 中的方法 其中所述的余热回收蒸汽发生器具有一个高压部分 一 个中间压力部分 以及低压部分 提供给水的步骤还包括从中间压力部分提供 给水 15 权利要求 14 中的方法 还包括引导第一汽流到余热利用蒸汽发生器的 中间压力段的步骤 说明书说明书 US 6412285 B1 背景背景 本发明涉及采用了一种冷却空气冷却系统 CCA 的燃气轮机循环 用于冷 却涡轮或压缩机部件中提取的热压缩空气 在现代高效燃气轮机循环中 热压缩空气是被提取来冷却压缩机以及涡轮机部 件的 考虑到可靠性 控制的难易以及高成本的现有冷却空气冷却系统 CCA 这些已经显然使得改进后的 CCA 系统设计成为一种必要 图 1 概要地说明了一种具有工艺水平的冷却空气冷却系统 之后的 CCA 系统 的联合循环系统 用于冷却从涡轮以及压缩机部件中抽取的热压缩空气 在图 示电厂中 一个燃气轮机系统 10 包括一个压缩机 14 燃烧系统 18 以及燃气 轮机膨胀器 24 而且汽轮机系统示意所在 34 更准确地说 环境空气 12 进入 轴流压气机 14 然后所得的压缩空气 16 进入燃烧系统 18 其中燃料 20 注入燃 烧系统 18 然后发生燃烧 燃烧混合物 22 离开燃烧系统 18 进入涡轮机 24 在涡轮部分 热气的能量被转化为功 该转换有两个步骤 热气体膨胀以及一 部分热能在涡轮的喷嘴部分被转化为动能 然后 在涡轮叶片部分 一部分动 能转移到旋转叶片上然后转换为做功 例如 旋转轴 26 一部分涡轮产生的 功因此用来驱动压缩机 14 而剩余可用在 例如 发电机或机械载荷 28 热 废气 30 离开涡轮 流入余热回收单元 余热回收单元会采用现已知的各种热 交换系统中的任意一种 包括 例如 常规的多压力余热回收蒸汽发生器 HRSG 32 在所说明的配置中 燃气轮机系统 10 以及蒸汽轮机系统 34 每个都驱动着相应 的发生器 或其它负载 28 36 蒸汽轮机系统 34 用传统方式与多压力余热回 收蒸汽发生器 HRSG 32 联系在一起 从而 蒸汽 38 流入 流出汽轮机系 统 34 汽轮机系统 34 向冷凝器 40 排气 冷凝物通过借助冷凝泵 44 的导管 42 从冷凝器 40 供给到余热回收蒸汽发生器 HRSG 32 冷凝物会经过 HRSG 32 的各种组分 仅仅有低压蒸发器 46 中间压力蒸发器 48 以及高压蒸发器 50 在示例所示 容易理解的是 各种节能器 过热器以及相关联管道以及阀门 通常在 HRSG 中 以及在这里与讨论不直接相关的可以被简单忽略 如上述 由涡轮机排气气体 30 向 HRSG 32 供热 即汽体引入到 HRSG 32 以 及离开 HRSG 至 52 通道层叠 没有显示 对于传统系统的进一步讨论将通 常限定于那些配置相关联合 CCA 系统 54 的组成成分 在所述的 CCA 系统 54 中 如示意所示的通过导管 56 在温度例如 850 900 F 下热压缩空气被提取 在釜式再沸器式外壳和管式换热器 58 中被冷却至温度 为约 500 550 F 釜式再沸器 58 具有一个 U 型管束 60 示意地显示为在 壳面浸泡在池水 62 中的管子 并且有热压缩气体在该管内 在管内流动的热空 气引起水池 62 的沸腾 还会使得饱和蒸汽 64 进入余热回收蒸汽发生器 HRSG 32 中的中间压力 IP 蒸发器 48 后产生汽包 IP 中间压力节 油器的排出水 66 进入再沸器 58 外壳以此作为补充 64 产生的蒸汽 离开 CCA 换热器 58 的冷空气 68 用于冷却压缩机和 或涡轮的部份 如示意所示的管道 70 以及 72 于空气侧的旁路 74 还用来控制离开 CCA 系统 54 的空气温度 由 于 CCA 系统专门用于低系统空气侧压降 考虑到功率循环热效率 会通常使 用一个二道 U 型管束 发明详述发明详述 就以上对于 CCA 系统的描述上看还有几处潜在区域可以改良 上述双通管侧的设计导致有二分之一的管片暴露在进入的热风中 而另一半暴 露在冷空气中 使得换热器在空气侧 这导致管壁承受高的热应力 而单程釜 式再沸器将克服该问题 基于可靠性的考虑 单程管设计将需要一个壳体膨胀 接头或一个滑动管板 在壳侧上的精确水位控制被用于防止水饱和蒸汽过度滞留以及防止管道暴露在 水池中 还有防止水对热空气管进行短暂接触 为此 汽包水位通常通过在水 体中不同的测量差压下结合汽包的密度计算而得到 但是 在沸腾水池中有气 泡 于是对于空泡份额的精确计算需要精确的计算密度以及计算水位 特别是 在瞬态情况下 空泡份额的计算 是这种应用中的一个具有挑战性的工作 另外 如上所述 空气侧只能设计为低压降 因此 空气在管内的低速流动导 致其在空气侧的传热系数很低 扩展表面可以有利地在低传热面上降低换热器 的尺寸 例如散热片 为了经济 表面的扩展可施加在管面外侧 本发明提供一 CCA 系统 用于解决现代燃气轮机循环应用的可靠性 控制以 及成本问题 更准确地说 本发明具体是 该 CCA 系统包括提供了一种壳以及管式换热器 其中水在管内部流动而空气在换热器的壳上流动 在这种系统中 流出换热器 的水会被部分地被蒸发 因此 本发明的进一步特征是 所得两相的水 蒸汽 流将进入分离蒸汽与水的分离器 闪蒸罐 通常在用循环水泵将它们泵到一较高 压力之后 离开分离器的饱和蒸汽会流向 HRSG 而分离的水进入换热器 由于空气在管外流动 翅片管可以减少总换热器尺寸 从而 本发明体现在一个联合循环发电厂 它包括一个具有生产压缩空气的压 缩机的燃气轮机系统 一个燃烧器 用于在压缩空气中点燃燃料借此来产生助 燃空气 以及一个燃气轮机 用于膨胀助燃空气借此产生机械能以及排出废气 蒸汽发生器 具有一个接收废气的进口以及在乏汽通道处的多个部分依次设置 蒸汽发生器 用于从乏汽中转移热量而至少产生一个汽流 一蒸汽轮机系统 用于接收至少一个汽流 还有一种冷却空气流道 用于引导压缩空气馏分从压 缩机到至少另一个压缩机和一个用于部分冷却压缩空气馏分的燃气轮机 其中 包括一种接收压缩空气馏分的热交换系统 用于从冷却空气流道转移热来产生 热流体 还产生一被冷却的压缩空气流 上述的热交换系统又包括具有压缩空 气进 出口的一个室 以及有至少一根管子 用于流水与置于室中的压缩空气 进行热交换 本发明也体现在一个联合循环发电厂操作方法上 它具有一个燃气轮机系统 一余热回收蒸汽发生器 以及汽轮机系统 该方法包括以下步骤 提供一种热 交换系统 包括具有压缩空气进 出口的一个室 以及有至少一根管子 用于 流水与置于室中的压缩空气进行热交换 操作燃气轮机系统燃烧燃料以便产生 热压缩空气 机械能 以及废气流 引导一部分热压缩空气通过热交换系统来 产生冷却的压缩空气以及热流体 而且引导冷却的压缩空气冷却一部分燃气轮 机系统 说明书附图说明书附图 正如其他事物一样 我们可以从研究以下更详细的说明和结合了附图的本发明 精选实施例中更好地理解本发明的优点 其中 图 1 示意描绘了联合循环发电厂 它结合常规的冷却空气冷却系统 而且 图 2 是示意描绘了联合循环发电厂 结合冷却空气冷却系统体现本发明的优点 详细说明详细说明 该发明系统的进一步讨论将通常限定在那些提供的组分或发明系统的实施例中 在示图 2 中显示而不会再在下面讨论的索引号 和图 1 系统对应的组分的索引 号基本相同 且被标记为提供一个参考标准 通常与示图 1 相对应 但根据本 发明的一个实施例修改的组分 都被标记着在图 1 中用的相似的标号 只不过 是标号数值上比图 1 的多了 100 例如 66 到 166 一 CCA 系统 154 表明本发明包括 一种壳 158 以及管式换热器 160 被用于水 在管内部流动以及空气在壳 侧流动 气流从压缩机中被抽取 然后通过导管 156 进入壳 158 中的空气入口 176 热压缩空气在各个热交换管 160 中流动 而 由此所得的冷空气通过出口 178 流出 流经导管 168 的冷空气用作冷却如示意 的流道 170 以及 172 中的空气 一旁路 174 被规定为从管道 156 到管道 168 用于控制冷却空气温度 在所说明的实施例中 水在 200 处通过一个过冷温度进入换热器 即低于饱和 温度 然后在换热器里被部分地蒸发 10 20 质量份额 所得两相的水流 汽流 202 然后进入分离器 闪蒸罐 204 蒸汽以及水在其中分离 离开分离器的 饱和蒸汽 164 进入余热蒸汽发生器 HRSG 32 中的蒸发器 48 节油器的排水 166 进入分离器作为产生的蒸汽的补充 而这水流是被控制的 例如 在分离 器 204 中通过阀 206 来保持稳定的液面 在公差带之内 被分离的水 162 通过再循环水泵 208 会被泵到一较高压力 如上所述 由此在 200 处进入换热器 158 泵的排出压力足够用来克服循环水系统的压降 在管道外流动的空气可以使用翅片管 不再详细描述 来减小换热器的总尺寸 冗余泵组 例如 泵 208 用于提高系统的可靠性 尽管图 2 中用的是立式 分离器 204 但是也可以用卧式分离器 它额外的优点是卧式分离器可堆叠在 换热器上面 在一个典型实施例中 因为整个燃气轮机的操作范畴包括部分负荷运载 再循 环水路路径中的水流量被保持在一个常量值 水流量 恒定 被确定了 以便 管侧最大水蒸发量限制于大约 10 20 即循环比率在 5 1 到 10 1 之间 因为 整个燃气轮机控制着外壳 最大蒸发率的设定是为了保证二相流体在系统中的 稳定性 该系统设计以及控制优于当前系统的关键特征 优点如下 在釜式再沸器设计中 当遇