包括燃料预热系统的燃气涡轮的制造方法

xiaoxiao2020-7-22  8

包括燃料预热系统的燃气涡轮的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种包括燃料预热系统的燃气涡轮机。所述燃气涡轮机包括压缩机部分、有效地连接到所述压缩机部分的涡轮机部分、包括与所述涡轮机部分流体连通的至少一个燃烧器的燃烧器组件,以及与所述涡轮机部分机械连接并受其驱动的附件。所述燃气涡轮机还包括燃料预热系统,所述燃料预热系统包括燃料预热元件,所述燃料预热元件具有与所述至少一个燃烧器流体连通的燃料回路,所述燃料回路布置成与加热介质回路进行热交换,所述加热介质回路与所述压缩机部分、所述涡轮机部分和所述附件中的至少一个流体连通。
【专利说明】包括燃料预热系统的燃气涡轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮机领域,确切地说,涉及一种包括燃料预热系统的燃气涡轮机。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机包括通过公共压缩机/涡轮机轴连接到涡轮机部分的压缩机部分以及燃烧器组件。进气流经由进气口向压缩机部分流动。在压缩机部分中,通过朝向燃烧器组件的多个连续级对进气流进行压缩。在燃烧器组件中,压缩空气流与燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃烧器组件中燃烧以形成高温气体。通过过渡件将高温气体引导至涡轮机部分中。高温气体膨胀穿过涡轮机部分,作用于安装在轮上的涡轮机叶片,从而产生输出功,例如,所述输出功用于驱动发电机、泵,或者向车辆供电。
[0003]通常,需要在燃烧之前对燃料进行预热。例如,液化天然气以低温流体的形式储存。在许多情况下,LNG储存在-260° F(-162°C)或更低温度下。为进行燃烧,需要将LNG加热到约80° F到约120° F(26.6°C -48.8°C)。加热LNG可将液体气化,以便引入燃烧器中。目前,燃气涡轮机系统包括专用燃料加热器。在气化LNG之后,燃料加热器所注入的热量将排放到环境中。

【发明内容】

[0004]根据示例性实施例的一个方面,本发明一种燃气涡轮机包括:压缩机部分;有效地连接到所述压缩机部分的涡轮机部分;燃烧器组件,所述燃烧器组件包括与涡轮机部分流体连通的至少一个燃烧器;以及与所述涡轮机部分机械连接并受其驱动的附件。所述燃气涡轮机还包括燃料预热系统,所述燃料预热系统包括燃料预热元件,所述燃料预热元件具有与至少一个燃烧器流体连通的燃料回路,所述燃料回路布置成与加热介质回路进行热交换,所述加热介质回路与压缩机部分、涡轮机部分和附属部件(附件)中的至少一个流体连通。
[0005]根据示例性实施例的另一个方面,本发明一种用于预热燃气涡轮机的燃料的方法包括:引导一定量的燃料在第一温度下流入燃料预热元件的燃料回路中;使加热介质在第二温度下流过可操作地与燃气涡轮机相关的部件;在所述部件中将第二温度提高到第三温度;使所述加热介质在所述第三温度下流入燃料预热元件的加热介质回路中;使加热介质与燃料之间在燃料预热元件中发生热交换;在所述燃料预热元件中将所述燃料加热到高于第一温度且低于第三温度的第四温度;以及引导所述燃料在第四温度下流入燃气涡轮机的燃烧器中。
[0006]结合附图阅读以下说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]本说明书中的权利要求书特别指出并明确主张了本发明。结合附图阅读详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点,在附图中:[0008]图1是根据示例性实施例的包括燃料预热系统的燃气涡轮机的示意图表示。
[0009]【具体实施方式】部分参考附图以示例方式介绍本发明的各项实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0010]根据示例性实施的燃气涡轮机在附图1中用2表示。燃气涡轮机2包括通过燃烧器组件8与涡轮机部分6流体连通的压缩机部分4。燃烧器组件8包括至少一个燃烧器10。燃烧器组件8还可以包括多个燃烧器,其可以例如罐-环阵列布置。当然,应了解,还可以使用其他燃烧器的布置。压缩机部分4还通过公共压缩机/涡轮机轴15机械连接到涡轮机部分6。压缩机部分4被图示为包括冷却构件20。冷却构件20可以采用润滑油冷却器、和/或净化冷却器的形式。涡轮机部分6还被图示为包括冷却构件24,如上所述,所述冷却构件可以采用润滑油冷却器、和/或净化冷却器的形式。涡轮机部分6还机械连接到附件30。附件30采用发电机、泵或者一些其他机械驱动装置的形式。在使用发电机的情况下,附件30可以包括发电机冷却器34。附件30还可以连接到具有LCI冷却器40的负载换相逆变器(load commutated inverter, LCI) 39。
[0011]根据示例性实施例,燃气涡轮机2还包括燃料预热系统50,用于提高流向燃烧器10的燃料的温度。燃料预热系统50包括燃料预热元件60,所述燃料预热元件包括被布置成与加热介质回路70热交换的燃料回路64。燃料回路64通过导管77与燃料源74流体连通,并且通过导管79与燃烧器10流体连通。根据示例性实施例的一个方面,燃料预热元件60使液化天然气(LNG)以第一温度,通常为-260° F (_162°C )或更低温度,流入燃料预热元件60中。在燃料预热元件60中,LNG以高于第一温度的第二温度气化并排出。根据示例性实施例的一个方面,燃料以约40° F-120° F(4.4°C _ 48.9°C )的温度排出燃料预热元件60,然后引入到燃烧器10中。燃料通过与流过加热介质回路70的加热介质热交换来得到加热。如下文更详细地描述,加热介质采用已从压缩机部分4、涡轮机部分6、和/或附件30提取热量的流体的形式。
[0012]进一步根据示例性实施例,加热介质回路70流体连接到与以下项中的一项或多项流体连通的流体储罐90:冷却构件20、冷却构件24、发电机冷却器34、和/或LCI冷却器40。具体来说,加热介质,例如油形式的冷却剂,从与压缩机部分4、涡轮机部分6和/或附件30相关的一个或多个热负载中提取热量。加热介质以高于第一温度和第二温度的第三温度通过导管94排出流体储罐90,并进入燃料预热元件60中。加热介质与燃料进行热交换、并以低于第三温度的第四温度排出燃料预热元件60,然后通过导管98流向热交换器96。在图示的示例性实施例中,热交换器96采用翅扇式冷却器(fin-fan cooler)100的形式。加热介质以低于第四温度的第五温度流出热交换器96。加热介质通过导管109流向泵106,并且通过导管112流回到流体储罐90,形成闭合循环流体回路。
[0013]此时,应了解,本发明示例性实施例描述了一种燃料预热系统,所述燃料预热系统利用从与燃气涡轮机相关的一个或多个部件排出的废热来预热燃料,再将燃料引入燃烧器中。废热被注入与燃料热交换的流体介质中。除了预热燃料以外,所述预热系统还在流体介质流到热交换器之前对其进行初步冷却。通过这种方式,燃料预热系统还能够使用热交换能力较小的热交换器,因此能够相对于当前需求大幅减小占地面积。还应了解,尽管相对于气化的液体天然气来描述本发明,但是可以采用燃料预热系统来为各种燃料类型提供初步预热。此外,还应了解,废热源可以根据示例性实施例而异。
[0014]尽管上文已经结合有限数量的实施例详细描述本发明,但应清楚地了解,本发明并不限于此类公开的实施例。相反,本发明可以进行修改以包括上文未做描述,但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、改变、替代或等效装置。此外,尽管已描述本发明的实施例,但应了解,本发明的方面可以只包括一些所述的实施例。因此,本发明并不视作受上述说明限制,而是仅受随附权利要求书的范围限制。
【权利要求】
1.一种燃气涡轮机,包括: 压缩机部分; 可操作地连接到所述压缩机部分的涡轮机部分; 燃烧器组件,所述燃烧器组件包括与所述涡轮机部分流体连通的至少一个燃烧器; 与所述涡轮机部分机械连接并受其驱动的附件;以及 燃料预热系统,所述燃料预热系统包括燃料预热元件,所述燃料预热元件具有与所述至少一个燃烧器流体连通的燃料回路,所述燃料回路布置成与加热介质回路进行热交换,所述加热介质回路与所述压缩机部分、所述涡轮机部分和所述附件中的至少一个流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,其中所述燃料预热系统包括热交换器,所述热交换器与所述加热介质回路流体连通。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮机,其中所述热交换器包括翅扇式冷却器。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,其中所述附件包括具有发电机冷却器的发电机,所述加热介质回路通过所述发电机冷却器与所述发电机流体连通。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,进一步包括:负载换相逆变器(LCI),所述负载换相逆变器具有与所述附件可操作连接的LCI冷却器,所述加热介质回路通过所述LCI冷却器与所述附件流体连通。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,进一步包括:润滑油冷却器,所述润滑油冷却器与所述压缩机部分和所述涡轮机部分中的一个可操作地关联,所述加热介质回路通过所述润滑油冷却器与所述压缩机部分和所述涡轮机部分中的所述一个流体连通。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,进一步包括:净化空气冷却器,所述净化空气冷却器与所述压缩机部分和所述涡轮机部分中的一个可操作地关联,所述加热介质回路通过所述净化空气冷却器与所述压缩机部分和所述涡轮机部分中的所述一个流体连通。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,进一步包括:与所述加热介质回路流体连通的泵,所述泵经配置和设置用于将流体输送到所述加热介质回路中。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮机,进一步包括:与所述燃料预热元件流体连通的液体燃料源。
10.根据权利要求9所述燃气涡轮机,其中所述液体燃料源包括液化天然气源(LNG)。
11.一种用于对燃气涡轮机的燃料进行预热的方法,所述方法包括: 引导一定量的燃料以第一温度流入燃料预热元件的燃料回路中; 使加热介质以第二温度流过与所述燃气涡轮机可操作关联的部件; 在所述部件中将所述第二温度提高到第三温度; 使所述加热介质以所述第三温度流入所述燃料预热元件的加热介质回路中; 在所述燃料预热元件中使所述加热介质与所述燃料之间进行热交换; 在所述燃料预热元件中将所述燃料加热到第四温度,所述第四温度高于所述第一温度、而低于所述第三温度;以及 引导所述燃料以所述第四温度流入所述燃气涡轮机的燃烧器中。
12.根据权利要求11所述的方法,进一步包括:使所述加热介质以低于所述第三温度的第五温度流过热交换器。
13.根据权利要求12所述的方法,其中使所述加热介质流过所述热交换器的步骤包括使所述加热介质流过翅扇式冷却器。
14.根据权利要求11所述的方法,其中将所述燃料加热到所述第四温度的步骤包括将所述燃料从液态转换成气态。
15.根据权利要求14所述的方法,其中将所述燃料从液态转换成气态的步骤包括使液化天然气气化。
16.根据权利要求11所述的方法,其中使所述加热介质流过与所述燃气涡轮机可操作关联的部件的步骤包括使所述加热介质流过发电机冷却器。
17.根据权利要求11所述的方法,其中使所述加热介质流过与所述燃气涡轮机可操作关联的部件的步骤包括使所述加热介质流过负载换相逆变器冷却器。
18.根据权利要求11所述的方法,其中使所述加热介质流过与所述燃气涡轮机可操作关联的部件的步骤包括使所述加热介质流过润滑油冷却器。
19.根据权利要求11所述的方法,其中使所述加热介质流过与所述燃气涡轮机可操作关联的部件的步骤包括使所述加热介质流过净化空气冷却器。
20.根据权利要求11所述的方法啊,其中使所述加热介质流入所述加热介质回路中的步骤包括将所述加热介质泵送 到闭合循环流体回路中。
【文档编号】F02C7/224GK103807024SQ201310553160
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】B.佩米, J.约翰, I.马宗德 申请人:通用电气公司

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