專利名稱：聯(lián)合電力增強系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的主題涉及生產(chǎn)電力，尤其是涉及在高峰需求期間通過利用峰化循環(huán)的排 熱回收而生產(chǎn)電力。
背景技術(shù)：
基荷(也稱基本負荷，或基荷需求)是一個公共電力或配電公司必須向其客戶提 供的最小電力量，或者是需要滿足以客戶要求的合理期望為基礎(chǔ)的最低需求的電力量。在 大多數(shù)商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)，基荷值通常隨著時間而變化?；捎伤^的“基荷發(fā)電站”產(chǎn)生?？蛻綦娏π枨蟮姆寤蚋叻灞桓⌒颓腋囗憫?yīng)類型的發(fā)電站處理，其被稱為峰化 發(fā)電站。當然，基荷發(fā)電站可與峰化發(fā)電站位于一處。峰化發(fā)電站運行的時間可以是一天多 個小時或每年只有幾個小時，這取決于該地區(qū)的電網(wǎng)的狀況。建立高效的發(fā)電站是昂貴的， 因此，如果峰化發(fā)電站僅將運行短期或高度可變的時間，那么，使它與基本負荷發(fā)電站同樣 高效可能沒有經(jīng)濟意義。此外，基本負荷發(fā)電站中使用的設(shè)備和燃料通常不適合在峰化發(fā) 電站使用，因為波動狀況將嚴重地損傷設(shè)備。由于這些原因，核能、地?zé)崮堋U物能、煤炭以 及生物質(zhì)能的發(fā)電站很少作為峰化發(fā)電站運行，如果有的話。峰化發(fā)電站通常為燃燒天然氣的燃氣渦輪機。一些燃氣渦輪機燃燒源自石油的液 體，例如柴油和航空燃油，但其通常比天然氣貴，所以其使用受到限制。為了提高效率，在排氣處加入熱回收蒸汽發(fā)電機(HRSG)。這作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站 而為人所知。熱電聯(lián)合使用廢物排熱，以用于處理或其他加熱用途。這兩個選擇僅在意圖 比平常運行更長時期的發(fā)電站中使用。在過去，根據(jù)持續(xù)時間和最大電力要求，使用不同技術(shù)，已滿足高峰負荷要求。以 下描述了一些?，F(xiàn)有的一個方案是所謂的“管道燃燒”的方案。在高峰負荷運行期間，在熱回收蒸 汽發(fā)電機(HRSG)的上游的排氣煙囪中，燃燒額外的燃料，以產(chǎn)生額外的熱，由此在底部循 環(huán)中產(chǎn)生額外的蒸汽流和相伴的電力輸出。排氣是氧耗盡的，因此，燃燒不高效。進一步的 非均勻溫度分布可能導(dǎo)致HRSG管的壽命減少。此外，渦輪機稍微運行在“非設(shè)計”的狀況， 從而在高峰負荷運行期間導(dǎo)致更多的流，使正常的聯(lián)合循環(huán)模式運行低效且低出產(chǎn)。另一個方案涉及利用一種簡單循環(huán)燃氣渦輪機。為了需要顯著過長時期的高峰負 荷的應(yīng)用，使用基于補充的簡單循環(huán)的燃氣渦輪機。這種渦輪機的啟動時間必須短，范圍為 7-10分鐘，而且這是一個重要的設(shè)計要求。這類系統(tǒng)可運行于例如約37%的運行效率和 175MW的功率輸出。然而，這種系統(tǒng)由于其排氣中的未回收的熱，可能具有低的高峰負荷效 率。此外，這些系統(tǒng)可能需要昂貴且不太可靠的高溫選擇性催化還原(SCR)催化劑，以減少 峰化循環(huán)的NOx的產(chǎn)生。此外，用于高溫SCR的排氣扇非常昂貴，而且其自身要求高輔助需 求電力消耗。如果在峰化系統(tǒng)中使用氨噴射系統(tǒng)，那么，用于氨噴射系統(tǒng)的外部移動件是非 常高昂的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一燃氣渦輪機和連 接到燃氣渦輪機的熱回收蒸汽發(fā)電機。熱回收蒸汽發(fā)電機包括具有高壓過熱輸出的高壓過 熱器。該系統(tǒng)還包括第二燃氣渦輪機和聯(lián)接到第二燃氣渦輪機的輸出管道。該系統(tǒng)還包括 補充高壓過熱器和調(diào)溫器，該補充高壓過熱器位于輸出管道中，并熱聯(lián)接到高壓過熱輸出， 該調(diào)溫器聯(lián)接在高壓過熱輸出和補充高壓過熱器之間。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)電系統(tǒng)。這方面的系統(tǒng)包括聯(lián)合循環(huán)和峰 化循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)包括燃氣渦輪機和聯(lián)接到燃氣渦輪機的熱回收蒸汽發(fā)電機。熱回收蒸汽 發(fā)電機包括具有中壓過熱輸出的中壓過熱器和具有低壓過熱輸出的低壓過熱器。該峰化循 壞包括峰化燃氣渦輪機和聯(lián)接到峰化燃氣渦輪機的輸出管道。峰化循環(huán)還包括補充中壓過 熱器和補充低壓過熱器，該補充中壓過熱器位于輸出管道中并熱聯(lián)接到高壓過熱輸出，該 補充低壓過熱器位于輸出管道中并熱聯(lián)接到低壓過熱輸出。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于運行系統(tǒng)的一種方法包括聯(lián)合循環(huán)和峰化循環(huán)， 聯(lián)合循環(huán)包括燃氣渦輪機和聯(lián)接到燃氣渦輪機的熱回收蒸汽發(fā)電機，峰化循環(huán)包括峰化燃 氣渦輪機和輸出管道。本方法包括在熱回收蒸汽發(fā)電機中，使高壓輸出產(chǎn)物過熱；當輸出 產(chǎn)物在熱回收蒸汽發(fā)電機中過熱之后，在向另一渦輪機提供輸出產(chǎn)物之前，在輸出管道內(nèi) 的補充高壓加熱器中，使輸出產(chǎn)物過熱；以及當輸出產(chǎn)物在補充高壓過熱器中過熱之前，在 調(diào)溫器中將輸出產(chǎn)物與水混合。通過以下結(jié)合附圖的描述，這些和其他的優(yōu)點和特征將變得更清楚。


被認為是發(fā)明的本主題被特別指出并在所附權(quán)利要求中被明確主張。本發(fā)明的上 述及其他的特征和優(yōu)點通過以下結(jié)合附圖的詳細描述而變得清楚，其中圖1是發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖2是圖1所示的包括調(diào)溫器的的系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
通過參照附圖的示例，詳細的描述解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
部件列表
100發(fā)電系統(tǒng)
102聯(lián)合循環(huán)
104峰化循環(huán)
106壓縮機
107進氣口
108燃燒器
108壓縮機
110燃氣渦輪機
112輸出
114HSRG
116高壓過熱器
118中壓過熱器
120排氣管道
124低溫SCR
126煙囪
130燃氣渦輪機
132峰化壓縮機
134峰化燃燒器
140峰化排氣
142峰化排氣管道
136低壓補充過熱器
138峰化低溫SCR
142峰化HSRG
144虛線箭頭
200發(fā)電系統(tǒng)
202低壓水流
204水泵
206低壓蒸汽調(diào)溫器
300系統(tǒng)
302峰化循環(huán)
304燃燒器
306燃氣渦輪機
308輸出管道
314SCR
310低壓過熱器
312補充高壓過熱器
316低壓過熱器
320壓縮機
321進氣口
322燃燒器
324燃氣渦輪機
326高壓蒸汽渦輪機
328低壓蒸汽渦輪機
330HSRG
318高壓過熱器
332高壓預(yù)調(diào)溫器
334低壓預(yù)調(diào)溫器
338第二泵
339第三泵
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)400。系統(tǒng)包括峰化循環(huán)402。系 統(tǒng)400的不被峰化循環(huán)402包括的剩余部分在本文中將被稱為聯(lián)合循環(huán)。峰化循環(huán)402包括壓縮機403、燃燒器404以及燃氣渦輪機4 06。如上所述，燃氣 渦輪機406從燃氣或燃料的燃燒所產(chǎn)生的熱氣流中提取能量。在一個實施例中，提取的能 量被轉(zhuǎn)化為電能。峰化循環(huán)402還包括輸出管道408。在排氣被排放到環(huán)境之前，輸出管道 408處理來自燃氣渦輪機406的排氣。排氣的處理可由SCR 414完成。在一個實施例中， SCR 414利用常溫催化劑，而不是高溫催化劑。輸出管道408還包括補充低壓過熱器410和補充中壓過熱器412。補充過熱器410 和412分別連接到聯(lián)合循環(huán)中包含的低壓過熱器416和中壓過熱器418的輸出。聯(lián)合循環(huán)可包括壓縮機420，該壓縮器包括進氣口 421。壓縮機420聯(lián)接到燃燒器 422，該燃燒器燃燒壓縮空氣流中的燃氣或燃油。壓縮機422聯(lián)接到燃氣渦輪機424。燃氣 渦輪機424從燃氣或燃料的燃燒所產(chǎn)生的熱氣流中提取能量。在一個實施例中，提取的能 量被轉(zhuǎn)化為電能。燃氣渦輪機424的輸出是排氣，該排氣可用于聯(lián)合系統(tǒng)的其他循環(huán)中?？墒褂门?氣，例如，以加熱用于中壓蒸汽渦輪機426和低壓蒸汽渦輪機428中的蒸汽。所以，聯(lián)合循 環(huán)包括HSRG 430。HSRG 430可包括低壓過熱器416和中壓過熱器418。穿過中壓過熱器418的蒸汽在大約1050° F的溫度離開。中壓預(yù)調(diào)溫器432將蒸 汽與水混合。在一個實施例中，蒸汽在大約550° F的溫度離開中壓預(yù)調(diào)溫器432。中壓預(yù) 調(diào)溫器432接受來自中壓過熱器418的輸出的蒸汽和來自第一泵436的水。穿過低壓過熱器416的蒸汽在大約600° F的溫度離開。低壓預(yù)調(diào)溫器434將蒸 汽與水混合。在一個實施例中，蒸汽在大約350° F的溫度離開低壓預(yù)調(diào)溫器434。低壓預(yù) 調(diào)溫器434接受來自低壓過熱器416的輸出的蒸汽和來自第二泵438的水。過熱器416和 過熱器418接受來自第三泵439的水。中壓預(yù)調(diào)溫器432和低壓預(yù)調(diào)溫器434的輸出然后在峰化循環(huán)402的輸出管道 408中均過熱。尤其是中壓預(yù)調(diào)溫器432的輸出連接到補充中壓過熱器412的輸入。在一 個實施例中，補充中壓過熱器412使中壓預(yù)調(diào)溫器432的輸出過熱至大約1050° F的溫度。 補充中壓過熱器412的輸出聯(lián)接到中壓蒸汽渦輪機440的輸入。低壓預(yù)調(diào)溫器434的輸出連接到補充低壓過熱器410的輸入。在一個實施例中， 補充低壓過熱器410使低壓預(yù)調(diào)溫器434的輸出過熱至大約600° F的溫度。補充低壓過 熱器410的輸出聯(lián)接到低壓蒸汽渦輪機442的輸入。來自中壓蒸汽渦輪機440和低壓蒸汽 渦輪機442的剩余蒸汽在冷凝器444中被冷凝，并將其中產(chǎn)生的水提供至泵436、泵438以 及泵439。雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實施例而詳細地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該容易理解本發(fā)明 并不限于這些公開的實施例。相反，可將本發(fā)明修改，以接合迄今為止未描述的任何數(shù)量的 變型、變更、替換或等同布置，但這些與本發(fā)明的要旨和范圍相稱。此外，雖然已描述了本發(fā) 明的各種實施例，但是可以理解本發(fā)明的方面可以僅包括其中一些所描述的實施例。因此， 本發(fā)明不應(yīng)被視為由上述描述限制，而僅由所附的權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
一種發(fā)電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一燃氣渦輪機(324)；熱回收蒸汽發(fā)電機(330)，聯(lián)接到所述第一燃氣渦輪機(320)，并包括具有高壓過熱輸出的高壓過熱器(318)；第二燃氣渦輪機(306)；輸出管道(314)，聯(lián)接到所述第二燃氣渦輪機；補充高壓過熱器(308)，位于所述輸出管道(314)中，并熱聯(lián)接到所述高壓過熱輸出(318)；以及調(diào)溫器(322)，聯(lián)接在所述高壓過熱輸出和所述補充高壓過熱器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接到所述補充高壓過熱器的輸出的高壓蒸汽渦輪機(340)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)電機還包括具有中壓 過熱輸出的中壓過熱器(418)，并還包括補充中壓過熱器(410)，位于所述輸出管道中，并熱聯(lián)接到所述中壓過熱輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接到所述補充中壓過熱器的輸出的中壓蒸汽渦輪機(440)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接在所述中壓過熱輸出和所述補充中壓過熱器之間的中間調(diào)溫器(422)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)電機還包括具有低壓 過熱輸出的低壓過熱器(316)，并還包括補充低壓過熱器(310)，位于所述輸出管道中，并熱聯(lián)接到所述低壓過熱輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接到所述補充高壓過熱器的輸出的高壓蒸汽渦輪機(340)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出管道包括選擇性催化還原催化 劑(314)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇性催化還原催化劑不是高溫選 擇性催化還原催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及聯(lián)合電力增強系統(tǒng)和方法。具體而言，一種發(fā)電系統(tǒng)包括第一燃氣渦輪機(324)和聯(lián)接到燃氣渦輪機的熱回收蒸汽發(fā)電機(330)，并包括具有高壓過熱輸出的高壓過熱器(318)。該發(fā)電系統(tǒng)還包括第二燃氣渦輪機(306)、聯(lián)接到第二燃氣渦輪機的輸出管道(308)以及位于輸出管道中并熱聯(lián)接到高壓過熱輸出的補充高壓過熱器(312)。
文檔編號F01K21/04GK101865000SQ20101000513
公開日2010年10月20日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者A·S·森加, S·V·納坦梅, S·羅卡納思, S·阿布拉罕 申請人:通用電氣公司