1、摘要 US 6412285（ B1 ） 冷卻空氣冷卻系統(tǒng)（ CCA ）是用來提供給燃氣輪機循環(huán)的。 該發(fā)明具體來說，空氣冷卻系統(tǒng)包括了一個外殼和一個管式換熱器，其中工質(zhì)水在管內(nèi)流動而空氣在殼側(cè)流動。離開換熱器的水會部分被蒸發(fā)。 因此，所得的這兩相水流/蒸汽流將進入分離器，在其中它會把水和蒸汽分開。 飽和蒸汽流向余熱蒸汽發(fā)生器，而分離器中水將進入換熱器進行再循環(huán)利用。15個權(quán)利要求，2張圖紙權(quán)利要求：1、 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠包括：一個具有能生產(chǎn)壓縮空氣的壓縮機的燃氣輪機系統(tǒng)，一個用來在該壓縮空氣中點燃燃料借此產(chǎn)生助燃空氣的燃燒室，以及一種燃氣輪機，用于膨脹之前的助燃空氣以此來產(chǎn)生機械能以及排除廢氣；

2、 一個蒸汽發(fā)生器，為了轉(zhuǎn)移乏汽中的一部分熱來產(chǎn)生至少一個汽流，在乏汽的流道處按順序在多個部分安置蒸汽發(fā)生器；一個蒸汽輪機系統(tǒng)，用于接收上述的至少一個汽流；而且還有一個冷卻空氣流道，用于引導壓縮空氣餾分從該壓縮機到至少一個上述壓縮機以及燃氣輪機中，用于冷卻部分壓縮空氣餾分； 在所述的冷卻空氣流道中包括一種熱交換系統(tǒng)，用于接收壓縮空氣餾分以及，用于轉(zhuǎn)移其中的熱來產(chǎn)生熱流體和冷卻后的壓縮空氣流，在所述的熱交換系統(tǒng)中包括一具有壓縮空氣進、出口的室，以及至少有一根管，用于流體水與該室中的熱壓縮空氣進行熱交換， 還包括一種流體分離器，用來把該熱流體分離成該室中管內(nèi)回流的水與第一汽流，還有至少一個泵，能將從

3、流體分離器中分離的水泵送至室中管。2、如權(quán)利要求1中的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，其中所述的多個部分包括一個第一部分以及一個第二部分，第一部分生產(chǎn)蒸汽流壓力高于上述的第二部分。3、如權(quán)利要求2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，還包括一個第一導管，用于將至少一部分之前在熱交換系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱流體送到所述的第二部分。4、如權(quán)利要求3中的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，進一步，包括一個第二導管，用于從第二部分將給水供給熱交換系統(tǒng)。5、如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，其中所述的管子中至少有一個用于加強熱交換的翅片管。6、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠包括：一個燃氣輪機，能燃燒燃料以便產(chǎn)生機械能以及熱廢氣；一個余熱回收蒸汽發(fā)生器，具有多個區(qū)段以及用于接收熱廢

4、氣以及在各種壓力下產(chǎn)生蒸汽；一個汽輪機，用于接收該蒸汽以及產(chǎn)生機械能； 以及一個冷卻空氣流道，用于引導壓縮空氣餾分從該壓縮機到至少一個上述壓縮機以及燃氣輪機，用于冷卻部分壓縮空氣餾分； 在所述的冷卻空氣流道中包括一種熱交換系統(tǒng)，用于接收壓縮空氣餾分以及，用于轉(zhuǎn)移其中的熱來產(chǎn)生熱流體和冷卻的壓縮空氣流，在所述的熱交換系統(tǒng)中包括一具有壓縮空氣進、出口的室，以及至少有一根管，用于流體水與該室中的熱壓縮空氣進行熱交換， 以及還包括一種流體分離器，用來把該熱流體分離成該室中用于管內(nèi)回流的水和一個第一汽流，以及至少一個泵，能將從流體分離器中分離的水泵送至室中管。7、如權(quán)利要求6中的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，其中所述

5、的多個部分包括一個第一部分以及一個第二部分，第一部分生產(chǎn)蒸汽流壓力高于上述第二部分。8、如權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，還包括一個第一導管，用于將至少一部分之前在熱交換系統(tǒng)中產(chǎn)生的該熱流體送到所述的第二部分。9、如權(quán)利要求8中的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，進一步，包括一個第二導管，用于從第二部分將給水供給熱交換系統(tǒng)。10、如權(quán)利要求7中的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，還包括一種流道，用于引導沿至少一部分再循環(huán)路徑之外的余熱回收蒸汽發(fā)生器的流體到第二部分，其中所述的再循環(huán)路徑包括該至少一根流體管，管中流體用于和室中的熱壓縮空氣進行熱交換，借此把熱從該壓縮空氣傳到該流體中.11、如權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，其中所述

6、的管子中至少有一個用于加強熱交換的翅片管。12、操縱一個具有燃氣輪機系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，一個余熱回收蒸汽發(fā)生器，以及汽輪機系統(tǒng)的方法步驟包括：提供一個熱交換系統(tǒng)，包括有壓縮空氣進、出口的一種室，以及至少有一根管，用于流體水與該室中的熱壓縮空氣進行熱交換； 操作該燃氣輪機系統(tǒng)燃燒燃料以產(chǎn)生熱壓縮空氣，機械能，以及廢氣流；通過熱交換系統(tǒng)引導一部分該熱壓縮空氣，來產(chǎn)生冷卻壓縮空氣以及熱流體；以及引導該冷卻壓縮空氣去冷卻一部分燃氣輪機系統(tǒng)，其中所述的熱交換系統(tǒng)還包括一種氣流分離器，用于將該被加熱的流體分離成水以及一個第一蒸汽流，以及至少一個泵，用于泵被流體分離器分離的水， 而且其中所說的方法進一步包

7、括將該熱流體分離成水和第一蒸汽流，以及操作至少一個泵將流體分離器中分離的水再循環(huán)到室中的管里的方法。13、權(quán)利12中的方法，還包括：從余熱回收蒸汽發(fā)生器中為熱交換系統(tǒng)提供給水。14、權(quán)利13中的方法，其中所述的余熱回收蒸汽發(fā)生器具有一個高壓部分，一個中間壓力部分、以及低壓部分，提供給水的步驟還包括從中間壓力部分提供給水。15、權(quán)利要求14中的方法，還包括引導第一汽流到余熱利用蒸汽發(fā)生器的中間壓力段的步驟。說明書 US 6412285（ B1 ） 背景本發(fā)明涉及采用了一種冷卻空氣冷卻系統(tǒng)（ CCA ）的燃氣輪機循環(huán)，用于冷卻渦輪或壓縮機部件中提取的熱壓縮空氣。 在現(xiàn)代高效燃氣輪機循環(huán)中，熱壓縮空

8、氣是被提取來冷卻壓縮機以及渦輪機部件的。 考慮到可靠性，控制的難易以及高成本的現(xiàn)有冷卻空氣冷卻系統(tǒng)（ CCA ），這些已經(jīng)顯然使得改進后的 CCA 系統(tǒng)設計成為一種必要。 圖1概要地說明了一種具有工藝水平的冷卻空氣冷卻系統(tǒng)（之后的 CCA 系統(tǒng)）的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，用于冷卻從渦輪以及壓縮機部件中抽取的熱壓縮空氣。 在圖示電廠中，一個燃氣輪機系統(tǒng)10，包括一個壓縮機14，燃燒系統(tǒng)18以及燃氣輪機膨脹器24，而且汽輪機系統(tǒng)示意所在34。 更準確地說，環(huán)境空氣12進入軸流壓氣機14然后所得的壓縮空氣16進入燃燒系統(tǒng)18，其中燃料20注入燃燒系統(tǒng)18然后發(fā)生燃燒。 燃燒混合物22離開燃燒系統(tǒng)18，進入渦輪

9、機24。 在渦輪部分，熱氣的能量被轉(zhuǎn)化為功。 該轉(zhuǎn)換有兩個步驟，熱氣體膨脹以及一部分熱能在渦輪的噴嘴部分被轉(zhuǎn)化為動能。 然后，在渦輪葉片部分，一部分動能轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)葉片上然后轉(zhuǎn)換為做功，例如，旋轉(zhuǎn)軸26。 一部分渦輪產(chǎn)生的功因此用來驅(qū)動壓縮機14，而剩余可用在，例如，發(fā)電機或機械載荷28。 熱廢氣30離開渦輪，流入余熱回收單元。 余熱回收單元會采用現(xiàn)已知的各種熱交換系統(tǒng)中的任意一種，包括，例如，常規(guī)的多壓力余熱回收蒸汽發(fā)生器（ HRSG ）32。 在所說明的配置中，燃氣輪機系統(tǒng)10以及蒸汽輪機系統(tǒng)34每個都驅(qū)動著相應的發(fā)生器（或其它負載）28, 36。 蒸汽輪機系統(tǒng)34用傳統(tǒng)方式與多壓力余熱回收

10、蒸汽發(fā)生器 （HRSG） 32聯(lián)系在一起。 從而，蒸汽38流入/流出汽輪機系統(tǒng)34，汽輪機系統(tǒng)34向冷凝器40排氣，冷凝物通過借助冷凝泵44的導管42從冷凝器40供給到余熱回收蒸汽發(fā)生器（HRSG） 32。 冷凝物會經(jīng)過HRSG 32的各種組分。 僅僅有低壓蒸發(fā)器46，中間壓力蒸發(fā)器48以及高壓蒸發(fā)器50在示例所示，容易理解的是，各種節(jié)能器，過熱器以及相關(guān)聯(lián)管道以及閥門通常在 HRSG 中，以及在這里與討論不直接相關(guān)的可以被簡單忽略。 如上述，由渦輪機排氣氣體30向 HRSG 32供熱，即汽體引入到 HRSG 32以及離開 HRSG 至52通道層疊（沒有顯示）。對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的進一步討論將通常限

11、定于那些配置相關(guān)聯(lián)合 CCA 系統(tǒng)54的組成成分。 在所述的 CCA 系統(tǒng)54中，如示意所示的通過導管56在溫度例如850900 F下熱壓縮空氣被提取，在釜式再沸器式外殼和管式換熱器58中被冷卻至溫度為約500-550 F 。 釜式再沸器58具有一個 U型管束 60，示意地顯示為在殼面浸泡在池水62中的管子，并且有熱壓縮氣體在該管內(nèi)。在管內(nèi)流動的熱空氣引起水池62的沸騰，還會使得飽和蒸汽64進入余熱回收蒸汽發(fā)生器（ HRSG ）32中的中間壓力（ IP ）蒸發(fā)器48后產(chǎn)生汽包。 （IP）中間壓力節(jié)油器的排出水66進入再沸器58外殼以此作為補充64產(chǎn)生的蒸汽。離開 CCA 換熱器58的冷空氣68

12、用于冷卻壓縮機和/或渦輪的部份，如示意所示的管道70以及72。于空氣側(cè)的旁路74還用來控制離開 CCA 系統(tǒng)54的空氣溫度。 由于 CCA 系統(tǒng)專門用于低系統(tǒng)空氣側(cè)壓降，考慮到功率循環(huán)熱效率，會通常使用一個二道 U型管束。發(fā)明詳述:就以上對于 CCA 系統(tǒng)的描述上看還有幾處潛在區(qū)域可以改良。 上述雙通管側(cè)的設計導致有二分之一的管片暴露在進入的熱風中，而另一半暴露在冷空氣中，使得換熱器在空氣側(cè)。 這導致管壁承受高的熱應力，而單程釜式再沸器將克服該問題，基于可靠性的考慮，單程管設計將需要一個殼體膨脹接頭或一個滑動管板。 在殼側(cè)上的精確水位控制被用于防止水飽和蒸汽過度滯留以及防止管道暴露在水池中，還

13、有防止水對熱空氣管進行短暫接觸。 為此，汽包水位通常通過在水體中不同的測量差壓下結(jié)合汽包的密度計算而得到。但是，在沸騰水池中有氣泡，于是對于空泡份額的精確計算需要精確的計算密度以及計算水位。特別是在瞬態(tài)情況下，空泡份額的計算，是這種應用中的一個具有挑戰(zhàn)性的工作。 另外，如上所述，空氣側(cè)只能設計為低壓降。 因此，空氣在管內(nèi)的低速流動導致其在空氣側(cè)的傳熱系數(shù)很低。擴展表面可以有利地在低傳熱面上降低換熱器的尺寸（例如散熱片）。為了經(jīng)濟，表面的擴展可施加在管面外側(cè)。 本發(fā)明提供一 CCA 系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)代燃氣輪機循環(huán)應用的可靠性，控制以及成本問題。 更準確地說，本發(fā)明具體是，該 CCA 系統(tǒng)包括提供

14、了一種殼以及管式換熱器，其中水在管內(nèi)部流動而空氣在換熱器的殼上流動。 在這種系統(tǒng)中，流出換熱器的水會被部分地被蒸發(fā)。 因此，本發(fā)明的進一步特征是，所得兩相的水/蒸汽流將進入分離蒸汽與水的分離器/閃蒸罐。通常在用循環(huán)水泵將它們泵到一較高壓力之后，離開分離器的飽和蒸汽會流向 HRSG 而分離的水進入換熱器。 由于空氣在管外流動，翅片管可以減少總換熱器尺寸。 從而，本發(fā)明體現(xiàn)在一個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，它包括一個具有生產(chǎn)壓縮空氣的壓縮機的燃氣輪機系統(tǒng)，一個燃燒器，用于在壓縮空氣中點燃燃料借此來產(chǎn)生助燃空氣，以及一個燃氣輪機，用于膨脹助燃空氣借此產(chǎn)生機械能以及排出廢氣； 蒸汽發(fā)生器，具有一個接收廢氣的進口以

15、及在乏汽通道處的多個部分依次設置蒸汽發(fā)生器，用于從乏汽中轉(zhuǎn)移熱量而至少產(chǎn)生一個汽流；一蒸汽輪機系統(tǒng)，用于接收至少一個汽流，還有一種冷卻空氣流道，用于引導壓縮空氣餾分從壓縮機到至少另一個壓縮機和一個用于部分冷卻壓縮空氣餾分的燃氣輪機； 其中包括一種接收壓縮空氣餾分的熱交換系統(tǒng)，用于從冷卻空氣流道轉(zhuǎn)移熱來產(chǎn)生熱流體，還產(chǎn)生一被冷卻的壓縮空氣流。上述的熱交換系統(tǒng)又包括具有壓縮空氣進、出口的一個室，以及有至少一根管子，用于流水與置于室中的壓縮空氣進行熱交換。 本發(fā)明也體現(xiàn)在一個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠操作方法上，它具有一個燃氣輪機系統(tǒng)，一余熱回收蒸汽發(fā)生器，以及汽輪機系統(tǒng)。該方法包括以下步驟：提供一種熱交換系統(tǒng)

16、，包括具有壓縮空氣進、出口的一個室，以及有至少一根管子，用于流水與置于室中的壓縮空氣進行熱交換； 操作燃氣輪機系統(tǒng)燃燒燃料以便產(chǎn)生熱壓縮空氣，機械能，以及廢氣流；引導一部分熱壓縮空氣通過熱交換系統(tǒng)來產(chǎn)生冷卻的壓縮空氣以及熱流體，而且引導冷卻的壓縮空氣冷卻一部分燃氣輪機系統(tǒng)。說明書附圖 正如其他事物一樣，我們可以從研究以下更詳細的說明和結(jié)合了附圖的本發(fā)明精選實施例中更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點，其中： 圖1示意描繪了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，它結(jié)合常規(guī)的冷卻空氣冷卻系統(tǒng)，而且 圖2是示意描繪了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，結(jié)合冷卻空氣冷卻系統(tǒng)體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點。詳細說明 該發(fā)明系統(tǒng)的進一步討論將通常限定在那些提供的組分或發(fā)明系

17、統(tǒng)的實施例中。在示圖2中顯示而不會再在下面討論的索引號，和圖1系統(tǒng)對應的組分的索引號基本相同，且被標記為提供一個參考標準。通常與示圖1相對應，但根據(jù)本發(fā)明的一個實施例修改的組分，都被標記著在圖1中用的相似的標號，只不過是標號數(shù)值上比圖1的多了100 （例如66到166）一CCA 系統(tǒng)154表明本發(fā)明包括：一種殼158以及管式換熱器160，被用于水在管內(nèi)部流動以及空氣在殼-側(cè)流動。 氣流從壓縮機中被抽取，然后通過導管156進入殼158中的空氣入口176。熱壓縮空氣在各個熱交換管160中流動，而由此所得的冷空氣通過出口178流出。流經(jīng)導管168的冷空氣用作冷卻如示意的流道170以及172中的空氣。

18、一旁路174被規(guī)定為從管道156到管道168，用于控制冷卻空氣溫度。 在所說明的實施例中，水在200處通過一個過冷溫度進入換熱器，（即低于飽和溫度），然后在換熱器里被部分地蒸發(fā)（10-20質(zhì)量份額）。 所得兩相的水流/汽流202然后進入分離器/閃蒸罐204，蒸汽以及水在其中分離。離開分離器的飽和蒸汽164進入余熱蒸汽發(fā)生器HRSG 32中的蒸發(fā)器48。 節(jié)油器的排水166進入分離器作為產(chǎn)生的蒸汽的補充，而這水流是被控制的，例如，在分離器204中通過閥206來保持穩(wěn)定的液面（在公差帶之內(nèi)）。 被分離的水162通過再循環(huán)水泵 208會被泵到一較高壓力，如上所述，由此在200處進入換熱器158。泵的

19、排出壓力足夠用來克服循環(huán)水系統(tǒng)的壓降。 在管道外流動的空氣可以使用翅片管（不再詳細描述）來減小換熱器的總尺寸。 冗余泵組，例如，泵208，用于提高系統(tǒng)的可靠性。 盡管圖2中用的是立式分離器204，但是也可以用臥式分離器，它額外的優(yōu)點是臥式分離器可堆疊在換熱器上面。 在一個典型實施例中，因為整個燃氣輪機的操作范疇包括部分負荷運載，再循環(huán)水路路徑中的水流量被保持在一個常量值。 水流量（恒定）被確定了，以便管側(cè)最大水蒸發(fā)量限制于大約10-20（即循環(huán)比率在5:1到10:1之間），因為整個燃氣輪機控制著外殼。 最大蒸發(fā)率的設定是為了保證二相流體在系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。 該系統(tǒng)設計以及控制優(yōu)于當前系統(tǒng)的關(guān)鍵特征/優(yōu)點如下： 在釜式再沸器設計中，當遇到空氣在管內(nèi)流動時，所提供的管側(cè)