[发明专利]用于燃气涡轮机功率增大的系统和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题一般地涉及燃气涡轮机，且更具体地，涉及用于操作燃气涡轮机的方法和装置。

背景技术

燃气涡轮机广泛地应用于诸如发电的领域。常规的燃气涡轮机系统包括压缩机，其压缩周围空气；燃烧室，其用于将压缩空气与燃料混合并燃烧该混合物；以及涡轮，其被燃烧混合物驱动以产生功率和排气。

本领域已知用于增加燃气涡轮机能够产生的功率的量的各种策略。增加燃气涡轮机的功率输出的一种方式是通过在压缩机中压缩入口空气之前对其进行冷却。冷却导致空气具有更高的密度，从而产生进入压缩机的更高的质量流率。进入压缩机的空气的更高的质量流率允许压缩更多的空气，从而允许燃气涡轮机产生更多功率。此外，冷却入口空气温度增加了燃气涡轮机的效率。

已经设计并实施了各种系统和方法来冷却入口空气，用于有效而高效的燃气涡轮机操作。一种此类系统通过隐藏(即蒸发性)冷却来冷却空气。通过使水在腔室内的板或格状介质上流动且然后通过该腔室抽吸空气，此类系统使用环境温度下的水来冷却空气。蒸发性冷却可将进入空气冷却至其湿球温度附近。蒸发性冷却可以是冷却入口空气的高效方法，因为仅需要最小量的寄生功率来操作蒸发性冷却系统。

然而，在很多情况下，蒸发性冷却对于冷却涡轮机入口空气并不是有效而高效的方法。例如，蒸发性冷却在相对潮湿的气候中并非工作良好。此外，使用蒸发性冷却方法用周围水可形成的冷却的量与其它方法相比可能是最小的，因而导致由燃气涡轮机产生的功率的增长较小。

其它此类系统通过可察觉冷却来冷却空气。这些类型的系统典型地使用机械制冷机来制冷水，并随后使该水流过入口制冷机盘管。空气被抽吸过该盘管以使空气冷却。这些系统可以是有效的，因为它们可以将入口空气冷却至远低于使用隐藏冷却方法所能达到的水平的水平，例如低于湿球温度，从而允许燃气涡轮机产生多得多的功率。此外，这些系统可用在相对潮湿的气候中。

然而，在很多情况下，可察觉冷却方法对于冷却涡轮机入口空气并不是有效而高效的方法。例如，需要用来操作机械制冷机和入口制冷机盘管系统的寄生功率会很可观。因此，由使用该系统所导致的一定量的增加的燃气涡轮机功率生产将需要用来驱动该系统。此外，大到足以应对通过燃气涡轮机的空气的流率的用于机械制冷机设备以及入口制冷机盘管系统的资本成本很可观，并且可能是高得无法承受的。另外，制冷机盘管系统典型地需要被冷却至40°F以下温度的冷却物质流，以便提供对入口空气的充分冷却。最后，制冷机盘管在燃气涡轮机入口流上强加了相当大的压降，这代表了当盘管未操作时相当大的功率发生损耗。

因此，这样一种系统会是有益的，其能够在多种环境条件下有效地冷却入口空气，不需要高得无法承受的资本成本，强加较小的压降，并且不需要相当大的寄生功率来操作。此外，按需要使用隐藏冷却或可察觉冷却，从而在多种环境条件下提供最优燃气涡轮机效果和效率的用于冷却燃气涡轮机入口空气的系统和方法也会是有益的。

发明内容

在以下描述中将部分地陈述本发明的多个方面和优点，或者可从该描述变得明显，或者可通过本发明的实践而获悉。

在一个实施例中，提供了一种燃气涡轮机功率增大系统，其包括制冷机、控制器、热交换器以及燃气涡轮机入口空气流。制冷机可操作以使用来自热源的能量来制冷冷却剂流。控制器可以可操作地连接到制冷机上，并配置成与至少一个环境条件相关而调整制冷机的操作。调整制冷机的操作可包括当环境条件处在第一环境条件水平时操作制冷机以制冷冷却剂流，而当环境条件处在第二环境条件水平时不操作制冷机来制冷冷却剂流。热交换器可与制冷机成流体连通，并配置成允许冷却剂流通过该热交换器。燃气涡轮机入口空气流可在进入燃气涡轮机入口前被引导通过热交换器，允许空气流与冷却剂流相互作用，从而冷却该空气流。

在另一个实施例中，提供了一种用于燃气涡轮机功率增大的方法，其包括测量至少一个环境条件，与该至少一个环境条件相关而调整制冷机的操作，其中该制冷机的操作使用来自热源的能量来制冷冷却剂流，以及通过热交换器传送该冷却剂流。调整制冷机的操作包括当环境条件处在第一环境条件水平时操作制冷机以制冷冷却剂流，而当环境条件处在第二环境条件水平时不操作制冷机来制冷冷却剂流。热交换器可配置成允许燃气涡轮机入口空气流通过该热交换器以与冷却剂流相互作用，从而在空气流进入燃气涡轮机入口之前冷却该空气流。

参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。