一种燃气轮机-空气分离装置组合制造方法及图纸

一种联合有燃气轮机－空气分离装置的系统及其操作方法，该系统包含一个空气分离装置和一个燃气轮机发动机，该方法包含由空气分离装置提供一股富氮流体；膨胀并由此冷却上述富氮流体；将经膨胀的富氮流体输送到燃气轮机发动机的压缩机入口，使其进入该压缩机的入口的空气流相结合，以形成一股温度和含氧量都降低的总输入流，从而可增加燃气轮机的动力输出、提高效率并减少ＮＯ↓［Ｘ］（氮氧）的排放。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃气轮机-空气分离装置组合的系统。燃气轮机发动机在许多工业上被用作动力装置，例如航空、管道煤气传送、石油、炼钢、船舶和电力公用事业。对于许多固定的和移动的应用情况，其性能已被证明优于那些与之竞争的动力装置。随着燃气轮机发动机的普遍使用，在其效率和动力输出上即使微小的提高也是非常期望并且是需要的。因此，燃气轮机发动机已经在联合蒸汽和燃气装置中以各种方式与汽轮机相组合。为了提高效率，燃气轮机发动机也已经被用于煤的气化装置中，气化装置的形式基本上包含有空气分离装置和煤气发生装置。在空气分离装置中产生一种富氧流体。在煤气发生装置中，用富氧流体来部分地氧化煤，以生成可燃气体。这种可燃气体用作燃气轮机发动机的燃料。而这种装置的效率和动力输出即使是微小的进一步提高也是非常期望的。本专利技术通过设置一个有利于将燃气轮机发动机和空气分离装置结合的系统，而将明显地满足上述及其他各种要求。在本专利技术一个实施例中该系统包含(a)一个具有压缩机和燃烧器的燃气轮机发动机;(b)一个至少能生成一种富氮流体的空气分离装置;(c)一个膨胀器用来膨胀并因而冷却至少一部分从空气分离装置中排出后的富氮流体;和(d)将富氮流体已膨胀部分从膨胀器输送到燃气轮机发动机的压缩机的入口的管道。在本专利技术一个实施例中，该系统还包含一第二压缩机，用来压缩从空气分离装置中抽出后的富氮流体，还包含有冷却装置，用于冷却在膨胀器中膨胀之前已经被压缩的氮流体。本专利技术还提出一种用来操作结合有燃气轮机发动机和空气分离装置的系统。该方法包含有下列步骤(a)由空气分离装置产生至少一种富氮流体;(b)膨胀至少一部分从空气分离装置中排出后的富氮流体;和(c)将富氮流体的已被膨胀的部分输送到燃气轮机发动机的压缩机的入口。在另一个实施例中，该方法还包含有压缩和冷却一部分从空气分离装置中抽出后的但在膨胀之前的富氮流体。现在参照下面的具体实施例并配合有关附图可更好地理解本专利技术的上述和其他目的、结构特征及优点。附图中附图说明图1是一个流程图，其表示包含本专利技术一个实施例的各个装置，以及各装置之间的流体的流向;和图2也是一个流程图，其表示包含本专利技术另一实施例的各装置，以及各装置之间的流体的流向。这里所用的富氮流体是指一种含氮量大于空气含氮量的流体，典型地按容积计为85%至100%含氮量。这里所用的富氮流体是指一种含氧量大于空气含氧量的流体，典型地按容积计为80%至100%含氧量。空气分离装置是指一种可将空气分离成富氧流体和富氮流体的装置。本专利技术是针对一种结合有燃气轮机发动机和空气分离装置的系统。图1表示出本专利技术的一个具体实施例。该系统具有一个接收大气中空气流12的空气分离装置10，且其一般产生出富氧流体14或生成氧产品流体，以及还产生出至少一种富氮流体16。富氮流体往往是一种无用流体，其一般部分或全部排放到大气中。该系统还有一个燃气轮机发动机18，该发动机具有带有入口和出口的压缩机20，带有入口和出口的燃烧器22，以及带有入口和出口的涡轮机24。压缩机20的入口吸入空气，而其出口则与燃烧器22的入口相连，且燃烧器的出口与涡轮机24的入口连接，而涡轮机出口则向低压散热器例如向大气中排放。燃料流体26进入燃烧器22中，在那里与压缩空气一起燃烧。燃烧形成的热气流膨胀到接近涡轮机中的环境压力。燃气轮机发动机的动力输出可导引到发电机28，用以产生电力，此电力可使用到空气分离装置10或其他装置上。另一种可取方案是将轴动力用机械方法从燃气轮机发动机18传递到空气分离装置10上。一种有益于本专利技术使用的空气分离装置的型式是高压低温空气分离装置。富氮流体一般离开这一装置时的成分按容量计约为85%至100%的氮含量，温度接近环境温度，而压力约为200至约1000千帕(KPa)，最常见的约为415至约450千帕(KPa)。上述特性对使用至少一部分这种流体特别有吸引力。在图1所示实施例中，至少有一部分富氮流体16在膨胀器30内被膨胀到接近环境压力，从而进一步降低流体的温度。一般来说，当环境温度约为288K而富氮流体从空气分离装置取出压力为425千帕(KPa)时，则经膨胀后的流体温度约为208K;当环境温度约为305K而富氮流体从空气分离装置取出压力为425千帕(KPa)时，膨胀后的流体温度约为220K。膨胀后的富氮流体通过管道32被输送到燃气轮机发动机的压缩机20的入口，并与通向燃气轮机发动机的空气吸入气流34混合，以构成通向燃气轮机发动机的压缩机20的总输入流体36。构成通向压缩机20的总输入流体36中富氮流体的成分取决于若干因素。富氮流体16和大小受到从空气分离装置10可获得的富氮流体流量的限制。富氮流体的成分必须使总输入流体中要有足够的空气，以使总输入流体中有足够的氧以维持在燃气轮机发动机的燃烧器中的燃烧。富氮流体的成分也不能太高，以致总输入流体的温度被降低到燃气轮机发动机压缩机入口所允许的最低温度以下。由于这些因素，构成通向压缩机的总输入流体的富氮流体的成分，范围按容量计约为2%至约30%氮含量，通常约为5%至约15%。一般包含富氮流体的燃气轮机输入流按容量计约为7.3%，当环境温度约为288K且膨胀后的富氮流体的温度约为208K时，混合输入流的温度约为280K。而当环境温度约为305K，且膨胀后的富氮流体的温度约为220K时，混合输入流的温度约为300K。因此，通向燃气轮机发动机的入口输入流温度的显著降低是以综合提高燃气轮机发动机和系统的吸入空气量、效率和动力输出来达到的。吸入空气量的增加达到10%，系统效率可提高达到4%，而系统净动力输出的增加则达到10%，在此该系统包含着联合的烯气轮机和空气分离装置。这些改进是相对于一个使用将氮加到燃气轮机发动机燃烧器以作为NOx(氮氧)控制的类似系统而言的，其中从发动机排出NOx(氮氧)的含量在两种情况下都小于百万分之25(ppm)。对燃气轮机压缩机入口增加富氧流体而得到的另一好处是使燃气轮机NOx(氮氧)的排出减少。燃烧空气含氮量的减少则降低最高燃烧温度，因而也就减少NOx(氮氧)的形成。另一种选择是，为了减少燃气轮机发动机NOx(氮氧)的排放，可将一水流38，作为蒸汽或作为在燃烧器内蒸发的液体，增加到燃气轮机发动机的燃烧器中。随着水加到燃烧器中，为达到最佳NOx(氮氧)的减少可使所需要加到压缩机中的富氮流体的量减少。另一种选择是，储如机械冷冻器或汽化冷却器等冷却装置40可用来予冷进入燃气轮机发动机压缩机的空气。这种预冷增添了增加到燃气轮机发动机压缩机入口的富氮流体的作用，这些作用是提高燃气轮机发动机压缩机的容量、燃气轮机发动机的动力输出和燃气轮机发动机循环的效率。抵消预冷的优点是，所需冷却装置的费用和空气流在通过冷却装置时压力降减少。另一种选择，也可以示于减少燃气轮机发动机NOx(氮氧)排出的目的，从空气分离装置中提取第二富氮流体42。第二富氮流体42可以是上述富氮流体16的一部分。至少有一部分第二富氮流体在压缩机44内被压缩到一个压力，以使其能经由管道32被输送到燃气轮机发动机的燃烧器的入口，在此处含氮流体与从燃气轮机发动机压缩机排出的输入流体相混合。随着第二富氮流体42增加到燃烧器里，使为达到最佳NOx(氮氧)的减少而加到压缩器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合有燃气轮机发动机和空气分离装置的系统，所述系统包含：（ａ）一燃气轮机发动机，其具有一个带有入口和出口的压缩机，一个带有入口和出口的燃烧器，和一个带有入和出口的涡轮机。压缩机的入口用于接收空气，压缩机的出口连接到燃烧器的入口，燃烧 器的出口连接到涡轮机的入口上，而涡轮机的出口则连接到一低压散热器用以排放；（ｂ）一空气分离装置，其能产生至少一股富氮流体；（ｃ）一膨胀器，其用于膨胀并由此冷却至少一部分从所述空气分离装置排出后的所述富氮流体；和（ｄ）管道，其用于 将所述富氮流体的所述经膨胀的部分从所述膨胀器输送到所述燃气轮机发动机的所述压缩机入口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RF德里内维奇，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]