1、摘要 US 6412285（ B1 ） 冷卻空氣冷卻系統（ CCA ）是用來提供給燃氣輪機循環的。 該發明具體來說，空氣冷卻系統包括了一個外殼和一個管式換熱器，其中工質水在管內流動而空氣在殼側流動。離開換熱器的水會部分被蒸發。 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生器，而分離器中水將進入換熱器進行再循環利用。15個權利要求，2張圖紙權利要求：1、 聯合循環發電廠包括：一個具有能生產壓縮空氣的壓縮機的燃氣輪機系統，一個用來在該壓縮空氣中點燃燃料借此產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生機械能以及排除廢氣；

2、 一個蒸汽發生器，為了轉移乏汽中的一部分熱來產生至少一個汽流，在乏汽的流道處按順序在多個部分安置蒸汽發生器；一個蒸汽輪機系統，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，用于接收壓縮空氣餾分以及，用于轉移其中的熱來產生熱流體和冷卻后的壓縮空氣流，在所述的熱交換系統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、如權利要求1中的聯合循環發電廠，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，第一部分生產蒸汽流壓力高于上述的第二部分。3、如權利要求2所述的聯合循環發電廠，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中產生的熱流體送到所述的第二部分。4、如權利要求3中的聯合循環發電廠，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。5、如權利要求1所述的聯合循環發電廠，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、聯合循環發電廠包括：一個燃氣輪機，能燃燒燃料以便產生機械能以及熱廢氣；一個余熱回收蒸汽發生器，具有多個區段以及用于接收熱廢

4、氣以及在各種壓力下產生蒸汽；一個汽輪機，用于接收該蒸汽以及產生機械能； 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，用于接收壓縮空氣餾分以及，用于轉移其中的熱來產生熱流體和冷卻的壓縮空氣流，在所述的熱交換系統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、如權利要求6中的聯合循環發電廠，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，第一部分生產蒸汽流壓力高于上述第二部分。8、如權利要求7所述的聯合循環發電廠，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中產生的該熱流體送到所述的第二部分。9、如權利要求8中的聯合循環發電廠，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。10、如權利要求7中的聯合循環發電廠，還包括一種流道，用于引導沿至少一部分再循環路徑之外的余熱回收蒸汽發生器的流體到第二部分，其中所述的再循環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、如權利要求7所述的聯合循環發電廠，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的聯合循環發電廠，一個余熱回收蒸汽發生器，以及汽輪機系統的方法步驟包括：提供一個熱交換系統，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燃燒燃料以產生熱壓縮空氣，機械能，以及廢氣流；通過熱交換系統引導一部分該熱壓縮空氣，來產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，其中所述的熱交換系統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到室中的管里的方法。13、權利12中的方法，還包括：從余熱回收蒸汽發生器中為熱交換系統提供給水。14、權利13中的方法，其中所述的余熱回收蒸汽發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生器的中間壓力段的步驟。說明書 US 6412285（ B1 ） 背景本發明涉及采用了一種冷卻空氣冷卻系統（ CCA ）的燃氣輪機循環，用于冷卻渦輪或壓縮機部件中提取的熱壓縮空氣。 在現代高效燃氣輪機循環中，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有冷卻空氣冷卻系統（ CCA ），這些已經顯然使得改進后的 CCA 系統設計成為一種必要。 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（之后的 CCA 系統）的聯合循環系統，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10，包括一個壓縮機14，燃燒系統18以及燃氣輪機膨脹器24，而且汽輪機系統示意所在34。 更準確地說，環境空氣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18，其中燃料20注入燃燒系統18然后發生燃燒。 燃燒混合物22離開燃燒系統18，進入渦輪

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

10、蒸汽發生器 （HRSG） 32聯系在一起。 從而，蒸汽38流入/流出汽輪機系統34，汽輪機系統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生器（HRSG） 32。 冷凝物會經過HRSG 32的各種組分。 僅僅有低壓蒸發器46，中間壓力蒸發器48以及高壓蒸發器50在示例所示，容易理解的是，各種節能器，過熱器以及相關聯管道以及閥門通常在 HRSG 中，以及在這里與討論不直接相關的可以被簡單忽略。 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）。對于傳統系統的進一步討論將通常限

11、定于那些配置相關聯合 CCA 系統54的組成成分。 在所述的 CCA 系統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。在管內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生器（ HRSG ）32中的中間壓力（ IP ）蒸發器48后產生汽包。 （IP）中間壓力節油器的排出水66進入再沸器58外殼以此作為補充64產生的蒸汽。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。于空氣側的旁路74還用來控制離開 CCA 系統54的空氣溫度。 由于 CCA 系統專門用于低系統空氣側壓降，考慮到功率循環熱效率，會通常使用一個二道 U型管束。發明詳述:就以上對于 CCA 系統的描述上看還有幾處潛在區域可以改良。 上述雙通管側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。 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。特別是在瞬態情況下，空泡份額的計算，是這種應用中的一個具有挑戰性的工作。 另外，如上所述，空氣側只能設計為低壓降。 因此，空氣在管內的低速流動導致其在空氣側的傳熱系數很低。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）。為了經濟，表面的擴展可施加在管面外側。 本發明提供一 CCA 系統，用于解決現代燃氣輪機循環應用的可靠性，控制以及成本問題。 更準確地說，本發明具體是，該 CCA 系統包括提供

14、了一種殼以及管式換熱器，其中水在管內部流動而空氣在換熱器的殼上流動。 在這種系統中，流出換熱器的水會被部分地被蒸發。 因此，本發明的進一步特征是，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，本發明體現在一個聯合循環發電廠，它包括一個具有生產壓縮空氣的壓縮機的燃氣輪機系統，一個燃燒器，用于在壓縮空氣中點燃燃料借此來產生助燃空氣，以及一個燃氣輪機，用于膨脹助燃空氣借此產生機械能以及排出廢氣； 蒸汽發生器，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生器，用于從乏汽中轉移熱量而至少產生一個汽流；一蒸汽輪機系統，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，用于從冷卻空氣流道轉移熱來產生熱流體，還產生一被冷卻的壓縮空氣流。上述的熱交換系統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。 本發明也體現在一個聯合循環發電廠操作方法上，它具有一個燃氣輪機系統，一余熱回收蒸汽發生器，以及汽輪機系統。該方法包括以下步驟：提供一種熱交換系統

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； 操作燃氣輪機系統燃燒燃料以便產生熱壓縮空氣，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來產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。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合了附圖的本發明精選實施例中更好地理解本發明的優點，其中： 圖1示意描繪了聯合循環發電廠，它結合常規的冷卻空氣冷卻系統，而且 圖2是示意描繪了聯合循環發電廠，結合冷卻空氣冷卻系統體現本發明的優點。詳細說明 該發明系統的進一步討論將通常限定在那些提供的組分或發明系

17、統的實施例中。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，但根據本發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，只不過是標號數值上比圖1的多了100 （例如66到166）一CCA 系統154表明本發明包括：一種殼158以及管式換熱器160，被用于水在管內部流動以及空氣在殼-側流動。 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（10-20質量份額）。 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進入余熱蒸汽發生器HRSG 32中的蒸發器48。 節油器的排水166進入分離器作為產生的蒸汽的補充，而這水流是被控制的，例如，在分離器204中通過閥206來保持穩定的液面（在公差帶之內）。 被分離的水162通過再循環水泵 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水系統的壓降。 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，以便管側最大水蒸發量限制于大約10-20（即循環比率在5:1到10:1之間），因為整個燃氣輪機控制著外殼。 最大蒸發率的設定是為了保證二相流體在系統中的穩定性。 該系統設計以及控制優于當前系統的關鍵特征/優點如下： 在釜式再沸器設計中，當遇到空氣在管內流動時，所提供的管側