利用太阳能加热系统来加热燃料的系统和方法 【技术领域】
本发明涉及在运行期间由涡轮机所消耗的燃料；并且更具体而言，涉及利用太阳能加热系统以加热由涡轮机所消耗的燃料的系统和方法。
背景技术
通常，由涡轮机所消耗的燃料的温度需要在特定的范围内。该燃料可包括(但不限于)各种类型的燃油、天然气或合成气。一些涡轮机的燃烧系统需要“加热的”燃料(例如，加热的天然气)。通常，天然气供应无法将天然气加热到涡轮机所需的温度。在此，使用燃料加热器以提高天然气的温度用于满足涡轮机的要求。燃料加热器需要能源以用于运行。一些燃料加热器需要能源提供在5和7兆瓦之间的功率。典型地，能源从涡轮机中获取、例如(但不限于)联接至涡轮机的发电机、来自余热回收蒸汽发生器的热水等。
太阳能动力(solar power)是可再生能源，其应用和用途在增加。在涡轮机暴露在足量的阳光下的地区中太阳能动力的用途可为有利的。使用太阳能动力的一些益处包括，但不限于：提高涡轮机的输出和效率、以及减少涡轮机的排放。
太阳能动力系统的效率根据所用的太阳能技术的类型而变化。这种变化可使得将太阳能技术附加至涡轮机所在地成本过高。
出于上述原因，需要一种减少与加热由涡轮机所消耗的燃料相关的寄生负载的系统。该系统应该结合相对高效的太阳能技术以提高由涡轮机所消耗的燃料的温度。
【发明内容】
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于提高燃料(130)的温度的系统，该系统包括：包括用于燃烧燃料(130)的燃烧系统(110)的涡轮机(100)；和至少一个构造成用于加热燃料(130)的太阳能加热系统(175)，其中，太阳能加热系统(175)与设置在燃烧系统(110)上游的燃料供应系统(133)成为一体；其中，该至少一个太阳能加热系统(175)将燃料(130)从第一温度加热至第二温度。
【附图说明】
图1是示出本发明的一个实施例可在其中运行的环境的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的太阳能加热系统的示例的示意图。
图3是示出根据本发明的一备选实施例的太阳能加热系统的示例的示意图。部件列表
100 涡轮机
105 压缩机
110 燃烧系统
100 涡轮机
115 涡轮段
120 排气
125 发电机
130 燃料
133 燃料供应系统
135 HRSG
140 烟囱
145 蒸汽
150 蒸汽轮机
155 发电机
160 冷凝器
165 冷凝物
170 泵
175 太阳能加热系统
180 燃料压缩机
185 燃料气体加热器
190 冷凝物加热系统
200 槽式抛物线型系统(Parabolic Trough System)
205 线性抛物面反射器
210 接收器
150 蒸汽轮机
300 塔式太阳能系统(Solar Tower System)
305 跟踪反射器
310 接收器
315 塔
【具体实施方式】
下文关于优选的实施例的详细描述参考示出本发明的具体实施例的附图。具有不同结构和运行的其它实施例不脱离本发明的范围。
某些用语在本文中仅为方便读者而使用且不应被视为对本发明的范围的限制。例如，如“上部”、“下部”、“左侧”、“右侧”、“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“水平的”、“垂直的”、“上游”、“下游”、“在前”、“在后”等等的词语只描述图中所示的构造。实际上，本发明的实施例的一个元件或多个元件可在任何的方向中定向，并且因此这些用语应被理解为包括了这样的变化(除非另有规定)。
本发明可应用于生成气态流体的各种涡轮机，例如(但不限于)，重型燃气轮机；航改燃气轮机；等等。本发明的一个实施例可应用于单个涡轮机或多个涡轮机。本发明的一个实施例可应用于在简单循环或联合循环构造中运行的涡轮机。
本发明的一个实施例采取可使用至少一个太阳能加热系统以加热由涡轮机所消耗的燃料的系统和方法的形式。本发明的元件可由任何能经受住在其下太阳能加热系统可起作用并运行的运行环境的材料所制成。
本发明的一个实施例可结合聚光式太阳能动力(CSP)。通常，CSP系统结合多个透镜、反光镜或其组合，以及跟踪系统以将大面积的阳光聚焦形成小的集中光束。然后，集中的光可用作热源。在本发明的一个实施例中，该热源可用作部分地或全部地加热由涡轮机所消耗的燃料。CSP系统可采取槽式太阳能系统、碟式抛物线型系统(parabolic dish system)、塔式太阳能动力系统等的形式。
现参考附图(在其中，全部数个视图，多个标号代表相同的元件)，图1是示出本发明的一个实施例可在其中运行的环境的示意图。图1示出了在联合循环构造中的涡轮机100和至少一个太阳能加热系统175。涡轮机100通常包括压缩机105、燃烧系统110以及涡轮段115。烟囱140可设置在涡轮段115的下游。
通常，压缩机105接收并压缩由图1中箭头所表示的进口空气。压缩空气可向下游流动至燃烧系统110，在该燃烧系统110中，压缩空气与燃料130(例如，但不限于，天然气)相混合并且然后被燃烧。燃烧过程期间所释放的能量向下游流动并驱动涡轮段115。负载(例如，但局不限于，发电机125)可联接至涡轮机100，其中，在涡轮段115中所产生的机械扭矩可驱动发电机125。
涡轮机100的运行期间所产生的排气120可向下游流向余热回收蒸汽发生器(HRSG)135。HRSG135利用热交换过程以将排气120中的一些热量传递给冷凝物165，产生蒸汽145。蒸汽145可向下游流动至蒸汽轮机150，该蒸汽轮机150可联接至负载(例如，但不限于，发电机155)。在蒸汽轮机150的运行期间，蒸汽145可在冷凝器160中冷凝，形成冷凝物165。泵170(例如，但不限于，锅炉供给泵)可将冷凝物165驱动到HRSG135中，在该HRSG135中，可重复上述过程。在流过HRSG135之后，排气120可流过烟囱140。
涡轮机100接收来自燃料供应系统133的燃料130。燃料供应系统133可在燃料130被供应到的所在地开始；流动通过燃料压缩机180并然后至燃烧系统110。如所讨论的，一些涡轮机100需要加热的燃料以为了性能和/或其它原因。在此，可沿着燃料供应系统133定位燃料气体加热器185以将燃料130加热至所期望的运行范围。如果由来自HRSG的IP水所加热，则燃料气体加热器185典型地消耗由涡轮机100所生成的约2-8兆瓦的能量。
该至少一个太阳能加热系统175的第一实施例可包括如图1和图2中所示的槽式抛物线型系统200。槽式抛物线型系统200的一个实施例可包括多个线性抛物面反射器205，该线性抛物面反射器205将阳光集中到沿着线性抛物面反射器205的焦线定位的接收器210上。线性抛物面反射器205设计成通过沿着至少一根轴线(在图中未示出)跟踪而在日照时间期间跟随阳光。接收器210可包括这样的管道，即，燃料130可流过该管道。在此，该至少一个太阳能加热系统175可通过传热的对流形式(例如，但不限于，强制对流、自然对流等)来加热燃料130。
该至少一个太阳能加热系统175的第二实施例可包括如图3中所示的塔式太阳能系统300。塔式太阳能系统300的一个实施例可结合多个跟踪反射器305以用于将阳光光线集中到塔315的顶部附近的中央接收器310上。接收器310可包括这样的管道，即，燃料130可流过该管道。在此，该至少一个太阳能加热系统175可通过传热的对流形式(例如，但不限于，强制对流、自然对流等)来加热燃料130。
在使用中，该至少一个太阳能加热系统175可将燃料130从第一温度加热至第二温度。在此，第一温度可认为是燃料130的未加热温度。在本发明的一个实施例中，第一温度可达到约150华氏度。此外，第二温度可认为是燃料130的受热的温度。在本发明的一个实施例中，第二温度可达到约700华氏度。
该至少一个太阳能加热系统175可给使用者提供多个益处。在本发明的一个实施例中，该至少一个太阳能加热系统175可提供由典型的重型涡轮机所产生的达到约8兆瓦的等效功率。在本发明的一个实施例中，该至少一个太阳能加热系统175可具有达到约85％的效率。
本发明的一备选实施例可使该至少一个太阳能加热系统175与现有的燃料气体加热器185成为一体。当该至少一个太阳能加热系统175不能够提供加热燃料所需的所有能量时，本实施例可允许燃料130的继续加热。例如，但不限于，在少于理想阳光的延续时段期间该至少一个太阳能加热系统175和燃料气体加热器185可共同运行以加热燃料130。
第二备选实施例涉及使用太阳能动力以在冷凝物165进入HRSG135之前对其进行加热。这可允许由于要求较少的用于生成蒸汽的功而提高HRSG135的效率。在此，用于加热燃料130的该至少一个太阳能加热系统175可与冷凝物回路成为一体。这可允许上述至少一个太阳能加热系统175加热燃料130和冷凝物165。
备选地，冷凝物加热系统190可与冷凝物回路成为一体以加热冷凝物165。冷凝物加热系统190可作为独立的太阳能动力系统而运行。冷凝物加热系统190可包括如前文所述的该至少一个太阳能加热系统175的形式和功能。
备选地，当阳光充足时，燃料气体加热器185可将来自太阳能的过量的热能传递至冷凝物165，以增加蒸汽145的产生。在此，燃料气体加热器185可作为燃料冷却器起作用。
本文中所使用的用语仅用于描述具体实施例的目的，并且不意在限制本发明。如在本文中所使用，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在同样包括复数形式，除非上下文明确另有说明。此外应理解的是，用词“包括”和/或“包含”在本说明书中被使用时特指所陈述的特征、整体、步骤、运行、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、运行、元件、部件、和/或其组合的存在或附加。
虽然在本文中已示出和描述了具体的实施例，但应懂得的是，任何计划以实现相同目的的布置都可替代所示的具体实施例，并且本发明在其它的环境中具有其它的应用。本申请意在涵盖本发明的任何修改或变化。所附权利要求决不意在将本发明的范围局限于本文中所描述的具体实施例。