CH701017A2 - System und Verfahren zur Brennstofferwärmung für eine Gasturbine. - Google Patents

Abstract

System für eine Gasturbine, enthaltend einen Brennstoffvorwärmer (64). Der Brennstoffvorwärmer (64) enthält einen ersten Wärmetauscher (74), der konfiguriert ist, um komprimierte Luft (80, 84) von einem Verdichter (20) zu empfangen und um Wärme von der komprimierten Luft (80, 84) auf Speisewasser (92) zu übertragen. Der Brennstoffvorwärmer (64) enthält ferner einen zweiten Wärmetauscher (76), der konfiguriert ist, um erwärmtes Speisewasser (94) von dem ersten Wärmetauscher (74) zu empfangen und um Wärme von dem erwärmten Speisewasser (94) auf einen Brennstoff (98) zu übertragen.

Description

  Hintergrund zu der Erfindung

  

[0001]    Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Vorwärmung von Brennstoff für eine Gasturbine.

  

[0002]    Gasturbinen verwenden gewöhnlich ein Gemisch aus Brennstoff und komprimierter Luft für eine Verbrennung. Jedoch kann der Brennstoff in einigen Fällen eine relativ niedrige Temperatur aufweisen, während die komprimierte Luft eine relativ hohe Temperatur aufweisen kann. Die niedrige Brennstofftemperatur kann die Leistungsfähigkeit reduzieren, den Wirkungsgrad reduzieren und Emissionen der Gasturbine erhöhen. Folglich kann es erwünscht sein, den Brennstoff zu erwärmen, bevor dieser mit der komprimierten Luft vermischt wird, um die Leistungsfähigkeit, den Wirkungsgrad und die Emissionen der Gasturbine zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Erfindung

  

[0003]    Bestimmte Ausführungsformen entsprechend dem Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung sind nachstehend kurz zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken, sondern sollen vielmehr nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung liefern. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Formen einnehmen, die den hier nachstehend angegebenen Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von diesen unterscheiden können.

  

[0004]    In einer ersten Ausführungsform enthält ein System eine Gasturbine. Die Gasturbine enthält einen Verdichter, der konfiguriert ist, um Luft zu empfangen und zu komprimieren. Die Gasturbine enthält ferner eine Brennkammer, die konfiguriert ist, um eine erste Strömung der komprimierten Luft von dem Verdichter und Brennstoff zu empfangen, wobei die Brennkammer konfiguriert ist, um ein Gemisch aus der komprimierten Luft und dem Brennstoff zu zünden, um ein Abgas zu erzeugen. Die Gasturbine enthält ferner eine Turbine, die konfiguriert ist, um das Abgas von der Brennkammer zu empfangen und um das Abgas zur Drehung einer Welle zu nutzen.

   Das System enthält ferner ein Brennstoffsystem, das konfiguriert ist, um eine zweite Strömung der komprimierten Luft von dem Verdichter zu empfangen, den Brennstoff mit Wärme von der zweiten Strömung der komprimierten Luft zu erwärmen und den erwärmten Brennstoff zu der Brennkammer zu liefern.

  

[0005]    In einer zweiten Ausführungsform enthält ein System einen Kraftstoffvorwärmer. Der Kraftstoffvorwärmer enthält einen ersten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um komprimierte Luft von einem Verdichter zu empfangen und um Wärme von der komprimierten Luft auf ein Speisewasser zu übertragen. Der Brennstoffvorwärmer enthält ferner einen zweiten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um erwärmtes Speisewasser von dem ersten Wärmetauscher zu empfangen und um Wärme von dem erwärmten Speisewasser auf einen Brennstoff zu übertragen.

  

[0006]    In einer dritten Ausführungsform enthält ein Verfahren ein Erwärmen von Speisewasser in einem ersten Wärmetauscher unter Verwendung komprimierter Luft von einem Verdichter als eine erste Wärmequelle. Das Verfahren enthält ferner ein Erwärmen von Brennstoff in einem zweiten Wärmetauscher unter Verwendung des erwärmten Speisewassers von dem ersten Wärmetauscher als eine zweite Wärmequelle.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0007]    Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen und in denen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Kombizyklus-Energieerzeugungssystems, das eine Gasturbine, eine Dampfturbine, ein Abhitzedampferzeugersystem (HRSG-System, Heat Recovery Steam Generation System), und ein Brennstoffsystem aufweist;


  <tb>Fig. 2<sep>ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform der Gasturbine, des Lufteinlasssystems und des Brennstoffsystems nach Fig. 1.


  <tb>Fig. 3<sep>ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Erwärmung von Brennstoff in dem Brennstoffsystem nach Fig. 1 unter Verwendung erwärmter Luft von einem Verdichter der Gasturbine nach Fig. 1 als eine Wärmequelle; und


  <tb>Fig. 4<sep>eine graphische Darstellung der Temperatur und der Massendurchsätze der erwärmten Luft, des Brennstoffs und des Speisewassers bei einer Ausführungsform des Brennstoffsystems während des Starts.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

  

[0008]    Nachstehend sind eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe und präzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in der Beschreibung erläutert sein. Es sollte verständlich sein, dass bei der Entwicklung jeder beliebigen derartigen tatsächlichen Umsetzung, wie bei jedem Entwicklungs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um spezielle Ziele der Entwickler, wie beispielsweise die Erfüllung systembezogener und unternehmensbezogener Randbedingungen, zu erreichen, die von einer Umsetzung zur anderen variieren können.

   Ausserdem sollte es verständlich sein, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch dennoch für Fachleute auf dem Gebiet, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, ein routinemässiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.

  

[0009]    Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel "ein", "eine", "der", "die" und "das" bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente geben kann. Die Ausdrücke "aufweisen", "enthalten" und "haben" sollen im Sinne von "inklusive" verstanden werden und bedeuten, dass es ausser den gelisteten Elementen weitere Elemente geben kann.

  

[0010]    Die offenbarten Ausführungsformen enthalten Systeme und Verfahren zur Erwärmung von Brennstoff für eine Gasturbine unter Verwendung erwärmter Luft von einem Verdichter der Gasturbine. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen komprimierte Luft von dem Verdichter in einen ersten Wärmetauscher geleitet werden, worin die komprimierte Luft verwendet wird, um Speisewasser von einem Speisewassersystem zu erwärmen. Das Speisewasser kann zum Beispiel von Mitteldruckabschnitten eines Abhitzedampferzeugungssystems (HRSG-Systems) stammen. Als nächstes kann das erwärmte Speisewasser von dem ersten Wärmetauscher in einen zweiten Wärmetauscher geleitet werden, worin das erwärmte Speisewasser verwendet wird, um Brennstoff vorzuwärmen, bevor der Brennstoff zu der Gasturbine zur Verbrennung geliefert wird.

   Die Verwendung von Speisewasser als ein Wärmezwischenträger, beseitigt die Möglichkeit einer Vereinigung von komprimierter Luft und Brennstoff in den Wärmetauschern. Da das Speisewassersystem bereits in Verbindung mit der Gasturbine, insbesondere in Kombizyklus-Energieerzeugungsanlagen, verwendet werden kann, kann ausserdem die Notwendigkeit einer externen Wärmeübertragungsausrüstung (z.B. von Hilfskesseln, elektrischen Heizvorrichtungen und dergleichen) reduziert oder sogar eliminiert sein. In anderen Ausführungsformen kann ein anderes Fluid als Speisewasser verwendet werden, um Wärme von der komprimierten Luft auf den Brennstoff über den ersten und den zweiten Wärmetauscher zu übertragen. Ausserdem können andere Wärmequellen, wie beispielsweise Gasturbinenabgas, Dampf und dergleichen, verwendet werden, um das Wärmezwischenträgermedium zu erwärmen.

   Darüber hinaus können auch modifizierte Wärmetauscherkonfigurationen, einschliesslich anderer Wärmezwischenträgermedien, eingesetzt werden.

  

[0011]    Fig. 1 zeigt ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10, das eine Gasturbine, eine Dampfturbine, ein HRSG-System und ein Brennstoffsystem aufweist. Wie in grösseren Einzelheiten nachstehend beschrieben, kann das Brennstoffsystem konfiguriert sein, um den Brennstoff vorzuwärmen, bevor der Brennstoff zu der Gasturbine geliefert wird. Insbesondere kann das Brennstoffsystem einen ersten Wärmetauscher zur Erwärmung von Speisewasser mit erwärmter komprimierter Luft von einem Verdichter der Gasturbine und einen zweiten Wärmetauscher zur Erwärmung des Brennstoffs mit erwärmtem Speisewasser von dem ersten Wärmetauscher enthalten.

  

[0012]    Das System 10 kann eine Gasturbine 12 zum Antreiben einer ersten Last 14 enthalten. Die erste Last 14 kann zum Beispiel ein elektrischer Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung sein. Die Gasturbine 12 kann eine Turbine 16, einen Brenner oder eine Brennkammer 18 und einen Verdichter 20 enthalten. Das System 10 kann ferner eine Dampfturbine 22 zum Antreiben einer zweiten Last 24 enthalten. Die zweite Last 24 kann ebenfalls ein elektrischer Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung sein. Jedoch können sowohl die erste als auch die zweite Last 14, 24 auch Lasten anderer Arten sein, die in der Lage sind, von der Gasturbine 12 und der Dampfturbine 22 angetrieben zu sein.

   Obwohl die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 22 gesonderte Lasten 14 und 24. antreiben können, wie dies in der veranschaulichten Ausführungsform dargestellt ist, können die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 22 darüber hinaus auch in einer Tandemanordnung eingesetzt werden, um über eine einzige Welle eine einzige Last anzutreiben. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Dampfturbine 22 einen Niederdruckabschnitt 26 (LP ST), einen Mitteldruckabschnitt 28 (IP ST) und einen Hochdruckabschnitt 30 (HP ST) enthalten. Jedoch kann die spezielle Konfiguration der Dampfturbine 22 sowie der Gasturbine 12 implementationsspezifisch sein und eine beliebige Kombination von Abschnitten enthalten.

  

[0013]    Das System 10 kann ferner einen mehrstufigen Abhitzedampferzeuger (HRSG) 32 enthalten. Die Komponenten des HRSGs 32 in der veranschaulichten Ausführungsform stellen eine vereinfachte Darstellung des HRSGs 32 dar und sind nicht dazu bestimmt, beschränkend zu sein. Vielmehr ist der dargestellte HRSG 32 veranschaulicht, um die allgemeine Funktionsweise derartiger HRSG-Systeme zu vermitteln. Erwärmtes Abgas 34 von der Gasturbine 12 kann in den HRSG 32 befördert und verwendet werden, um Dampf zu erhitzen, der zum Antreiben der Dampfturbine 22 genutzt wird. Abdampf von dem Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 kann in einen Kondensator 36 geleitet werden. Kondensat von dem Kondensator 36 kann wiederum mit Hilfe einer Kondensatpumpe 38 in einen Niederdruckabschnitt des HRSGs 32 befördert werden.

  

[0014]    Das Kondensat kann anschliessend durch einen Niederdruck-Speisewasservorwärmer (Niederdruck-Economiser-) 40 (LPE-CON), eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um mit Gasen Speisewasser zu erwärmen, das zur Erwärmung des Kondensats verwendet werden kann, strömen. Von dem Niederdruck-Speisewasservorwärmer 40 kann ein Teil des Kondensats in einen Niederdruck-Verdampfer (Niederdruck-Evaporator) 42 (LPE-VAP) geleitet werden, während der Rest zu einem Mitteldruck-Speisewasservorwärmer bzw. -Economiser 44 (IPECON) gepumpt werden kann. Dampf von dem Niederdruck-Verdampfer 42 kann zu dem Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 zurückgeführt werden.

   In gleicher Weise kann ein Teil des Kondensats von dem Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 44 in einen Mitteldruck-Verdampfer bzw. -Evaporator 46 (IPEVAP) geleitet werden, während der Rest zu einem Hochdruck-Speisewasservorwärmer bzw. -Economiser 48 (HPECON) hin gepumpt werden kann. Zusätzlich kann Dampf und/oder Speisewasser von dem Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 44 und/oder dem Mitteldruck-Verdampfer 46 zu einem Brennstoffsystem geliefert werden, worin er bzw. es verwendet werden kann, um Brennstoff zur Verwendung in der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 zu erwärmen. Dampf von dem Mitteldurck-Verdampfer 46 kann zu dem Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 befördert werden.

   Erneut können die Verbindungen zwischen den Speisewasservorwärmern, Verdampfern und der Dampfturbine 22 je nach Umsetzung variieren, da die veranschaulichte Ausführungsform lediglich für die allgemeine Funktionsweise eines HRSG-Systems veranschaulichend ist, das besondere Aspekte der vorliegenden Ausführungsformen nutzen kann.

  

[0015]    Schliesslich kann das Kondensat von dem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 48 in einen Hochdruck-Verdampfer bzw. -Evaporator 50 (HPEVAP) geleitet werden. Aus dem Hochdruck-Verdampfer 50 austretender Dampf kann in einen primären Hochdruck-Überhitzer 52 und einen letzten Hochdruck-Überhitzer 54 geleitet werden, worin der Dampf überhitzt und gegebenenfalls zu dem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 geliefert wird. Abdampf von dem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 kann wiederum in den Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 geleitet werden. Abdampf von dem Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 kann in den Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 geleitet werden.

  

[0016]    Ein Zwischenstufen-Dampfkühler bzw. -Einspritzkühler 56 kann zwischen dem primären Hochdruck-Überhitzer 52 und dem letzten Hochdruck-Überhitzer 54 angeordnet sein. Der Zwischenstufen-Dampfkühler 56 kann eine robuste Steuerung der Abdampftemperatur des Dampfes von dem letzten Hochdruck-Überhitzer 54 ermöglichen. Insbesondere kann der Zwischenstufen-Dampfkühler 56 konfiguriert sein, um die Temperatur des aus dem letzten Hochdruck-Überhitzer 54 austretenden Dampfes durch Einspritzung eines kühleren Speisewasssersprühstrahls in den überhitzten Dampf stromaufwärts von dem letzten Hochdruck-Überhitzer 54 jedes Mal, wenn die Abdampftemperatur des aus dem letzten Hochdruck-Überhitzer 54 austretenden Dampfes einen vorbestimmten Wert überschreitet, zu steuern.

  

[0017]    Ausserdem kann der Abdampf von dem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 in einen primären Nacherhitzer 58 und einen sekundären Nacherhitzer 60 eingeleitet werden, worin er wiedererhitzt werden kann, bevor er in den Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 eingeleitet wird. Der primäre Nacherhitzer 58 und der sekundäre Nacherhitzer 60 können auch mit einem Zwischenstufen-Dampfkühler bzw. -Einspritzkühler 62 zur Steuerung der Abdampftemperatur von den Nacherhitzern verbunden sein.

   Insbesondere kann der Zwischenstufen-Dampfkühler 62 konfiguriert sein, um die Temperatur des aus dem sekundären Nacherhitzers 60 austretenden Dampfes durch Einspritzung kühleren Speisewassersprühstrahls in den überhitzten Dampf stromaufwärts von dem sekundären Nacherhitzer 60 zu steuern, wenn die Abdampftemperatur des aus dem sekundären Nacherhitzer 60 austretenden Dampfes einen vorbestimmten Wert überschreitet.

  

[0018]    In Kombizyklussystemen, wie beispielsweise dem System 10, kann heisses Abgas 34 von der Gasturbine 12 strömen und durch den HRSG 32 hindurchtreten, und es kann dazu verwendet werden, Hochdruck-Hochtemperatur-Dampf zu erzeugen. Der durch den HRSG 32 erzeugte Dampf kann anschliessend zur Leistungserzeugung durch die Dampfturbine 22 geführt werden. Ausserdem kann der erzeugte Dampf auch zu beliebigen sonstigen Prozessen geliefert werden, in denen überhitzter Dampf eingesetzt werden kann. Der Kreisprozess der Gasturbine 12 wird häufig als der "Topping-Zyklus" bezeichnet, während der Erzeugungsprozess der Dampfturbine 22 häufig als der "Bottoming-Zyklus" bezeichnet wird. Durch Kombination dieser beiden Zyklen, wie in Fig. 1 veranschaulicht, kann das Kombizyklus-Energieerzeugungssystem 10 in beiden Prozessen grössere Effizienten ergeben.

   Insbesondere kann Abhitze von dem Topping-Zyklus eingefangen und verwendet werden, um Dampf zur Verwendung in dem Bottoming-Zyklus zu erzeugen.

  

[0019]    Die Gasturbine 12 kann unter Verwendung von Brennstoff von einem Brennstoffsystem 64 betrieben werden. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 64 die Gasturbine 12 mit Brennstoff 66 versorgen, der in der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 verbrannt werden kann. Der Brennstoff 66 kann Flüssigbrennstoff, gasförmigen Brennstoff oder eine Kombination von diesen enthalten. Ausserdem kann in einigen Ausführungsformen ein Lufteinlasssystem 68 verwendet werden, um Umgebungsluft 70 zur Verwendung als Einlassluft 72 zu sammeln, die in dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 komprimiert werden kann.

  

[0020]    Um eine effiziente Verbrennung des Brennstoffs 66 in der Brennkammer 18 der Turbine 12 sicherzustellen, kann das Brennstoffsystem 64 in einigen Ausführungsformen eine Ausrüstung zur Erwärmung des Brennstoffs 66 vor der Zuführung des Brennstoffs 66 zu der Brennkammer 18 enthalten. Insbesondere können durch Vorerwärmung des Brennstoffs 66, bevor der Brennstoff 66 zu der Brennkammer 18 geliefert wird, die Leistungsfähigkeit, der Wirkungsgrad und die Emissionen des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 verbessert werden. Speziell kann sich eine Erwärmung des Brennstoffs 66 während des Starts bzw. Anlaufs des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 als besonders vorteilhaft erweisen, weil der Brennstoff 66 im Allgemeinen kühler sein wird als die komprimierte Luft, die während des Anlaufs von dem Verdichter 20 zu der Brennkammer 18 geliefert wird.

  

[0021]    Eine Lösung zur Vorwärmung des Brennstoffs 66 besteht darin, Hilfskessel mit Dampf als Wärmequelle zu verwenden. Jedoch kann die Verwendung von Hilfskesseln zur Vorwärmung des Brennstoffs 66 bestimmte Nachteile umfassen. Zum Beispiel können die Investitionskosten zur Installation von Hilfskesseln insofern nicht die effizienteste Nutzung von Ressourcen darstellen, als die Hilfskessel im Allgemeinen grösser sein können als das, was tatsachlich benötigt wird. Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind allgemein darauf gerichtet, diese Nachteile zu bewältigen.

   Insbesondere sehen die offenbarten Ausführungsformen, wie in grösseren Einzelheiten nachstehend beschrieben, die Verwendung erwärmter komprimierter Luft von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 vor, um Speisewasser zu erwärmen, das wiederum verwendet werden kann, um den Brennstoff 66 vorzuwärmen, bevor dieser zu der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geliefert wird. Da die erwärmte komprimierte Luft von dem Verdichter 20 und das Speisewasser bereits durch das Kombizyklus-Energieerzeugungssystem 10 genutzt sein können, kann deren Nutzung, um den Brennstoff 66 zu erwärmen, Investionskosten für die Anlage reduzieren, indem die Notwendigkeit einer externen Wärmeübertragungsausrüstung, wie beispielsweise der Hilfskessel, reduziert wird.

  

[0022]    Fig. 2 zeigt ein schematisiertes Flussdiagramm einer Ausführungsform der Gasturbine 12, des Lufteinlasssystems 68 und des Brennstoffsystems 64 nach Fig. 1. Wie veranschaulicht, kann das Brennstoffsystem 64 einen Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 und einen Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 enthalten. Wie in grösseren Einzelheiten nachstehend beschrieben, kann der Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 verwendet werden, um unter Verwendung erwärmter, komprimierter Luft von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 als eine Wärmequelle Speisewasser zu erwärmen. Darüber hinaus kann der Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 verwendet werden, um unter Verwendung des erwärmten Speisewassers als eine Wärmequelle Brennstoff zu erwärmen.

   Folglich kann das Brennstoffsystem 74 allgemein erwärmte komprimierte Luft von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 empfangen und kann vorgewärmten Brennstoff 66 zur Verwendung in der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 erzeugen.

  

[0023]    Um den Prozess der Vorwärmung des Brennstoffs 66 mit erwärmter komprimierter Luft von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 besser zu veranschaulichen, wird eine Übersicht darüber gegeben, wie die Gasturbine 12 allgemein arbeitet. Wie veranschaulicht, können die Turbine 16 und der Verdichter 20 mit einer gemeinsamen Welle 78 verbunden sein, die ferner mit der Last 14 verbunden sein kann. Der Verdichter 20 enthält ferner Laufschaufeln, die mit der Welle 78 gekoppelt sein können. Wenn die Welle 78 rotiert, rotieren auch die Laufschaufeln innerhalb des Verdichters 20, wodurch die Einlassluft 72 von dem Lufteinlasssystem 68 komprimiert wird. Die komprimierte Luft 80 kann in die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 eingeleitet werden, worin die komprimierte Luft 80 mit dem Brennstoff 66 zur Verbrennung innerhalb der Brennkammer 18 vermischt wird.

   Insbesondere können Brennstoffdüsen das Luft-Brennstoff-Gemisch in die Brennkammer 18 in einem geeigneten Verhältnis für eine optimale Verbrennung, optimale Emissionen, optimalen Brennstoffverbrauch und optimale Leistungsabgabe einspritzen. Das Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt in der Brennkammer 18, wodurch heisse unter Druck stehende Abgase 82 erzeugt werden. Die Brennkammer 18 befördert die Abgase 82 durch die Turbine 16. Wenn die Abgase 82 die Turbine 16 durchströmen, zwingen die Gase eine oder mehrere Turbinenlaufschaufeln, die Welle 78 und wiederum den Verdichter 20 und die Last 14 zu drehen. Insbesondere verursacht eine Drehbewegung der Turbinenlaufschaufeln eine Drehung der Welle 78, wodurch Laufschaufeln in dem Verdichter 20 veranlasst werden, die Einlassluft 72, die von dem Lufteinlasssystem 68 empfangen wird, anzusaugen und unter Druck zu setzen.

  

[0024]    Die komprimierte Luft 80, die durch den Verdichter 20 erzeugt wird, kann nicht nur unter einem erhöhten Druck stehen, sondern sie kann auch eine erhöhte Temperatur aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die komprimierte Luft 80, die durch den Verdichter 20 erzeugt wird, zum Beispiel eine Temperatur in dem Bereich von 500[deg.]F (z.B. bei einer minimalen Last an der Gasturbine 12) bis 800[deg.]F (z.B. bei einer maximalen Last an der Gasturbine 12) aufweisen. Jedoch kann die Temperatur der komprimierten Luft 80 zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren und in bestimmten Ausführungsformen 400[deg.]F, 450[deg.]F, 500[deg.]F, 550[deg.]F, 600[deg.]F, 650[deg.]F, 700[deg.]F, 750[deg.]F, 800[deg.]F, 850[deg.]F, 900[deg.]F und dergleichen betragen.

   Ausserdem kann die Temperatur der komprimierten Luft 80 zwischen verschiedenen Stufen des Verdichters 20 variieren.

  

[0025]    Deshalb weist die komprimierte Luft 80 im Allgemeinen eine erhöhte Temperatur auf, insbesondere im Vergleich zu dem Brennstoff 66. Deshalb kann, anstatt dass der gesamte Strom der komprimierten Luft 80 in die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geleitet wird, eine bestimmte Menge der komprimierten Luft 80 in das Brennstoffsystem 64 als erwärmte Luft 84 geleitet oder umgelenkt werden, um in dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 als eine Wärmequelle genutzt zu werden. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen ein bestimmter prozentualer Anteil (z.B 0-20%) der komprimierten Luft 80 zu dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 hin geleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Prozentsatz der erwärmten Luft 84, der dem Hauptstrom der komprimierten Luft 80 entnommen wird, in dem Bereich von 1% bis 3% liegen.

   Jedoch kann der Prozentsatz der erwärmten Luft 84, der dem Hauptstrom der komprimierten Luft 80 entnommen wird, ebenfalls zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren und kann in bestimmten Ausführungsformen 0,5%, 1,0%, 1,5%, 2,0%, 2,5%, 3,0%, 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0% und dergleichen betragen.

  

[0026]    Diese Prozentsätze können ebenfalls auf verschiedenen charakteristischen Eigenschaften der komprimierten Luft 80, wie beispielsweise dem Volumen, der Masse und dergleichen, basieren. In der Tat können anstelle der bestimmten prozentualen Anteile, die in den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 wieder umgeleitet werden, bestimmte Massendurchsätze, Energieflussraten und dergleichen, die zur Erwärmung des Brennstoffs 66 benötigt werden, bestimmen, wie viel erwärmte Luft 84 in den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 geleitet werden sollte.

  

[0027]    In bestimmten Ausführungsformen kann die Aufteilung der komprimierten Luft 80 zwischen die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 und den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 des Brennstoffsystems 64 anhand eines Ventils 86 stromabwärts von dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Insbesondere kann das Ventil 86 die Menge der erwärmten Luft 84 steuern, die in den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 geliefert werden soll. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Steuereinrichtung 88 verwendet werden, um den Durchfluss der erwärmten Luft 84 zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 88 eine Steuerlogik zur Betätigung des Ventils 86 enthalten, um den Zufluss der komprimierten Luft 80 zu dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 des Brennstoffsystems 64 zu steuern.

   In bestimmten Ausführungsformen kann der Fluss der komprimierten Luft 80 und der erwärmten Luft 84 durch die Steuereinrichtung 88 wenigstens zum Teil auf der Basis der Bedingungen innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 und des Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauschers 76 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Aufteilung der komprimierten Luft 80 auf die Brennkammer 18 und den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 durch die Steuereinrichtung 88 auf der Basis der Temperatur des Brennstoffs 66 gesteuert sein, der von dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 zu der Brennkammer 18 geliefert wird, wobei die Temperatur durch einen Temperatursensor 90 gemessen werden kann.

  

[0028]    Wie vorstehend beschrieben, kann die erwärmte Luft 84, die in den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 geleitet wird, verwendet werden, um das Speisewasser 92 von einem Speisewassersystem des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 zu erwärmen. Insbesondere kann in bestimmten Ausführungsformen Mitteldruck-Speisewasser von dem HRSG 32 innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 erwärmt werden. Genauer gesagt, kann in bestimmten Ausführungsformen das Mitteldruck-Speisewasser von dem Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 44 und/oder dem Mitteldruck-Verdampfer 46 des HRSGs 32 empfangen werden. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen Hochdruck-Speisewasser von dem HRSG 32 ebenfalls innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 erwärmt werden.

   Im Allgemeinen kann das in dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 erwärmte Speisewasser 92 eine deutlich geringere Temperatur als die erwärmte Luft 84 von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 haben. Zum Beispiel kann die Temperatur des Speisewassers 92 in bestimmten Ausführungsformen in der Grössenordnung von 80[deg.]F bis 300[deg.]F liegen. Jedoch kann die Temperatur des Speisewassers 92 wiederum zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren, und sie kann in bestimmten Ausführungsformen 60[deg.]F, 80[deg.]F, 100[deg.]F, 120[deg.]F, 140[deg.]F, 160[deg.]F, 180[deg.]F, 200[deg.]F, 220[deg.]F, 240[deg.]F, 260[deg.]F, 280[deg.]F, 300[deg.]F, 320[deg.]F, 340[deg.]F und dergleichen betragen.

  

[0029]    Folglich kann das erwärmte Gas 84 verwendet werden, um das Speisewasser 92 zu erwärmen, um erwärmtes Speisewasser 94 zu erzeugen, das in den Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 geleitet werden kann. Während des Prozesses wird die erwärmte Luft 84 bis zu einem gewissen Grad abgekühlt, wodurch gekühlte Luft 96 erzeugt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die gekühlte Luft 96 zurück in das Lufteinlasssystem 68 geleitet werden, wo die gekühlte Luft erneut zu dem Verdichter 20 der Gasturbine als Einlassluft 72 geliefert werden kann. Jedoch kann die gekühlte Luft 96 in anderen Ausführungsformen zu dem HRSG-Stapel 33, einem Abgasauslass der Gasturbine 12 oder einem anderen externen Prozess geleitet werden.

   In bestimmten Ausführungsformen kann die Temperatur des Speisewassers 92 auf etwa 425[deg.]F erhöht werden, während die Temperatur der erwärmten Luft 84 auf etwa 140[deg.]F bis 240[deg.]F verringert werden kann. Wie zuvor kann die Menge des Wärmeaustausches zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren. An sich kann die Temperatur des erwärmten Speisewassers 94, das zu dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 geliefert wird, zwischen 350[deg.]F, 375[deg.]F, 400[deg.]F, 425[deg.]F, 450[deg.]F, 475[deg.]F, 500[deg.]F und dergleichen variieren, während die Temperatur der gekühlten Luft 96, die zurück zu dem Lufteinlasssystem 68 geliefert wird, zwischen 100[deg.]F, 120[deg.], 140[deg.]F, 160[deg.]F, 180[deg.]F, 200[deg.]F, 220[deg.]F, 240[deg.]F, 260[deg.]F, 280[deg.]F, 300[deg.]F und dergleichen variieren kann.

   Folglich kann die Temperatur des Speisewassers 92 in bestimmten Ausführungsformen um. 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100% oder mehr auf einer Rankine-Skala steigen, während die Temperatur der erwärmten Luft 84 sich um 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% oder mehr auf einer Rankine-Skala verringern kann.

  

[0030]    Das erwärmte Speisewasser 94, das in den Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 geleitet wird, kann verwendet werden, um einen Versorgungsbrennstoff 98 vorzuwärmen. Im Allgemeinen kann der in dem Speisewasserbrennstoff 98 eine deutlich geringere Temperatur als das erwärmte Speisewasser 94 von dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 haben. Zum Beispiel kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 98 in manchen Ausführungsformen etwa 60[deg.]F betragen. Jedoch kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs wiederum zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren, und sie kann in manchen Ausführungsformen 40[deg.]F, 50[deg.]F, 60[deg.]F, 70[deg.]F, 80[deg.]F, 90[deg.]F, 100[deg.]F, 110[deg.]F, 120[deg.]F und dergleichen betragen.

  

[0031]    Folglich kann das erwärmte Speisewasser 94 verwendet werden, um den Versorgungsbrennstoff 98 vorzuwärmen, um den vorgewärmten Brennstoff 66 zu erzeugen, der in die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geleitet werden kann. Während des Prozesses wird das Speisewasser 94 bis zu einem bestimmten Grad gekühlt, wodurch gekühltes Speisewasser 100 erzeugt wird. Das gekühlte Speisewasser 100 kann zurück in das Speisewassersystem des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 geleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 98 auf etwa 375[deg.]F erhöht werden, während die Temperatur des erwärmten Speisewassers 94 auf etwa 120[deg.]F verringert werden kann. Wie zuvor kann die Menge des Wärmeaustausches zwischen Implementierungen und Betriebspunkten variieren.

   An sich kann die Temperatur des erwärmten Brennstoffes 66, der zu der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geliefert werden soll, zwischen 300[deg.]F, 325[deg.]F, 350[deg.]F, 375[deg.]F, 400[deg.]F, 425[deg.]F, 450[deg.]F und dergleichen variieren, während die Temperatur des gekühlten Speisewassers 100, das zurück zu dem Speisewassersystem des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 geliefert wird, zwischen 80[deg.]F, 90[deg.]F, 100[deg.]F, 110[deg.]F, 120[deg.], 130[deg.]F, 140[deg.]F, 150[deg.]F, 160[deg.]F und dergleichen variieren kann. Folglich kann die Temperatur des Versorgungsbrennstoffs 98 in bestimmten Ausführungsformen um 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100% oder mehr auf einer Rankine-Skala steigen, während die Temperatur des erwärmten Speisewassers 94 sich um 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% oder mehr auf einer Rankine-Skala verringern kann.

  

[0032]    Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 102 zum Erwärmen des Brennstoffes in dem Brennstoffsystem 64 unter Verwendung der erwärmten Luft 84 von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 als eine Wärmequelle. In Schritt 104 kann das Brennstoffsystem 64 die erwärmte Luft 84 von dem Verdichter 20 empfangen. Wie oben beschrieben, kann die Steuereinrichtung 88 verwendet werden, um festzustellen, wie viel erwärmte Luft 84 zu dem Brennstoffsystem 64 geliefert werden sollte, um als eine Wärmequelle genutzt zu werden. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Brennstoffs 66, wie sie durch den Temperatursensor 90 gemessen wird, unterhalb eines Zielwertes liegt, kann die Steuereinrichtung 88 bestimmen, dass die Menge der zu dem Brennstoffsystem 64 gelieferten erwärmten Luft 84 erhöht werden sollte.

   Demgemäss kann die Steuereinrichtung 88 das Ventil 86 betätigen, um den Durchsatz der erwärmten Luft 84 zu dem Brennstoffsystem 64 zu erhöhen. Falls umgekehrt die Temperatur des Brennstoffes 66, wie sie durch den Temperatursensor 90 gemessen wird, oberhalb eines Zielwertes liegt, kann die Steuereinrichtung 88 bestimmen, dass die Menge der zu dem Brennstoffsystem 64 gelieferten erwärmten Luft 84 verringert werden sollte. Demgemäss kann die Steuereinrichtung 88 das Ventil 86 betätigen, um den Durchsatz der erwärmten Luft 84 zu dem Brennstoffsystem 64 zu verringern.

  

[0033]    In Schritt 106 kann das Brennstoffsystem 64 Speisewasser 92 empfangen. Wie oben beschrieben, kann das Speisewasser 92 als das Wärmezwischenträgermedium zur Erwärmung des Brennstoffes 66 verwendet werden. Der zweistufige Prozess des zunächst Erwärmens des Speisewassers 92 mit dem erwärmten Gas 84 in dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 und des anschliessenden Erwärmens des Versorgungsbrennstoffes 98 mit dem erwärmten Speisewasser 94 in dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 ist generell insofern vorteilhaft, als die Möglichkeit der Erzeugung eines brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisches in dem Brennstoffsystem 64 reduziert ist.

   In anderen Worten, da das Speisewasser 92 als ein Wärmezwischenträger verwendet wird, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die erwärmte Luft 84 und der Versorgungsbrennstoff 98 sich vermischen und dadurch eine unerwünschte brennbare Situation in dem Brennstoffsystem 64 schaffen.

  

[0034]    Das Speisewasser 92 kann von jedem beliebigen geeigneten Speisewassersystem innerhalb oder ausserhalb des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 empfangen werden. Jedoch kann, wie oben beschrieben, das Speisewasser 92 in bestimmten Ausführungsformen von dem HRSG 32 und insbesondere von dem Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 44 und/oder dem Mitteldruck-Verdampfer 46 des HRSGs 32 empfangen werden. Es ist festgestellt worden, dass Speisewasser von den Mitteldruckabschnitten des HRSGs 32 einen besonders geeigneten Wärmezwischenträger innerhalb des Brennstoffsystems 64 bildet. Jedoch kann, wie oben beschrieben, Hochdruck-Speisewasser von dem HRSG 32 ebenfalls als der Wärmezwischenträger eingesetzt werden.

  

[0035]    In Schritt 108 kann das Speisewasser 92 innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 mit der erwärmten Luft 84 von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 als die Wärmequelle erwärmt werden. In anderen Worten wird Wärme innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 von dem erwärmten Gas 84 auf das Speisewasser 92 übertragen. Es kann jede beliebige geeignete Wärmetauscherkonstruktion verwendet werden, die in der Lage ist, Wärme von einem Gas (z.B. der erwärmten Luft 84) auf ein Fluid (z.B. das Speisewasser 92) zu übertragen. Während des Schritts 108 wird das Speisewasser 92 erwärmt, um erwärmtes Speisewasser 94 zu werden, das zu dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 geleitet wird, während die erwärmte Luft 84 abgekühlt wird, um die abgekühlte Luft 96 zu werden.

  

[0036]    In Schritt 110 kann das erwärmte Speisewasser 94 von dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 zu dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 geliefert werden. Ausserdem kann in Schritt 112 die gekühlte Luft 96 von dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 optional zu der Gasturbine 12 zurückgeleitet werden. Insbesondere kann, wie oben beschrieben, die gekühlte Luft 96 in das Lufteinlasssystem 68 eingeleitet werden, das dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 zugeordnet ist. Jedoch kann die gekühlte Luft 96 in anderen Ausführungsformen zu dem HRSG-Stapel 33, einem Abgasauslass der Gasturbine oder anderen externen Prozessen geleitet werden.

  

[0037]    In Schritt 114 kann der Versorgungsbrennstoff '98 innerhalb des Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauschers 76 mit dem erwärmten Speisewasser 94 von dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 als die Wärmequelle erwärmt werden. In anderen Worten wird Wärme innerhalb des Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauschers 76 von dem erwärmten Speisewasser 94 auf den Versorgungsbrennstoff 98 übertragen. Es kann jede beliebige geeignete Wärmetauscherkonstruktion verwendet werden, die in der Lage ist, Wärme von einem Fluid (z.B. dem erwärmten Speisewasser 94) auf den Brennstoff zu übertragen.

   Während des Schritts 114 wird der Versorgungsbrennstoff 98 erwärmt, um der Brennstoff 66 zu werden, der in die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 eingeleitet wird, während das erwärmte Speisewasser 98 abgekühlt wird, um das gekühlte Speisewasser 100 zu werden, das zurück in das Speisewassersystem geleitet werden kann, von dem das Speisewasser 92 kam.

  

[0038]    In Schritt 116 kann der Brennstoff 66, der in dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 erwärmt worden ist, zu der Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geliefert werden. Wie oben beschrieben, kann die Temperatur des Brennstoffs 66 von dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 in bestimmten/Ausführungsformen durch die Steuereinrichtung 88 mittels des Temperatursensors 90 überwacht werden um festzustellen, ob der Durchsatz der erwärmten Luft 84 zu dem Brennstoffsystem 64 erhöht, verringert oder bei der momentanen Durchflussrate aufrechterhalten werden sollte. Ausserdem kann das gekühlte Speisewasser 100 in Schritt 118 optional in das Speisewassersystem, von dem das Speisewasser 92 kam, rückgeleitet werden.

   Zum Beispiel kann das gekühlte Speisewasser 100 in bestimmten Ausführungsformen zurück in den HRSG 32 und insbesondere in die Mitteldruckabschnitte (z.B. den Mitteldruck-Speisewasservorwärmer 44 und/oder den Mitteldruck-Verdampfer 46) des HRSGs 32 geleitet werden. Jedoch kann das gekühlte Speisewasser 100 in anderen Ausführungsformen in den Kondensator 36 oder zu einem anderen externen Prozess geleitet werden.

  

[0039]    Obwohl die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren zu jeder beliebigen Zeit während des Betriebs der Gasturbine 12 und des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 eingesetzt werden können, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen während des Starts bzw. Anlaufs der Gasturbine 12 und des Kombizyklus-Energieerzeugungssystems 10 besonders nützlich sein. Nach einer anfänglichen Startphase können Temperaturen des Speisewassers 92 in dem Speisewassersystem beginnen zu steigen. An diesem Punkt kann das Speisewasser 92 von dem Speisewassersystem verwendet werden, um den Brennstoff direkt zu erwärmen. Zum Beispiel kann das Speisewasser 92 durch den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 (z.B. ohne Erwärmung) in den Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 strömen, wo das Speisewasser 92 verwendet werden kann, um den Versorgungsbrennstoff 98 direkt zu erwärmen.

  

[0040]    Genauer gesagt, kann die Steuereinrichtung 88 in bestimmten Ausführungsformen detektieren, wenn die Temperatur des Speisewassers 92 von dem Speisewassersystem auf' eine gewünschte Temperatur (von z.B. 350[deg.]F, 375[deg.]F, 400[deg.]F, 425[deg.]F, 450[deg.]F, 475[deg.]F, 500[deg.]F und dergleichen) ansteigt. An diesem Punkt kann die Steuereinrichtung 88 bestimmen, dass die erwärmte Luft 84 von dem Verdichter 20 der Gasturbine 12 nicht mehr gebraucht wird, um das Speisewasser 92 zu erwärmen. Folglich kann die Steuereinrichtung 88 veranlassen, dass die gesamte komprimierte Luft 80 von dem Verdichter 20 in die Brennkammer 18 der Gasturbine 12 geleitet wird. An sich wird keine Erwärmung innerhalb des Luft-Speisewasser-Wärmetauschers 74 erfolgen.

   Stattdessen wird das Speisewasser 92 von dem Speisewassersystem durch den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 (z.B. ohne Erwärmung) in den Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 einströmen. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 88 veranlassen, dass das Speisewasser 92 von dem Speisewassersystem den Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 vollständig umströmt.

  

[0041]    Die Menge an Zeit, um das Speisewasser 92 von dem Speisewassersystem auf eine gewünschte Temperatur zu bringen, kann nur etwa 5 Minuten oder dergleichen betragen. Zum Beispiel zeigt Fig. 4 eine graphische Darstellung der Temperatur und Massendurchsätze der erwärmten Luft 84, des Brennstoffs 66 und des Speisewassers 92 für eine Ausführungsform des Brennstoffsystems 64 während des Anlaufs. Wie veranschaulicht, kann der Massendurchsatz 120 der zu dem Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 74 gelieferten erwärmten Luft bei etwa 6,5 Minuten beginnen anzusteigen. An sich beginnt der Massendurchsatz 122 des Speisewassers zu steigen, so dass die erwärmte Luft 84 etwas zu erwärmen hat.

   Zusätzlich beginnen auch die Speisewassereinlasstemperatur 124 am Eingang zu dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 und die Brennstoffauslasstemperatur 126 am Ausgang des Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauschers 76 ebenfalls anzusteigen. Ferner beginnt die Temperatur 128 der erwärmten Luft, allmählich zu steigen. An einer gewissen Stelle kann/können die Speisewassereinlasstemperatur 124 und/oder die Brennstoffauslasstemperatur 126 einen gewünschten Zielwert erreichen. In der veranschaulichten Ausführungsform liegt diese Stelle an der 11-Minuten-Marke. Sobald dies geschieht, kann der Massendurchsatz 120 der erwärmten Luft beginnen abzunehmen.

   Jedoch können an dieser Stelle der Speisewassermassendurchsatz 122, die Speisewassereinlasstemperatur 124, die Brennstoffauslasstemperatur 126 und die Temperatur 128 der erwärmten Luft alle relativ konstant bleiben oder sich allmählich stabilisieren. Wie oben beschrieben, ist dies in erster Linie auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Speisewasser 92 von dem Speisewassersystem eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, so dass das Speisewasser 92 verwendet werden kann, um den Brennstoff in dem Speisewasser-Brennstoff-Wärmetauscher 76 direkt zu erwärmen. Es sollte beachtet werden, dass all die Werte, die im Zusammenhang mit Fig. 5 erwähnt werden, lediglich für eine typische Startphase veranschaulichend und nicht dazu bestimmt sind, beschränkend zu sein.

  

[0042]    Technische Effekte der offenbarten Ausführungsformen umfassen die Bereitstellung von Systemen und Verfahren zur Vorwärmung von Brennstoff zur Verwendung in einer Gasturbine unter Verwendung komprimierter Luft von einem Verdichter der Gasturbine als eine Wärmequelle. Insbesondere kann ein erster Wärmetauscher verwendet werden, um Speisewasser mit der erwärmten komprimierten Luft zu erwärmen. Als nächstes kann das erwärmte Speisewasser in einen zweiten Wärmetauscher eingeleitet werden, worin das erwärmte Speisewasser verwendet werden kann, um den Brennstoff zu erwärmen. Durch Verwendung des Speisewassers als ein Wärmezwischenträgermedium ist die Möglichkeit einer Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches in dem ersten und zweiten Wärmetauscher reduziert.

   Da vorliegende Luft von dem Verdichter der Gasturbine und vorliegendes Speisewasser von dem Speisewassersystem verwendet werden können, um den Brennstoff zu erwärmen, kann ausserdem die Notwendigkeit einer externen Wärmeübertragungsausrüstung (z.B. von Hilfskesseln, elektrischen Heizvorrichtungen und dergleichen) reduziert oder sogar beseitigt werden, wodurch Investitionskosten reduziert werden. Es sollte beachtet werden, dass andere Wärmetauscherkonfigurationen und/oder Wärmezwischenträger in Verbindung mit den offenbarten Systemen und Verfahren eingesetzt werden können.

  

[0043]    Ausserdem lösen die offenbarten Ausführungsformen das Problem der Brennstofferwärmung während eines schnellen Starts der Gasturbine 12. Insbesondere können die offenbarten Ausführungsformen ausreichende Brennstofftemperaturen sicherstellen, so dass die Gasturbine 12 auf eine unbeschränkte Weise betrieben werden kann. Im Gegensatz zum Wiedereinführen der gekühlten Luft 96 von dem Brennstoffsystem 64 zurück in die Gasturbine 12 ermöglichen die offenbarten Ausführungsformen ferner ein Umleiten der gekühlten Luft 96 von dem Brennstoffsystem 64 zu einem Einlass der Gasturbine 12, einem Auslass der Gasturbine 12 oder zu dem HRSG-Stapel 33. Erneut stellt dies sicher, dass die Gasturbine 12 auf eine unbeschränkte Weise betrieben werden kann, anstatt dass sie durch die Wiedereinführung der gekühlten Luft 96 beschränkt ist.

  

[0044]    Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Form, zu offenbaren und auch jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu eine Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und eine Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.

  

[0045]    In bestimmten Ausführungsformen enthält ein System einen Brennstoffvorwärmer 64. Der Brennstoffvorwärmer 64 enthält einen ersten Wärmetauscher 74, der konfiguriert ist, um komprimierte Luft 80, 84 von einem Verdichter 20 zu empfangen und um Wärme von der komprimierten Luft 80, 84 auf Speisewasser 92 zu übertragen. Der Brennstoffvorwärmer 64 enthält ferner einen zweiten Wärmetauscher 76, der konfiguriert ist, um erwärmtes Speisewasser 94 von dem ersten Wärmetauscher 74 zu empfangen und um Wärme von dem erwärmten Speisewasser 94 auf einen Brennstoff 98 zu übertragen.

Claims (10)

1. System, das aufweist:

einen Brennstoffvorwärmer (64), der aufweist:

einen ersten Wärmetauscher (74), der konfiguriert ist, um komprimierte Luft (80, 84) von einem Verdichter.(20) zu empfangen und um Wärme von der komprimierten Luft (80, 84) auf Speisewasser (92) zu übertragen; und

einen zweiten Wärmetauscher (76), der konfiguriert ist, um erwärmtes Speisewasser (94) von dem ersten Wärmetauscher (74) zu empfangen und um Wärme von dem erwärmten Speisewasser (94) auf einen Brennstoff (98) zu übertragen.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffvorwärmer (64) ein Gasturbinenbrennstoffvorwärmer ist, der konfiguriert ist, um den Verdichter (20) einer Gasturbine (12) zu verwenden, um den Brennstoff (98) für die Gasturbine (12) zu erwärmen.

3. System nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmetauscher (74) konfiguriert ist, um das Speisewasser (92) von einem Abhitzedampferzeugungssystem (32) zu empfangen.

4. System nach Anspruch 1, wobei der zweite Wärmetauscher (76) konfiguriert ist, um das erwärmte Speisewasser (94, 100) zu einem Abhitzedampferzeugungssystem (32) zu liefern.

5. System nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Wärmetauscher (74, 76) konfiguriert sind, um während einer Startphase einer Gasturbine (12) und eines Abhitzedampferzeugungssystems (32) zusammenzuarbeiten, und wobei der zweite Wärmetauscher (76) konfiguriert ist, um nach der Startphase ohne den ersten Wärmetauscher (74) zu arbeiten.

6. Verfahren, das aufweist:

Erwärmen von Speisewasser (92) innerhalb eines ersten Wärmetauschers (74) unter Verwendung komprimierter Luft (80, 84) von einem Verdichter (20) als eine erste Wärmequelle; und

Erwärmen von Brennstoff (98) innerhalb eines zweiten Wärmetauschers (76) unter Verwendung des erwärmten Speisewassers (94) von dem ersten Wärmetauscher (74) als eine zweite Wärmequelle.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das einen Austausch des Speisewassers (92, 100) mit einem Abhitzedampferzeugungssystem (32) aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das ein Zuführen des erwärmten Brennstoffes (66) von dem zweiten Wärmetauscher (76) zu einer Brennkammer (18) einer Gasturbine (12) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, das ein Steuern/Regeln des Flusses der komprimierten Luft (80, 84) zwischen dem ersten Wärmetauscher (74) und einer Brennkammer (18) einer Gasturbine (12) aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, das ein Betreiben sowohl des ersten als auch des zweiten Wärmetauschers (74, 76) während einer Startphase einer Gasturbine (10) und eines Abhitzedampferzeugungssystems (32) und ein Betreiben lediglich des zweiten Wärmetauschers (76) nach der Startphase aufweist.