專利名稱：運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的方法及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的方法。 本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求14的前序部分所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站以及一種根據(jù)權(quán)利要求M的前序部分所述的這種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的頂部管路。
背景技術(shù)：
專利號(hào)為WO 2004/106718(歐洲渦輪機(jī)公司，Euroturbine AB)的專利揭示了一種方法和這樣的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站。第一渦輪機(jī)組包括一壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)與渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)或者提取有用功的類似裝置機(jī)械連接。來(lái)自第一渦輪機(jī)組的壓縮空氣被傳遞到屬于第二渦輪機(jī)組的壓縮機(jī)，該第二渦輪機(jī)組也包括一渦輪機(jī)，其中燃料與來(lái)自第二渦輪機(jī)組的壓縮機(jī)的壓縮空氣一起燃燒。一發(fā)電機(jī)或者類似裝置也連接到第二渦輪機(jī)組以提取功，該功也來(lái)自第二組。
背景技術(shù)：
進(jìn)一步建議一種配置，該配置可以使得可以是傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)組件的第一燃?xì)廨啓C(jī)組運(yùn)行一種重的蒸汽和/或水噴射循環(huán)。因此，傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)組可能是一種現(xiàn)有的設(shè)備，這種現(xiàn)有的設(shè)備與第二燃?xì)廨啓C(jī)組件一起配套/改進(jìn)。可選地，該傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)組件可以是新制造出來(lái)的。根據(jù)背景技術(shù)的發(fā)電站具有第一和第二組以致于它們的軸是平行的且相互分離。 而且，顯示的第二組的渦輪機(jī)包括一個(gè)燃燒器，其中來(lái)自燃燒器的工業(yè)廢氣在渦輪機(jī)外殼的插入處作放射狀運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的目的和最重要的特征背景技術(shù)的方法起作較好的作用，但是根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明提供了注重加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，首先關(guān)于發(fā)電站本身，其次關(guān)于從每個(gè)發(fā)電站適應(yīng)性和涉及第二渦輪機(jī)組的設(shè)置的簡(jiǎn)單性。本發(fā)明解決了這些目的。當(dāng)同軸的燃燒設(shè)備產(chǎn)生的工業(yè)廢氣氣流在軸向上被帶入第二渦輪機(jī)組件是，該發(fā)電站的復(fù)雜性駕校了且特別是第二渦輪機(jī)組件的進(jìn)氣口。根據(jù)溫度分布和排放物，允許使用具有高性能的不復(fù)雜的燃燒設(shè)備。這種不復(fù)雜的燃燒設(shè)備是有利的，本發(fā)明燃燒設(shè)備沒(méi)有特別地緊湊的幾何形狀限制，否者的話，燃燒器不得不被設(shè)計(jì)成適合傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。當(dāng)來(lái)自第二渦輪機(jī)組件的工業(yè)廢氣氣流在第二渦輪機(jī)組件和第二壓縮機(jī)組件之間排出時(shí)，其溫度比從燃燒器排氣口排出時(shí)的溫度低。第一渦輪機(jī)組件的長(zhǎng)時(shí)間不復(fù)雜運(yùn)行的條件變得可以接收。因此，由于溫度造成的問(wèn)題減少了且?guī)缀涡螤畹南拗埔脖苊饬?。由于在燃燒設(shè)備中存在大量的蒸汽，通過(guò)平均的溫度分布達(dá)到高溫級(jí)別以有效提升的可能性增加了。例如，本發(fā)明允許蒸汽和/或水噴射點(diǎn)和區(qū)域的選擇具有更多自由和更有效。與背景技術(shù)具有的情況相比，燃燒是更融洽的。燃燒設(shè)備的燃燒室的幾何形狀設(shè)計(jì)是更加自由的。
總之，根據(jù)本發(fā)明的方法運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)且組件的和維修是更加經(jīng)濟(jì)的。在以往的燃?xì)鉁u輪機(jī)的設(shè)計(jì)中，一直旨在創(chuàng)造一種燃燒設(shè)備，這種產(chǎn)生燃燒設(shè)備的里面和從燃燒室里排出的氣體里產(chǎn)生高溫和具有有效溫度分布，且該燃燒室排放物較低。這往往造成非常復(fù)雜的燃燒室設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)的結(jié)構(gòu)本身的幾何限制。特別是由于中心軸為了達(dá)到將機(jī)械功從渦輪機(jī)轉(zhuǎn)移到壓縮機(jī)的要求，燃燒器間隔地設(shè)置在渦輪機(jī)進(jìn)口圓周。這就造成了環(huán)型或分管型設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)背景技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室包含發(fā)動(dòng)機(jī)。最令人擔(dān)心的事實(shí)是，因?yàn)楦邷睾透邏?，該燃燒室和該渦輪機(jī)的第一級(jí)是經(jīng)常需要維護(hù)的部件。因?yàn)槠鋸?fù)雜性，這些組件的維護(hù)和更換是昂貴的。較佳地，生產(chǎn)用水和/或蒸汽被噴射到工業(yè)廢氣氣流中從而較少了必要的壓縮功。特別地，噴射的水和/或蒸汽在數(shù)量上在工業(yè)廢氣氣流中的空氣中至少有80%的氧氣通過(guò)燃燒而被消耗。按本發(fā)明的有利方面，當(dāng)?shù)谝粴饬鞅辉摰诙嚎s機(jī)組件的第一壓縮機(jī)單元壓縮時(shí)，隨后該第一氣流被帶到冷熱交換器以冷卻該第一氣流且加熱生產(chǎn)用水和/或蒸汽及此后被帶到該第二壓縮機(jī)組件的第二壓縮機(jī)單元，這為該壓縮機(jī)空氣的中間冷卻提供了一種自然和有效的可能性，也為該壓縮機(jī)組件增強(qiáng)流動(dòng)幾何學(xué)和壓力性能提供了一種可能性。作為另一種選擇，被噴入壓縮機(jī)的水霧在該第二壓縮機(jī)組件的第一和第二單元之間流動(dòng)，而不是通過(guò)熱交換器交互冷卻。例如，這可以通過(guò)迫使氣流到一個(gè)分離的水噴射裝置來(lái)完成，且將該氣流再一次帶回來(lái)。本發(fā)明還涉及一種發(fā)電站且相應(yīng)的特征和優(yōu)勢(shì)在相關(guān)的權(quán)利要求中獲得。較佳地，該燃燒設(shè)備是同軸型的，且是獨(dú)立式的及無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)式燃燒室和/或是一種渦輪機(jī)集成的軸向燃燒室。該第二渦輪機(jī)組與該主要發(fā)動(dòng)機(jī)(第一渦輪機(jī)組)分離，且氣體在它的渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間被引出。根據(jù)本發(fā)明，實(shí)際上是可能將第二渦輪機(jī)組設(shè)置集成在新的且已經(jīng)運(yùn)行的發(fā)電站里，因?yàn)橛稍摰诙u輪機(jī)組形成的設(shè)置容易安裝和更換與維修。當(dāng)該第二壓縮機(jī)組件具有第一和第二的壓縮機(jī)單元時(shí)，特別優(yōu)選地，第二渦輪機(jī)組的渦輪具有第一和第二渦輪機(jī)單元，其中通過(guò)一個(gè)第一空心軸，第二渦輪機(jī)單元驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)單元旋轉(zhuǎn)，且通過(guò)第二軸，第一渦輪機(jī)單元驅(qū)動(dòng)第二壓縮機(jī)單元旋轉(zhuǎn)，因?yàn)槿绱嗽O(shè)置，簡(jiǎn)化了控制且放開了對(duì)各個(gè)步驟獨(dú)立調(diào)節(jié)。特別是第一和第二軸應(yīng)當(dāng)與部分圍繞第二軸的第一空心軸同軸。較佳地，因?yàn)槿紵^(guò)程中形成水，工業(yè)廢氣中的部分水份充當(dāng)作生產(chǎn)用水和/或蒸汽，允許恢復(fù)一定的過(guò)量。較佳地，蒸汽是用于冷卻該工業(yè)廢氣流，且至少部分蒸汽后來(lái)被引入到該廢氣氣流中，最好引入到該燃燒設(shè)備里，為進(jìn)一步作為工作流體使用。作為一種定義，氣流首先進(jìn)入第一壓縮機(jī)單元，然后進(jìn)入第二壓縮機(jī)單元。相應(yīng)地，對(duì)于具有第一和第二個(gè)渦輪機(jī)單元的渦輪機(jī)來(lái)說(shuō)類似，其中，氣流首先進(jìn)入第一個(gè)渦輪機(jī)單元，然后進(jìn)入第二個(gè)渦輪單元。除了第一壓縮機(jī)單元和第二壓縮機(jī)單元，該壓縮機(jī)組件還可以進(jìn)一步包括其他的壓縮機(jī)單元。
本發(fā)明還涉及一種包括第二渦輪機(jī)組的頂部管路裝置。此處的術(shù)語(yǔ)“頂部管路”是指一種特殊的壓縮機(jī)-渦輪機(jī)裝置，其適于輔助主要渦輪機(jī)組達(dá)到更有效的運(yùn)行。


現(xiàn)在通過(guò)實(shí)施例和參考附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1顯示了本發(fā)明的發(fā)電站的第一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2顯示了本發(fā)明的發(fā)電站的第二個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3顯示本發(fā)明的發(fā)電站的第三個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖4顯示了第二渦輪機(jī)組的單個(gè)軸在軸向的截面的具體實(shí)施例；及圖5顯示了第二渦輪機(jī)組的兩個(gè)軸在軸向的截面的具體實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電站中，該第二燃?xì)廨啓C(jī)組在溫度范圍內(nèi)工作，該第二燃?xì)廨啓C(jī)組需要冷卻，且可以通過(guò)利用蒸汽提供冷卻。在蒸汽引入到燃燒設(shè)備的燃燒室之前，蒸汽可能以一種非常有利的方式通過(guò)首先冷卻高溫的暴露組件參與這一過(guò)程。從而，蒸汽也可以在擴(kuò)張過(guò)程中參與且可以提供額外的功。然而，部分蒸汽用于部件的膜冷卻，其中，對(duì)流冷卻沒(méi)有引起必要的效果。當(dāng)使用蒸汽時(shí)，由于蒸汽的熱容比空氣高，其中該蒸汽充當(dāng)工業(yè)廢氣氣流和金屬之間的保護(hù)層，這種膜冷卻是非常有效的。第一燃?xì)廨啓C(jī)組的工作條件不要求，或至多只需要一種數(shù)量有限的冷卻。在這樣的渦輪機(jī)組的相應(yīng)的“干”設(shè)計(jì)中，冷卻空氣的分布因此可能大幅減少，而且在渦輪機(jī)中不允許有工作流體的較大氣流。例如，對(duì)傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)而言，在相對(duì)較低的壓力比為5-40巴的條件下獲得干燥過(guò)程的最佳效率。然而，對(duì)于蒸汽注入循環(huán)而言，最佳效率是在更高壓力比的條件獲得的。因此，在注入蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中，重要的是增加的壓力比，以達(dá)到最佳運(yùn)行條件。本發(fā)明發(fā)電站的適當(dāng)?shù)膲毫^(qū)間是30-300巴，最好是50-300巴。燃燒室的溫度在1200-2400K 之間，最好是在1400-2200K之間。在某種蒸汽注入循環(huán)配置中，水的添加是如此之大以致于燃燒實(shí)際上盡可能接近化學(xué)計(jì)量條件，例如，幾乎使用所有的空氣中所含的氧。當(dāng)運(yùn)行具有創(chuàng)造性的發(fā)電站，這是最主要的目標(biāo)之一。在接近近化學(xué)計(jì)量比的條件下燃燒導(dǎo)致一種有效的，緊湊的和費(fèi)用低廉的發(fā)電站。參與到這個(gè)過(guò)程中的水是不會(huì)排放到環(huán)境中，但可以通過(guò)工業(yè)廢氣冷凝回收。獲得的冷凝水可以不斷處理和重新流傳到該電力循環(huán)。工業(yè)廢氣的冷凝過(guò)程通過(guò)近化學(xué)計(jì)量比的燃燒簡(jiǎn)化了，且水循環(huán)可以是自給自足的。工業(yè)廢氣中的冷凝水也有助于消除工業(yè)廢氣中的顆粒，并在一定程度上，消除工業(yè)廢氣中的污染物。因此，減少了對(duì)環(huán)境可能造成的影響。 近化學(xué)計(jì)量比的燃燒條件也意味著工業(yè)廢氣流對(duì)對(duì)環(huán)境的影響最小。該發(fā)電站應(yīng)當(dāng)這樣設(shè)計(jì)，吸入空氣中的氧氣含量至少80 %，最好是至少有90 %被消耗。這代表了與現(xiàn)有技術(shù)有重大偏差，并給出了上面提到的優(yōu)勢(shì)。將蒸汽引入傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)工藝中的最終結(jié)果是增加有用功的效率和輸出。注入燃?xì)鉁u輪機(jī)循環(huán)的良好的蒸汽在與現(xiàn)有技術(shù)類似的壓力和溫度水平下運(yùn)行，通常獲得約50-55%的效率。在高壓水平下蒸汽注入循環(huán)運(yùn)行獲得大約55-60%的效率，且提取有用功將會(huì)比其相應(yīng)的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的工藝高出2-3倍。為了切實(shí)有效地循環(huán)運(yùn)行，需要的壓力比達(dá)到30-300巴，在第二渦輪機(jī)組的壓縮機(jī)組件中使用至少有兩個(gè)，就最高壓力水平而言，至少有三個(gè)具有不同的旋轉(zhuǎn)速度的軸。該高壓壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的在較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。因此，多軸方案將包括在一個(gè)軸上運(yùn)行的傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)組件，以更高的速度繞各自的軸旋轉(zhuǎn)的第二壓縮機(jī)組件和渦輪機(jī)組件，以及在高壓和高溫下運(yùn)行且以將近化學(xué)計(jì)量比燃燒的燃燒設(shè)備。在燃燒設(shè)備的燃燒室之前，通過(guò)高壓蒸汽噴射，或在任何的壓縮階段之前，通過(guò)噴射中壓蒸汽，也可以引入蒸汽和/或水。當(dāng)在更高壓力下運(yùn)行時(shí)，冷卻壓縮機(jī)單元之間的空氣的需要增加了 ；一方面降低溫度和壓縮機(jī)的材料需求，另一方面降低了所需壓縮機(jī)的數(shù)量。降低壓縮空氣的溫度也可有利于燃燒。達(dá)到較低的溫度的最簡(jiǎn)單的方法是將水噴入該壓縮空氣流。作為選擇地，壓縮空氣中所含的熱量可用于鍋爐產(chǎn)生蒸汽。圖1顯示了本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站，其中該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站包括第一燃?xì)廨啓C(jī)組10和第二燃?xì)廨啓C(jī)組20。該第一燃?xì)廨啓C(jī)組10包括第一渦輪機(jī)組件13，該第一渦輪機(jī)組件13通過(guò)一個(gè)軸11旋轉(zhuǎn)地連接到提取有用功的設(shè)備15，如發(fā)電機(jī)或類似設(shè)備。該第一燃?xì)廨啓C(jī)組10也包括第一壓縮機(jī)組件12，該第一壓縮機(jī)組件與該第一渦輪機(jī)組見13機(jī)械連接。第二燃?xì)廨啓C(jī)組20包括第二渦輪機(jī)組件23。該第二燃?xì)廨啓C(jī)組20還包括一個(gè)第二壓縮機(jī)組件22，該第二壓縮機(jī)組件22進(jìn)一步包括提取有用功的設(shè)備25，如發(fā)電機(jī)或類似設(shè)備。進(jìn)一步地，在第一和第二壓縮機(jī)組件之間還有定位有一個(gè)空氣冷卻器74，該空氣冷卻器是換熱器，用來(lái)產(chǎn)生注入到過(guò)程中的蒸汽。在從第二壓縮機(jī)組件22的出氣口流出的空氣是通過(guò)一個(gè)管道43進(jìn)入燃燒設(shè)備35的進(jìn)氣口，該燃燒設(shè)備軸向設(shè)置在與該壓縮機(jī)22 相對(duì)的第二渦輪機(jī)組件23的上游。該燃燒設(shè)備35與該第二渦輪機(jī)組件23的軸向進(jìn)氣口同軸，且向該第二渦輪機(jī)組件23的軸向進(jìn)氣口提供工業(yè)廢氣。此外，為了提供燃燒過(guò)程，還有一些燃燒設(shè)備35的進(jìn)氣口供熱水61 ‘和/或蒸汽61進(jìn)入，其中該氣流中的空氣中至少有80%氧通過(guò)在燃燒設(shè)備 35內(nèi)燃燒而消耗。燃料通過(guò)管道51供給該燃燒設(shè)備35。從第二渦輪機(jī)組的渦輪機(jī)組件23出來(lái)的氣體通過(guò)導(dǎo)管48流到第一渦輪機(jī)組的渦輪機(jī)組件13，該渦輪機(jī)組件13依次為發(fā)電站產(chǎn)生有用功，該發(fā)電站通過(guò)設(shè)備15如發(fā)電機(jī)或類似物提取有用功。此后，從第一渦輪機(jī)組件13出來(lái)的氣體流過(guò)導(dǎo)管49直到又一個(gè)熱交換器73，該熱交換機(jī)73有助于加熱蒸汽以通過(guò)導(dǎo)管61噴射進(jìn)入該過(guò)程。在該熱交換器73之后，該工業(yè)廢氣穿過(guò)一熱交換器70，該熱交換機(jī)70有助于加熱水以通過(guò)導(dǎo)管61 ‘噴射進(jìn)入該過(guò)程，且在其中，在該工業(yè)廢氣通過(guò)導(dǎo)管83傳遞到增氧機(jī)72 之前，加熱被流動(dòng)氣體冷凝器71冷凝的工業(yè)廢氣。水供應(yīng)給加熱回路，該加熱回路包括位于除氧器72上方的熱交換器73和74，這種做法的目的是保證在回路中的水沒(méi)有氧氣。
一定量的蒸汽通過(guò)導(dǎo)管通入氣流63中，且該蒸汽被噴射如第二渦輪機(jī)組件23里以膜冷卻。此外，為了參加這個(gè)膨脹過(guò)程，在渦輪葉片里用于附加的對(duì)流冷卻的用過(guò)的蒸汽通過(guò)導(dǎo)管在氣流68里被提取且傳輸?shù)皆撊紵O(shè)備。圖2顯示了本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的第二實(shí)施例，其中圖2中的第二實(shí)施例與圖 1中的發(fā)電站的不同點(diǎn)在于第二渦輪機(jī)組20包括第二渦輪機(jī)組件23，該第二渦輪機(jī)組件 23是由第一渦輪機(jī)單元23'和第二渦輪機(jī)單元23"組成。該第二燃?xì)廨啓C(jī)組20也包括一個(gè)第二壓縮機(jī)組件22，該第二壓縮機(jī)組件22依次由第一壓縮機(jī)單元22'和第二壓縮機(jī)單元22〃組成。通過(guò)第一空心軸21'，第一壓縮機(jī)單元22'旋轉(zhuǎn)連接到第二渦輪機(jī)單元23〃，該第一空心軸21'部分圍繞著第二軸21，第二軸21又依次旋轉(zhuǎn)連接第二壓縮機(jī)單元22〃和第一渦輪機(jī)單元23'。進(jìn)入第一壓縮機(jī)單元的空氣流用標(biāo)號(hào)42來(lái)表示且在第一壓縮機(jī)單元的出口之后。該壓縮空氣通過(guò)管道42'進(jìn)入到該第二壓縮機(jī)單元22"的進(jìn)氣口。進(jìn)一步地，在第一和第二壓縮機(jī)單元之間還有定位有一個(gè)空氣冷卻器74，該空氣冷卻器是換熱器，用來(lái)產(chǎn)生注入到該過(guò)程的蒸汽。作為替代方案，該第二燃?xì)廨啓C(jī)組件可能包括三個(gè)渦輪機(jī)單元，每一個(gè)渦輪機(jī)單元分別旋轉(zhuǎn)連接到該壓縮機(jī)組件包含的三個(gè)壓縮機(jī)單元之一。三個(gè)連接軸分別應(yīng)用到這三個(gè)級(jí)，在這種情況下，這三個(gè)連接軸與對(duì)應(yīng)上述可替代的兩軸是共軸的。從第二壓縮機(jī)單元22 “的出氣口流出的空氣是通過(guò)一個(gè)管道43進(jìn)入燃燒設(shè)備35 的進(jìn)氣口，該燃燒設(shè)備軸向設(shè)置在與該壓縮機(jī)單元22"相對(duì)的第二渦輪機(jī)單元的上游。該燃燒設(shè)備35與該第二渦輪機(jī)組件23的第一渦輪機(jī)單元23'的軸向進(jìn)氣口同軸，且向該第二渦輪機(jī)組件23的第一渦輪機(jī)單元23'的軸向進(jìn)氣口提供工業(yè)廢氣，其后， 該工業(yè)廢氣流到該第二渦輪組件23的第二渦輪機(jī)單元23〃。在圖2中，該第一燃?xì)廨啓C(jī)組10包括第一渦輪機(jī)組件13，該第一渦輪機(jī)組件13 通過(guò)一個(gè)軸11旋轉(zhuǎn)地連接到提取有用功的設(shè)備15，如發(fā)電機(jī)或類似設(shè)備。然而，第二燃?xì)廨啓C(jī)組20沒(méi)有包括一種提取有用功的設(shè)備，其中，該第二壓縮機(jī)和渦輪機(jī)組件是相互平衡的。第一渦輪機(jī)組的壓縮機(jī)組件12消耗能量較低，且至少幾乎所有的由發(fā)電站產(chǎn)生的有用功被第一渦輪機(jī)組提取。因此，僅第一渦輪機(jī)組必須連接到發(fā)電機(jī)或者類似設(shè)備。在本實(shí)施例中，通過(guò)導(dǎo)管63來(lái)引導(dǎo)蒸汽并且將該蒸汽噴射如第二渦輪機(jī)組件23 以膜冷卻，其目的是后面不需要提取該蒸汽以進(jìn)一步傳遞到該燃燒設(shè)備。圖3顯示了又一個(gè)實(shí)施例，其不同于圖2的地方在于所有的壓縮功是在第二組里產(chǎn)生的，這更有可能引起相對(duì)于該第二渦輪機(jī)組20的增強(qiáng)流動(dòng)幾何學(xué)。另一個(gè)不同是圖2 中的實(shí)施例的蒸汽發(fā)生器74已經(jīng)被一個(gè)射流式中間冷卻器所替代。圖4更加詳細(xì)地顯示了在軸向橫截面的第二渦輪機(jī)組20，以及燃燒設(shè)備，該燃燒設(shè)備是連接到一個(gè)渦輪組件23的軸向?qū)?zhǔn)的燃燒室35。將燃料和空氣以及蒸汽和/或水輸送到該燃燒室以進(jìn)一步控制燃燒室溫度。
假設(shè)該燃燒設(shè)備35的溫度約為1400°C，然而，該第二渦輪機(jī)組件23的下游的溫度約為1000°C，沒(méi)有任何冷卻要求的情況下，這就是一種易于管理的程度以傳遞到該第一渦輪機(jī)組件13的運(yùn)行。 此處顯示的第二渦輪機(jī)組件23通過(guò)蒸汽流63來(lái)冷卻，該蒸汽流通過(guò)蒸汽流進(jìn)氣口 65進(jìn)入，該蒸汽流63最初注入到該第二渦輪機(jī)組件23的靜止部分，且進(jìn)一步傳遞到該第二渦輪機(jī)組件23的旋轉(zhuǎn)部分。該蒸汽流61 (見圖1- 通過(guò)任何一個(gè)或者都通過(guò)進(jìn)氣口 64和64'進(jìn)入。水流 61'通過(guò)在燃燒室66的燃料噴射端的進(jìn)水口 64"直接射入該燃燒設(shè)備35的燃燒室66。蒸汽流是有利地冷卻該燃燒室的側(cè)壁。在本實(shí)施例中，這是一種情況，進(jìn)氣口 64'導(dǎo)致了內(nèi)襯冷卻。標(biāo)號(hào)51顯示了燃料輸送導(dǎo)管。該第二渦輪機(jī)組是單軸型的且具有一個(gè)軸流式渦輪機(jī)以及與軸流式渦輪機(jī)相互機(jī)械連接的離心式壓縮機(jī)，該軸流式渦輪機(jī)包括在第二渦輪機(jī)組件23內(nèi)，該離心式壓縮機(jī)包括在第二壓縮機(jī)組件22之內(nèi)。軸21包括用于連接到電力提取的設(shè)備上的裝置M。如圖4的裝置所示，在氣流48離開該第二渦輪機(jī)組20之前，將氣流48從第二渦輪機(jī)組件23傳遞到第一渦輪機(jī)組件的導(dǎo)流管48'通過(guò)來(lái)自第一壓縮機(jī)12的且在一導(dǎo)管 48"內(nèi)的壓縮空氣流42冷卻。標(biāo)號(hào)43顯示一種導(dǎo)管，該導(dǎo)管將流動(dòng)的空氣從第二壓縮機(jī)組件22導(dǎo)入到該第二渦輪機(jī)組件23 (見上文)。通過(guò)進(jìn)氣口 65噴射入第二渦輪機(jī)組件23的蒸汽流63用于膜冷卻和對(duì)流冷卻。對(duì)應(yīng)的已使用的蒸汽流68通過(guò)出氣口 65 ‘排出。此后，為了參與膨脹過(guò)程，該蒸汽流68通過(guò)進(jìn)氣口 64和64'被輸送到該燃燒設(shè)備。圖5中的實(shí)施例與圖4中的實(shí)施例相比較，其不同點(diǎn)在于來(lái)自在圖2或圖3看到的發(fā)電站的兩軸渦輪機(jī)組更加具體地呈現(xiàn)出來(lái)。該渦輪機(jī)-壓縮機(jī)連接可被操控在高壓比運(yùn)行，且使得這個(gè)完整的組在沒(méi)有任何電力提取的情況下可以運(yùn)行。該第二渦輪機(jī)組件23有兩個(gè)單級(jí)高壓渦輪機(jī)。該第二渦輪機(jī)組件23包括第一渦輪機(jī)單元23'和第二渦輪機(jī)單元23"，該第一渦輪機(jī)單元23'是單級(jí)高壓渦輪機(jī)，且該第二渦輪機(jī)單元23"是單級(jí)低壓渦輪機(jī)。該第二燃?xì)廨啓C(jī)組20也包括第二壓縮機(jī)組件22， 該第二壓縮機(jī)組件22依次由第一壓縮機(jī)單元22'和第二壓縮機(jī)單元22"組成。該第一渦輪機(jī)單元23'是由定位在該第二渦輪機(jī)組件的導(dǎo)葉片的中心位置的軸承所支撐，且通過(guò)軸 21(參見圖幻提供動(dòng)力。該第二渦輪機(jī)單元23"是由定位在該第二渦輪機(jī)組件的導(dǎo)葉片的中心位置的軸承所支撐，且通過(guò)軸21 (參見圖2、提供動(dòng)力。在圖5中剩下的參考標(biāo)記請(qǐng)參考上文。在被使用之后，僅用于膜冷卻的被噴射的蒸汽流63后來(lái)沒(méi)有排出傳輸?shù)饺紵遥妶D2。與相鄰的渦輪機(jī)同軸的燃燒室的定位方便了燃燒室從該主要發(fā)動(dòng)機(jī)和第二渦輪機(jī)組的主要元件上分離出來(lái)。該燃燒室的溫度預(yù)想為約1500°C，然而第二渦輪機(jī)組件的下游溫度約為1000°C，假設(shè)該燃燒室的溫度約為1500°C，然而，該第二渦輪機(jī)組件的下游的溫度約為 1000°C，這就是一種易于管理的程度以傳遞到該第一渦輪機(jī)組件的運(yùn)行。本發(fā)明可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)修改。例如，在某些應(yīng)用中，它可能包括在第一或第二渦輪機(jī)組中的其他低功耗設(shè)備如一種輔助設(shè)備。圖2和圖3中的實(shí)施例可以這樣完成。 在圖2和圖3中，提取少量有用功的設(shè)備或類似設(shè)備也可以在某些應(yīng)用中連接到第二渦輪機(jī)組。在權(quán)利要求的范圍內(nèi)也可能使在工業(yè)廢氣中和中間壓縮機(jī)的流動(dòng)通道內(nèi)的蒸汽和熱水過(guò)熱。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站具有第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)， 和第二燃?xì)廨啓C(jī)組00)，以及至少一提取有用功的設(shè)備(15，25)，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)組 (10)包括第一渦輪機(jī)組件(13)，所述第二燃?xì)廨啓C(jī)組00)包括一個(gè)第二壓縮機(jī)組件02) 和第二渦輪機(jī)組件(23)，所述第二壓縮機(jī)組件0 和第二渦輪機(jī)組件相互機(jī)械連接， 其中燃燒設(shè)備(3 產(chǎn)生工業(yè)廢氣氣流，所述燃燒設(shè)備(3 被放置在第二渦輪機(jī)組件03) 上游的工業(yè)廢氣流(42，48)里，其中，加熱來(lái)自生產(chǎn)用氣流的生產(chǎn)用水和/或蒸汽，所述產(chǎn)生的水和/或蒸汽被噴射到位于燃燒設(shè)備(3 上游和/或里面的工業(yè)廢氣氣流(42，48)中以致于工業(yè)廢氣流G2，48)中的空氣里至少有80%的氧氣是通過(guò)燃燒消耗，且被輸送到第二渦輪機(jī)組件的燃燒氣體具有50-300巴的壓力，其特征在于，在與第二渦輪機(jī)組件03)共軸的燃燒設(shè)備(3 內(nèi)產(chǎn)生的工業(yè)廢氣流，且所述工業(yè)廢氣流軸向被導(dǎo)入所述第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)，所述第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)與最靠近第二壓縮機(jī)組件0 的另一側(cè)相對(duì)，且來(lái)自所述第二渦輪機(jī)組件的工業(yè)廢氣流G8)在所述第二渦輪機(jī)組件03) 和第二壓縮機(jī)組件0 之間排出，且在所述第二渦輪機(jī)組件的出氣口處的壓力是在 5-50巴之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二渦輪機(jī)組件的出氣口處的壓力最好是在10-30巴之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)包括第一壓縮機(jī)組件(12)，該第一壓縮機(jī)組件(1 機(jī)械連接到第一渦輪機(jī)組件(1 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一氣流是被所述第二縮機(jī)壓組件0 的第一壓縮機(jī)單元壓縮的，然后被輸送至第二壓縮機(jī)組件0 的至少一第二壓縮機(jī)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述第一壓縮機(jī)單元之后和在所述第二壓縮機(jī)單元之前的第一氣流被帶到一冷熱交換器(74)用于冷卻所述第一氣流和加熱所述生產(chǎn)用水和/或蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述第一壓縮機(jī)單元之后和在所述第二壓縮機(jī)單元之前的第一氣流被帶到一噴射裝置以將氣流形成水和/或蒸汽噴射。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)組件02)具有一個(gè)第一壓縮機(jī)單元和第二壓縮機(jī)單元，其中，第一渦輪機(jī)組件具有一個(gè)第一渦輪機(jī)單元和一個(gè)第二渦輪機(jī)單元，其中，第二渦輪機(jī)單元通過(guò)一第一空心軸驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)單元旋轉(zhuǎn)，及第一渦輪機(jī)單元通過(guò)一第二軸驅(qū)動(dòng)第二壓縮機(jī)單元旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)組件02)具有一個(gè)第一壓縮機(jī)單元和第二壓縮機(jī)單元，所述第二壓縮機(jī)組件0 的第二壓縮機(jī)單元之后的第一氣流被帶到所述第二壓縮機(jī)組件0 的至少又一個(gè)壓縮機(jī)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少又一個(gè)壓縮機(jī)單元被相應(yīng)的渦輪機(jī)單元通過(guò)又一個(gè)軸驅(qū)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的方法，其特征在于，共軸的軸驅(qū)動(dòng)這些壓縮機(jī)單元，至少部分軸圍繞另一個(gè)軸。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在工業(yè)廢氣里的至少一部分水份用于生產(chǎn)用水和/或生產(chǎn)用蒸汽。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述蒸汽是用于冷卻工業(yè)廢氣，且至少一部分蒸汽此后流入到最好是在燃燒設(shè)備里的工業(yè)廢氣流G2，48)，進(jìn)一步作為工作流體利用。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在該氣流G8)離開所述第二渦輪機(jī)組00)之前，將氣流08)從第二渦輪機(jī)組件傳遞到第一渦輪機(jī)組件(13) 的導(dǎo)流管)通過(guò)來(lái)自第一壓縮機(jī)12的且在導(dǎo)管)內(nèi)側(cè)的壓縮空氣流42冷卻。
14.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站具有第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)，以及第二燃?xì)廨啓C(jī)組(20)，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)包括第一渦輪機(jī)組件(13)，所述第二燃?xì)廨啓C(jī)組00)包括一個(gè)第二壓縮機(jī)組件0 和第二渦輪機(jī)組件(23)，所述第二壓縮機(jī)組件02) 和第二渦輪機(jī)組件相互機(jī)械連接，且第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)和第二燃?xì)廨啓C(jī)組OO)中至少一個(gè)具有提取功的設(shè)備(15，25)，其中燃燒設(shè)備(3 產(chǎn)生工業(yè)廢氣氣流，所述燃燒設(shè)備(3 被放置在第二渦輪機(jī)組件上游的工業(yè)廢氣流(42，48)里，其中，設(shè)置加熱裝置，用于加熱來(lái)自生產(chǎn)用蒸汽的生產(chǎn)用水和/或蒸汽，以及設(shè)置噴射裝置，所述噴射裝置將產(chǎn)生的水和/或蒸汽噴射到位于燃燒設(shè)備上游和/或里面的工業(yè)廢氣流G2，48)，其特征在于，用于產(chǎn)生工業(yè)廢氣氣流G2，48)的燃燒設(shè)備(3 是與該第二渦輪機(jī)組件同軸， 且軸向定位該第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)，所述第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)是與最靠近第二壓縮機(jī)組件0 的另一側(cè)相對(duì)，及從所述第二渦輪機(jī)組件排出的工業(yè)廢氣流G8)被定位于所述第二渦輪機(jī)組件 (23)和第二壓縮機(jī)組件0 之間，其中所述發(fā)電站在運(yùn)行時(shí)，在所述第二渦輪機(jī)組件03) 的出氣口處的壓力是在5-50巴之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)電站，其特征在于，所述同軸燃燒設(shè)備(3 是一種管式燃燒室、獨(dú)立式燃燒室、無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)式燃燒室及渦輪機(jī)集成軸向燃燒室中的一種或幾種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的發(fā)電站，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)組件0 包括第一和第二壓縮機(jī)單元，22〃)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)電站，其特征在于，用于冷卻所述第一氣流和加熱所述生產(chǎn)用水和/或蒸汽的冷熱交換器(74)被放置在所述第一壓縮機(jī)單元)之后和在所述第二壓縮機(jī)單元、72")之前。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)電站，其特征在于，將氣流轉(zhuǎn)換成水霧和/或蒸汽噴霧的噴射裝置被放置在所述第一壓縮機(jī)單元)之后和在所述第二壓縮機(jī)單元)之前。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18其中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電站，其特征在于，從所述第二渦輪機(jī)組件排出的工業(yè)廢氣流位于所述第二渦輪機(jī)組件和第二壓縮機(jī)組件0 之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19其中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電站，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)組件0 具有一個(gè)第一壓縮機(jī)單元)和第二壓縮機(jī)單元)，其中，第二渦輪機(jī)組件具有一個(gè)第一渦輪機(jī)單元)和一個(gè)第二渦輪機(jī)單元)，其中，所述第一壓縮機(jī)單元)通過(guò)一第一空心軸)旋轉(zhuǎn)連接到第二渦輪機(jī)單元)，及第二壓縮機(jī)單元、Τλ")通過(guò)一第二軸旋轉(zhuǎn)連接到第一渦輪機(jī)單元)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)電站，其特征在于，所述第二渦輪機(jī)組件03)具有多于兩個(gè)渦輪機(jī)單元，且所述第二壓縮機(jī)組件具有多于兩個(gè)壓縮機(jī)單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的發(fā)電站，其特征在于，所述第一個(gè)軸和另一軸是共軸的，且所述第一軸至少部分地圍繞所述另一軸。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-22其中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電站，其特征在于，所述第一渦輪機(jī)組包括一第一壓縮機(jī)組件。
24.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的頂部管路裝置，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站具有第一燃?xì)廨啓C(jī)組 (10)，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)包括第一渦輪機(jī)組件(13)，所述頂部管路裝置包括第二燃?xì)廨啓C(jī)組(20)，所述第二燃?xì)廨啓C(jī)組00)依次包括一個(gè)第二壓縮機(jī)組件0 和第二渦輪機(jī)組件(23)，所述第二壓縮機(jī)組件0 和第二渦輪機(jī)組件相互機(jī)械連接，其中燃燒設(shè)備(3 產(chǎn)生工業(yè)廢氣氣流，所述燃燒設(shè)備(3 被放置在第二渦輪機(jī)組件上游的工業(yè)廢氣流(42，48)里，其中，所述發(fā)電站具有加熱裝置，所述加熱裝置用于加熱來(lái)自生產(chǎn)用蒸汽的生產(chǎn)用水和/或蒸汽，以及具有噴射裝置，所述噴射裝置將產(chǎn)生的水和/或蒸汽噴射到位于燃燒設(shè)備上游和/或里面的工業(yè)廢氣流G2，48)，且第一燃?xì)廨啓C(jī)組(10)和第二燃?xì)廨啓C(jī)組OO)中至少一個(gè)具有提取功的設(shè)備(15，25)，其特征在于，用于產(chǎn)生工業(yè)廢氣氣流02，48)的燃燒設(shè)備(3 是與該第二渦輪機(jī)組件同軸， 且軸向定位該第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)，所述第二渦輪機(jī)組件的一側(cè)是與最靠近第二壓縮機(jī)組件0 的另一側(cè)相對(duì)，及從所述第二渦輪機(jī)組件排出的工業(yè)廢氣流G8)被定為在所述第二渦輪機(jī)組件 (23)和第二壓縮機(jī)組件0 之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的裝置，其特征在于，所述同軸燃燒設(shè)備(3 是一種管式燃燒室、獨(dú)立式燃燒室、無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)式燃燒室及渦輪機(jī)集成軸向燃燒室中的一種或幾種。
26.根據(jù)權(quán)利要求M或25所述的裝置，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)組件0 包括第一和第二壓縮機(jī)單元，22")。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的裝置，其特征在于，用于冷卻所述第一氣流和加熱所述生產(chǎn)用水和/或蒸汽的冷熱交換器(74)被放置在所述第一壓縮機(jī)單元)之后和在所述第二壓縮機(jī)單元、72")之前。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的裝置，其特征在于，將氣流轉(zhuǎn)換成水霧和/或蒸汽噴霧的噴射裝置被放置在所述第一壓縮機(jī)單元)之后和在所述第二壓縮機(jī)單元)之前。
29.根據(jù)權(quán)利要求M-觀其中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，從所述第二渦輪機(jī)組件排出的工業(yè)廢氣流位于所述第二渦輪機(jī)組件和第二壓縮機(jī)組件0 之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站包括第一組燃?xì)廨啓C(jī)組(10)，第二組燃?xì)廨啓C(jī)組(20)，以及提取有用功的設(shè)備(15，25)，所述第一組燃?xì)廨啓C(jī)組(10)包括第一渦輪機(jī)組件(13)和第一壓縮機(jī)組件(12)，所述第二組燃?xì)廨啓C(jī)組(20)包括一第二壓縮機(jī)組件(22)和第二渦輪機(jī)組件(23)，所述第一組燃?xì)廨啓C(jī)組(10)和第二組燃?xì)廨啓C(jī)組(20)相互機(jī)械連接，其中，生產(chǎn)工業(yè)廢氣流的燃燒設(shè)備(35)被放入位于第二渦輪組件(23)的上游的工業(yè)廢氣流(42，48)中，其中，加熱來(lái)自生產(chǎn)廢氣流的生產(chǎn)用水或者蒸汽，產(chǎn)生的水或蒸汽噴射到位于該燃燒設(shè)備上游和/或在該燃燒設(shè)備內(nèi)的工業(yè)廢氣流(42，48)。工業(yè)廢氣流是在一個(gè)同軸燃燒設(shè)備(35)里產(chǎn)生，且所述工業(yè)廢氣流軸向進(jìn)入所述第二渦輪機(jī)組件(23)。來(lái)自所述第二渦輪機(jī)組件(23)的工業(yè)廢氣流(48)在所述第二渦輪機(jī)組件(23)和所述第二壓縮機(jī)組件之間排出。本發(fā)明還涉及一種發(fā)電站和頂部管路裝置。
文檔編號(hào)F02C3/30GK102325978SQ201080008748
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者漢斯埃瑞克·漢森 申請(qǐng)人:歐洲渦輪機(jī)公司