具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站的制作方法
【專利摘要】描述了用于運行燃氣渦輪發(fā)電站的方法，其中新鮮空氣(2)輸送到壓縮機入口(3)且在壓縮機入口(3)中加速，并且再循環(huán)的第一排氣子流(21)輸送到壓縮機入口(3)的區(qū)域中，其中，新鮮空氣(2)加速到一程度，使得總壓力和新鮮空氣(2)中的靜壓力之間的差大于或等于為了將目標質量流量的再循環(huán)的第一排氣子流(21)吸入壓縮機入口(3)中所需要的壓力差。另外描述了具有燃氣渦輪(6)的燃氣渦輪發(fā)電站，燃氣渦輪的壓縮機入口分成壓縮機(1)的流管道所連接的兩個區(qū)段(3'，3")，用于新鮮空氣的進料器連接到第一區(qū)段(3')上而用于使第一排氣子流(21)再循環(huán)的再循環(huán)管線連接到第二區(qū)段(3")上，并且第二區(qū)段(3")延伸到壓縮機(1)的附近，使得當燃氣渦輪(6)運行時，第二區(qū)段(3")的出口處的靜壓力低到使得總壓力和靜壓力之間的差大于或等于20為了將目標質量流量的再循環(huán)的第一排氣子流(21)吸入壓縮機入口(3)中所需要的壓力差。
【專利說明】具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站

【技術領域】
[0001]本公開涉及用于運行具有不同的氣體成分的兩個進氣流的燃氣渦輪的方法，并且涉及具有分開的壓縮機進氣口的燃氣渦輪。

【背景技術】
[0002]再循環(huán)是可基本用來在燃氣渦輪中實現(xiàn)大多數(shù)不同的可行目的的技術。因而，例如，為了控制排放，減少用于二氧化碳分離的排氣體積等。在燃氣渦輪中的排氣再循環(huán)中，大量排氣從總的排氣子流中分流且通常在冷卻和凈化之后再次輸送到渦輪的質量進氣流或渦輪壓縮機。排氣成分顯著不同于新鮮環(huán)境空氣的成分。傳統(tǒng)上，再循環(huán)的排氣子流與來自環(huán)境的新鮮空氣混合，并且這個混合物后續(xù)輸送到壓縮機。
[0003]有利地，通過排氣再循環(huán)，可增大排氣中的二氧化碳的分壓，以便減少具有二氧化碳分離的發(fā)電站的功率損失和效率損失。另外，提出排氣再循環(huán)，以便減少燃氣渦輪的進氣中的氧含量，以便從而減少NOx排放。
[0004]為了進行排氣再循環(huán)，例如，US7536252 BI描述了一種方法來控制渦輪機的排氣再循環(huán)流，排氣再循環(huán)流通過排氣再循環(huán)系統(tǒng)返回到渦輪機的入口。在這個方法中，確定包含渦輪機的進氣流中的排氣子流的份額的期望的排氣再循環(huán)份額，并且將實際值設定成期望值。
[0005]EP 2248999公開了一種用于排氣再循環(huán)的發(fā)電站和一種用于運行這個類型的發(fā)電站的方法，其中，根據(jù)負荷來控制再循環(huán)速率和再循環(huán)的排氣被再次冷卻到的溫度。
[0006]為了能夠使排氣再循環(huán)，在現(xiàn)有技術中提出了提供吹送器，以便克服再循環(huán)管線、在用于再循環(huán)的排氣的再冷卻器等中的壓力損失。備選地，存在若干方案，其中，再循環(huán)管線、用于再循環(huán)的排氣的冷卻器等設計成大到使得流速和因此壓力損失低到使得在排氣管線中的過壓足以使排氣返回。兩個解決方案較大且成本高，并且在發(fā)電站中需要額外的空間。具體而言，使用吹送器進一步損害發(fā)電站的功率和效率。


【發(fā)明內容】

[0007]本公開的一個目的是詳細描述一種方法來使具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪可靠地運行，而不使用吹送器來克服再循環(huán)管線的壓力損失。
[0008]另外，本公開的主題是適于實現(xiàn)該方法的燃氣渦輪發(fā)電站。
[0009]具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站包括燃氣渦輪、廢熱回收蒸汽發(fā)生器、排氣分流器，以及還有再循環(huán)管線，排氣分流器將排氣分成用于再循環(huán)到燃氣渦輪的進氣流中的第一排氣子流和排出到環(huán)境中的第二排氣子流。典型地，至少一個排氣再冷卻器布置在再循環(huán)管線中。
[0010]燃氣渦輪包括:具有進氣口橫截面的壓縮機；燃燒室，其在壓縮機之后，并且壓縮氣體與燃料一起在燃燒室中燃燒；以及渦輪，熱燃燒氣體在渦輪中膨脹；以及還有軸。
[0011]公開的方法的區(qū)別在于，規(guī)定了再循環(huán)的第一排氣子流的目標質量流量，并且再循環(huán)的第一排氣子流輸送到壓縮機入口的區(qū)域中，其中，新鮮空氣進氣流加速到一程度，使得總壓力和靜壓力之間的差大于或等于為了將目標質量流量的再循環(huán)的第一排氣子流吸入壓縮機入口中所需要的壓力差。
[0012]由于壓縮機的進氣流中的靜壓力被降低，所以用于使排氣再循環(huán)的壓力差增大，并且可省略排氣吹送器。
[0013]為了簡化，目標質量流量可規(guī)定為固定值或根據(jù)燃氣渦輪的運行狀況來確定。目標質量流量可規(guī)定為絕對值或規(guī)定為相對于當前狀態(tài)的相對值。例如，可將其確定為與濃度、溫度、燃燒室脈動或另一個變量的期望值/實際值偏差成比例。
[0014]典型地，再循環(huán)的第一排氣子流輸送到壓縮機入口的區(qū)域中，其中，新鮮空氣的進氣流加速到一程度，使得總壓力和靜壓力之間的差大于總壓力的1%。
[0015]根據(jù)方法的一個方案，再循環(huán)的第一排氣子流輸送到壓縮機入口的區(qū)域中，其中，進氣流加速到一程度，使得環(huán)境壓力和靜壓力之間的差大于再循環(huán)管線和再循環(huán)管線中的所有配件中的壓力損失的總和與排氣分流器中相對于環(huán)境壓力的過壓之間的差。
[0016]典型地，排氣分流器中的靜壓力比環(huán)境壓力更高，以便克服后面的排氣管線和在煙囪的前面的排氣處理裝置(諸如例如CO2分離裝置)中的壓力損失。因此，總體上，可增加壓力以將再循環(huán)的排氣輸送到壓縮機入口中。
[0017]基于壓縮機進氣流在進入壓縮機中之前，特別是在進氣噴嘴(還稱為鐘形口)中或在入口噴嘴的上游不遠處的高的加速度，在壓縮機入口中在壓縮機進氣口之前獲得顯著的壓力梯度。通過改變再循環(huán)的第一排氣子流輸送到壓縮機入口所處的位置，可開環(huán)或閉環(huán)地控制驅動壓力梯度且因此控制再循環(huán)的第一排氣子流的量。越靠近壓縮機進氣口輸送再循環(huán)的第一排氣子流，驅動壓力梯度且因此再循環(huán)的第一排氣子流的量就越大。
[0018]除了再循環(huán)的第一排氣子流被引導到壓縮機入口中所處的位置，再循環(huán)管線或再循環(huán)的第一排氣子流通過其返回的壓縮機入口的那個區(qū)段的出口面積也確定再循環(huán)的第一排氣子流。出口面積越大，則再循環(huán)的第一排氣子流變得越大。根據(jù)方法的一個方案，通過改變出口的橫截面積來開環(huán)或閉環(huán)地控制再循環(huán)的第一排氣子流的量，第一排氣子流從該出口輸送到壓縮機入口。
[0019]根據(jù)方法的另一方案，新鮮空氣和再循環(huán)的第一排氣子流通過壓縮機入口彼此同軸地輸送到壓縮機。
[0020]根據(jù)這個方法的又一個方案，新鮮空氣和再循環(huán)的第一排氣子流通過壓縮機入口經由同心圓形環(huán)輸送到壓縮機。
[0021]根據(jù)這個方法的又一個方案，第一排氣子流經由徑向內部圓形環(huán)輸送通過壓縮機入口。
[0022]根據(jù)方法的另一個實施例，為了設定再循環(huán)的第一排氣子流的量，通過可變的分隔元件來執(zhí)行調整或控制，可變的分隔元件布置在壓縮機入口中且使新鮮空氣的流管道與再循環(huán)的第一排氣子流的流管道分開。為了進行調整或控制，調節(jié)可變的分隔元件的出口處的幾何結構。這個調節(jié)可為沿任何方向的移動或移位，因此，改變分隔元件的出口處的壓力和流狀況。
[0023]根據(jù)一個實施例，可變的分隔元件可沿軸向方向移位。通過改變可變的分隔元件的軸向位置，特別是可變的分隔元件的出口端的軸向位置，開環(huán)或閉環(huán)地控制再循環(huán)的第一排氣子流的量。
[0024]根據(jù)方法的另一個實施例，通過可沿徑向方向移位的可變的分隔元件，開環(huán)或閉環(huán)地控制再循環(huán)的第一排氣子流的量。通過可變的分隔元件的徑向移位，開環(huán)或閉環(huán)地控制再循環(huán)的第一排氣子流通過其中輸送到壓縮機進氣口的出口面積，以便調整或控制再循環(huán)的第一排氣子流。
[0025]可通過流管道的一個固有的出口區(qū)域和通過一個或多個流管道的多個出口區(qū)域來使再循環(huán)的第一排氣子流輸送到壓縮機入口中。根據(jù)示例性實施例，再循環(huán)的第一排氣子流通過進料器引入，進料器布置成在壓縮機入口上游在周向方向上分布成與燃氣渦輪的軸同心。在這個示例性實施例中，通過改變進料器的出口孔口在壓縮機入口中的軸向位置來開環(huán)或閉環(huán)地控制再循環(huán)的第一排氣子流的量。
[0026]取決于運行概念和燃氣渦輪，為了啟動燃氣渦輪以及當燃氣渦輪處于部分負荷時，關閉或減少排氣再循環(huán)。這是必要的，例如，以便確保穩(wěn)定的低CO(低一氧化碳)燃燒，或者在點火操作期間，避免未燃燒的燃料再循環(huán)到燃氣渦輪的進氣流中。取決于進氣口橫截面如何分成新鮮空氣輸送通過其中的區(qū)段以及再循環(huán)的排氣通過其中返回的區(qū)段，在減少排氣再循環(huán)時會出現(xiàn)不正確的壓縮機進入流。根據(jù)方法的一個方案，為了避免這個不正確的進入流，當燃氣渦輪啟動或處于部分負荷時，在再循環(huán)的第一排氣子流引入壓縮機中之前，使新鮮空氣混合到再循環(huán)的第一排氣子流中。通過控制或調整元件(例如閥或閥瓣)對新鮮空氣的混合進行開環(huán)或閉環(huán)控制。當排氣再循環(huán)關閉時，純新鮮空氣可通過這個控制或調整元件輸送到進氣口橫截面的第二區(qū)段中，使得即使沒有排氣再循環(huán)，也確保均勻的壓縮機進入流。
[0027]根據(jù)一個方案，再循環(huán)的第一排氣流和新鮮空氣以沿徑向分級的方式輸送到壓縮機進氣口，通過進氣口橫截面的相對于壓縮機的旋轉軸線的外部區(qū)段輸送新鮮空氣，并且通過進氣口橫截面的相對于壓縮機的旋轉軸線的內部區(qū)段輸送再循環(huán)的第一排氣流。借助于這個方法，可避免或至少減少氧減少的氣體混合到冷卻空氣中。因而與其中新鮮空氣首先與氧減少的氣體混合且然后輸送到壓縮機的傳統(tǒng)的方法相比，減少到達燃燒室的氣體的氧濃度。這使得能夠使用小于現(xiàn)有技術的質量流量的具有減少的氧份額的氣體，以便對燃燒產生特定作用。
[0028]根據(jù)備選方案，再循環(huán)的第一排氣流和新鮮空氣以沿徑向分級的方式輸送到壓縮機進氣口，通過進氣口橫截面的相對于壓縮機的旋轉軸線的內部區(qū)段輸送新鮮空氣，并且通過進氣口橫截面的相對于壓縮機的旋轉軸線的外部區(qū)段輸送再循環(huán)的第一排氣流。
[0029]這使得與現(xiàn)有技術相比，能夠使用增大的新鮮空氣與再循環(huán)排氣比。因而，整體上，可減少排氣中的氧含量，可增加CO2含量，并且可減少離開發(fā)電站且可例如從其中分離CO2的排氣流的質量。減少的質量的排氣流使得能夠減小發(fā)電站尺寸。較高CO2含量導致更有效的分離，減少用于CO2分離的輔助能量的消耗且因此導致發(fā)電站有較高的凈功率輸出和較高凈效率。
[0030]除了方法，本公開的主題為用于執(zhí)行該方法的具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站。這個類型的燃氣渦輪發(fā)電站包括燃氣渦輪、廢熱回收蒸汽發(fā)生器、進氣流可通過其中流到燃氣渦輪的壓縮機中的壓縮機入口，以及排氣分流器，在運行期間，排氣分流器將燃氣渦輪的排氣分成再循環(huán)到燃氣渦輪的進氣流中的第一排氣子流和排出環(huán)境中的第二排氣子流。根據(jù)本公開，壓縮機入口分成第一區(qū)段和第二區(qū)段。在壓縮機進氣口處開始的壓縮機流管道連接這兩個區(qū)段。另外，用于新鮮空氣的進料器連接到第一區(qū)段上，而用于使來自排氣分流器的第一排氣子流再循環(huán)的再循環(huán)管線連接到第二區(qū)段上。在這個情況下，第二區(qū)段延伸到壓縮機的附近使得當燃氣渦輪運行時，在第二區(qū)段的出口處的靜壓力低到使得總壓力和靜壓力之間的差大于或等于為了將目標質量流量吸入壓縮機入口中所需要的壓力差。
[0031]為了簡化，目標質量流量可規(guī)定為固定值或根據(jù)燃氣渦輪的運行狀況來確定。典型地，第二區(qū)段延伸到壓縮機的附近，使得在運行期間，進氣流加速到一程度，使得總壓力和靜壓力之間的差大于總壓力的1%。
[0032]根據(jù)燃氣渦輪發(fā)電站的另一個實施例，當燃氣渦輪運行時，第二區(qū)段的出口處的靜壓力低到使得環(huán)境壓力和第二區(qū)段的出口處的靜壓力之間的差大于再循環(huán)管線和再循環(huán)管線中的所有配件中的壓力損失的總和與排氣分流器相對于環(huán)境壓力的過壓之間的差。
[0033]根據(jù)一個示例性實施例，用于輸送新鮮空氣的第一區(qū)段和用于輸送再循環(huán)的第一排氣子流的第二區(qū)段布置成在它們在壓縮機進氣口的上游的出口處彼此同軸。
[0034]在另一個示例性實施例中，用于輸送新鮮空氣的第一區(qū)段和用于輸送再循環(huán)的第一排氣子流的第二區(qū)段在它們的出口處設計成同心圓形環(huán)。
[0035]根據(jù)燃氣渦輪發(fā)電站的另一個實施例，為了可對再循環(huán)的排氣子流進行開環(huán)或閉環(huán)控制，壓縮機入口的第二區(qū)段的出口設計成在幾何結構上可變。
[0036]根據(jù)一個示例性實施例，用于輸送新鮮空氣的第一區(qū)段和用于輸送再循環(huán)的第一排氣子流的第二區(qū)段在它們的出口處被可變的分隔元件分開?？勺兊姆指粼砂ㄖ辽僖粋€可移位壁或至少一個可移位壁部分。但是，可變的分隔元件也可為由柔性材料制成的可膨脹的元件，或包括它們的組合。
[0037]例如，可變的分隔元件可布置成可沿燃氣渦輪軸線的軸向方向移位。在這個類型的布置中，主要通過分隔元件最終所處的相應的周向位置上的負壓來對再循環(huán)的第一排氣子流的質量流量進行開環(huán)或閉環(huán)控制。
[0038]在另一個示例中，可變的分隔元件布置成可沿徑向方向移位。借助于徑向移位，主要通過第二區(qū)段的出口面積來對再循環(huán)的第一排氣子流的質量流量進行開環(huán)或閉環(huán)控制。
[0039]另外，可設想到沿軸向和沿徑向可移位的分隔元件的組合。
[0040]在另一個實施例中，用于引入再循環(huán)的第一排氣子流的進料器布置成在周向方向上分布在壓縮機進氣口的上游，與燃氣渦輪的軸同心。在這個情況下，能夠設定從進料器的出口孔口到壓縮機進氣口的軸向距離，以便調整或控制再循環(huán)的第一質量流量。
[0041]在燃氣渦輪發(fā)電站的另一個實施例中，壓縮機進氣口的第二區(qū)段通過控制或調整元件連接到新鮮空氣或用于新鮮空氣的進料器。這個控制或調整元件使得能夠以受控的方式將新鮮空氣混合到再循環(huán)的第一排氣子流。因此當燃氣渦輪處于部分負荷和/或啟動時，可使新鮮空氣吸入壓縮機入口的第二區(qū)段中。
[0042]新鮮空氣(環(huán)境空氣)通過管線或空氣管道輸送到這個控制或調整元件，這個控制或調整元件為例如閥瓣或閥。為了補償調整元件和輸送和混合的壓力損失，吹送器可設置在進料器中。這個進料器不必直接通到壓縮機入口的第二區(qū)段中，而是可通到再循環(huán)管線中，第一再循環(huán)質量的排氣流通過再循環(huán)管線返回。例如，它甚至可通到上游或具有氣體清洗功能的排氣再冷卻器，諸如例如噴霧冷卻器(也稱為直接接觸冷卻器)。在這個情況下，可輸送新鮮空氣，而不需要額外的過濾或僅需要少量的過濾。
[0043]根據(jù)一個方案，壓縮機入口的區(qū)段設計成內部區(qū)段和外部區(qū)段，用于再循環(huán)的第一排氣流的進料器連接到壓縮機入口的內部區(qū)段，并且新鮮空氣進料器連接到壓縮機入口的外部區(qū)段。
[0044]借助于這個布置，可避免或至少減少氧減少的氣體混合到冷卻空氣中。因而與其中新鮮空氣首先與氧減少的氣體混合且然后輸送到壓縮機的傳統(tǒng)的方法相比，減少到達燃燒室的氣體的氧濃度。這使得能夠使用比現(xiàn)有技術更低的質量流量的具有減少的氧份額的氣體，以在運行期間對燃燒產生特定作用。
[0045]根據(jù)備選方案，壓縮機入口的區(qū)段設計成內部區(qū)段和外部區(qū)段，用于再循環(huán)的第一排氣流的進料器連接到壓縮機入口的外部區(qū)段，而新鮮空氣進料器連接到壓縮機入口的內部區(qū)段。
[0046]這使得能夠使用比現(xiàn)有技術更高的新鮮空氣與再循環(huán)排氣比。因而，整體上，可減少排氣中的氧含量，可增大CO2含量且可減少離開發(fā)電站且例如從中分離出CO2的排氣流的質量。減少的質量的排氣流使得能夠減小發(fā)電站的尺寸。在運行期間，較高CO2含量導致更有效的分離，并且減少用于CO2分離的輔助能量的消耗，并且因此導致發(fā)電站有較高凈功率輸出和較高凈效率。
[0047]闡述的所有優(yōu)點不僅可在各個情況下以規(guī)定的組合的方式使用，而且還可以其它組合的方式或單獨地使用，而不脫離本公開的范圍。本公開可不受限制地應用于具有燃燒室的燃氣渦輪和具有順序燃燒的燃氣渦輪，諸如例如，根據(jù)EP 0718470中已知的那樣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]在下面借助于附圖來描述本公開的優(yōu)選的實施例，附圖僅僅用于闡述的目的而不應限制性地解釋附圖。在示意圖中:
圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術的具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站；
圖2顯示具有排氣再循環(huán)且以減少的靜壓力將排氣引入壓縮機入口的區(qū)域中的燃氣渦輪發(fā)電站；
圖3顯示分開的壓縮機入口的示意圖，該壓縮機入口用于以減少靜壓力將再循環(huán)的排氣引入到壓縮機入口的區(qū)域中；
圖4詳細顯示壓縮機進氣口的上游的壓縮機入口的壓力分布圖；
圖5顯示具有分隔元件的壓縮機入口的細節(jié)；
圖6顯示具有沿徑向可變的分隔元件的壓縮機入口的細節(jié)；
圖7顯示具有沿軸向可變的分隔元件的壓縮機入口的細節(jié)；
圖8顯示通過在壓縮機入口中圍繞燃氣渦輪軸線布置成圓形的多個輸送管道來使排氣再循環(huán)的壓縮機入口。

【具體實施方式】
[0049]圖1顯示具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站的基本元件的示意圖。燃氣渦輪6包括壓縮機1，在其中壓縮的燃燒空氣被輸送到燃燒室4，并且在那里與燃料5 —起燃燒。熱的燃燒氣體后續(xù)在渦輪7中膨脹。在渦輪7中產生的有用能量則例如借助于布置在同一軸上的第一發(fā)電機25轉化成電能。
[0050]為了最佳地利用仍然包含在熱排氣中的能量，從渦輪7流出的熱排氣8在廢熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 9中被用來產生新鮮蒸汽30，以用于蒸汽渦輪13或其它裝置。蒸汽渦輪13中產生的有用的能量則例如借助于布置在同一軸上的第二發(fā)電機26轉化成電能。在示例中以簡化形式且僅示意性地示出蒸汽回路。未顯示各種壓力級、給水泵等，因為這些不是本發(fā)明的主題。
[0051]在這種裝置中的廢熱回收蒸汽發(fā)生器9的下游，來自廢熱回收蒸汽發(fā)生器19的排氣在排氣分流器29中分成第一排氣子流21和第二排氣子流20，可對排氣分流器29進行開環(huán)或閉環(huán)控制。第一排氣子流21返回到燃氣渦輪6的進氣管線，并且在那里與新鮮空氣2混合。未返回的第二排氣子流20排出到環(huán)境中，或者在這個示例中，通過排氣再冷卻器23進一步冷卻，并且輸送到CO2分離系統(tǒng)18。低CO2排氣22從這里通過煙囪32排出到環(huán)境中。為了克服CO2分離系統(tǒng)18和排氣管線的壓力損失，可提供排氣吹送器10。在0)2分離系統(tǒng)18中分離出的C0231典型地被壓縮和轉移，以進行存儲或進一步處理。通過蒸汽抽取對CO2分離系統(tǒng)18進行供應，蒸汽從蒸汽渦輪13分流出來。
[0052]第二排氣子流也可直接通過具有旁路閥瓣12的排氣旁路24通到煙囪32。
[0053]返回的第一排氣子流21在排氣再冷卻器27中冷卻到略微高于環(huán)境溫度，排氣再冷卻器27可配備有冷凝器。用于再循環(huán)流21的增壓器或排氣吹送器11可布置在這個排氣再冷卻器27下游。這個返回的第一排氣子流21與新鮮空氣2混合，之后混合物作為進氣流通過壓縮機入口 3輸送到燃氣渦輪6。
[0054]與圖1相反，圖2中示出具有順序燃燒的燃氣渦輪。方法可應用于具有燃燒室的燃氣渦輪和具有順序燃燒的燃氣渦輪。對應地，各方案對于具有燃燒室的燃氣渦輪和具有順序燃燒的燃氣渦輪也是可行的。
[0055]圖2示意性地顯示具有分成兩個區(qū)段的壓縮機入口的燃氣渦輪發(fā)電站的示例性實施例，用于新鮮空氣的進料器通到壓縮機入口 3的第一區(qū)段3’中，而用于再循環(huán)的排氣子流21的進料器通到壓縮機入口 3的第二區(qū)段3〃中。兩個入口區(qū)段3’、3〃在壓縮機入口3的面向壓縮機的側連接壓縮機I的流管道。第二區(qū)段3"延伸到壓縮機入口 3的區(qū)域中，其中，當燃氣渦輪運行時，流快速地加速，使得靜壓力下落到一程度，使得第一排氣子流21克服再循環(huán)管線中的壓力損失和排氣再冷卻器27的壓力損失。
[0056]低壓和中壓冷卻氣體33、34從壓縮機I分流，并且輸送來冷卻燃氣渦輪的熱氣部件。另外，高壓冷卻氣體28在壓縮機或后面的擴散器的端部處分流，并且輸送來冷卻燃氣渦輪的熱氣部件。為了簡化，圖2僅示出冷卻氣體輸送到高壓渦輪16，并且在各個情況下低壓和中壓冷卻氣體33、34輸送到低壓渦輪17。為了簡化，未示出冷卻氣體輸送到燃燒室14、15，典型地借助于高壓冷卻空氣28來冷卻高壓燃燒室14，并且典型地借助于中壓冷卻空氣34來冷卻低壓燃燒室15。
[0057]為了在燃氣渦輪的不同運行狀態(tài)的情況下在通往壓縮機的流中實現(xiàn)均勻的速度分布，并且改變再循環(huán)的排氣21的份額，并且改變與其相關聯(lián)的壓縮機進氣量，在圖2中顯示的示例性實施例中，提供了新鮮空氣調整元件42,通過新鮮空氣調整元件42,新鮮空氣2混合到第一排氣子流21，之后所述新鮮空氣通過壓縮機入口 3的第二區(qū)段3"引入到壓縮機I中。
[0058]圖3以透視圖顯示分開的壓縮機入口的示意圖，其用于利用減小的靜壓力將排氣引入到壓縮機入口的區(qū)域中。新鮮空氣2從一側輸送到壓縮機入口 3的第一區(qū)段3’，在這里水平地偏轉，并且在進一步偏轉之后，沿燃氣渦輪軸線的方向通過環(huán)形出口區(qū)域輸送到壓縮機。
[0059]再循環(huán)的第一排氣子流21與燃氣渦輪的主流方向沿軸向相反地引導到壓縮機入口 3的上游的平面，在壓縮機入口的第二區(qū)段3〃中偏轉，并且在燃氣渦輪軸線上方從進氣口的上游的側引導到燃氣渦輪中。由于第二次偏轉，再循環(huán)的第一排氣子流21被沿燃氣渦輪軸線的高度方向引導，并且在進一步偏轉之后通過環(huán)形出口區(qū)域輸送到壓縮機。兩個區(qū)段3’、3〃被分隔件45分開，分隔件45延伸到具有靜壓力的區(qū)域中，借助于此，再循環(huán)的第一排氣子流21被吸入壓縮機I中。
[0060]在圖4中示意性地顯示壓縮機入口 3中的壓力分布。這顯示壓縮機進氣口的上游的壓縮機入口 3的細節(jié)，其中，由于流加速，壓力快速地從進氣口壓力P1下降，直到其到達壓縮機進氣口壓力P3。在示例中描繪90%等壓線47。因為流加速，靜壓力已經從這個90%等壓線47下落到總壓力的90%。當再循環(huán)的第一排氣子流引入到壓縮機入口 3的位于這些等壓線的下游的那個區(qū)域中時，環(huán)境總壓力的10%可用于傳送再循環(huán)的第一排氣子流。典型地，靜壓力降低5%足以使排氣返回到壓縮機入口中。在具有低壓力損失的大的再循環(huán)管線的情況下，并且考慮到當再循環(huán)的第一排氣子流分流時在排氣系統(tǒng)中的可能的過壓，較少地降低靜壓力可為足夠的。因而，能夠引入到其中靜壓力僅降低總壓力的1%或2%的區(qū)域中。取決于再循環(huán)的第一排氣子流在壓縮機入口的第二區(qū)段的出口處的期望的流出速度，可能需要更多地降低靜壓力，并且其量可高達總壓力的20%或30%。
[0061]圖5顯示在壓縮機的上游不遠處的壓縮機入口 3的細節(jié)的示意圖。細節(jié)被軸蓋38且向外被壓縮機殼體40限制于燃氣渦輪的軸。分隔元件45使用于引入新鮮空氣2的第一區(qū)段3’與用于引入再循環(huán)的第一排氣子流3"的第二區(qū)段3"分開。在第一區(qū)段3’中的示出的細節(jié)的入口處的新鮮空氣的壓力P2高于第二區(qū)段3"中的示出的細節(jié)的入口處的再循環(huán)的第一排氣子流的壓力P21。兩個壓力p2、P21顯著高于壓縮機進氣Dp3處的靜壓力?？紤]到較高的初始壓力，新鮮空氣在第一區(qū)段3’中更快地加速，使得分隔元件45的端部處的新鮮空氣的速度V2高于再循環(huán)的排氣子流的速度v21。從而形成被剪切層50分開的剪切流。
[0062]圖6和7顯示可變的分隔元件49的示例，其使得能夠調整或控制再循環(huán)的第一質量排氣流21。典型地，在具有可變的分隔元件49的方案中，壓縮機入口 3通過固定的分隔件45分成兩個區(qū)段3’、3〃，并且固定分隔件的一部分被被僅在區(qū)段3’、3〃的出口區(qū)域中的可變的分隔元件49替代或補充。
[0063]圖6顯示具有沿徑向可變的分隔元件49的壓縮機入口 3的細節(jié)的示意圖，沿徑向可變的分隔元件49連接固定的分隔件45。出口端可在徑向方向上變寬或變窄。
[0064]為了增加再循環(huán)的第一質量排氣流21，可變的分隔元件49可在徑向方向上遠離燃氣渦輪的軸線在流向上而變寬，使得增加第二區(qū)段3"的出口面積。這使得對于相同的流速，能夠流入較高質量流量的再循環(huán)的第一排氣子流21。
[0065]為了減少再循環(huán)的第一質量排氣流21，可沿徑向方向朝燃氣渦輪的軸線將可變的分隔元件49推到一起，使得減少第二區(qū)段3〃的出口面積。因此，對于相同流速，減少再循環(huán)的第一排氣子流21的流入。
[0066]作為備選示例性實施例，圖7顯示具有沿軸向可變的分隔元件49的壓縮機入口 3的細節(jié)的不意圖。
[0067]為了增加再循環(huán)的第一質量排氣流21，可變的分隔元件49可沿軸向方向(向右)在流向上移位，使得第二區(qū)段3"的出口位于具有較高流速和對應地較低靜壓力的區(qū)域中。
[0068]為了減少再循環(huán)的第一質量排氣流21，可變的分隔元件49可沿軸向方向(向左)與流方向相反地移位，使得第二區(qū)段3"的出口位于具有較低流速和對應地較高靜壓力的區(qū)域中。
[0069]圖8顯示再循環(huán)的排氣21的備選輸送。代替通過壓縮機入口的被金屬片材分開的、用于再循環(huán)的排氣21的第二區(qū)段3〃單獨地輸送再循環(huán)的排氣21，使用了未分開的壓縮機入口 3，再循環(huán)的排氣21通過沿軸向在壓縮機入口 3的內壁上布置成環(huán)的多個輸送管道39引入未分開的壓縮機入口 3中。適當?shù)妮斔凸艿?9例如為管或管連接件，它們的出口端在壓縮機進氣口的方向上平行于主流而定向。在顯示的示例中，管連接件延伸到壓縮機I的入口噴嘴(鐘形口)中。在顯示的示例中，可調整管的出口孔口的軸向位置。這可例如借助于伸縮地拉長或縮短管或借助于柔性管連接件而使整個管移位來進行。
[0070]具有多個輸送管道39的方案具有的優(yōu)點在于，不需要分隔件45來分開壓縮機入口 3。這在運行期間的優(yōu)點在于，新鮮空氣2與再循環(huán)的排氣21的比可獨立于入口區(qū)段的面積比而改變。此外，單獨的管的移位可以比可變的分隔件更簡單的方式以機械的方式實現(xiàn)。
[0071]參考標號列表
I壓縮機 2新鮮空氣 3壓縮機入口
3’第一區(qū)段:用于新鮮空氣的壓縮機入口區(qū)段 3"第二區(qū)段:用于氧減少的氣體的壓縮機入口區(qū)段 4燃燒室 5燃料 6燃氣渦輪 7渦輪
8燃氣渦輪的熱排氣 9廢熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)
10用于第二排氣子流的排氣吹送器(通往CO2分離系統(tǒng))
11用于第一排氣子流的排氣吹送器(排氣再循環(huán))
12旁路閥瓣或閥 13蒸汽渦輪 14高壓燃燒室 15低壓燃燒室 16高壓渦輪 17低壓渦輪18CO2分尚系統(tǒng)
19來自廢熱回收蒸汽發(fā)生器的排氣
20第二排氣子流(通往CO2分離系統(tǒng)的排氣管線)
21第一排氣子流(排氣再循環(huán))
22低CO2排氣
23排氣再冷卻器(用于第二排氣子流)
24通往煙?的排氣旁路25第一發(fā)電機26第二發(fā)電機
27排氣再冷卻器(用于第一排氣子流)
28高壓冷卻氣體29排氣分流器30新鮮蒸汽31分離出的CO232煙囪
33低壓冷卻氣體34中壓冷卻氣體35轉子冷卻氣體36壓縮機氣室37軸(還稱為轉子)
38軸蓋39輸送管道40壓縮機殼體41壓縮機抽取點42控制或調整元件43壓縮機導葉44壓縮機活動葉片45入口導引板46軸蓋47 90%等壓線48軸承支承件49可變的分隔元件50剪切層P1Tv口壓力P2新鮮空氣壓力
P21再循環(huán)的第一排氣子流的壓力P3壓縮機進氣口壓力V2新鮮空氣的速度V21再循環(huán)的排氣子流的速度。
【權利要求】
1.一種用于運行具有排氣再循環(huán)的燃氣渦輪發(fā)電站的方法，所述燃氣渦輪發(fā)電站包括具有壓縮機入口(3)的燃氣渦輪￠)、廢熱回收蒸汽發(fā)生器(9)、將排氣(19)分成用于再循環(huán)到所述燃氣渦輪￠)的進氣流中的第一排氣子流(21)和用于排出到環(huán)境中的第二排氣子流(20)的排氣分流器(29)，以及還有再循環(huán)管線和排氣再冷卻器(27)，在所述方法中，新鮮空氣(2)輸送到所述壓縮機入口(3)中且在所述壓縮機入口(3)中加速， 其特征在于，再循環(huán)的第一排氣子流(21)與所述新鮮空氣(2)分開來輸送到所述壓縮機入口(3)中且與所述新鮮空氣(2)同軸，并且與所述新鮮空氣(2)分開來引導到所述壓縮機入口(3)的區(qū)域，其中，所述新鮮空氣(2)加速到一程度，使得總壓力和所述新鮮空氣(2)中的靜壓力之間的差大于或等于為了將目標質量流量的所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)吸入所述壓縮機入口(3)中所需要的壓力差。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)和所述新鮮空氣(2)輸送通過同軸環(huán)形管道，所述第一排氣子流(21)輸送通過所述壓縮機入口(3)的徑向內部區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過改變所述第一排氣子流(21)輸送到所述壓縮機入口(3)所處的位置來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的方法，其特征在于，通過改變出口的橫截面積來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量，所述第一排氣子流(21)從所述出口輸送到所述壓縮機入口(3)。
5.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，通過調節(jié)可變的分隔元件(49)來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量，所述可變的分隔元件(49)布置在所述壓縮機入口(3)中，并且使所述新鮮空氣(2)的流管道與所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的流管道分開。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，通過使所述可變的分隔元件(49)沿軸向移位來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量，或通過使所述可變的分隔元件(49)沿徑向移位來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量。
7.根據(jù)權利要求1至5中的任一項所述的方法，其特征在于，所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)通過進料器(39)引入，所述進料器(39)布置成在所述壓縮機入口上游在周向方向上分布在進氣管道的直徑上，與所述燃氣渦輪￠)的軸(37)同心，并且通過改變所述進料器(39)的出口孔口在所述壓縮機入口(3)中的軸向位置來開環(huán)或閉環(huán)地控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的量。
8.根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的方法，其特征在于，當所述燃氣渦輪處于部分負荷和/或啟動時，通過控制或調整元件(42)將新鮮空氣引導到所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的流管道中。
9.一種燃氣渦輪發(fā)電站，其包括燃氣渦輪￠)、廢熱回收蒸汽發(fā)生器(9)、壓縮機入口(3)和排氣分流器(29)，在運行期間，所述排氣分流器(29)將排氣(19)分成再循環(huán)到所述燃氣渦輪出)的進氣流中的第一排氣子流(21)和排出到環(huán)境中的第二排氣子流(20)， 其特征在于，所述壓縮機入口分成所述壓縮機的流管道所連接的第一區(qū)段(3’)和第二區(qū)段(3〃)，所述第一區(qū)段(3’)和所述第二區(qū)段(3〃)布置成在它們的出口處彼此同軸，并且用于新鮮空氣的進料器連接到所述第一區(qū)段(3’)上，而用于使所述第一排氣子流(21)從所述排氣分流器(29)再循環(huán)的再循環(huán)管線連接到所述第二區(qū)段(3〃)上，并且所述第二區(qū)段(3〃)延伸到所述壓縮機(I)的附近，使得當所述燃氣渦輪運行時，所述第二區(qū)段(3〃)的出口處的靜壓力低到使得總壓力和靜壓力之間的差大于或等于為了將目標質量流量的所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)吸入所述壓縮機入口(3)中所需要的壓力差。
10.根據(jù)權利要求9所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，用于輸送新鮮空氣(2)的所述第一區(qū)段(3’)和用于輸送再循環(huán)的第一排氣子流(21)的所述第二區(qū)段(3〃)在它們的出口處設計成同心圓形環(huán)。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，所述第二區(qū)段(3")的出口在幾何結構上可變。
12.根據(jù)權利要求9至11中的任一項所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，用于輸送新鮮空氣(2)的所述第一區(qū)段(3’)和用于輸送再循環(huán)的第一排氣子流(21)的所述第二區(qū)段(3")在它們的出口被可變的分隔兀件(49)分開。
13.根據(jù)權利要求12所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，所述可變的分隔元件(49)布置成可沿軸向方向移位，或所述可變的分隔元件(49)布置成可沿徑向方向移位。
14.根據(jù)權利要求12所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，用于引入所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)的進料器(39)布置成在所述壓縮機進氣口上游在周向方向上分布在所述壓縮機入口(3)中，與所述燃氣渦輪(6)的軸(37)同心，可調節(jié)從所述進料器(39)的出口孔口到所述壓縮機進氣口的軸向距離，以便調整或控制所述再循環(huán)的第一排氣子流(21)。
15.根據(jù)權利要求9至14中的任一項所述的燃氣渦輪發(fā)電站，其特征在于，所述壓縮機進氣口的所述第二區(qū)段(3〃)通過控制或調整元件(42)連接到用于新鮮空氣(2)的進料器上。
【文檔編號】F02C3/34GK104204463SQ201380011682
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權日:2012年2月29日
【發(fā)明者】E.本茨, J.黑拉特, H.韋特施泰因, R.派內 申請人:阿爾斯通技術有限公司