操作具有排出氣體再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的方法及對應(yīng)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于操作燃?xì)鉁u輪(6)的方法，其中氧減少氣體(21)和新鮮空氣(2)以沿徑向分級方式輸送至燃?xì)鉁u輪(6)的壓縮機(jī)(1)，新鮮空氣(2)經(jīng)由關(guān)于壓縮機(jī)(1)的旋轉(zhuǎn)軸線的入口截面的外區(qū)段(3')輸送，并且氧減少氣體(21)經(jīng)由關(guān)于壓縮機(jī)(1)的旋轉(zhuǎn)軸線的入口截面的內(nèi)區(qū)段(3'')輸送。本發(fā)明還涉及一種具有燃?xì)鉁u輪(6)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，該燃?xì)鉁u輪(6)具有壓縮機(jī)入口(3)，其后接壓縮機(jī)(1)的流動管道，并且分成內(nèi)區(qū)段(3'')和外區(qū)段(3')，用于氧減少氣體的進(jìn)料部連接于壓縮機(jī)入口(3)的內(nèi)區(qū)段(3'')，并且新鮮空氣進(jìn)料部連接于壓縮機(jī)入口(3)的外區(qū)段(3')。
【專利說明】操作具有排出氣體再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的方法及對應(yīng)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種用于操作具有不同氣體分成的兩股入口流的燃?xì)鉁u輪的方法，以及一種具有分開的壓縮機(jī)入口的燃?xì)鉁u輪。

【背景技術(shù)】
[0002]通常氣體盡可能均一以輸送至燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)用于壓縮。在其中不同成分的氣體可用的應(yīng)用中，這些首先互混，并且接著輸送至壓縮機(jī)。例如，在排出氣體的再循環(huán)中，使用了具有與新鮮空氣有差別的氣體成分的排出氣體。再循環(huán)為可基本用于燃?xì)鉁u輪中的大多數(shù)多樣可能目的的技術(shù)。因此，例如，用于監(jiān)測排放物、用于減小用于二氧化碳分離的排出氣體體積等。在燃?xì)鉁u輪中的排出氣體的再循環(huán)中，排出氣體的可觀部分從整個排出氣體流分流，并且通常在冷卻和凈化之后，再次輸送至渦輪的入口質(zhì)量流或渦輪壓縮機(jī)。排出氣體成分與新鮮環(huán)境空氣的成分大為不同。通常，再循環(huán)的排出氣體流與來自周圍環(huán)境的新鮮空氣互混，并且該混合物隨后輸送至壓縮機(jī)。
[0003]有利地，通過排出氣體再循環(huán)，排出氣體中的二氧化碳分壓可增大，以便減小具有二氧化碳分離的動力設(shè)備處的功率損失和效率損失。還提出了排出氣體再循環(huán)，其為了減少燃?xì)鉁u輪的進(jìn)入氣體中的氧含量的目的，以便由此減少NOx排放物。
[0004]對于排出氣體再循環(huán)，例如，US 7536252 BI描述了用于控制渦輪機(jī)的排出氣體再循環(huán)流的方法，該排出氣體再循環(huán)流經(jīng)由排出氣體再循環(huán)系統(tǒng)返回至渦輪機(jī)的入口。在該方法中，確定包含渦輪機(jī)的入口流中的排出氣體流的部分的期望排出氣體再循環(huán)部分，并且實(shí)際值設(shè)定至期望值。
[0005]EP2248999公開了具有排出氣體再循環(huán)的動力設(shè)備，并且還公開了用于操作該類型的動力設(shè)備的方法，其中再循環(huán)速率和再循環(huán)排出氣體再冷卻所至的溫度隨負(fù)載變化來調(diào)節(jié)。
[0006]典型地有利的是，實(shí)現(xiàn)盡可能高的再循環(huán)速率。再循環(huán)速率典型地由燃燒室的要求限制，因?yàn)槿剂蠚怏w的含氧量否則將變得過低，并且不可確保完全的無CO和UHC(未燃烴)的燃燒。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中，為了確保在燃料氣體的氧含量低時的良好燃燒，新鮮空氣盡可能徹底地與再循環(huán)排出氣體互混，以便使燃燒室入口處的均一氣體混合物可用。例如，適用于使新鮮空氣與再循環(huán)排出氣體互混以便具有低壓力損失的混合器從W02010/142573 A2獲知。
[0008]用于排出氣體再循環(huán)的設(shè)備部分(諸如混合器、再循環(huán)管線、用于再循環(huán)排出氣體的冷卻器等)為大且昂貴的，并且需要動力設(shè)備中的附加空間。它們還導(dǎo)致了壓力損失，并且不利于動力設(shè)備的功率輸出和效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開的一個目的在于詳述一種用于燃?xì)鉁u輪的可靠操作的方法，該燃?xì)鉁u輪具有不同氣體成分的兩股入口流，其中燃燒時氧減少入口流的作用最大化。適用于實(shí)施該方法的燃?xì)鉁u輪也是本公開的主題。
[0010]公開的方法的顯著之處在于，在燃?xì)鉁u輪中，氧減少的氣體和新鮮空氣單獨(dú)地輸送，使得氧減少氣體的最大部分到達(dá)燃?xì)鉁u輪的燃燒室，并且新鮮空氣輸送成使得盡可能高的部分發(fā)送經(jīng)過燃燒室。燃?xì)鉁u輪包括具有入口截面的壓縮機(jī)、在壓縮機(jī)之后并且壓縮氣體在其中借助于燃料焚燒的燃燒室，以及熱燃燒氣體在其中膨脹的渦輪。
[0011]稱為氧減少氣體的是具有的氧濃度低于壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度的氣體。氧減少氣體的氧濃度典型地比壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度低至少1%，并且優(yōu)選地氧減少氣體的氧濃度比壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度低至少2%。
[0012]根據(jù)該方法的一個版本，氧減少氣體和新鮮空氣以沿徑向分級的方式輸送至壓縮機(jī)，新鮮空氣經(jīng)由關(guān)于壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的入口截面的外區(qū)段輸送，并且氧減少氣體經(jīng)由關(guān)于壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的入口截面的內(nèi)區(qū)段輸送。
[0013]根據(jù)該方法的一個改進(jìn)方案，燃?xì)鉁u輪的排出氣體分成用于再循環(huán)到燃?xì)鉁u輪的進(jìn)入流中的第一排出氣體流和用于排放到周圍環(huán)境中的第二排出氣體流，并且第一排出氣體流經(jīng)由進(jìn)入截面的內(nèi)區(qū)段作為氧減少氣體輸送至壓縮機(jī)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一個改進(jìn)方案，至少95%的再循環(huán)的第一排出氣體流引導(dǎo)到燃?xì)鉁u輪的燃燒室中，以使該百分比影響燃燒。
[0015]另外，新鮮空氣可引入到壓縮機(jī)入口中，而不與第一排出氣體流互混。在該情況下，出于冷卻熱氣體部分的目的，在壓縮機(jī)中壓縮的新鮮空氣的至少一部分作為冷卻氣體分流。
[0016]借助于該方法，可避免或至少減少氧減少氣體與冷卻空氣的混合。到達(dá)燃燒室的氣體的氧濃度因此相比于常規(guī)方法減少，在該常規(guī)方法中，新鮮空氣首先與氧減少氣體互混，并且接著輸送至壓縮機(jī)。這允許使用低于現(xiàn)有技術(shù)并且具有減少的氧部分的氣體質(zhì)量流，以便在燃燒時帶來特殊效果。
[0017]氧減少氣體的較低質(zhì)量流使得有可能減小設(shè)備尺寸，并且因此降低設(shè)備和操作成本。
[0018]根據(jù)該方法的一個改進(jìn)方案，新鮮空氣經(jīng)由外圓環(huán)輸送至壓縮機(jī)，并且氧減少氣體經(jīng)由內(nèi)圓環(huán)輸送。
[0019]根據(jù)該方法的備選改進(jìn)方案，第一排出氣體流經(jīng)由布置在壓縮機(jī)入口上游的進(jìn)料部引入，以便在進(jìn)入管道的直徑上沿周向方向相對于壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線同心地分送。這使得有可能調(diào)節(jié)再循環(huán)的排出氣體量，而壓縮機(jī)的入口處的流場不被分開入口截面的剛性幾何結(jié)構(gòu)極大地影響。
[0020]此外，根據(jù)該方法的一個版本，由壓縮機(jī)壓縮且引入到燃燒室中的氣體的氧含量保持比從壓縮機(jī)分流的冷卻氣體的平均氧含量低至少3%。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的備選改進(jìn)方案，外區(qū)段與壓縮機(jī)的流動管道的連接面積和內(nèi)區(qū)段與壓縮機(jī)的流動管道的連接面積的面積比借助于調(diào)節(jié)元件改變。在該情況下，該調(diào)節(jié)元件改變成使得面積比匹配輸送的新鮮空氣與再循環(huán)的第一排出氣體流之間的比的變化。
[0022]根據(jù)該方法的又一個改進(jìn)方案，貧氣體經(jīng)由壓縮機(jī)的進(jìn)入截面的內(nèi)區(qū)段作為氧減少氣體輸送至壓縮機(jī)。
[0023]限定為貧氣體的是具有小于3體積％(體積百分比)的甲烷濃度的氣體混合物。甲烷濃度典型地保持低于2體積％。例如，當(dāng)氣體在通風(fēng)的煤礦中耗盡時，出現(xiàn)貧氣體。除甲烷部分外，貧氣體典型地主要由輸送至礦井用于通風(fēng)目的的空氣構(gòu)成。
[0024]貧氣體通常經(jīng)常直接吹到周圍環(huán)境中，因此導(dǎo)致相當(dāng)大的環(huán)境污染，因?yàn)榧淄闉閺?qiáng)溫室氣體。此外，甲烷的能量含量在沒有使用的情況下失去。通過提出給送到燃?xì)鉁u輪中，甲烷有益地焚燒。
[0025]根據(jù)該方法的又一個版本，再循環(huán)的第一排出氣體流和貧氣體經(jīng)由內(nèi)區(qū)段輸送至壓縮機(jī)，并且新鮮空氣經(jīng)由外區(qū)段輸送。
[0026]取決于操作構(gòu)想和燃?xì)鉁u輪，為了啟動燃?xì)鉁u輪并且在燃?xì)鉁u輪在部分負(fù)載下時，排出氣體再循環(huán)關(guān)閉或減小。例如，這是必要的，以便確保穩(wěn)定的低CO燃燒(低一氧化碳的燃燒)，或在點(diǎn)火過程期間，避免未燃燃料再循環(huán)到燃?xì)鉁u輪的進(jìn)入流中。取決于入口截面的內(nèi)區(qū)段和外區(qū)段的分離，失準(zhǔn)入流至壓縮機(jī)可由于再循環(huán)的排出氣體流的減少而發(fā)生。為了避免該失準(zhǔn)流，根據(jù)該方法的一個版本，當(dāng)燃?xì)鉁u輪啟動時，或當(dāng)燃?xì)鉁u輪在部分負(fù)載下時，新鮮空氣在其引入到壓縮機(jī)中之前與第一排出氣體流混合。新鮮空氣的混合經(jīng)由調(diào)節(jié)元件(例如閥或瓣片)調(diào)節(jié)。當(dāng)排出氣體再循環(huán)關(guān)閉時，純新鮮空氣可經(jīng)由該調(diào)節(jié)元件給送到入口截面的內(nèi)區(qū)段中，以使確保朝向壓縮機(jī)的均勻流動。
[0027]除該方法之外，用于執(zhí)行該方法的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備為本公開的主題。該類型的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備包括具有壓縮機(jī)入口、具有壓縮機(jī)、具有壓縮機(jī)之后的燃燒室和具有燃燒室之后的渦輪的燃?xì)鉁u輪。根據(jù)本公開，壓縮機(jī)的流動管道之前的壓縮機(jī)入口分成內(nèi)區(qū)段和外區(qū)段，用于氧減少氣體的進(jìn)料部連接于壓縮機(jī)入口的內(nèi)區(qū)段，并且新鮮空氣進(jìn)料部連接于壓縮機(jī)入口的外區(qū)段。在該情況下，氧減少氣體為具有的氧濃度低于在燃?xì)鉁u輪操作期間壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度的氣體。
[0028]在燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的一個實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備包括排出氣體分流器，其借助于再循環(huán)管線連接于壓縮機(jī)入口的內(nèi)區(qū)段，用于再循環(huán)第一排出氣體流，并且連接于排出氣體管線用于將第二排出氣體流排放到周圍環(huán)境中。再循環(huán)排出氣體作為氧減少氣體引入到壓縮機(jī)中。
[0029]在燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的又一個實(shí)施例中，內(nèi)區(qū)段和外區(qū)段由入口導(dǎo)板分開。在再一個改進(jìn)方案中，壓縮機(jī)入口的內(nèi)區(qū)段和外區(qū)段設(shè)計(jì)為在與壓縮機(jī)的流動管道的連接部處的同心圓環(huán)。
[0030]為了確保在燃?xì)廨唲恿υO(shè)備的設(shè)計(jì)條件下至壓縮機(jī)的最佳入流，根據(jù)一個實(shí)施例，外區(qū)段與壓縮機(jī)的流動管道的連接面積和內(nèi)區(qū)段與壓縮機(jī)的流動管道的連接面積的面積比選定成以便等于燃?xì)鉁u輪的設(shè)計(jì)條件下的輸送的新鮮空氣的體積流與再循環(huán)的第一排出氣體流之比。
[0031]在燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的又一個實(shí)施例中，提供了調(diào)節(jié)元件，其改變連接面積的面積比，并且使所述面積比與輸送的新鮮空氣與再循環(huán)的第一排出氣體流之間的比的可能變化匹配。出于該目的，新鮮空氣進(jìn)料部與再循環(huán)的第一排出氣體流的進(jìn)料部之間的至少一個隔板設(shè)計(jì)成柔性且可替換的。
[0032]此外，在一個實(shí)施例中，壓縮機(jī)入口分成三個或更多個區(qū)段，經(jīng)由該三個或更多個區(qū)段，新鮮空氣或再循環(huán)的排出氣體可有選擇地輸送至壓縮機(jī)。在該情況下，區(qū)段優(yōu)選地從壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線附近的內(nèi)區(qū)段向外同心地布置。例如，在增大再循環(huán)的第一排出氣體流的情況下，輸送再循環(huán)排出氣體(始于最內(nèi)區(qū)段連續(xù)地到區(qū)段中)，并且新鮮空氣進(jìn)料部限于外區(qū)段或多個外區(qū)段。
[0033]在燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的一個實(shí)施例中，許多進(jìn)料管道布置成以便沿周向方向相對于燃?xì)鉁u輪的軸線同心地分布在圓上。這些進(jìn)料管道布置用于將氧減少氣體引入到壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線附近的后者中的壓縮機(jī)入口的內(nèi)區(qū)段中的目的。
[0034]在燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的又一個實(shí)施例中，提供了調(diào)節(jié)元件，其允許新鮮空氣與再循環(huán)的第一排出氣體流受控地混合。環(huán)境空氣經(jīng)由管線或空氣管道輸送至其的該調(diào)節(jié)元件為例如瓣片或閥。為了補(bǔ)償調(diào)節(jié)元件的壓力損失以及進(jìn)料和混合的壓力損失，送風(fēng)機(jī)可設(shè)在進(jìn)料管線中。
[0035]為了實(shí)施進(jìn)入空氣在壓縮機(jī)中與再循環(huán)排出氣體的更好分離，優(yōu)選在高于新鮮空氣的溫度的溫度下將第一排出氣體流引入在壓縮機(jī)入口的內(nèi)徑上，并且新鮮空氣引入在外徑上。由于再循環(huán)的排出氣體的密度可由于較高溫度而保持低于新鮮空氣的密度，故壓縮機(jī)中的密度差由于流速的徑向分量和新鮮空氣的伴隨的較高體積特有的離心力而導(dǎo)致壓縮機(jī)中的分層，或者減少了壓縮機(jī)中的再循環(huán)排出氣體流與新鮮空氣的互混。
[0036]燃?xì)鉁u輪的冷卻空氣的大部分典型地從壓縮機(jī)外殼的外壁經(jīng)由壓縮機(jī)抽取點(diǎn)分流。如果在該類型的燃?xì)鉁u輪中，新鮮空氣在壓縮機(jī)入口的外徑上輸送，并且避免了與新鮮空氣的互混，則新鮮空氣在壓縮機(jī)中抽取，并且引導(dǎo)穿過燃燒室作為冷卻氣體，而低氧流保持在壓縮機(jī)中，并且從壓縮機(jī)出口輸送至燃燒室。
[0037]為了減少壓縮機(jī)中的第一排出氣體流與新鮮空氣的互混，還提出了用于具有排出氣體再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪的具有分離護(hù)罩節(jié)段的壓縮機(jī)葉片。該壓縮機(jī)葉片包括葉片根部和翼型件，分離護(hù)罩節(jié)段布置在葉片根部與翼型件的背對葉片根部的自由端之間。該分離護(hù)罩節(jié)段典型地與葉片的縱軸線形成直角。在正常安裝位置，壓縮機(jī)級的所有葉片的分離護(hù)罩節(jié)段形成基本上閉合的圓環(huán)，其定位成垂直于燃?xì)鉁u輪的軸線，并且在壓縮機(jī)中阻止再循環(huán)的第一排出氣體流與新鮮空氣的互混。
[0038]分離護(hù)罩節(jié)段可設(shè)在導(dǎo)葉和移動葉片上。由于所得的增大的離心力，故在一個實(shí)施例中，分離護(hù)罩節(jié)段僅設(shè)在導(dǎo)葉上。
[0039]在又一個實(shí)施例中，在至少一個壓縮機(jī)級的情況下，分離護(hù)罩節(jié)段僅設(shè)在移動葉片上，并且沒有分離護(hù)罩節(jié)段設(shè)在導(dǎo)葉上。這可為有利的，例如，在可調(diào)整的導(dǎo)葉的情況下，因?yàn)槿f一調(diào)整導(dǎo)葉位置，導(dǎo)葉的分離護(hù)罩節(jié)段將一個延伸到另一個，或如果它們?yōu)榭s短或圓形形式以便確?？烧{(diào)整性，則對級的空氣動力性質(zhì)具有不利的影響。
[0040]在又一個實(shí)施例中，分離護(hù)罩節(jié)段僅提供為遠(yuǎn)到第一壓縮機(jī)抽取點(diǎn)或遠(yuǎn)到第二壓縮機(jī)抽取點(diǎn)，因?yàn)閴嚎s的富氧新鮮空氣可從壓縮機(jī)遠(yuǎn)到該點(diǎn)有效地抽取。
[0041]所有闡釋的優(yōu)點(diǎn)不但可在各種情況下以指定組合使用，而且以其它組合或單獨(dú)地使用，而并未背離本公開的范圍。例如，可提供增壓器來代替使用排出氣體送風(fēng)機(jī)。
[0042]本公開可在不限于諸如例如從EP0718470獲知的具有燃燒室的燃?xì)鉁u輪和具有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪的情況下應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本公開的優(yōu)選實(shí)施例借助于附圖在下面描述，該附圖僅用于闡釋目的，并且不被限制性地解釋。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有排出氣體的再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的示意圖；
圖2示出了具有排出氣體的再循環(huán)和具有排出氣體和新鮮空氣到壓縮機(jī)中的同軸引入的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的示意圖；
圖3示出了具有排出氣體的再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的分開的壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)的不意圖；
圖4示出了具有排出氣體的再循環(huán)和具有壓縮機(jī)導(dǎo)葉和壓縮機(jī)移動葉片上的分離護(hù)罩節(jié)段的燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)的細(xì)節(jié)的示意圖；
圖5示出了燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)的示意圖，該燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備具有排出氣體的再循環(huán)，其經(jīng)由呈繞著燃?xì)鉁u輪軸線的圓的形式的壓縮機(jī)入口中布置的許多進(jìn)料管道。
[0044]部件列表 I壓縮機(jī)
2新鮮空氣 3壓縮機(jī)入口
3’外區(qū)段:用于新鮮空氣的壓縮機(jī)入口區(qū)段 3’’內(nèi)區(qū)段:用于氧減少氣體的壓縮機(jī)入口區(qū)段 4燃燒室 5燃料 6燃?xì)鉁u輪 7渦輪
8燃?xì)鉁u輪的熱排出氣體 9余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)
10用于第二局部排出氣體流(至CO2分離系統(tǒng))的排出氣體送風(fēng)機(jī)
11用于第一排出氣體子流(排出氣體再循環(huán))的排出氣體送風(fēng)機(jī)
12旁通瓣片或閥
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
18 CO2分尚系統(tǒng)
19來自余熱回收蒸汽發(fā)生器的排出氣體
20第二排出氣體子流(至CO2分離系統(tǒng)的排出氣體管線)
21第一排出氣體子流(排出氣體再循環(huán))
22低CO2排出氣體
23排出氣體再冷器(用于第二排出氣體子流) 24至煙囪的排出氣體旁路 25第一發(fā)生器 26第二發(fā)生器
27排出氣體再冷器(用于第一排出氣體子流)
28高壓冷卻氣體 29排出氣體分流器 30新鮮蒸汽 31分離的CO2 32煙囪
33低壓冷卻氣體 34中壓冷卻氣體 35轉(zhuǎn)子冷卻氣體 36壓縮機(jī)倉室 37軸(也稱為轉(zhuǎn)子)
38分離的護(hù)罩節(jié)段 39給送管道 40壓縮機(jī)外殼 41壓縮機(jī)抽取點(diǎn) 42新鮮空氣調(diào)節(jié)元件 43壓縮機(jī)導(dǎo)葉 44壓縮機(jī)移動葉片 45入口導(dǎo)板 46軸蓋。

【具體實(shí)施方式】
[0045]圖1示出了燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的基本元件的示意圖。燃?xì)鉁u輪6包括壓縮機(jī)1，并且其中壓縮的燃燒空氣輸送至燃燒室4，并且在該處借助于燃料5焚燒。熱燃燒氣體隨后在渦輪7中膨脹。在渦輪7中生成的有用能量接著轉(zhuǎn)變成電能，例如，借助于布置在相同軸37上的第一發(fā)電機(jī)25。
[0046]出自渦輪7并且以便在余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 9中最佳地使用仍包含在它們中的能量的熱排出氣體8用于生成新鮮蒸汽30，用于蒸汽渦輪13或其它設(shè)備。蒸汽渦輪13中生成的有用能量接著例如借助于布置在同一軸37上的第二發(fā)電機(jī)26轉(zhuǎn)變成電能。蒸汽回路在該實(shí)例中以簡化形式且僅示意性地示出。并未示出各種壓力級、給水泵等，因?yàn)檫@些不是本發(fā)明的主題。
[0047]在此類設(shè)備中，來自余熱回收蒸汽發(fā)生器19的排出氣體分成可調(diào)節(jié)的排出氣體分流器29中的余熱回收蒸汽發(fā)生器9下游的第一排出氣體子流21和第二排出氣體子流20。第一排出氣體子流21返回至燃?xì)鉁u輪6的進(jìn)入管線，并且在該處與新鮮空氣2互混。未返回的第二排出氣體子流20排放到周圍環(huán)境中，或如該實(shí)例中，經(jīng)由排出氣體再冷器23進(jìn)一步冷卻，并且輸送至CO2分離系統(tǒng)18。低CO2排出氣體22從后者經(jīng)由煙囪32排放到周圍環(huán)境中。為了克服CO2分離系統(tǒng)18和排出氣體管線的壓力損失，可提供排出氣體送風(fēng)機(jī)10。在CO2分離系統(tǒng)18中分離的C0231典型地壓縮和轉(zhuǎn)移用于儲存或進(jìn)一步處理。CO2分離系統(tǒng)18經(jīng)由具有從蒸汽渦輪13分流的蒸汽的蒸汽抽取供應(yīng)。
[0048]第二排出氣體子流還可經(jīng)由具有旁通瓣片12的排出氣體旁路24直接發(fā)送至煙囪32。
[0049]返回的第一排出氣體流21冷卻至略高于可配備有冷凝器的排出氣體再冷器27中的周圍溫度。用于再循環(huán)流21的增壓器或排出氣體送風(fēng)機(jī)11可布置在該排出氣體再冷器27下游。該返回的排出氣體流21在混合物作為進(jìn)入流經(jīng)由燃?xì)鉁u輪6的壓縮機(jī)入口 3輸送之前與新鮮空氣2互混。
[0050]與圖1對比，圖2中示出了具有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪。該方法可應(yīng)用于具有燃燒室的燃?xì)鉁u輪和具有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪。具有燃燒室的燃?xì)鉁u輪和具有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪的版本也對應(yīng)地有可能。
[0051]圖2圖解地示出了燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的示例性實(shí)施例,該燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備具有分成兩個區(qū)段的壓縮機(jī)入口、用于新鮮空氣2在壓縮機(jī)入口 3的外區(qū)段3’中流出的進(jìn)料部，以及用于排出氣體流21流出到壓縮機(jī)入口 3的內(nèi)區(qū)段3’ ’中的進(jìn)料部。
[0052]兩個入口區(qū)段3’，3’ ’直接在面向壓縮機(jī)的壓縮機(jī)入口 3的該側(cè)上的壓縮機(jī)I的流動管道之后。在該情況下，用于新鮮空氣的外區(qū)段3’流出到流動管道的外環(huán)形區(qū)域上，而用于排出氣體再循環(huán)的內(nèi)區(qū)段3’’流出到流動管道的內(nèi)環(huán)形區(qū)域上。
[0053]低壓和中壓冷卻氣體33，34從壓縮機(jī)I的徑向外壁分流，并且輸送至燃?xì)鉁u輪的熱氣體部分用于冷卻目的。此外，在壓縮機(jī)的端部處，高壓冷卻氣體28從壓縮機(jī)或鄰接的擴(kuò)散器的徑向外壁分流，并且輸送至燃?xì)鉁u輪的熱氣體部分用于冷卻目的。為了簡化的目的，圖2僅示出了至高壓渦輪16和至低壓渦輪17的冷卻氣體進(jìn)料。為了簡化的目的，未示出至燃燒室14，15的冷卻氣體進(jìn)料，但高壓燃燒室14典型地由高壓冷卻空氣28冷卻，并且低壓燃燒室15典型地由中壓冷卻空氣34冷卻。由于富氧新鮮空氣引導(dǎo)到壓縮機(jī)外的區(qū)域中，故大部分所述新鮮空氣作為冷卻氣體33，34，28圍繞燃燒室14，15發(fā)送，同時低氧再循環(huán)排出氣體在壓縮機(jī)I的核心區(qū)域中被壓縮遠(yuǎn)到壓縮機(jī)端部，并且進(jìn)入高壓燃燒室14中。由于壓縮機(jī)入口 3中的氣體進(jìn)料的分離，故大部分低氧再循環(huán)排出氣體引導(dǎo)到高壓燃燒室14中。相比于其中再循環(huán)排出氣體21與新鮮空氣2互混的設(shè)備，低壓燃燒室15的入口氣體中的氧部分因此還顯著減少。
[0054]為了實(shí)施在燃?xì)鉁u輪的各種操作狀態(tài)下朝向壓縮機(jī)的流的均一速度分布以及再循環(huán)排出氣體21的分?jǐn)?shù)和壓縮機(jī)進(jìn)氣量的相關(guān)聯(lián)變化，在圖2中所示的示例性實(shí)施例中，提供了調(diào)節(jié)元件42，經(jīng)由調(diào)節(jié)元件42，新鮮空氣2在所述新鮮空氣經(jīng)由壓縮機(jī)入口 3的內(nèi)區(qū)段3’ ’引入到壓縮機(jī)I中之前與第一排出氣體流21混合。
[0055]圖3圖解地示出了具有排出氣體的再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備的分開的壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)的不例性實(shí)施例。在所不的實(shí)例中，壓縮機(jī)入口 3由入口導(dǎo)板45分成用于新鮮空氣2的外區(qū)段3’和用于再循環(huán)排出氣體21的內(nèi)區(qū)段3’ ’。壓縮機(jī)入口 3的該分開導(dǎo)致再循環(huán)排出氣體21和新鮮空氣基本上同軸入流到壓縮機(jī)I中。在所示的實(shí)例中，再循環(huán)排出氣體21在壓縮機(jī)I中借助于內(nèi)側(cè)上的軸37附近的環(huán)形空間壓縮。新鮮空氣2在壓縮機(jī)I中在外側(cè)上的壓縮機(jī)外殼40附近的環(huán)形空間中壓縮。在所示的實(shí)例中，燃?xì)鉁u輪6的二次氣體系統(tǒng)的氣體經(jīng)由壓縮機(jī)I中的兩點(diǎn)處的壓縮機(jī)抽取點(diǎn)41分流。二次氣體典型地用于冷卻熱氣體部分，并且此外，取決于設(shè)計(jì)，例如在軸承區(qū)域中用作吹掃氣體或密封氣體。低壓冷卻氣體33從第一抽取點(diǎn)41分流，并且中壓冷卻氣體34從第二抽取點(diǎn)41分流。高壓冷卻氣體28從壓縮機(jī)倉室36分流。
[0056]甚至在新鮮空氣2和再循環(huán)排出氣體21同軸給送的情況下，新鮮空氣2和再循環(huán)的排出氣體21的互混由于壓縮機(jī)I中的二次流而發(fā)生。這可降低壓縮機(jī)入口中的新鮮空氣2和再循環(huán)排出氣體21的單獨(dú)給送的積極效果。為了使壓縮機(jī)I中的該互混最小化，提出了帶具有分離護(hù)罩節(jié)段的葉片的壓縮機(jī)。
[0057]圖4 出了例性實(shí)施例,其中所有壓縮機(jī)導(dǎo)葉43和所有壓縮機(jī)移動葉片44設(shè)計(jì)有分離護(hù)罩節(jié)段38，其在組裝狀態(tài)下在各級處連結(jié)在一起，以形成相關(guān)的分離護(hù)罩。
[0058]分離護(hù)罩的一個版本在截面B-B中由第一壓縮機(jī)級的實(shí)例示出。在實(shí)例中，在各個移動葉片處，分離護(hù)罩節(jié)段38布置在翼型件的高度的大約50%處，并且沿徑向方向相對于翼型件基本上垂直地延伸。
[0059]圖5示出了再循環(huán)排出氣體21的備選給送。代替經(jīng)由用于再循環(huán)排出氣體21的壓縮機(jī)入口的由板分隔的內(nèi)區(qū)段3’’單獨(dú)給送再循環(huán)排出氣體21，使用了未分開的壓縮機(jī)入口 3，再循環(huán)排出氣體21經(jīng)由呈環(huán)的形式沿軸向布置在壓縮機(jī)入口 3的內(nèi)壁上的許多給送管道39引入到未分開的壓縮機(jī)入口 3中。例如，適合的給送管道39為管或管連接件，其出口端定向成在壓縮機(jī)入口的方向上平行于主流。在所示的實(shí)例中，管連接件進(jìn)入壓縮機(jī)I的進(jìn)入噴嘴(鐘形口)，以便使與新鮮空氣2的互混最小化。
[0060]管連接件還可終止于實(shí)際的壓縮機(jī)入口 3中，或甚至終止于壓縮機(jī)入口 3的壁處。端部應(yīng)當(dāng)優(yōu)選以繞著燃?xì)鉁u輪的軸線的環(huán)的形式布置。
[0061]具有許多進(jìn)料管道39的版本具有的優(yōu)點(diǎn)在于不存在對以便分離壓縮機(jī)入口 3的入口導(dǎo)板45的需要。在操作期間，該版本的優(yōu)點(diǎn)在于新鮮空氣與再循環(huán)排出氣體之比可獨(dú)立于入口區(qū)段的面積比而變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作燃?xì)鉁u輪(6)的方法，所述燃?xì)鉁u輪(6)包括具有入口截面的壓縮機(jī)(I)、燃燒室(4，14，15)以及渦輪(7，16，17)，其特征在于， 具有的氧濃度低于所述壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度的氧減少氣體和新鮮空氣(2)以沿徑向分級方式輸送至所述壓縮機(jī)，所述新鮮空氣經(jīng)由關(guān)于所述壓縮機(jī)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線的所述入口截面的外區(qū)段(3’)輸送，并且所述氧減少氣體經(jīng)由關(guān)于所述壓縮機(jī)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線的所述入口截面的內(nèi)區(qū)段(3’’)輸送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪(6)的排出氣體分成用于再循環(huán)到所述燃?xì)鉁u輪(6)的進(jìn)入流(3)中的第一排出氣體流(21)和用于排放到周圍環(huán)境中的第二排出氣體流(20)，并且所述第一排出氣體流(21)作為氧減少氣體經(jīng)由所述入口截面的內(nèi)區(qū)段(3’ ’)輸送至所述壓縮機(jī)(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，特征在于，至少95%的所述氧減少氣體(21)引導(dǎo)到所述燃?xì)鉁u輪(6)的燃燒室(4)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述新鮮空氣引入到所述壓縮機(jī)入口(3)中而不與所述氧減少氣體(21)互混，并且在所述壓縮機(jī)(I)中壓縮的所述新鮮空氣的至少一部分作為冷卻氣體(28，33，34)分流用于熱氣體部分的冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述氧減少氣體(21)經(jīng)由布置在所述壓縮機(jī)入口上游的進(jìn)料部(39)引入，以便在所述進(jìn)入管道的直徑上沿所述周向方向相對于所述壓縮機(jī)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線同心地分送。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由所述壓縮機(jī)(I)壓縮且引入到所述燃燒室中的所述氣體的氧含量比從所述壓縮機(jī)(I)分流的所述冷卻氣體(28，33，34)的平均含氧量低至少3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，貧氣體經(jīng)由所述壓縮機(jī)(I)的進(jìn)氣截面的內(nèi)區(qū)段(3’’)輸送。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求7中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一排出氣體流(21)和所述貧氣體經(jīng)由所述內(nèi)區(qū)段(3’’)輸送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述燃?xì)鉁u輪處于部分負(fù)載下并且/或者啟動時，新鮮空氣經(jīng)由調(diào)節(jié)元件(42)引導(dǎo)到所述壓縮機(jī)入口(3)的內(nèi)區(qū)段(3，，)中。
10.一種燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，包括燃?xì)鉁u輪￠)，所述燃?xì)鉁u輪(6)具有壓縮機(jī)入口(3)，具有壓縮機(jī)(I)，具有所述壓縮機(jī)(I)之后的燃燒室(4)，并且具有所述燃燒室之后的渦輪(7)，其特征在于， 所述壓縮機(jī)(I)的流動管道之前的所述壓縮機(jī)入口分成關(guān)于所述壓縮機(jī)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線的內(nèi)區(qū)段(3’’)，以及關(guān)于所述壓縮機(jī)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線的外區(qū)段(3’)，具有的氧濃度低于在所述燃?xì)鉁u輪的操作期間的壓縮機(jī)進(jìn)入流的平均氧濃度的氧減少氣體的進(jìn)料部連接于所述壓縮機(jī)入口(3)的內(nèi)區(qū)段(3’’)，并且新鮮空氣進(jìn)料部連接于所述壓縮機(jī)入口(3)的外區(qū)段(3’)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備包括排出氣體分流器(29)，其借助于再循環(huán)管線連接于所述內(nèi)區(qū)段(3’’)用于再循環(huán)作為氧減少氣體的第一排出氣體流(21)，并且連接于排出氣體管線用于將第二排出氣體流(20)排放到周圍環(huán)境中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)區(qū)段(3’’)和所述外區(qū)段(3’)由入口導(dǎo)板(45)分開，并且其中所述壓縮機(jī)入口的內(nèi)區(qū)段(3’’)和外區(qū)段(3’)設(shè)計(jì)為在與所述壓縮機(jī)(I)的流動管道的連接部處的同心圓環(huán)。
13.根據(jù)權(quán)利要去10至權(quán)利要求12中的一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，其特征在于，所述外區(qū)段(3’)與所述壓縮機(jī)(I)的流動管道的連接面積和所述內(nèi)區(qū)段(3’’)與所述壓縮機(jī)(I)的流動管道的連接面積的面積比選定成使得等于所述燃?xì)鉁u輪(6)的設(shè)計(jì)條件下的所述輸送的新鮮空氣與所述第一排出氣體流(21)的體積流之比。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至權(quán)利要求12中的一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，其特征在于，其包括調(diào)節(jié)元件，借助于所述調(diào)節(jié)元件，所述外區(qū)段(3’)與所述壓縮機(jī)(I)的流動管道的連接面積和所述內(nèi)區(qū)段(3’’)與所述壓縮機(jī)(I)的流動管道的連接面積的面積比可變化，以便使所述面積比與所述輸送的新鮮空氣(21)與所述再循環(huán)的第一排出氣體流(2)之間的比的變化匹配。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)鉁u輪動力設(shè)備，其特征在于，用于將所述氧減少氣體引入到所述壓縮機(jī)入口(3)的內(nèi)區(qū)段(3’’)中的許多進(jìn)料管道(39)布置在所述壓縮機(jī)入口中，以便沿周向方向相對于所述燃?xì)鉁u輪的軸線同心地分布在圓上。
【文檔編號】F02C6/08GK104136741SQ201380011756
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】J.赫拉特, E.本茲, F.格拉夫, T.溫德, F.古伊特, K.多伊貝林 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司