[發明專利]具有煙道氣再循環的燃氣渦輪功率裝置及其運行方法

有效

• 申請號: 201380037449.9
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN104428516B
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: E.本滋;F.桑德;R.佩恩
• 申請（專利權）人: 通用電器技術有限公司
• 主分類號: F02C3/34
• 分類號: F02C3/34;F02C6/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,肖日松

技術領域

本發明涉及具有煙道氣再循環的聯合循環功率裝置和用于運行這種功率裝置的方法。

背景技術

已知煙道氣再循環會減少NO_x排放，并且改進碳捕捉。當應用煙道氣再循環時，燃氣渦輪的NO_x排放可減少，因為燃燒空氣中的氧含量減少。WO 2010/072 710公開了一種功率裝置，其具有燃氣渦輪單元和蒸汽渦輪單元，蒸汽渦輪單元具有蒸汽發生器，對蒸汽發生器饋送燃氣渦輪單元的煙道氣。WO 2010/072 710的功率裝置還具有用于使煙道氣部分地再循環到壓縮機入口的系統和在后面的組件中的CO₂捕捉單元。

另外，如果煙道氣中的產生的氧含量足夠低，煙道氣再循環則可允許使用SCR。為了減少燃燒氣體的氧含量，US 2009/0284013 A1中提出了一種燃氣渦輪裝置，其包括燃氣渦輪、熱回收蒸汽發生器和煙道氣再循環件。燃氣渦輪包括用于空氣的壓縮機，以及用于再循環煙道氣的壓縮機、噴燃器和渦輪。熱回收蒸汽發生器在其輸入側處連接到燃氣渦輪鍋爐的渦輪出口上。熱回收蒸汽發生器包括兩個鍋爐出口。煙囪連接到第一鍋爐出口上。針對再循環煙道氣，煙道氣再循環件連接第二鍋爐出口與壓縮機的壓縮機入口。

通過減少燃燒器入口氣體中的氧含量，此裝置允許以接近一的燃料空氣比λ燃燒。

良好地控制壓縮機新鮮空氣流和再循環煙道氣流是困難的。特別地，精確地測量大型流管道中的流量是困難的。另外，進口、管道和鍋爐的容積大，而且如果不同的控制元件在入口氣體和煙道氣的流徑中相互作用，則所述容積會引起不利的動態行為。

發明內容

本公開的一個目標是提供一種聯合循環功率裝置，其具有煙道氣再循環，以及再循環煙道氣流和新鮮空氣的可靠比和入口流量的穩定控制。

本公開的一方面提供一種功率裝置，其包括：燃氣渦輪，其至少具有壓縮機、燃燒器和渦輪；以及煙道氣再循環件，其用于使燃氣渦輪的煙道氣的一部分再循環到燃氣渦輪的壓縮機入口。功率裝置進一步包括：壓縮機進口，其具有用于新鮮空氣的進口區段(被稱為新鮮空氣進口扇區)、用于再循環煙道氣的進口區段；以及公共控制元件，其用于控制新鮮空氣流和再循環煙道氣流，公共控制元件布置在壓縮機或壓縮機進口中。

典型地，用于新鮮空氣的進口區段和用于再循環煙道氣的進口區段在公共殼體中。在接近壓縮機進口的端部處，用于新鮮空氣的進口區段和用于再循環煙道氣的進口區段可圍繞壓縮機的軸線同心地布置。在一個實施例中，新鮮空氣的進口區段和再循環煙道氣的進口區段在它們的下游端處具有同心環形橫截面。

如果兩個流在物理上分開，或者物理分開和公共控制元件之間的自由流徑太短而不允許大量交叉流從一個路徑到另一個路徑，或者不允許大量混合，則用一個公共控制元件來控制兩個流是可行的。大量混合例如將是兩個分開的流的超過50%的混合。為了使得能夠用公共控制元件來控制，公共控制元件上游的自由流徑的長度不應超過自由流徑的平均高度的10倍。根據一個示例性實施例，在公共控制元件上游的自由流徑的長度不超過自由流徑的平均高度的5倍。在另一個實施例中，在公共控制元件上游的自由流徑的長度小于自由流徑的平均高度的2倍。自由流徑典型地從分開新鮮空氣和再循環煙道氣流徑的壁延伸。

根據一個示例性實施例，至少一個可變的導葉在壓縮機中布置在壓縮機的上游端處，以控制新鮮空氣進口扇區和用于再循環煙道氣的進口扇區中的入口流。

根據另一個示例性實施例，至少一個可動偏轉器在壓縮機入口中布置在壓縮機的上游，作為控制元件。可動偏轉器至少部分地延伸到新鮮空氣進口扇區中，以及至少部分地延伸到煙道氣進口扇區中。這種偏轉器可包括像導葉一樣的空氣動力學輪廓。

為了在燃氣渦輪的整個運行范圍里確保再循環速率處于限定容差帶內，壓縮機進口可被進口擋板分成新鮮空氣進口扇區和煙道氣進口扇區。在新鮮空氣扇區中，新鮮空氣可流到壓縮機的入口，而在煙道氣進口扇區中，再循環煙道氣流可流到壓縮機的入口。

進口、排氣系統和煙道氣再循環件的流通面積和幾何構造可設計成使得產生的煙道氣再循環速率滿足基本負載下的設計目標。根據本公開，可通過改變擋板在進口歧管中結束的位置(例如擋板的下游端和壓縮機入口之間的距離)，來調節煙道氣再循環速率。