[發(fā)明專利]燃氣輪機設備和用于運行燃氣輪機設備的方法

有效

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• 申請日: 2015-03-19
• 公開（公告）號: CN106164446B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 安德烈亞斯·博埃特赫爾;沙赫里亞德·容克;安德烈·克盧格;鮑里斯·費迪南·科克;托比亞斯·克里格
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F02C9/18
• 分類號: F02C9/18;F01D25/14;F23R3/00;F23R3/06;F23R3/34;F23C7/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司11227
• 代理人: 張春水,丁永凡

技術領域

本發(fā)明涉及一種發(fā)電廠的燃氣輪機設備，所述燃氣輪機設備具有壓縮機、耦聯(lián)到所述壓縮機上的渦輪機以及環(huán)形燃燒室。

背景技術

燃氣輪機設備通常具有壓縮機和渦輪機，所述壓縮機和渦輪機借助于共同的軸彼此耦聯(lián)。在壓縮機和渦輪機之間設置有燃燒室，在所述燃燒室之內(nèi)在添加借助于壓縮機壓縮的空氣的情況下進行氣態(tài)燃料的燃燒。以這種方式產(chǎn)生的廢氣在渦輪機中膨脹，這引起所述渦輪機的旋轉運動。在軸上還耦聯(lián)有發(fā)電機，借助于所述發(fā)電機產(chǎn)生電能。為了確保相對有效率的燃燒，燃燒室構成為環(huán)形燃燒室。換言之，燃燒室關于軸旋轉對稱地設置，所述軸將壓縮機與渦輪機耦聯(lián)。

在燃氣輪機設備的部分負荷運行中，少量燃料到達燃燒室中，這引起燃燒溫度降低。由于溫度降低，現(xiàn)有的燃料，通常包含碳的氣體，不完全地還原為二氧化碳。由此，剩下在燃氣輪機設備的廢氣中的一氧化碳的相對大的份額。因此，燃氣輪機設備的效率在部分負荷運行中降低。只要存在關于在廢氣之內(nèi)的一氧化碳份額的法律上的規(guī)定，例如不能超過10ppm的邊界值，那么燃氣輪機設備的運營商就必須關斷所述燃氣輪機設備，或者以超過實際的功率要求的功率要求運行燃氣輪機設備。在此，剩余做功沒有被利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于的目的是，提出一種發(fā)電廠的燃氣輪機設備，所述燃氣輪機設備可相對有效率地運行。本發(fā)明的另一目的是，提出一種用于運行發(fā)電廠的燃氣輪機設備的方法。

根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過一種燃氣輪機設備以及一種用于運行燃氣輪機設備的方法來實現(xiàn)。有利的改進方案和設計方案在本文中闡述。

燃氣輪機設備，也稱作燃氣輪機，具有壓縮機和渦輪機，所述壓縮機和渦輪機彼此耦聯(lián)。尤其，壓縮機根據(jù)軸流式壓縮機的類型構成，所述軸流式壓縮機具有在運行中旋轉的軸，其中所述軸轉為渦輪機的軸或者與所述渦輪機的軸是一件式的。在壓縮機和渦輪機之間流動連通地設置有環(huán)形燃燒室，所述環(huán)形燃燒室具有至少一個燃燒器。適宜地，環(huán)形燃燒室包括多個這種燃燒器。燃燒器尤其具有用于提供燃料的入流管路。借助于燃燒器加熱借助于壓縮機壓縮的空氣和/或將所述空氣考慮用于燃料的燃燒，其中形成廢氣，所述廢氣被輸送給渦輪機。在此，空氣尤其理解為環(huán)境空氣，然而也理解為被加工過的環(huán)境空氣，例如具有提高的氧含量的被處理過的或被過濾的環(huán)境空氣，以及所述空氣還理解為基本上純的氧氣。此外，空氣基本上尤其理解為任意氣態(tài)的氧化劑，所述氧化劑在燃氣輪機設備之內(nèi)，特別是在環(huán)形燃燒室之內(nèi)，與已輸送的燃料進行放熱的化學反應。

燃氣輪機設備還具有旁通管路，借助于所述旁通管路繞過燃燒器。換言之，旁通管路與燃燒器并聯(lián)連接，其中旁通管路設計并且配置為，用被壓縮的空氣加載。為此，旁通管路具有入口，所述入口在燃燒器的上游耦聯(lián)于壓縮機，耦聯(lián)于環(huán)形燃燒室，或者耦聯(lián)于可能的、流動連通地設置在所述壓縮機和所述環(huán)形燃燒室之間的構件，在運行中所述構件引導借助于壓縮機壓縮的空氣。相反，旁通管路的出口設置在燃燒器下游并且尤其通到環(huán)形燃燒室中或者通到其他的流動連通地設置在渦輪機上游的構件中，在所述構件之內(nèi)，在運行中借助于燃燒器產(chǎn)生的廢氣被輸送給渦輪機。

換言之，借助于旁通管路，繞過燃燒器引導被壓縮的空氣，使得所述空氣不參與燃燒或者不由燃燒直接加熱。概括地說，壓縮機與渦輪機經(jīng)由環(huán)形燃燒室氣動地連接，所述環(huán)形燃燒室具有燃燒器，其中借助于旁通管路提供壓縮機與渦輪機的并聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接不具有燃燒器。

借助于旁通管路實現(xiàn)減少輸送給燃燒器的空氣。由此能夠影響燃料與所提供的空氣質(zhì)量的比例，進而尤其與具有降低的燃料通流量的燃氣輪機的部分負荷運行相關聯(lián)。適宜地，借助于燃燒器燃燒的燃料與為此所提供的空氣質(zhì)量的比例基本上關于所有功率要求保持恒定或至少在特定的值域之內(nèi)保持恒定。以這種方式，燃燒溫度基本上設定為不變的值，并且禁止排放一氧化碳或者至少減少一氧化碳。由于流動連通地在渦輪機上游引入借助于旁通管路繞過燃燒器引導的空氣，重新利用在該部分被壓縮的空氣中儲存的能量，進而不降低燃氣輪機設備的效率。

燃氣輪機設備是發(fā)電廠的組成部分，借助于所述組成部分提供電流。例如，燃氣輪機設備是燃氣-蒸汽輪機發(fā)電廠的組成部分。尤其，燃氣輪機設備的最大功率大于或等于250MW并且尤其大于或等于295MW。驅動渦輪機的軸的最大轉速適宜地大于每分鐘1500轉并且例如小于每分鐘5000轉。尤其，轉速在每分鐘2500和3500轉之間。