CN101275489B - 涡轮机组的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行尤其发电站设备的涡轮机组的方法，其中，-将燃烧用空气输入压缩机，在其中对其进行压缩并将其输入燃烧器，-将具有比天然气更高的反应性的燃料输入所述燃烧器，-在所述燃烧器的上游将水喷入所述燃烧用空气中并在其中使其汽化，-将所述燃烧器中的燃料与所述燃烧用空气-水蒸汽-混合物相混合并使其燃烧，-将在燃烧器中产生的燃烧器废气输入涡轮机并使其在其中膨胀。

Description

涡轮机组的运行方法
技术领域
本发明涉及一种运行涡轮机组尤其是运行用于发电站设备的涡轮机组的方法。
背景技术
如用在用于发电的发电站设备中的涡轮机组通常包括用于对燃烧用空气进行压缩的压缩机、用于用燃烧用空气使燃料燃烧的燃烧室以及涡轮机，在该涡轮机中使热的燃烧废气在作功的情况下膨胀。在所述的能量转换装置运行中的问题是产生有害物质排放。因此始终存在着降低有害物质排放尤其NOX排放这样的需求。NOX排放的产生与燃烧过程的温度以及燃烧过程的压力存在很大关联，其中NOX排放随温度的上升或者说随压力的上升而超比例地增加。
在原理上上已知，代替天然气或者代替用水稀释的液态燃料使用一种具有比天然气更高的或更大的反应性的燃料。高反应性的燃料的使用在较低的温度时已经能够进行稳定的燃烧反应。但是，在实际上比如用水蒸汽或者用氮气对所述高反应性的燃料进行较大程度的稀释，用于避免因燃烧反应而使温度过度上升。与此同时，这些措施降低了火焰扩散速度，由此尤其可以降低回火的危险并且由此可以提高涡轮机组的运行可靠性。
但是，将水蒸汽加入到燃料中这种做法会产生很高的开销。比如水必须具有较高的纯度，以便能够毫无问题地添加到涡轮机组的燃料输送系统中。此外，必须将水或者说水蒸汽置于较高的压力上，也就是说置于压缩机的压缩压力上，由此需要相应的能量，这一点最终降低了涡轮机组的总效率。
发明内容
现在开始讲述本发明。本发明的任务是为开头所述类型的运行方法说明一种改进的实施方式，该实施方式尤其在高反应性的燃料燃烧时能够实现较低的NOX排放值，并且此外降低了回火的危险。此外，应该能够以尽可能低的成本来实现所述运行方法。
按本发明，该任务通过用于运行涡轮机组的方法得到解决，其中涡轮机组至少包括用于对燃烧用空气进行压缩的压缩机、具有至少一个用于产生热气的燃烧器的燃烧室以及用于使热气膨胀从而作功的涡轮机，其中，
-将燃烧用空气输入压缩机，在其中对燃烧用空气进行压缩并将燃烧用空气输入至少一个燃烧器，
-将燃料输入至少一个燃烧器，
-在压缩机的内部、在压缩机的上游或者在压缩机的入口区域中将水喷入燃烧用空气中并在其中使水汽化，
-将燃烧器中的燃料与燃烧用空气和水蒸汽的混合物相混合，
-使燃料、燃烧用空气和水蒸汽的混合物在燃烧室中燃烧，
-将在燃烧室中产生的热气输入涡轮机并在其中使热气膨胀从而作功。
本发明基于这样的总构思，即不是向燃料输送用于稀释燃料的水或者说水蒸汽，而是在燃烧器的上游向燃烧用空气输送水或者说水蒸气。通过用水蒸汽进行稀释，可以降低燃烧器中的燃烧温度。同时，由此可以降低回火的危险。在燃烧用空气侧输送水蒸汽或者说喷入及汽化水在此具有决定意义，因为在燃烧用空气通道中也可以使用不太纯净的水。由此可以用比在燃料侧喷入水的情况中更为低廉的成本实现水处理。此外，可以在明显降低的压力下尤其也在环境压力下实现水的输送，这一点附加地降低了将水加入的开销。用于用水蒸汽对燃料进行稀释的成本由此可以通过按本发明的运行方式得到降低。燃料与燃烧用空气-水蒸汽-混合物在燃烧器中尤其在预混合燃烧器中的充分混合导致燃料的动力活动性降低，由此在点燃混合物之前改善了燃料、燃烧用空气及水蒸汽的混合。均匀化的混合物改善了燃烧并且降低了有害物质排放。
所述燃料是一种具有比天然气更高的反应性的燃料，与天然气的燃烧相比这一点可以用来降低NOX形成。作为燃料，比如可以使用包含氢气的无碳氢化合物的可燃气体。所述的可燃气体也可以称为合成气。这样的合成气可以比如借助于含碳氢化合物的燃料的部分氧化来生成。作为替代方案，作为燃料也可以使用干性的也就是说无水的或者无水蒸汽的汽化的液态燃料。汽化的液态燃料通常比天然气具有明显更高的反应性，并且因此通常仅仅以用水或者说水蒸汽稀释的形式输送给燃烧器。本发明现在也能够将干性的液态燃料比如干性油用于给涡轮机组的燃烧器进行点火。作为替代方案，作为燃料也可以使用在一定程度上可以无有害物质地转化的氢气。
按照所述运行方法的一种优选的实施方式，将如此多的水喷入所述燃烧用空气中，使得在由压缩机导送给燃烧器的燃烧用空气-水蒸汽-混合物中的蒸汽含量少于十个质量百分点。优选喷入如此多的水，使得在所述燃烧用空气-水蒸汽-混合物中的蒸汽含量处于大约五到八个质量百分点的范围内。
作为附加方案或替代方案，也可以如此设计所述运行方法，从而刚好将如此多的水喷入所述燃烧用空气中，从而为燃烧器中的燃料稀释大约十个体积百分点。
为在燃烧器上游将水喷入燃烧用空气通道中，在此产生多种方案。优选如此将水喷入，使得为喷入水所必需的压力尽可能地低。比如，还在压缩机内部就将水喷入所述燃烧用空气中。所述压缩机本身可以比如具有至少两个压力区，也就是高压区和低压区。同样已知具有三个压力区的压缩机。所述压缩机而后就具有低压区、中压区和高压区。所述压缩机可以由多台单个的增压机构成或者也仅仅具有一台唯一的增压机。所述的压力区而后在所述唯一的增压机内部由相应的轴向区段构成或者在具有多台增压机的情况下分配到单个的增压机上。
优选现在将水在所述压缩机的中压区中或者在所述压缩机的低压区中喷入所述燃烧用空气中。同样原理上也可以将水在中压区和高压区之间或者在低压区和中压区之间或者在低压区和高压区之间喷入所述燃烧用空气中。
此外，在原理上也可以在所述压缩机的上游将水喷入所述燃烧用空气通道中或者在压缩机入口区域中将水喷入所述燃烧用空气中。这里有利的是可以在大气环境压力下将水加入。
有一种实施方式特别有利，在该实施方式中为将水喷入所述燃烧用空气中使用入口雾气发生装置。这样的入口雾气发生装置通常用于另一个用途，并且如此设计该入口雾气发生装置，从而以此可以在压缩机入口区域处或压缩机入口区域中产生水蒸汽。在此对这样的在涡轮机组中可能本来就已存在的入口雾气发生装置进行相应的改动和/或触发，由此现在可以在不必为此产生特别高的开销的情况下实现按本发明提出的运行方法。
在另一种优选的实施方式中可以规定，为将水喷入所述燃烧用空气中，使用在原则上为另一个用途而设置的压缩机中间冷却装置。借助于这样的可能本来已在涡轮机组上存在的压缩机中间冷却装置，可以在压缩机侧对被压缩的燃烧用空气进行中间冷却。如此设计所述压缩机中间冷却装置，从而以此可以为冷却目的将水在两个压力级或两个压力区之间喷入所述压缩机中。在此对所述压缩机中间冷却装置进行相应的改动或者说触发，由此现在可以以特别简单的和成本低廉的方式来实现按本发明的运行方法。

Claims (11)

1.用于运行涡轮机组的方法，其中所述涡轮机组至少包括用于对燃烧用空气进行压缩的压缩机、具有至少一个用于产生热气的燃烧器的燃烧室以及用于使所述热气膨胀从而作功的涡轮机，其中，
-将燃烧用空气输入压缩机，在其中对所述燃烧用空气进行压缩并将所述燃烧用空气输入至少一个燃烧器，
-将燃料输入所述至少一个燃烧器，
-在所述压缩机的内部、在所述压缩机的上游或者在所述压缩机的入口区域中将水喷入所述燃烧用空气中并在其中使所述水汽化，
-将所述燃烧器中的燃料与所述燃烧用空气和水蒸汽的混合物相混合，
-使所述燃料、燃烧用空气和水蒸汽的混合物在所述燃烧室中燃烧，
-将在所述燃烧室中产生的热气输入涡轮机并在其中使热气膨胀从而作功。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料具有比天然气更高的反应性。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-作为燃料使用包含氢气的无碳氢化合物的可燃气体，或者
-作为燃料使用干性的汽化的液态燃料，或者
-作为燃料使用氢气。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述干性的汽化的液态燃料为干性油。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将如此多的水喷入所述燃烧用空气中，使得在所述燃烧用空气和水蒸汽的混合物中的蒸汽含量少于十个质量百分点。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述燃烧用空气和水蒸汽的混合物中的蒸汽含量为五到八个质量百分点。
7.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将如此多的水喷入所述燃烧用空气中，从而对在燃烧器中的燃料稀释了大约十个体积百分点。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，
-将水在压缩机的中压区中或者在压缩机的低压区中喷入所述燃烧用空气中，或者
-将水在压缩机的中压区和压缩机的高压区之间或者在压缩机的低压区和压缩机的中压区之间或者在压缩机的低压区和压缩机的高压区之间喷入所述燃烧用空气中。
9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为将水喷入所述燃烧用空气中，使用入口雾气发生装置用于在压缩机入口区域处产生水蒸汽。
10.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为将水喷入所述燃烧用空气中，使用入口雾气发生装置用于在压缩机入口区域中产生水蒸汽。
11.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为将水喷入所述燃烧用空气中，使用压缩机中间冷却装置用于将水在所述压缩机的两个压力级之间或者在所述压缩机的两个压力区之间喷入所述压缩机中。
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