CN1032838A - 燃气轮机组的操作方法 - Google Patents

Abstract

操作燃气轮机组的方法，机组包括燃烧室，由燃 烧室的气体驱动的高压涡轮机，由高压涡轮机气体驱 动的低压涡轮机，控制由高压涡轮机向低压涡轮机供 气的装置，由低压涡轮机驱动的低压压气机，与低压 压气机串接由高压涡轮机驱动用来向燃烧室供应加 压空气的高压压气机，用该装置控制低压涡轮机上游 的气体状态能调节燃气轮机组的有效功率。

Description

本发明涉及燃气轮机组的操作方法，该机组包括一个燃烧室，一个由燃烧室出来的气体所驱动的高压涡轮机以及一个由高压涡轮机出来的排气所驱动的低压涡轮机，用来控制由高压涡轮机向低压涡轮机供气的装置，以及一个由低压涡轮机驱动的低压压气机，和一个和低压压气机串接并由高压涡轮机驱动用来向燃烧室供应加压空气的高压压气机，燃气轮机组的有效功率可通过该装置对低压涡轮机的上游气体状态的控制而调节。

CH-A-210，657叙述了上述的那种燃气轮机组。这个先有技术机组还包括一个在高压涡轮机和低压涡轮机之间的中压涡轮机，从燃烧室输出的总功率被供应到燃气轮机组以便从中压涡轮机的轴回收有效功率，高压涡轮机的唯一用途是操作高压压气机。

在瑞士专利说明书中没有关于燃气轮机组工作温度的详细资料;只在涉及装置时仅仅指出温度，该装置包括可转叶片，用以控制低压涡轮机的供气，据说操作于低温范围，即200℃。还有，在专利说明书中没有提到机组的效率。然而，可以预料效率是低的，因为这个先有技术燃气轮机组的发明时代是在三十年代末期，采用一个中间冷却器和一个同流换热器时效率不会超过30%。

然而，众所周知的是较现代化的燃气轮机组的效率通常约为30至35%（如果忽略使用一个中间冷却器，一个同流换热器等等后所能提高的效率）。效率提不高的原因是机组的排气在通过一根烟道之类再逸至环境时具有相当高的温度（差不多在500℃）。这个排气还含有大量空气，它们由压气机供应，但不曾在燃烧中被利用。

为了提高燃气轮机组的有效功率，该燃气轮机组由一涡轮机和一由涡轮机驱动的压气机组成，早就有人建议将来自压气机的所有空气用于供应给燃烧室燃料的燃烧，以及通过在燃烧室内的管子中产生蒸汽，把来自燃烧室的气体冷却至大约450℃的温度。蒸汽驱动一个汽轮机。在这个先有技术系统中，这个所谓韦洛克斯（Velox）系统，总的有效功率是取自蒸汽驱动的汽轮机，而从燃烧室供应给燃气轮机的气体处于一个相当低的温度，所产生的功率只够用来操作压气机。效率被提高至大约38%，但还是需要一个相当大的燃烧室，这意味着加大了装置投资。

本发明的目的是提供使用一个紧凑的组合装置，即一种燃气轮机装置，它具有韦洛克斯系统中的燃气轮机以及汽轮机，而获得更高的效率以及利用所有的压气机空气进行燃烧，为此目的，上述的这种方法具有下面要讲的特点。所以，这有效功率不是取自如瑞士专利说明书所说的一个中压涡轮机，而是部分地取自一个基本上恒转速的高压涡轮机，部分地取自汽轮机。由于高压涡轮机和相连的高压压气机都以基本上恒转速驱动，减低了在低压压气机中抽吸的危险。

使用本发明的方法所获得的总效率的提高大约可达41%，此外，这个效率可在主要负荷范围内保持基本恒定，这是由于供应给高压涡轮机的气体温度保持基本恒定。

下面参照附图对本发明作更详细的说明，其中：

图1是实施本发明方法的燃气轮机装置的概略图，

图2是燃气轮机装置涡轮机部分的部分轴向剖面图。

参见图1，所示的燃气轮机装置包括一个燃气轮机组，它有一个连接高压压气机11和一个发电机12用以从机组中输出有效功率的高压涡轮机10，以及一个连接低压压气机14的低压涡轮机13。在高压涡轮机和低压涡轮机之间备有可调节的连接件，该连接件在这个例子中是做成叶片环，它具有可调节的（可旋转的）叶片15，图2，每个叶片通过臂16连接到一个环17上，环17能通过控制件18而旋转，件18组成燃气轮机组的功率控制元件。

藉可旋转的叶片，高压涡轮机中的膨胀和低压涡轮机中的膨胀之间的关系被控制，这种控制在低流损时产生，因而提供了优于其他控制型式的效率，即分路或阻风门控制。

燃烧室19（炉膛）由其气体出口处连接至高压涡轮机以向这个涡轮机供气，而低压涡轮机和它串接。低压涡轮机连接烟道，它用箭头20表示。燃烧室的空气进口连接供应助燃空气的高压压气机。高压压气机和低压压气机串接，后者从环境取得空气如箭头21所示。

燃烧室装设着管子和/或管套如螺旋线22所示，它被包括在蒸汽回路中，该回路还包括一个汽轮机23，它连接一个用以输出有效功率的发电机以及一个冷凝器25。

在这个基本系统中，还有可选择增加的装置。这样，一个外部的中间冷却器26被装接在低压压气机和高压压气机之间，还有一个内部的中间冷却器27被装在压气机回路中的空气和来自冷凝器的冷凝物（供水）之间作热交换。到高压压气机去的空气温度由于中间冷却而降低，向炉膛的供水同时在内部的中间冷却器27中被预热。

还有一个节热器28被用作一个热交换器，装设在供水和通向烟道的排气之间以预热通向燃烧室的供水。

一个同流换热器29被装在低压涡轮机的排气管和来自高压压气机的燃烧室空气进口管之间以通过和排气的热交换来加热压气机空气，当燃气轮机组在部分负荷下被驱动时，当来自高压压气机的空气温度可能太低时，这样做是有利的。

一个再加热回路30被装在汽轮机和燃烧室之间以便提高蒸汽流程的效率。

作为特别的改进，蒸汽被从汽轮机中以相同于燃烧室中存在的压力抽出来，并被注射入燃烧室中如31所示，以降低从燃烧室输出的气体中的有害成份。水由一个外部的供源供给冷凝器如32所示，以补偿被抽出的蒸汽。

上述燃气轮机装置的操作主要如下，在燃烧室中产生的燃气由蒸汽回路冷却到高压涡轮机的最高工作温度，即950℃，再被供应至高压涡轮机，在高压涡轮机输入侧预定的气体状态（压力和温度）下以基本上恒定的转速进行操作。从高压涡轮机来的排气通过可旋转叶片而供应至低压涡轮机，可旋转叶片是可调节的以便使现有的负荷和排气量相匹配。这两个压气机输出加压的助燃空气给燃烧室。有效功率部分由直接被高压涡轮机驱动的发电机12输出，部分由被蒸汽回路驱动的发电机24输出，该蒸汽回路处理从发生气体回收的热以降低温度。

由于控制高压涡轮机上游的气体状态，和由于从高压涡轮机以基本上恒转速直接回收有效功率，燃气轮机装置就获得较以前更高的总效率，即大约为41%，这情况还能通过选择性地使用一个中间冷却器，一个同流换热器，一个节热器等等而被进一步改善。

在负荷下跌时，即如果发电机12和电网失去同步，高压涡轮机10的转速必须被控制以防止涡轮机轴的太高的超速。这是由调节叶片12来完成的，这是为了使低压涡轮机的转子停车所必须，它使低压涡轮机13的上游的压力增加以及使高压涡轮机10的压力降低和热量下跌，功率输出也降低。与此同时在低压涡轮机13上的压力和热量的下跌将增加，但由于低压涡轮机转子停车而造成的效率下降，从低压涡轮机输出的功率将基本上不变。这样，能防止不允许的超速而发电机能在几秒钟后再次和电网同步，这是通过用叶片调节高压涡轮机10的转速至所需值而达到的。

Claims (2)

1、一种操作燃气轮机组的方法，机组包括一个燃烧室，一个由来自燃烧室的气体驱动的高压涡轮机，和一个由来自高压涡轮机的气体驱动的低压涡轮机，用来控制从高压涡轮机向低压涡轮机供应气体的装置，和一个由低压涡轮机驱动的低压压气机，以及一个和低压压气机串接并由高压涡轮机驱动以供应加压空气给燃烧室的高压压气机。燃气轮机组的有效功率藉上述装置控制低压涡轮机上游的气体状态进行调节，基本上所有从压气机输向燃烧室的空气在燃烧室中被用来燃烧，同时用水和/或蒸汽来冷却产生的气体至相应于高压涡轮机的最高操作温度，并利用从燃烧室由上述冷却得来的功率和从基本上恒转速的高压涡轮机回收燃气轮机组的有效功率，而供应给高压涡轮机的气体温度被维持基本上恒定而与从燃气轮机组回收的有效功率无关。

2、如权利要求1中的方法，其特征为在负荷下跌时藉鲜隹刂拼痈哐刮新只┯Ω脱刮新只宓淖爸茫沟脱刮新只淖油３怠?