CN104428516A - 具有烟道气再循环的燃气涡轮功率装置 - Google Patents
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Abstract
一种功率装置(1)和用以运行这种功率装置的方法，该功率装置包括燃气涡轮(2)和热回收锅炉组件(3)。燃气涡轮包括压缩机入口(18)，压缩机入口具有新鲜空气进口扇区(64)和用于再循环烟道气的进口扇区。用于控制新鲜空气(61)流和再循环烟道气(69)流的公共控制元件(37，38)布置在压缩机(5)和/或压缩机进口(66)中。
Description
技术领域
本发明涉及具有烟道气再循环的联合循环功率装置和用于运行这种功率装置的方法。
背景技术
已知烟道气再循环会减少NOx排放，并且改进碳捕捉。当应用烟道气再循环时，燃气涡轮的NOx排放可减少，因为燃烧空气中的氧含量减少。WO 2010/072 710公开了一种功率装置，其具有燃气涡轮单元和蒸汽涡轮单元，蒸汽涡轮单元具有蒸汽发生器，对蒸汽发生器馈送燃气涡轮单元的烟道气。WO 2010/072 710的功率装置还具有用于使烟道气部分地再循环到压缩机入口的系统和在后面的组件中的CO2捕捉单元。
另外，如果烟道气中的产生的氧含量足够低，烟道气再循环则可允许使用SCR。为了减少燃烧气体的氧含量，US 2009/0284013 A1中提出了一种燃气涡轮装置，其包括燃气涡轮、热回收蒸汽发生器和烟道气再循环件。燃气涡轮包括用于空气的压缩机，以及用于再循环烟道气的压缩机、喷燃器和涡轮。热回收蒸汽发生器在其输入侧处连接到燃气涡轮锅炉的涡轮出口上。热回收蒸汽发生器包括两个锅炉出口。烟囱连接到第一锅炉出口上。针对再循环烟道气，烟道气再循环件连接第二锅炉出口与压缩机的压缩机入口。
通过减少燃烧器入口气体中的氧含量，此装置允许以接近一的燃料空气比λ燃烧。
良好地控制压缩机新鲜空气流和再循环烟道气流是困难的。特别地，精确地测量大型流管道中的流量是困难的。另外，进口、管道和锅炉的容积大，而且如果不同的控制元件在入口气体和烟道气的流径中相互作用，则所述容积会引起不利的动态行为。
发明内容
本公开的一个目标是提供一种联合循环功率装置，其具有烟道气再循环，以及再循环烟道气流和新鲜空气的可靠比和入口流量的稳定控制。
本公开的一方面提供一种功率装置，其包括：燃气涡轮，其至少具有压缩机、燃烧器和涡轮；以及烟道气再循环件，其用于使燃气涡轮的烟道气的一部分再循环到燃气涡轮的压缩机入口。功率装置进一步包括：压缩机进口，其具有用于新鲜空气的进口区段(被称为新鲜空气进口扇区)、用于再循环烟道气的进口区段；以及公共控制元件，其用于控制新鲜空气流和再循环烟道气流，公共控制元件布置在压缩机或压缩机进口中。
典型地，用于新鲜空气的进口区段和用于再循环烟道气的进口区段在公共壳体中。在接近压缩机进口的端部处，用于新鲜空气的进口区段和用于再循环烟道气的进口区段可围绕压缩机的轴线同心地布置。在一个实施例中，新鲜空气的进口区段和再循环烟道气的进口区段在它们的下游端处具有同心环形横截面。
如果两个流在物理上分开，或者物理分开和公共控制元件之间的自由流径太短而不允许大量交叉流从一个路径到另一个路径，或者不允许大量混合，则用一个公共控制元件来控制两个流是可行的。大量混合例如将是两个分开的流的超过50%的混合。为了使得能够用公共控制元件来控制，公共控制元件上游的自由流径的长度不应超过自由流径的平均高度的10倍。根据一个示例性实施例，在公共控制元件上游的自由流径的长度不超过自由流径的平均高度的5倍。在另一个实施例中，在公共控制元件上游的自由流径的长度小于自由流径的平均高度的2倍。自由流径典型地从分开新鲜空气和再循环烟道气流径的壁延伸。
根据一个示例性实施例，至少一个可变的导叶在压缩机中布置在压缩机的上游端处，以控制新鲜空气进口扇区和用于再循环烟道气的进口扇区中的入口流。
根据另一个示例性实施例，至少一个可动偏转器在压缩机入口中布置在压缩机的上游，作为控制元件。可动偏转器至少部分地延伸到新鲜空气进口扇区中，以及至少部分地延伸到烟道气进口扇区中。这种偏转器可包括像导叶一样的空气动力学轮廓。
为了在燃气涡轮的整个运行范围里确保再循环速率处于限定容差带内，压缩机进口可被进口挡板分成新鲜空气进口扇区和烟道气进口扇区。在新鲜空气扇区中，新鲜空气可流到压缩机的入口，而在烟道气进口扇区中，再循环烟道气流可流到压缩机的入口。
进口、排气系统和烟道气再循环件的流通面积和几何构造可设计成使得产生的烟道气再循环速率满足基本负载下的设计目标。根据本公开，可通过改变挡板在进口歧管中结束的位置(例如挡板的下游端和压缩机入口之间的距离)，来调节烟道气再循环速率。
对于启动和低负载，没有烟道气再循环的运行可为有利的。因此可限定烟道气再循环的最小负载。启用烟道气再循环的这种最小负载可为大约5%至20%相对负载(相对于基本负载下的功率输出的功率输出)的低负载；它也可为例如50%相对负载或更高的较高负载。典型地，烟道气再循环最晚在高于65%相对负载的情况下启用。
烟道气再循环可由烟道气再循环管线中的不同的阀或阀瓣禁用。根据一个示例性实施例，进口包括新鲜空气控制元件，新鲜空气控制元件将烟道气进口扇区连接到新鲜空气，并且可允许新鲜空气供应到烟道气进口扇区。在低负载下，一旦新鲜空气控制元件打开，燃气涡轮实际上是在没有烟道气再循环的情况下运行。
典型地，具有烟道气再循环的装置可包括热回收锅炉组件。根据另一个示例性实施例，功率装置包括热回收锅炉组件，其至少具有连接到涡轮出口上的锅炉入口，以及出口侧。出口侧包括连接到烟囱上的第一出口，以及连接到烟道气再循环件上的第二出口。提出的热回收锅炉组件进一步包括从锅炉入口到第一锅炉出口的第一锅炉烟道气路径，以及从锅炉入口到第二锅炉出口的第二锅炉烟道气路径。具有两个单独的烟道气路径的锅炉组件在彼此独立的各个流径中具有压降。由于压降是独立的(随各个流径中的质量流量和温度改变)，所以分开的锅炉组件帮助保持恒定的再循环速率。如果再循环速率偏离设计值，则相应的流径中的压降将相应地改变，并且从而抵消相对于设计再循环速率的偏离。例如如果再循环速率不断提高，则第二烟道气路径中的压降将增大，同时第一烟道气路径中的压降将减小。这个压降变化会抵消再循环速率的变化，并且从而帮助保持设计再循环速率。
另外，分开的烟道气路径对于处理将释放到环境中的烟道气是有利的。例如CO或NOx催化装置仅需要布置在第一烟道气路径中，从而减小所需大小。
永久烟道气再循环或在高相对负载(典型地高于50%相对负载，其中，相对负载是相对于燃气涡轮的全负载的负载)下的永久烟道气再循环允许优化具有有关管道的进口系统和烟囱，因为所需新鲜空气流减少，以及排出的烟道气流减少。典型地，进口或烟囱的设计由设计压降确定，并且进口或烟囱在尺寸上设置成在最大流量下处于设计压降之内。典型地，基本负载运行需要最大流量。
根据一个示例性实施例，针对小于基本负载压缩机入口流量的新鲜空气流量来设计新鲜空气进口扇区。特别地，与传统设计相比，这允许减小进口过滤间和过滤器的大小。针对总压缩机入口流量来设计传统的燃气涡轮进口。
在更具体的示例性实施例中，针对小于基本负载压缩机入口流量的75%的新鲜空气流量来设计新鲜空气进口扇区。由于烟道气再循环局限于烟道气的大约50%，所以进口气体的大约50%必须是新鲜空气。因此针对基本负载压缩机入口流量的至少50%来设计新鲜空气进口扇区。在烟道气再循环非常高的情况下，可针对基本负载压缩机入口流量的至少40%来设计新鲜空气进口扇区。
根据功率装置的一个示例性实施例，针对小于处于基本负载涡轮的出口流量的烟道气流量来设计烟囱。
在更具体的示例性实施例中，针对小于基本负载涡轮出口流量的75%的烟道气流量来设计烟囱。由于烟道气再循环有限，所以烟道气流量的大约50%必须释放到环境中。因此典型地针对基本负载烟道气流量的至少50%来设计烟囱。在烟道气再循环非常高的情况下，可针对基本负载烟道气流量的至少40%来设计烟囱。
公开的功率装置的重要优点在于，能够在烟道气再循环件的流径中没有额外的流控制元件的情况下控制再循环流气体。根据优选的示例性实施例，烟道气再循环件将热回收锅炉组件的出口连接到压缩机进口上，烟道气再循环件没有具有可控或可调的压降的任何元件。具有可控或可调的压降的元件为例如阀、阀瓣或阻尼器。
除了功率装置之外，本公开的目标是一种用于运行功率装置的方法，该功率装置包括：燃气涡轮，其至少具有压缩机、燃烧器、涡轮；以及烟道气再循环件，其用于使燃气涡轮的烟道气的一部分再循环到燃气涡轮的压缩机入口。
根据方法的第一实施例，在单独区段中将新鲜空气流和再循环烟道气流引入到压缩机入口中。但是，新鲜空气流和再循环烟道气流两者都由公共控制元件控制。在再循环烟道气路径的流径和新鲜空气流径中存在额外的控制元件会显著简化对装置的控制。
根据方法的另一个实施例，用在压缩机中布置在压缩机的上游端处的至少一个可变的压缩机导叶来控制新鲜空气流和再循环烟道气流。由于此方法，可为有利的是新鲜空气流和再循环烟道气流在进口的内部直至可变的压缩机导叶的附近(例如直至不到第一可变的压缩机导叶的高度的两倍的距离)在物理上分开。
根据方法的又一个实施例，用至少一个可调偏转器来控制新鲜空气流和再循环烟道气流控制，可调偏转器在压缩机入口中布置在压缩机的上游，并且至少部分地延伸到新鲜空气进口扇区中，以及至少部分地延伸到烟道气进口扇区中。可调偏转器可具有板或空气动力学轮廓的形式，其例如可围绕回旋轴线34枢转。
为了提高运行灵活性，可为有利的是修改方法，使得方法包括在启动和/或低负载运行期间打开新鲜空气控制元件，以允许新鲜空气供应到烟道气进口扇区，以在没有烟道气再循环的情况下运行。
根据方法的示例性实施例，烟道气流在热回收锅炉组件(3)中分成两个流。第一流从锅炉入口流到第一锅炉出口，而第二流则从锅炉入口流到第二锅炉出口。然后第二流从第二锅炉出口再循环到燃气涡轮的压缩机入口中，并且第一流从第一锅炉出口释放到环境中。在第一烟道气流释放到环境中之前，例如可用CO和/或NOx催化装置处理第一烟道气流，以减少CO和/或NOx排放。另外，可从第一烟道气流中移除CO2，以捕捉碳。
上面描述的燃气涡轮可为单燃烧燃气涡轮或顺序燃烧燃气涡轮，像例如从EP0620363 B1或EP0718470 A2中了解到的那样。公开的方法可应用于单燃烧燃气涡轮以及顺序燃烧燃气涡轮。
附图说明
在附图的协助下，在下面更详细地描述本发明及其性质和优点。参照附图：
图1显示根据本发明的燃气涡轮的第一示例，
图2显示进口中的相对压力随相对负载改变的示例。
具体实施方式
在下面对相同或功能相等的元件提供相同名称。所指示的值和尺寸规格仅是示例性值，而且绝不使本发明限于这样的尺寸。
根据图1，示例性燃气涡轮功率装置1例如可在用于发电的功率装置组件中应用，示例性燃气涡轮功率装置1包括至少燃气涡轮2、至少热回收锅炉组件3以及至少烟道气再循环件4。燃气涡轮2包括至少一个压缩机5、至少燃烧器6、7，以及至少一个涡轮8、9。在这里显示的实施例中，燃气涡轮2包括两个涡轮8和9，即，高压涡轮8和低压涡轮9。因此，还提供两个燃烧器6和7，即，在高压涡轮8上游的高压燃烧器6和在低压涡轮9上游的低压燃烧器7。在锅炉3中产生的蒸汽可在水-蒸汽循环中使用，或者用于热电联产(未显示)。
热回收锅炉组件3具有锅炉入口侧10和锅炉出口侧11。锅炉入口侧10在流体方面与低压涡轮9的涡轮出口12连接。锅炉出口侧11包括第一锅炉出口13和第二锅炉出口14。第一锅炉出口13与烟囱15连接。在第一锅炉出口13和烟囱之间可布置CO2捕捉装备(未显示)。第二锅炉出口14在流体方面与烟道气再循环件4的入口16连接。烟道气再循环件4的出口17与压缩机5的压缩机入口18连接。因此烟道气再循环件4连接第二锅炉出口14与压缩机入口18。在该示例中，烟道气再冷器19布置在烟道气再循环件4中，烟道气再冷器19可设计成DCC(直接接触式冷却器)，使得可同时冷却和洗净再循环烟道气。
在显示的实施例中，热回收锅炉组件3包括第一锅炉烟道气路径20，其由箭头指示。第一锅炉烟道气路径20在锅炉入口侧10处开始，并且通往第一锅炉出口13。另外，热回收锅炉组件3包括第二锅炉烟道气路径21，其也由箭头指示。第二锅炉烟道气路径21还在锅炉入口侧10处开始，并且通往第二锅炉出口14。锅炉烟道气路径20、21两者是分开的，并且通往相应的锅炉出口13、14。为了在热回收锅炉组件3内实现分开的锅炉烟道气路径20、21，锅炉隔壁22可布置在热回收锅炉组件3中，锅炉隔壁22在流体方面分开锅炉烟道气路径20、21两者。
在这里显示的实施例中，扩散器23布置在锅炉入口侧10的上游。扩散器入口24与涡轮出口12连接。扩散器23包括扩散器入口24和至少扩散器出口25、26。在图1的实施例中，显示了两个扩散器出口，即，第一扩散器出口25和第二扩散器出口26。
也可使用单个公共扩散器出口25。在这种情况下，公共扩散器出口在流体方面与锅炉入口侧10连接。
在图1的实施例中，第一扩散器出口25在流体方面与第一锅炉入口27连接，而第二扩散器出口26则在流体方面与第二锅炉入口28连接。锅炉入口27、28两者都布置在锅炉入口侧10处。根据图1的实施例，第一锅炉烟道气路径20从第一锅炉入口27通往第一锅炉出口13。平行且分开地，第二锅炉烟道气路径21从第二锅炉入口28通往第二锅炉出口14。
在图1的扩散器23中，布置了公共扩散器主路径29(由箭头指示)，以及第一扩散器烟道气路径30(由箭头指示)，以及第二扩散器烟道气路径31(也由箭头指示)。公共扩散器主路径29在扩散器分支点32处分成单独的扩散器烟道气路径30、31。为了分开扩散器烟道气路径30、31，在扩散器23的扩散器壳体58中布置扩散器隔壁33。扩散器隔壁33的前缘39限定扩散器分支点32。扩散器隔壁33从扩散器分支点32直至扩散器出口25、26两者，分开扩散器烟道气路径30、31两者。在图1有示例中，扩散器隔壁33和锅炉隔壁22布置成使得扩散器隔壁33的后缘35和锅炉隔壁22的前缘36相连。
通过使隔壁22、33相连，第一扩散器烟道气路径30直接通到第一锅炉烟道气路径20，同时在第二扩散器烟道气路径31处，通到第二锅炉烟道气路径21。
在第一锅炉烟道气路径20中，提供CO催化装置49、催化式NOx转换器50和第一热交换器阵列52。催化式NOx转换器50布置在CO催化装置49的下游。取决于催化式NOx转换器50的温度和设计，第一热交换器阵列52的一部分可布置在催化式NOx转换器50的上游，以降低烟道气温度，而且其余的第一热交换器阵列52可布置在催化式NOx转换器50的下游。
在第二锅炉烟道气路径21中，提供第二热交换器阵列48。第一热交换器阵列52和第二热交换器阵列48可为分开的组件，或者与热交换器元件的从第一锅炉烟道气路径通到第二锅炉烟道气路径21的至少一部分相结合。
如图1中显示的那样，控制部件40可如箭头41所指示围绕回旋轴线42枢转，控制部件40布置在热回收锅炉组件3的下游端。这个控制部件可用作烟道气再循环件4的旁路，以及允许第二锅炉烟道气路径21通过烟囱15离开。
在示例性实施例中，压缩机进口如图1中显示的那样分成两个扇区。在描绘的示例中，压缩机进口66借助于进口挡板67分成用于新鲜空气61的外部新鲜空气进口扇区64和用于再循环烟道气69的烟道气进口扇区65。压缩机进口66这样分开会使再循环烟道气和新鲜空气61基本同轴地流到压缩机5中。新鲜空气控制元件68允许新鲜空气供应到烟道气进口扇区65，以允许以减少的烟道气再循环或者在没有烟道气再循环的情况下运行。
在图1中指示两个备选的公共控制元件37、38。
典型地，一个这种控制元件就够了；但可使用两个或更多个的组合。可变的导叶37可用作公共控制元件。如这里显示的那样，进口挡板67的下游端和可变的导叶37的前缘之间的距离d应为大约可变的导叶37的高度h或更小。
可动偏转器38可布置在可枢转轴线上，并且包括两个偏转器区段：一个延伸到新鲜空气61的进口扇区64中，第二个延伸到烟道气进口扇区65中。
提出的具有用于新鲜空气与再循环烟道气的一个控制元件的集成设计必须确保：在燃气涡轮2的运行范围内，空气和烟道气混合所处的混合平面中的静压力ps,mix始终低于两个流的总压力。在图2中显示进口中的相对压力随相对负载改变的示例。总环境压力pt保持恒定。再循环烟道气总压力pt,rec随质量流量过载地减小，并且从而烟道气再循环件中的压降增大。新鲜空气总压力与再循环烟道气总压力pt,rec成比例地改变，但可处于不同的水平(未显示)。新鲜空气和再循环烟道气不再在物理上分开而是可混合所处的混合平面处的静压力ps,mix也过载地降低。由于总压力减小，以及动压头增大(随着流速提高)，静压力比总压力降低得更快。
恰当设计确保再循环烟道气的总压力和混合平面中的静压力之间的差始终将烟道气推到GT进口中。再循环烟道气的总压力始终低于环境空气的总压力，因为烟道气再循环件中的压降比入口空气过滤器中的更高。
本领域技术人员将理解，本发明可体现为其它具体形式，而不偏离本发明的精神或实质特性。因此目前公开的实施例在各方面都应认为是说明性而非约束性的。
部件列表
1功率装置
2燃气涡轮
3热回收锅炉组件
4烟道气再循环件
5压缩机
6高压燃烧器
7低压燃烧器
8高压涡轮
9低压涡轮
10：3的入口侧
11：3的出口侧
12涡轮出口
13第一锅炉出口
14第二锅炉出口
15烟囱
16：4的入口
17：4的出口
18压缩机入口
19烟道气再循环冷却器
20第一锅炉烟道气路径
21第二锅炉烟道气路径
22锅炉隔壁
23扩散器
24扩散器入口
25公共扩散器出口/第一扩散器出口
26第二扩散器出口
27公共锅炉入口/第一锅炉入口
28第二锅炉入口
29扩散器主路径
30第一扩散器烟道气路径
31第二扩散器烟道气路径
32扩散器分支点
33扩散器隔壁
34回旋轴线
35：33的后缘
36：22的前缘
37可变的导叶
38可动偏转器
39：33的前缘
40控制部件
41：40的移动方向
42：40的回旋轴线
48第二热交换器阵列
49CO催化装置
50催化式NOx转换器(三通催化装置、NOx吸附催化装置)
51热回收锅炉
52第一热交换器阵列
58扩散器壳体
61新鲜空气
64新鲜空气进口扇区
65烟道气进口扇区
66压缩机进口
67进口挡板
68新鲜空气控制元件
69再循环烟道气
h高度
d距离
p压力
pt环境总压力
pt,rec再循环烟道气总压力
ps,mix混合平面处的静压力。
Claims (15)
1. 一种功率装置(1)，其包括：
燃气涡轮(2)，其至少具有压缩机(5)、燃烧器(6，7)和涡轮(8，9)，
烟道气再循环件(4)，其用于使所述燃气涡轮的烟道气的一部分再循环到所述燃气涡轮(2)的压缩机入口(18)，
其特征在于，
压缩机进口(66)包括用于新鲜空气的进口区段(64)和用于再循环烟道气的进口区段(65)，而且用于控制新鲜空气(61)流和再循环烟道气(69)流的公共控制元件(37，38)布置在所述压缩机(5)和/或所述压缩机进口(66)中。
2. 根据权利要求1所述的功率装置(1)，其特征在于，至少一个可变的导叶(37)在所述压缩机(5)中布置在所述压缩机(5)的上游端处，以控制所述新鲜空气进口扇区(64)和所述烟道气进口扇区(65)中的入口流。
3. 根据权利要求1或2所述的功率装置(1)，其特征在于，至少一个可动偏转器(38)在所述压缩机入口(66)中布置在所述压缩机(5)的上游，并且至少部分地延伸到所述新鲜空气进口扇区(64)中，以及至少部分地延伸到所述烟道气进口扇区(65)中。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的功率装置(1)，其特征在于，所述压缩机进口(66)通过进口挡板(67)分成使新鲜空气(61)通往所述压缩机(5)的入口的新鲜空气进口扇区(64)，以及使再循环烟道气流(69)通往所述压缩机(5)的入口的烟道气进口扇区(65)。
5. 根据权利要求4所述的功率装置(1)，其特征在于，所述功率装置(1)包括新鲜空气控制元件(68)，以允许新鲜空气供应到所述烟道气进口扇区(65)，以允许在没有烟道气再循环的情况下运行。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的功率装置(1)，其特征在于，所述功率装置(1)包括热回收锅炉组件(3)。
7. 根据权利要求6所述的功率装置(1)，其特征在于，所述热回收锅炉组件(3)至少包括连接到涡轮出口(12)上的锅炉入口(10)，以及出口侧，所述出口侧具有连接到烟囱(15)上的第一出口(13)和连接到所述烟道气再循环件(4)上的第二出口(14)，
并且所述热回收锅炉组件(3)包括从所述锅炉入口(10)到所述第一锅炉出口(13)的第一锅炉烟道气路径(20)，以及从所述锅炉入口(10)到所述第二锅炉出口(13)的第二锅炉烟道气路径(20)。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的功率装置(1)，其特征在于，针对小于基本负载压缩机入口流量的新鲜空气(61)流量来设计所述新鲜空气进口扇区(64)。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的功率装置(1)，其特征在于，针对小于所述基本负载涡轮出口流量的烟道气流量来设计所述烟囱(15)。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的功率装置(1)，其特征在于，所述烟道气再循环件(4)的从所述热回收锅炉组件(3)的出口延伸到所述压缩机进口(66)的流径没有具有可控或可调的压降的任何元件。
11. 一种功率装置(1)，其包括
燃气涡轮(2)，其至少具有压缩机(5)、燃烧器(6，7)和涡轮(8，9)，
烟道气再循环件(4)，其用于使所述燃气涡轮的烟道气的一部分再循环到所述燃气涡轮(2)的压缩机入口(18)，
其特征在于，
所述烟道气再循环件(4)的从所述热回收锅炉组件(3)的出口延伸到所述压缩机进口(66)的流径没有具有可控或可调的压降的任何元件。
12. 一种用于运行功率装置(1)的方法，
所述功率装置(1)包括：燃气涡轮(2)，其至少具有压缩机(5)、燃烧器(6，7)、涡轮(8，9)；以及烟道气再循环件(4)，其用于使所述燃气涡轮的烟道气的一部分再循环到所述燃气涡轮(2)的压缩机入口(18)，
其特征在于，在单独的区段中将新鲜空气流和再循环烟道气流引入到所述压缩机入口(18)中，而且所述新鲜空气流(61)和所述再循环烟道气流(69)两者都由公共控制元件(37，38)控制。
13. 根据权利要求12所述的用于运行功率装置(1)的方法，其特征在于，通过控制布置在所述压缩机(5)的上游端处的至少一个可变的压缩机导叶(37)来控制所述新鲜空气流(61)和所述再循环烟道气流(69)。
14. 根据权利要求12或13所述的用于运行功率装置(1)的方法，其特征在于，通过控制至少一个可调偏转器(38)来控制所述新鲜空气流(61)和所述再循环烟道气流(69)，所述至少一个可调偏转器(38)在所述压缩机进口(66)中布置在所述压缩机(5)的上游，并且至少部分地延伸到新鲜空气进口扇区(64)中，以及至少部分地延伸到烟道气进口扇区(65)中。
15. 根据权利要求15至14中的任一项所述的用于运行功率装置(1)的方法，其特征在于，所述涡轮(8，9)的烟道气在所述热回收锅炉组件(3)中分成两个流，其中，第一流从所述锅炉入口(10)流到第一锅炉出口(13)，而第二流则从所述锅炉入口(10)流到所述第二锅炉出口(14)，
其中，所述第二流从所述第二锅炉出口再循环到所述燃气涡轮(2)的压缩机入口中，以及其中，所述第一流从所述第一锅炉出口(13)释放到环境中。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108561230A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-09-21 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 烟气回收节水系统 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2538132B (en) * | 2015-02-20 | 2018-11-28 | Johnson Matthey Plc | Exhaust system for gas turbine |
| KR102602774B1 (ko) * | 2015-06-15 | 2023-11-15 | 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 | 동력 생산 플랜트의 기동을 위한 시스템 및 방법 |
| CN108549348B (zh) * | 2018-05-17 | 2020-04-14 | 广州发展集团股份有限公司 | 锅炉物理场运行信息获取方法、装置和计算机设备 |
| US11946415B2 (en) * | 2021-09-09 | 2024-04-02 | General Electric Company | Waste heat recovery system |
| US11761407B1 (en) | 2022-12-08 | 2023-09-19 | General Electric Company | Inlet mixer for exhaust gas recirculation in power generation systems |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4204401A (en) * | 1976-07-19 | 1980-05-27 | The Hydragon Corporation | Turbine engine with exhaust gas recirculation |
| CN101463760A (zh) * | 2007-12-19 | 2009-06-24 | 通用电气公司 | 用于排气再循环系统的原动机 |
| WO2010131941A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | Petroliam Nasional Berhad (Petronas) | Gas turbine engine |
| CN102182558A (zh) * | 2009-12-15 | 2011-09-14 | 通用电气公司 | 改进燃气轮机的排放性能的系统和方法 |
| US20110289899A1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-01 | Alstom Technology Ltd | Combined cycle power plant with flue gas recirculation |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3703807A (en) * | 1971-01-15 | 1972-11-28 | Laval Turbine | Combined gas-steam turbine power plant |
| DE2731387A1 (de) * | 1976-07-19 | 1978-01-26 | Hydragon Corp | Gasturbinen-kraftmaschine mit abgas-rezirkulation |
| US4133171A (en) * | 1977-03-07 | 1979-01-09 | Hydragon Corporation | Temperature stratified turbine compressors |
| SU1744290A1 (ru) * | 1990-07-09 | 1992-06-30 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Способ работы газотурбинной установки |
| US5402631A (en) | 1991-05-10 | 1995-04-04 | Praxair Technology, Inc. | Integration of combustor-turbine units and integral-gear pressure processors |
| JP2954456B2 (ja) * | 1993-07-14 | 1999-09-27 | 株式会社日立製作所 | 排気再循環型コンバインドプラント |
| US5794431A (en) * | 1993-07-14 | 1998-08-18 | Hitachi, Ltd. | Exhaust recirculation type combined plant |
| DE4446610A1 (de) | 1994-12-24 | 1996-06-27 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe |
| JP3794168B2 (ja) * | 1997-06-27 | 2006-07-05 | 株式会社日立製作所 | 排気再循環型コンバインドプラント |
| JP3716133B2 (ja) * | 1999-07-07 | 2005-11-16 | 株式会社日立製作所 | 排気再循環型ガスタービン設備及びそのガスタービン設備を備えたコンバインドサイクル発電設備 |
| US6622470B2 (en) * | 2000-05-12 | 2003-09-23 | Clean Energy Systems, Inc. | Semi-closed brayton cycle gas turbine power systems |
| US20090053036A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-26 | General Electric Company | Systems and Methods for Extending Gas Turbine Emissions Compliance |
| EP2067941A3 (de) * | 2007-12-06 | 2013-06-26 | Alstom Technology Ltd | Kombikraftwerk mit Abgasrückführung und CO2-Abscheidung sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Kombikraftwerks |
| US8051638B2 (en) * | 2008-02-19 | 2011-11-08 | General Electric Company | Systems and methods for exhaust gas recirculation (EGR) for turbine engines |
| US8397482B2 (en) * | 2008-05-15 | 2013-03-19 | General Electric Company | Dry 3-way catalytic reduction of gas turbine NOx |
| EP2248999A1 (en) * | 2008-12-24 | 2010-11-10 | Alstom Technology Ltd | Power plant with CO2 capture |
| US8166766B2 (en) * | 2010-09-23 | 2012-05-01 | General Electric Company | System and method to generate electricity |
-
2013
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-
2015
- 2015-01-08 US US14/591,997 patent/US20150128608A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4204401A (en) * | 1976-07-19 | 1980-05-27 | The Hydragon Corporation | Turbine engine with exhaust gas recirculation |
| CN101463760A (zh) * | 2007-12-19 | 2009-06-24 | 通用电气公司 | 用于排气再循环系统的原动机 |
| WO2010131941A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | Petroliam Nasional Berhad (Petronas) | Gas turbine engine |
| CN102182558A (zh) * | 2009-12-15 | 2011-09-14 | 通用电气公司 | 改进燃气轮机的排放性能的系统和方法 |
| US20110289899A1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-01 | Alstom Technology Ltd | Combined cycle power plant with flue gas recirculation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108561230A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-09-21 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 烟气回收节水系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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