CN104769227B - 工艺气体压缩机-燃气轮机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工艺气体压缩机-燃气轮机系，其具有工艺气体压缩机(2)和燃气轮机(3)，所述燃气轮机为了驱动工艺气体压缩机(2)而联接在所述工艺气体压缩机的轴上，其中工艺气体压缩机(2)构建用于压缩可燃烧的工艺气体并且为了相对于大气密封工艺气体压缩机内部空间而配设有轴密封件(12)，所述轴密封件能够借助密封气体来密封并且具有至少一个泄漏气体管道(18，19)，泄漏气体能够借助所述泄漏气体管道从轴密封件(12)导出并且所述泄漏气体管道连接到燃气轮机(3)的空气入口(7)上，使得在工艺气体压缩机-燃气轮机系(1)运行时能够将泄漏气体连同空气入口(7)处的进入空气一起导入到燃气轮机(3)中。

Description

工艺气体压缩机-燃气轮机系统
技术领域
本发明涉及一种工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述工艺气体压缩机设置用于压缩可燃的工艺气体。
背景技术
工艺气体压缩机具有壳体和转子，所述转子安置在壳体中。转子具有轴，所述轴在其纵向端部处支承在壳体之外。由此，轴在其轴向端部处穿过壳体，其中在那里轴相对于壳体借助轴密封件密封。因此，工艺气体压缩机的内侧与大气分离。轴密封件的结构是常规的，使得从工艺气体压缩机的内侧起观察首先设置气体分离装置然后设置油分离装置。工艺气体压缩机的内侧、工艺侧借助于轴密封件与大气和轴承区域的油分离装置分离。轴密封件例如构成为气体润滑的旋转机械密封件，所述旋转机械密封件构成为串联密封件。
串联密封件由两个气体润滑的旋转机械密封件构成，所述旋转机械密封件分别具有固定在壳体上的滑动环和固定在轴上的配对环。每个滑动环在构成轴向间隙的情况下设置成轴向直接相邻与其相关联的配对环。环在串联密封件中设置成，使得由主密封件相对于燃油喷雾压强密封工艺侧。借助副密封件实现相对于大气的分离，其中副密封件附加地设作为在主密封件失效时对主密封件的冗余。在这两个配对环之间引入密封气体，所述密封气体用于密封轴向间隙。为了分离轴承区域，例如将第三密封件设作为油分离装置，所述第三密封件例如能够构成为迷宫式密封件或碳环密封件。第三密封件加载有密封气体，由此实现其密封。
工艺气体能够用作为用于主密封件的密封气体并且能够将空气或氮气用于副密封件。在工艺气体压缩机运行时，由于主密封件和副密封件泄漏而出现泄漏气体。泄漏气体是由工艺气体和密封气体连同空气构成的气体混合物，其中泄漏气体通常导出给大气或燃油喷雾件。这两个变型形式，对于环境是存在问题的，即其伴随有到周围的不期望的排放。补救办法尽管设有用于将工艺气体从泄漏气体分离出并且用于将工艺气体引回工艺中的设备，然而这种设备是能量密集的并且与高的成本联系在一起。
发明内容
本发明的目的是，实现一种具有小的排放负担的工艺气体压缩机-燃气轮机系统。
所述目的借助根据本发明的工艺气体压缩机-燃气轮机系统来实现。对此的优选的设计方案在下文中提出。
根据本发明的工艺气体压缩机-燃气轮机系统具有工艺气体压缩机和燃气轮机，所述燃气轮机为了驱动所述工艺气体压缩机而联接在所述工艺气体压缩机的轴上，其中工艺气体压缩机构建用于压缩能燃烧的工艺气体并且为了相对于大气密封工艺气体压缩机内部空间而配设有轴密封件，所述轴密封件能够借助密封气体来密封并且具有至少两个泄漏气体管道，泄漏气体能够借助所述泄漏气体管道从轴密封件导出并且所述泄漏气体管道连接到燃气轮机的空气入口上，使得在工艺气体压缩机-燃气轮机系统运行时能够将泄漏气体连同空气入口处的进入空气一起导入到燃气轮机中，其中所述轴密封件具有工艺侧的主密封件和大气侧的副密封件，其中所述主密封件和所述副密封件分别具有所述泄漏气体管道中的一个，其中用于所述副密封件的所述泄漏气体管道具有大气管道和切换机构，所述切换机构构建成，使得在所述轴密封件正常运行时，所述大气管道以引导流体的方式切换到所述副密封件上以将泄漏气体从所述副密封件导出到大气，并且在所述副密封件的密封作用失效时，所述副密封件的所述泄漏管道以引导流体的方式切换以将泄漏气体从所述副密封件导出到所述空气入口。
工艺气体压缩机-燃气轮机系统构建成使得将泄漏气体输送给燃气轮机的空气入口。由此，泄漏气体与燃气轮机的进入空气混合并且进入到燃气轮机的压缩机中。在压缩机中，空气泄漏混合物被压缩并且输送给燃气轮机的燃烧室。在燃烧室中形成的火与泄漏气体接触，使得泄漏气体中的工艺气体部分在燃烧室中燃烧。由此泄漏气体中的工艺气体部分在燃烧室中热学地利用，由此有助于燃气轮机的驱动功率。此外，泄漏气体不需要例如输送给大气或燃油喷雾件，由此降低环境的排放负担。
优选地，轴密封件具有工艺侧的主密封件和大气侧的副密封件，其中主密封件和副密封件分别具有泄漏气体管道中的一个。用于副密封件的泄漏管道优选具有大气管道和切换机构，所述切换机构构建成，使得在轴密封件正常运行中将大气管道以引导流体的方式切换到副密封件上以将泄漏气体从副密封件导出给大气，并且在副密封件的密封作用失效时将泄漏管道以引导流体的方式切换到副密封件上以将泄漏气体从副密封件导出到空气入口处。优选的是，切换机构在大气管道中具有隔板并且在泄漏管道中在大气管道到泄漏管道的连接部和空气入口之间具有破裂盘。替选地优选的是，切换机构是三通阀，所述三通阀设置在大气管道到泄漏管道的连接部处。
轴密封件优选地是气体润滑的旋转机械密封件。在此优选的是，气体润滑的旋转机械密封件以串联装置的方式构成。还优选的是，工艺气体压缩机是管道压缩机。
附图说明
下面，根据优选的实施例参考示意附图阐述本发明。在附图中示出：
图1示出根据本发明的压缩机-燃气轮机系的实施方式的流程图；和
图2示出轴密封件的纵剖图。
具体实施方式
如从附图中可见，压缩机-燃气轮机系1具有涡轮压缩机结构方式的工艺气体压缩机2和燃气轮机3。工艺气体压缩机例如是用于压缩天然气的管道压缩机。燃气轮机3具有用于压缩进入空气的压缩机5、用于获取轴功率的涡轮机5和燃烧室6。此外，燃气轮机3在压缩机入口处具有空气入口7，经由所述空气入口将环境空气输送至压缩机4。经由废气出口8将废气从涡轮机5中引出。涡轮机5还具有轴9，所述轴借助于联接装置10与工艺气体压缩机2的轴联接进而驱动工艺气体压缩机2。
工艺气体压缩机2的轴借助于轴承11在两侧支承。为了相对于大气和相对于轴承11密封工艺气体压缩机5的内部空间而在轴上设有轴密封件12，所述轴密封件构成为串联结构方式的气体润滑的旋转机械密封件。轴密封件12分别具有主密封件13、副密封件14和第三密封件15。主密封件13相对于工艺气体压缩机2的工艺侧密封，相反第三密封件15相对于轴承11密封。副密封件14设置在主密封件13和第三密封件15之间并且设作为主密封件13的辅助件和止动件。如果因为主密封件13失效，那么工艺压强首先在副密封件14处形成并且不在第三密封件15处形成，所述第三密封件常规地由碳环形成进而根据结构不经受工艺压强。此外，借助副密封件14抑制:工艺气体在主密封件13失效时能够到达到轴承11中进而到达大气中。
轴密封件还具有工艺气体密封管道16和密封气体管道17(密封气体管道由于密封气体而与工艺气体管道区分，所述密封气体不必是工艺气体，优选不是工艺气体)。密封气体管道原则上能够以不同的气体运行，其中惰性气体(例如氮气)在一些应用中是优选的。在工艺气体密封管道16中存在具有大致高于在工艺侧存在的过程压强的压强的工艺气体。在密封气体管道17中存在具有高于大气压的压强的密封气体——必要时惰性气体——。工艺气体密封管道16引导到主密封件13上，使得用工艺气体密封主密封件13。类似地，密封气体管道17引导到第三密封件15处，使得借助密封气体密封第三密封件15。
在主密封件13和副密封件14之间设有主泄漏管道18，主密封件13的泄漏物借助所述主泄漏管道从轴密封件12引出。通过主密封件13被用工艺气体加载的方式，主密封件的泄漏物由工艺气体构成。此外，在第三密封件15和副密封件14之间设有副泄漏管道19。借助所述副泄漏管道将副密封件14的和第三密封件15的泄漏物从轴密封件12导出。通过副密封件从主密封件13那边用工艺气体加载的方式，副密封件14的泄漏物由工艺气体构成。类似地，第三密封件15的泄漏物由惰性气体构成。因此，由副泄漏管道19收集的泄漏物是由工艺气体和惰性气体构成的混合物。
主泄漏管道18和副泄漏管道19引导至空气入口7，使得泄漏流输送到压缩机4的进入空气的主泄漏管道18和副泄漏管道19中。由此泄漏气体流与燃气轮机3的进入空气混合并且进入压缩机4中。在压缩机4中，空气泄漏混合物被压缩并且输送给燃烧室6。在燃烧室6中形成的火燃烧泄漏气体中的工艺气体部分。由此，泄漏气体中的工艺气体部分在燃烧室6中热学地利用，由此有助于燃气轮机3的驱动功率。
轴密封件监控系统26监视和控制轴密封件12的运行，其中运行条件能够对应于设计运行状态或偏离设计运行状态。此外，燃气轮机3的运行借助燃气轮机监控系统27来监视和控制。燃气轮机监控系统27优选具有气体分析设备，借助所述气体分析设备能够测量空气入口7处的空气的组分。原则上，不需要气体分析，因为轴密封件监控系统26基于涡轮机负载和轴密封件处的泄漏识别：泄漏是否还是安全的——如下描述。
能够考虑的是，主泄漏管道18和副泄漏管道19经由阀22连接到燃油喷雾件20处。由此实现如下选项，即在操作阀22的情况下将主泄漏管道18和副泄漏管道19中的泄漏流不输送给空气入口7，而是输送给燃油喷雾件22。在燃油喷雾件22中，燃烧泄漏流的工艺气体部分并且将由此形成的燃烧产物排放到大气中。
例如当由于将工艺气体泄漏导入到空气入口7中而在压缩机4中会形成可燃混合物时，需要将泄漏气体流引出至燃油喷雾件20。这一定要避免，因为在此存在火从燃烧室6穿过压缩机4穿透的危险。为此，在空气入口7处设有气体分析设备，借助所述气体分析设备能够测量空气入口7中和压缩机4中的点燃危险。如果在压缩机-燃气轮机系1运行中由气体分析设备确定：存在不允许高的点燃危险，那么由燃气轮机监控系统27操作阀22，由此代替导入到空气入口7中，泄漏流引导至燃油喷雾件20。
能够考虑的是，副泄漏管道19附加地经由作为切换机构的阀25连接到烟道21处，能够通过所述切换机构将副泄漏管道19中的泄漏气体流导出给大气。在烟道21的连接处的下游并且在空气入口7上游，将另一阀24作为另一切换机构装入到副泄漏管道19中。此外，在燃油喷雾件20到主泄漏管道18中的结合部和空气入口7之间装入附加的阀23。
借助轴密封件监控系统27控制阀22至25，使得主泄漏管道18中的和副泄漏管道19中的泄漏能够以协调于当前存在的运行状态的方式输送给空气入口7。阀22和23以及阀24和25能够分别构成为三通阀。
阀24能够构成为破裂盘并且阀25能够构成为隔板。如果主密封件13和副密封件14失效，那么工艺压强冲透到副泄漏管道19上。借助于隔板25防止在烟道21上的压强下降，使得破裂盘24破裂。因此，副泄漏管道19与空气入口连接，由此副泄漏管道19中的泄漏气体流不经由烟道21输送而是输送给空气入口7以进行热学利用。
典型地，工艺气体压缩机3的燃料消耗在用作为管道压缩机的情况下针对天然气而言为200kg/MWH天然气。燃料空气比典型地为1:10。轴密封件的工艺气体泄漏速率典型地为5kg至10kg/小时。燃气轮机3的功率典型地为10MW，其中在空气进入流中的工艺气体份额大约为0.05％。典型地，当轴密封件12之一的泄漏速率相对于正常的运行状态为五倍数值时，关断工艺气体压缩机-燃气轮机系统1。在该情况下，空气进入流中的工艺气体份额为大约0.5％。出于安全理由，借助气体分析设备监控空气进入流中的工艺气体份额。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，但本发明不通过所公开的实例来限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工艺气体压缩机-燃气轮机系统，具有工艺气体压缩机(2)和燃气轮机(3)，所述燃气轮机为了驱动所述工艺气体压缩机(2)而联接在所述工艺气体压缩机的轴上，其中所述工艺气体压缩机(2)构建用于压缩能燃烧的工艺气体并且为了相对于大气密封工艺气体压缩机内部空间而配设有轴密封件(12)，所述轴密封件能够借助密封气体来密封并且具有至少两个泄漏气体管道(18，19)，泄漏气体能够借助所述泄漏气体管道从所述轴密封件(12)导出并且所述泄漏气体管道连接到所述燃气轮机(3)的空气入口(7)上，使得在所述工艺气体压缩机-燃气轮机系统(1)运行时，所述泄漏气体连同所述空气入口(7)处的进入空气一起能够导入到所述燃气轮机(3)中，其中所述轴密封件(12)具有工艺侧的主密封件(13)和大气侧的副密封件(14)，其中所述主密封件(13)和所述副密封件(14)分别具有所述泄漏气体管道(18，19)中的一个，其中用于所述副密封件(14)的所述泄漏气体管道(19)具有大气管道和切换机构，所述切换机构构建成，使得在所述轴密封件(12)正常运行时，所述大气管道以引导流体的方式切换到所述副密封件(14)上以将泄漏气体从所述副密封件(14)导出到大气，并且在所述副密封件(14)的密封作用失效时，所述副密封件(14)的所述泄漏管道(19)以引导流体的方式切换以将泄漏气体从所述副密封件(14)导出到所述空气入口(7)。
2.根据权利要求1所述的工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述切换机构在所述大气管道中具有隔板并且在所述泄漏管道(19)中在所述大气管道到所述泄漏管道(19)的连接部和所述空气入口(7)之间具有破裂盘。
3.根据权利要求2所述的工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述切换机构是三通阀，所述三通阀设置在所述大气管道到所述泄漏管道(19)的连接部处。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述轴密封件(12)是气体润滑的旋转机械密封件。
5.根据权利要求4所述的工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述气体润滑的旋转机械密封件以串联布置的方式构成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺气体压缩机-燃气轮机系统，其中所述工艺气体压缩机(2)是管道压缩机。
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