CN106121747A - 用于在关机期间控制燃气涡轮机的温度的方法 - Google Patents

用于在关机期间控制燃气涡轮机的温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在关机期间控制燃气涡轮机的温度的方法。用于在关机期间控制燃气涡轮机（1）的温度的方法包括从燃气涡轮机（1）抽取气体，加热该气体，将该气体供给回到燃气涡轮机（1）中，监测燃气涡轮机（1）内至少一个参照位置的温度，根据所测量的温度控制至少一个气体特征。

Description

用于在关机期间控制燃气涡轮机的温度的方法
技术领域
本发明涉及用于在关机期间控制燃气涡轮机的温度的方法。该燃气涡轮机优选地是用于发电或油气应用或工业应用的发电机的燃气涡轮机。
背景技术
燃气涡轮机，例如发电站的燃气涡轮机，在操作期间经历数次启动和关机以符合它们所连接的电网的能量要求。
启动和关机循环不利地影响燃气涡轮机的寿命；实际上为了测量关机和启动对于燃气涡轮机的寿命的影响，采用参数（例如，可用寿命，但是其他参数也是可能的）作为参照，并且在每次关机和/或启动时，该参数减小（例如，可用寿命减小给定的小时数）。
当考虑到对燃气涡轮机的寿命的影响时，启动和/或关机的状况都是相关的。
事实上，如果缓慢地加载燃气涡轮机或者从已经热的燃气涡轮机开始进行启动，那么与快速加载或者从冷的燃气涡轮机启动的情况相比，寿命受到更小的影响。
出于此原因，在关机期间保持燃气涡轮机处于热的状态是有用的，使得相比于允许燃气涡轮机冷却的情况下，随后的启动将更小地影响燃气涡轮机的可用寿命。
US 2010/0 189 551 公开了一种方法，根据该方法，一旦燃气涡轮机关机，则遍及燃气涡轮机供给热空气，以便保持燃气涡轮机处于热的状态。
该方法就能量消耗而言需求较高。
发明内容
本发明的方面包括提供一种方法，所述方法利用减少的能量消耗（当与现有技术相对比时）阻碍燃气涡轮机在关机期间的冷却。
通过提供根据所附权利要求的方法获得这些和进一步的方面。
附图说明
从本方法的优选但非排他性的实施例的描述中将更加显而易见到进一步的特性和优势，所述实施例以非限制性示例的方式图示在附图中，附图中：
图1示出用于实施本发明的方法的燃气涡轮机；
图2示出用于实施本发明的方法的另一个燃气涡轮机；
图3至图6示出用于实施本发明的方法的燃气涡轮机的一部分。
具体实施方式
下文中首先描述能够被用于实施本方法的燃气涡轮机。
图1示出燃气涡轮机1，其具有用于空气的过滤器2；过滤器2能够设置有闸板3。过滤器2连接至进气口4，该进气口4供给通常设有可调进气导向叶片6的压缩机5。压缩机5是多级压缩机，每级均包括静叶片和旋转叶片。例如，压缩机5能够具有多达10级或甚至更多级。
压缩机5连接到燃烧室7，其接收来自压缩机5的压缩空气并且进一步被馈送燃料；在燃烧室7中，燃料与来自压缩机5的压缩空气一起燃烧，从而生成在涡轮机8中膨胀的热气体。
涡轮机8连接至排气管（以将废气从涡轮机中去除）或者余热回收蒸汽发生器（以凭借（against）废气蒸发水）；附图示出排气管9；排气管9能够包括排气扩压器。排气管9连接至能够设有闸板11的烟道10。
出于冷却和/或密封的目的，燃气涡轮机通常还具有用于从压缩机5中吸取空气的管道12。管道12一般连接至围绕压缩机5设置的一个或多个吸气狭槽12a；吸气狭槽12a通常设置在压缩机5的最后几级；对于最后几级，这意味着压缩机5的最后五级中的一级或多级，并且优选地为压缩机5的最后三级中的一级或多级。
进一步地，燃气涡轮机1具有连接在排气管9或余热回收蒸汽发生器和压缩机5之间的管道13。存在许多可用的可能性。管道13能够始于排气管9并且连接至压缩机5的吸气狭槽（图1、图2、图3）或者连接至专用开口或者优选地周向地和/或轴向地延伸的一系列开口（图5、图6）。此外，管道13能够连接到管道12（图4）；在这种情况下，设置阀14、15以便驱动气体流。
另外地或者作为替代方式，管道13还能够始于燃烧室7和/或压缩机5并且还能够连接至燃烧室7和/或涡轮机8。因此，许多实施例都是可能的，诸如（其中，“始于”表明气体从燃气涡轮机被吸取出的燃气涡轮机的部分）：
- 管道13，其始于涡轮机8并且连接至压缩机5和/或燃烧室7和/或涡轮机8，
- 管道13，其始于燃烧室7并且连接至压缩机5和/或燃烧室7和/或涡轮机8，
- 管道13，其始于压缩机5并且连接至压缩机5和/或燃烧室7和/或涡轮机8。
管道13设有鼓风机或风扇或压缩机16和/或加热器17；加热器17能够是热交换器和/或电加热器和/或任何其他的加热器。
图2示出燃气涡轮机1的另一个实施例；图2的燃气涡轮机类似于图1的燃气涡轮机，并且额外地设有系统19以调节燃气涡轮机内的压力。
调节压力的系统19具有管道20，管道20连接至抽吸器（sucker）21（例如，风扇、或鼓风机或压缩机）。例如，抽吸器能够从压缩机5内部将所抽吸的气体排入大气中。作为替代方式，管道22还能够设置成连接在抽吸器21和进气口4之间，使得抽吸器21将气体供给到进气口4中。抽吸器21还能够是可逆抽吸器，使得流动能够反向。
有利地，管道20在可调进气导向叶片6和燃烧室之间连接至压缩机5；更优选地在靠近可调进气导向叶片6的位置处连接至压缩机5。
在操作期间，空气通过过滤器2和进气口4馈送至压缩机5；该空气被压缩并且供给到燃烧室7，在该处使用压缩空气作为氧化剂燃烧燃料；燃烧生成热气体，该热气体在涡轮机8中膨胀并且然后经由排气管9和烟道10排放。
此外，在操作期间从吸气狭槽12a吸取空气并且经由管道12将空气供给到燃烧室7和/或涡轮机8以便冷却和/或密封。
当燃气涡轮机关机时（例如，由于来自电网的低能量要求），燃气涡轮机自然地冷却。
在关机启动后的第一时段（例如，一个小时）中，优选地不实施防止燃气涡轮机冷却的任何行动。事实上，燃气涡轮机是热的并且能够接受有限的冷却。
然后实施用于控制燃气涡轮机的温度的方法。能够通过在关机开始后或在一个或多个参照位置处达到给定温度后流逝给定时间来触发该方法的实施的开始。
该方法包括从燃气涡轮机（例如，从排气管9和/或余热回收蒸汽发生器（如果设有））经由管道13抽取气体（例如，空气，因为在燃烧室7中没有燃烧），在加热器17中加热气体，将该气体供给回到燃气涡轮机。
有利的，监测燃气涡轮机内的至少一个参照位置的温度并且根据所测量的温度控制至少一个气体特征。
参照位置能够是任何位置。例如，参照位置能够是燃烧室7或涡轮机8或甚至压缩机5的一个或多个部件或部分；在这种情况下，能够使用能够连接至部件或部分的温度传感器监测温度。
参照部位也能够是燃烧室内的区域，使得其温度是该区域中的气体的温度；例如，参照部位能够是压缩机的上游和/或下游的部位和/或燃烧室7的下游的部位和/或涡轮机8下游的部位；在这种情况下，能够使用诸如热电偶的温度传感器监测温度。
当然地，上述参照部位仅仅是示例，并且清楚的是参照部位能够是上文表明的那些部位中的一个或多个或者根据需要甚至也可以使用未具体表明的其他参照部位。
此外，即使监测多于一个的参照部位处的温度，也能够在参照部位中的一个或多个的温度的基础上完成气体特征的控制，即，在所有参照部位处的温度或者仅其中的一部分都能够被用于控制气体特征。
至少一个气体特征包括温度、压力、质量流量（mass flow）中的至少一个。
当温度是受控特征时，能够根据所监测的温度调节加热器17，以便具有用于再循环气体的期望温度。
当压力是受控特征时，能够根据所监测的温度调节风扇或鼓风机或压缩机16和/或阀14，以便具有用于再循环气体的期望质量流量以影响（例如，达到或保持）参照位置处的期望温度。
当质量流量是受控特征时，能够根据所监测的温度调节风扇或鼓风机或压缩机16，以便具有用于再循环气体的期望质量流量以影响（例如，达到或保持）参照位置处的期望温度。
从燃气涡轮机抽取气体优选地包括从燃烧室7和/或涡轮机8和/或排气管9抽取气体，并且将气体供给回到燃气涡轮机中优选地包括将气体供给到压缩机5中；另外，优选地将气体馈送至压缩机5的最后五级中的一级，并且更优选地馈送至压缩机5的最后三级中的一级。
本方法允许利用减少的能量消耗控制燃气涡轮机的温度。具体地，本方法允许利用减少的能量消耗控制燃气涡轮机1的一个或多个参照位置的温度。
事实上，热气体被迫穿过燃气涡轮机或其一部分，因此阻碍燃气涡轮机冷却。另外，由于被迫穿过燃气涡轮机的气体的特征在参照位置的温度的基础上受到控制，所以能够优化穿过燃气涡轮机的气体的特征以便利用最低的能量消耗保持或控制这些位置处的温度。例如，下述位置中的一个或多个能够被选为参照位置：
- 部件上的参照位置，其通过由启动/关机引起的热循环受到最大的应力；
- 对应于在启动/关机期间也用作评估寿命耗费（lifetime expenditure）的参照的位置的参照位置；
- 等等。
通过使用这种方法，能够在参照位置处的要求的基础上优化从加热器17移出的气体的温度。
另外，也能够调节穿过燃气涡轮机或其一部分的气体的质量流量，以便影响参照位置处的温度，从而优化（就减少而言）来源于加热器17和风扇或鼓风机或压缩机16处的加热的能量消耗。
该方法能够通过控制燃气涡轮机内的压力控制气体特征来进一步改善。这能够例如通过使用系统19完成。气体特征的控制通过阻碍冷空气进入压缩机5和/或影响压缩机5内的压力以辅助或者阻碍气体从管道13进入压缩机5内来完成。
优选地，在压缩机5的入口处的部位处控制燃气涡轮机内的压力。这种种类的控制给以的优势在于防止冷空气进入压缩机5和与来自管道13的气体混合；这样进一步减少了能量消耗。
优选地通过抽吸气体控制燃气涡轮机内的压力；这种种类的控制允许影响压缩机5内的压力以辅助或阻碍气体从管道13进入压缩机5中。
另外，优选地，所抽吸的气体的至少一部分（但是优选地是全部）被供给回到燃气涡轮机中。在优选实施例中，从面对可调进气导向叶片6的第一区25抽吸气体并且将气体供给回到燃气涡轮机中至面向可调进气导向叶片6的第二区26；另外，第一区25和第二区26在可调进气导向叶片6的相对侧处。这个实施例允许空气再循环通过可调进气导向叶片6，以便防止冷空气进入压缩机5中。而且，与上述循环相对的循环也当然是可行的。例如，第一区25能够位于可调进气导向叶片6和燃烧室7之间。
因此，例如，能够在第一区25处完成抽吸并且能够在第二区26处将所抽吸的气体供给回到燃气涡轮机中或能够将其排入大气中，或能够在第二区26处完成抽吸并且能够在第一区25处将所抽吸的气体供给回到燃气涡轮机中。
因此，系统19允许压力调节并且例如，防止空气从大气进入燃气涡轮机1中和/或根据设计能够防止热气体从来自管道13的气体的喷射点流动回到可调进气导向叶片6。
清楚的是，即使上述优选实施例在压缩机5处并且优选地在可调进气导向叶片6处具有系统19，但是类似的系统能够设置在排气管9和/或余热回收蒸汽发生器和/或烟道10处。
当然地，所描述的特征可以彼此独立地设置。
附图标记
1 燃气涡轮机
2 过滤器
3 闸板
4 进气口
5 压缩机
6 可调进气导向叶片
7 燃烧室
8 涡轮机
9 排气管
10 烟道
11 闸板
12 管道
12a 吸气狭槽
13 管道
14 阀
15 阀
16 风扇或鼓风机或压缩机
17 加热器
19 调节压力的系统
20 管道
21 抽吸器
22 管道
25 第一区
26 第二区。

Claims (13)

1. 一种用于在关机期间控制燃气涡轮机（1）的温度的方法，所述方法包括
从所述燃气涡轮机（1）抽取气体，
加热所述气体，
将所述气体供给回到所述燃气涡轮机（1）中，
其特征在于，
监测所述燃气涡轮机（1）内至少参照位置的温度，
根据所测量的温度控制至少气体特征。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少气体特征包括温度、压力、质量流量中的至少一个。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述燃气涡轮机（1）抽取气体包括从燃烧室（7）和/或涡轮机（8）和/或排气管（9）抽取气体。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述气体供给回到所述燃气涡轮机（1）中包括将所述气体供给到压缩机（5）中。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述气体供给到所述压缩机（5）中包括将所述气体供给到所述压缩机（5）的最后五级中的一级，并且优选地供给到所述压缩机（5）的最后三级中的一级。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过控制所述燃气涡轮机（1）内的压力控制所述气体特征。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述压缩机（5）的入口处的部位处控制所述燃气涡轮机（1）内的压力。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过抽吸气体控制所述燃气涡轮机（1）内的压力。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所抽吸的气体的至少一部分供给回到所述燃气涡轮机（1）中。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
从面向可调进气导向叶片（6）的第一区（25）抽吸气体，以及
将所述所抽吸的气体的至少一部分供给回到所述燃气涡轮机（1）中至面向所述可调进气导向叶片（6）的第二区（26），
所述第一区（25）和所述第二区（26）处于所述可调进气导向叶片（6）的相对侧。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
从面向所述可调进气导向叶片（6）的第二区（26）抽吸气体，以及
将所述所抽吸的气体的至少一部分供给回到所述燃气涡轮机（1）中至面向所述可调进气导向叶片（6）的第一区（25），
所述第一区（25）和所述第二区（26）处于所述可调进气导向叶片（6）的相对侧。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一区（25）位于所述可调进气导向叶片（6）和所述燃烧室（7）之间。
13. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从关机开始后的给定时间之后控制所述气体特征。
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