CN106438045A - 通过加压空气罐和/或外部压缩机增大燃气涡轮功率输出的系统和方法 - Google Patents

通过加压空气罐和/或外部压缩机增大燃气涡轮功率输出的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于增大燃气涡轮功率输出的系统。该系统可包括具有压缩机(104)、燃烧器(106)、和涡轮(108)的燃气涡轮发动机(102)。该系统还可包括与燃气涡轮发动机(102)连通的加压空气罐(122)。而且，该系统可包括与加压空气罐(122)连通的外部压缩机(138)。外部压缩机(138)可构造成将压缩空气供应至加压空气罐(122)，且加压空气罐(122)可构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机(102)。

Description

通过加压空气罐和/或外部压缩机增大燃气涡轮功率输出的 系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及燃气涡轮，且更具体而言，涉及用于通过加压空气罐和/或外部压缩机来增大燃气涡轮功率输出的系统和方法。
背景技术
在发电厂操作期间，可发生以下情形：在该情形中，在相对短的时间段内快速地增加总体功率输出是合乎需要的。用于增加燃气涡轮发动机输出的常规技术包括增加压缩机质量流量、增加去往燃烧器的燃料流量、和打开去往压缩机的进口导叶。压缩机质量流量的增加可受到操作约束的限制。过烧(over-firing)方法可提供快速响应，但超过正常燃烧温度操作涡轮可导致热气体路径部件的退化和维护成本的增加。此外，去往压缩机的气流仅可在燃气涡轮在小于基础负载下操作的情况下增加。因此期望改善的燃气涡轮功率增大系统和方法以适应瞬态电网频率偏移。
发明内容
可通过本公开的某些实施例来解决以上需要和/或问题中的一些或全部。根据实施例，公开了用于增大燃气涡轮功率输出的系统。该系统可包括具有压缩机、燃烧器、和涡轮的燃气涡轮发动机。该系统还可包括与燃气涡轮发动机连通的加压空气罐。而且，该系统可包括与加压空气罐连通的外部压缩机。外部压缩机可构造成将压缩空气供应至加压空气罐，且加压空气罐可构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机。
在另一实施例中，公开了用于增大燃气涡轮功率输出的系统。该系统可包括具有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮发动机。该系统还可包括与燃气涡轮发动机连通的加压空气罐。压缩机可与加压空气罐连通。压缩机可构造成将压缩空气供应至加压空气罐。该系统还可包括与加压空气罐连通的外部压缩机。外部压缩机可构造成将压缩空气供应至加压空气罐，且加压空气罐可构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机。而且，该系统可包括从外部压缩机至燃气涡轮发动机以用于绕过加压空气罐的旁通线路。外部压缩机可构造成借助于旁通线路将压缩空气供应至燃气涡轮发动机。
根据另一实施例，公开了用于增大燃气涡轮功率输出的方法。该方法可包括通过外部压缩机对与燃气涡轮发动机连通的加压空气罐进行填充。该方法还可包括基于短期输出需求，将压缩空气从加压空气罐供应至燃气涡轮发动机。
技术方案1：一种用于增大燃气涡轮功率输出的系统，包括：
燃气涡轮发动机102，其包括压缩机104、燃烧器106、和涡轮108；
加压空气罐122，其与所述燃气涡轮发动机102连通；和
外部压缩机138，其与所述加压空气罐122连通，其中，所述外部压缩机138构造成将压缩空气供应至所述加压空气罐122，且所述加压空气罐122构造成将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机102。
技术方案2：根据技术方案1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述压缩机的压缩机排气壳连通。
技术方案3：根据技术方案1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述燃烧器的进口连通。
技术方案4：根据技术方案1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述涡轮的进口连通。
技术方案5：根据技术方案1所述的系统，其中，所述压缩机与所述加压空气罐连通。
技术方案6：根据技术方案1所述的系统，还包括过滤器壳体，所述过滤器壳体与所述压缩机和所述外部压缩机连通。
技术方案7：根据技术方案1所述的系统，还包括从所述外部压缩机至所述燃气涡轮发动机以用于绕过所述加压空气罐的旁通线路，其中，所述外部压缩机构造成借助于所述旁通线路将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机。
技术方案8：根据技术方案7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述压缩机的压缩机排气壳连通。
技术方案9：根据技术方案7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述燃烧器的进口连通。
技术方案10：根据技术方案7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述涡轮的进口连通。
技术方案11：根据技术方案7所述的系统，其中，所述压缩机与所述加压空气罐连通。
技术方案12：根据技术方案7所述的系统，还包括过滤器壳体，所述过滤器壳体与所述压缩机和所述外部压缩机连通。
技术方案13：一种用于增大燃气涡轮功率输出的系统，包括：
燃气涡轮发动机102，其包括压缩机104、燃烧器106、和涡轮108；
加压空气罐122，其与所述燃气涡轮发动机102连通，其中，所述压缩机104与所述加压空气罐122连通，其中，所述压缩机104构造成将压缩空气供应至所述加压空气罐122；
外部压缩机138，其与所述加压空气罐122连通，其中，所述外部压缩机138构造成将压缩空气供应至所述加压空气罐122，且所述加压空气罐122构造成将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机102；和
旁通线路150，其从所述外部压缩机138至所述燃气涡轮发动机102，以用于绕过所述加压空气罐122，其中，所述外部压缩机138构造成借助于所述旁通线路150将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机102。
技术方案14：根据技术方案13所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述压缩机的压缩机排气壳连通。
技术方案15：根据技术方案13所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述燃烧器的进口连通。
技术方案16：根据技术方案13所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述涡轮的进口连通。
技术方案17：一种用于增大燃气涡轮功率输出的方法，包括：
通过外部压缩机138对与燃气涡轮发动机102连通的加压空气罐122进行填充；和
基于短期输出需求，将压缩空气从所述加压空气罐122供应至所述燃气涡轮发动机102。
技术方案18：根据技术方案17所述的方法，还包括：
基于延长的输出需求，绕过所述加压空气罐；和
将压缩空气从所述外部压缩机供应至所述燃气涡轮发动机。
技术方案19：根据技术方案18所述的方法，还包括将压缩空气从所述加压空气罐和/或所述外部压缩机供应至压缩机排气壳、燃烧器的进口、涡轮的进口、或它们的组合。
技术方案20：根据技术方案17所述的方法，还包括将压缩空气从所述加压空气罐供应至压缩机排气壳、燃烧器的进口、涡轮的进口、或它们的组合。
从接下来的详细说明、附图、和所附权利要求中，本公开的其他实施例、方面、和特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图，附图不一定是按比例绘制的。
图1示意地描绘根据实施例的燃气涡轮系统。
图2示意地描绘根据实施例的燃气涡轮系统。
图3示意地描绘根据实施例的燃气涡轮系统。
图4示意地描绘根据实施例的燃气涡轮系统。
图5描绘根据实施例的示例流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图来更全面地描述例示实施例，在附图中示出一些但非所有的实施例。本公开可以以许多不同的形式实施，且不应认为限于本文中阐明的实施例。相似的标号都指相似的元件。
图1描绘用于在瞬态事件(诸如低频电网事件等)期间增大功率输出的涡轮系统100。燃气涡轮系统100可包括一个或更多个燃气涡轮发动机102。各燃气涡轮发动机102可包括压缩机104，压缩机104压缩进入的空气流。压缩机104可将压缩空气流输送至燃烧子系统106。压缩空气流可与压缩燃料流混合。该混合物可被点燃，以形成燃烧气体流。燃烧气体流又可被输送至涡轮108。燃烧气体流可驱动涡轮108，以产生机械功。在涡轮108中产生的机械功可驱动压缩机104和外部负载，诸如例如，发电机等。燃烧气体流可经由排出子系统而被排出至烟道、热量回收蒸汽发生器、或以其他方式处置。
在一些实例中，燃气涡轮系统100可包括压缩机进口子系统110，该压缩机进口子系统110具有铰接的进口导叶组件112。此外，在一些实例中，燃气涡轮发动机102可包括进口筛114或过滤器壳体(filter house)，进口筛114或过滤器壳体包括具有多个进口空气过滤器116的过滤器组件。燃气涡轮系统100还可包括进口泄放热量(IBH)歧管118和/或防冰歧管120。
燃气涡轮系统100可包括加压空气罐122，加压空气罐122借助于一个或更多个导管124与燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件连通。例如，加压空气罐122可与压缩机104的压缩机排气壳(discharge casing)126、燃烧器106的进口128、和/或涡轮108的进口130连通。加压空气罐122可与压缩机104的任何部分或构件、燃烧器106、和/或涡轮108连通。导管124可包括一个或更多个流量阀132、流量传感器134、和/或压力传感器136，以用于监测和/或控制来自加压空气罐122的压缩空气的流量。加压空气罐122可在其中储存压缩空气。以此方式，加压空气罐122可将压缩空气提供至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件，以维持功率输出。在一个示例中，加压空气罐122可基于短期电网事件或功率要求来即时地提供压缩空气。加压空气罐122仅用于例示。例如，加压空气罐122可储存其他流体、液体和气体二者，诸如氮、氧、或燃料。
外部压缩机138可借助于一个或更多个导管140而与加压空气罐122连通。导管140可包括一个或更多个流量阀142、流量传感器、和/或压力传感器，以用于监测和/或控制从外部压缩机138至加压空气罐122的压缩空气的流量。外部压缩机138可构造成将压缩空气供应至加压空气罐122。加压空气罐122又可如上述地构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件。
在一些实例中，过滤器壳体114可借助于一个或更多个导管144与压缩机104和外部压缩机138连通。以此方式，过滤器壳体114可将过滤过的空气供应至压缩机104和/或外部压缩机138。
在某些实施例中，如在图2中描绘的，压缩机104可借助于一个或更多个导管146与加压空气罐122连通。导管146可包括一个或更多个流量阀148、流量传感器、和/或压力传感器，以用于监测和/或控制从压缩机104至加压空气罐122的压缩空气的流量。压缩机104可构造成将压缩空气供应至加压空气罐122。以此方式，可对加压空气罐填充来自外部压缩机138和/或压缩机104的压缩空气。加压空气罐122又可如上所述地构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件。
如在图3中描绘的，燃气涡轮系统100可包括从外部压缩机138至燃气涡轮发动机108的旁通线路150。旁通线路150可绕过加压空气罐122。旁通线路150可包括一个或更多个流量阀、流量传感器、和/或压力传感器，以用于监测和/或控制从外部压缩机138至燃气涡轮发动机102的压缩空气的流量。以此方式，外部压缩机138可构造成借助于旁通线路150将压缩空气直接供应至燃气涡轮发动机102。结果，可对燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件供应直接来自外部压缩机138或来自加压空气罐122的压缩空气。例如，加压空气罐122和/或外部压缩机138可与压缩机104的压缩机排气壳126、燃烧器106的进口128、和/或涡轮108的进口130连通。
在一些实例中，外部压缩机138可借助于旁通线路150直接对燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件提供压缩空气，以维持功率输出。在一个示例中，外部压缩机138可基于延长的电网事件或功率要求来提供压缩空气。
在一些实例中，如在图4中所描绘的，除了旁通线路150之外，压缩机104可借助于一个或更多个导管146与加压空气罐122连通。导管146可包括一个或更多个流量阀148、流量传感器、和/或压力传感器，以用于监测和/或控制从压缩机104至加压空气罐122的压缩空气的流量。压缩机104可构造成将压缩空气供应至加压空气罐122。以此方式，可对加压空气罐填充来自外部压缩机138和/或压缩机104的压缩空气。加压空气罐122又可如上所述地构造成将压缩空气供应至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件。
在图1-4中描绘的燃气涡轮系统100的各种实施例可提供在瞬态事件(诸如低频电网事件等)期间增大功率输出的能力。例如，外部压缩机138和/或加压空气罐122可将压缩空气提供至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件，以维持功率输出。在一个示例中，加压空气罐122可基于短期电网事件或功率要求来即时地提供压缩空气，而外部压缩机138可基于延长的电网事件或功率要求来提供压缩空气。以此方式，可显著地减小加压空气罐122的大小。以此方式，燃气涡轮系统100可适应燃气涡轮在低频事件期间的短期和长期操作。
图5描绘用于在瞬态事件期间(诸如低频电网事件等)期间增大功率输出的方法200的示例流程图。在框122处，可通过压缩机104或外部压缩机138对加压空气容器122填充压缩空气。在框204处，可检测瞬态事件，诸如低频电网事件等。在框206处，可起动加压空气罐122，以将压缩空气提供至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件。在框208处，可起动外部压缩机138。在框210处，如果瞬态事件延长，则外部压缩机138可借助于旁通线路150将压缩空气提供至燃气涡轮发动机102的一个或更多个构件，以维持功率输出。
尽管已经以结构特征和/或方法动作特定的语言描述了实施方式，但应理解的是，本公开不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，该特定的特征和动作是作为实现实施方式的例示形式而公开的。

Claims (10)

1.一种用于增大燃气涡轮功率输出的系统，包括：
燃气涡轮发动机(102)，其包括压缩机(104)、燃烧器(106)、和涡轮(108)；
加压空气罐(122)，其与所述燃气涡轮发动机(102)连通；和
外部压缩机(138)，其与所述加压空气罐(122)连通，其中，所述外部压缩机(138)构造成将压缩空气供应至所述加压空气罐(122)，且所述加压空气罐(122)构造成将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机(102)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述压缩机的压缩机排气壳连通。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述燃烧器的进口连通。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加压空气罐与所述涡轮的进口连通。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩机与所述加压空气罐连通。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括过滤器壳体，所述过滤器壳体与所述压缩机和所述外部压缩机连通。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括从所述外部压缩机至所述燃气涡轮发动机以用于绕过所述加压空气罐的旁通线路，其中，所述外部压缩机构造成借助于所述旁通线路将压缩空气供应至所述燃气涡轮发动机。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述压缩机的压缩机排气壳连通。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述燃烧器的进口连通。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述加压空气罐或所述外部压缩机与所述涡轮的进口连通。
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