CN1201073C - 提高气体压力的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，其中，由发电站(2)内压气机(8)供给的空气质量流量(m)分成较小的分流(t1)和较大的分流(t2)。较小的分流(t1)通过空气冷却器(22)和增压器(24)供入引射器(30)。较大的分流(t2)供入引射器(30)的吸筒中。因此两个分流(t1、t2)在引射器(30)内会合。在引射器(30)出口处已会合的质量流量(m′)可作为压缩空气供给发电站(2)内不同的部件(36、42、46)。

Description

提高气体压力的 方法和设备
本发明涉及一种通过使用增压器提高气体压力、尤其是发电站内压气机所供空气压力的方法和设备。在此，气体如所提及的那样尤其涉及压气机供给的空气，它由压气机制备成有大的质量流量和高的温度。
在具有一个用于在压力下转化煤的系统的发电站中，压缩空气从压缩机或压气机的出口抽取，在气化和/或燃烧过程后作为高温烟气引入燃气轮机的膨胀部分中。由于煤的转化过程，在压缩空气从压气机出口到燃气轮机进口的路径中产生一定的压力损失。为了保持离压气机喘振极限有必要的距离，这种在从压气机出口到涡轮机进口的路径中产生的压力损失不允许超过临界极限值(喘振极限曲线，工作极限曲线)。目前在这种发电站中可能存在很大的压力损失，因为在空气的路径中视连接方式可能要设置某些结构部件，例如用于压力漩涡层燃烧的装置、煤气化器、气体净化装置和/或补燃器。例如在一种用第二代压力漩涡层燃烧装置工作的发电站中，这种压力损失的数量级是2bar。如此高的压力损失若不采取其他措施将不可能使用功率级为“大功率燃气轮机(Heavy Duty Gas Turbine)”的燃气轮机。
现在人们可能打算通过安装鼓风机或增压器来克服这种高的压力损失。这种增压器必须针对所需空气的全部质量流量来设计。但这样一种现今能提供的增压器，由于材料的原因，其工作温度也许只允许低于由压气机供给的空气的温度。因此在这种采用增压器的增压方案中，可能还有必要添加一个比较大的昂贵的空气冷却器，它必须连接在增压器的上游。增压器本身则由于一些非常规要求(例如要求胜任很大的质量流量、产生较小的约为1.5bar的压差以及承受高温等)同样是昂贵的。
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种前言所述类型用于提高气体压力的方法和装置，其中同样使用增压器或鼓风机，但是借助它们可在比较经济的情况下实现所期望的压力增高。
在方法方面，本发明的技术问题是这样来解决的，即，将气体的质量流量分成较小的分流和较大的分流；较小的分流通过增压器供入引射器并在那里与供入引射器吸筒的较大的分流会合；以及，会合后的气体质量流量在引射器出口引出(abgegriffen)。
为了在这里防止增压器温度过高，按一项进一步的改造设计，较小的分流在供入增压器之前冷却。
此较小的分流可占所供气体质量流量的约20至40％。在发电站的领域，质量流量状况取决于部件设计。
比较有利的是在增压器出口排出的较小分流在压力波动方面已被平滑化。
对于前言提及的在具有用于第二代压力漩涡层燃烧装置的发电站中使用此方法而言，特别有利的是，气流质量流量在分配前与会合后的压力差如此之高，使得在压气机出口与燃气轮机进口之间产生的压力损失不仅减少，而且实际上完全得到补偿。
为解决本发明技术问题所提供的用于提高气体压力的装置，其特点在于有一个分流器，气体的质量流量通过它可分成较小的分流和较大的分流；有一个引射器，较小的分流可通过增压器供入引射器；以及有一根旁通管，较大的分流可通过它供入引射器吸筒。
若所供的气流具有过高的温度使增压器有受热的危险，则按一项进一步的扩展设计，较小的分流经空气冷却器供入增压器。
按另一项有利的设计，增压器通过管道与引射器连接，在此管道上连接一缓冲罐用于使压力波动平滑化。
在发电站中，引射器的出口可与不同的部件连接，这些部件为其工作所需需要增压气体、尤其是增压空气。
在本发明的从属权利要求中提供了另一些有利的扩展设计。
下面借助附图进一步说明本发明的实施例。
图中示出一个具有燃气轮机4的发电站2，在燃气轮机的轴6上安装一压气机8和发电机10。发电机10将电能供入电网12中。吸入空气1经一(未示出的)过滤器供入压气机8中。被压气机8压缩的进气1一方面作为冷却空气P供入燃气轮机4，另一方面作为质量流量m供入发电站2的另一些部件。质量流量m经三通阀14进入一个增压装置16。在必要时，质量流量m从三通阀14往应急旁路18直接输入燃气轮机4中。
所述装置16具有一分流器20，气体的质量流量m借助它再分成较小的分流t1和较大的分流t2。这两个分流t1、t2的质量流量比取决于其他一些部件的设计，在这里它例如为20％比80％。较小的分流t1通过一个连接在水汽循环(未表示)中的空气冷却器22供入增压器24，后者由电动机26驱动。增压器24通过管道28与引射器30连接。为了使压力波动平滑化，在管道28上连接一缓冲罐32。较大的分流t2经旁通管34供入引射器30的吸筒。因此这两个分流t1、t2在引射器30内重新会合，已会合的空气质量流量m′可在其出口处引出。质量流量m和m′的压力差相应于在后面的部件内产生的压力损失约为2bar。
引射器30的出口经出口管道34与压力漩涡层燃烧装置36连接。在此出口管道34上设有两处用A和B表示的空气抽取点，由此将空气引往发电站2的其他部件。
装置36不仅供入压缩空气，而且还供入煤K和吸收剂S，例如石灰石(CaCO3)。在出口抽出漩涡层灰W。在装置36内形成的例如温度为900℃的漩涡层烟气r经其中有烟气滤40的管道38供入一个补燃器42中。该补燃器42除此之外还供入来自空气抽取点A的空气。漩涡层烟气r例如可具有900℃的温度。
此外，往补燃器42中还供入燃气b。燃气b例如可具有600℃的温度。它通过燃气滤44从煤气发生器46中提取。一方面往该煤气发生器46中供入煤K，另一方面将来自空气抽取点B的空气供入其中。
温度例如约为1400℃的热烟气h离开补燃器42。它通过烟气管道48供入燃气轮机4的进口。
从燃气轮机4排出的废气a经废气管道50和废热锅炉52输入一个(未示出的)烟囱排入周围环境中。
因此，总而言之，可以说关键在于将要压缩的空气质量流量m分成一个较小的和一个较大的分流t1和t2。如已提及的那样，这两个质量流量t1、t2之比取决于部件设计。较小的分流在空气冷却器22内从例如400℃冷却到约150℃至200℃。为此所需的热交换器22尺寸比冷却全部质量流量m时所必须的尺寸要小得多并因而便宜得多。接着，较小的分流t1在增压器24内以相当高的压差被压缩。此压差可例如为10至20bar。这样一种针对较小的质量流量和高压差设计的压缩机或增压器24是常规的部件。因此它比上面提及的用于大质量流量和小压差的增压器便宜得多。用于减缓压力波动的缓冲罐32连接在增压器24的压力侧。
较大的分流t2在旁通管道34内在空气冷却器22、增压器24和压力缓冲器或缓冲罐32旁流过。它到达引射器30的吸筒，该引射器按所谓喷水泵或喷汽泵的原理设计。在这里，作为引射器30的动力介质或加速介质的是处于较高压力水平的这一较小分流t1。在引射器30出口处总的空气流量m′通过装置16被调节成具有必要的总压，以便按必要的水准补偿处于压缩机8出口与燃气轮机4进口之间的系统的压力损失。
与前言所描述的将全部质量流量空气供入空气冷却器以及连接在下游的增压器的增压方案相比，在这里由于有待冷却的空气流t1较小，因而减小了有待传输给连接在空气冷却器22上的水汽循环的热功率。提高了燃气轮机4在总功率中的功率份额并因而提高了总效率。
与前言描述的增压方案相比，本发明的核心是，采用一个由较小尺寸的空气冷却器22和较小尺寸的常规增压器24以及引射器30和缓冲罐32组成的系统，来代替两个用于提高压力的尺寸较大而且昂贵的部件，亦即一个大的空气冷却器和一个大的增压器。尤其在转换为具有较小压力水平的较小增压器24方面节省了费用，因为它的尺寸设计是按常规的来进行，因而比较便宜。对于空气冷却器22而言，这种较小的结构型式也促使成本显著地降低。

Claims (12)

1.一种借助增压器(24)提高气体压力的方法，其特征在于：气体的质量流量(m)被分成较小的分流(t1)和较大的分流(t2)；较小的分流(t1)通过增压器(24)供入引射器(30)，并在那里与供入引射器(30)吸筒中的较大的分流(t2)会合；会合后的气体质量流量(m′)在引射器(30)出口处引出；以及，较小的分流(t1)在供入增压器(24)之前被冷却。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：较小的分流(t1)占所供气体质量流量(m)的20-40％。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在增压器(24)出口排出的较小分流(t1)的压力波动被平滑化。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：气体质量流量(m，m′)在其分流前和会合后的压力差为2bar。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法用于提高发电站(2)内为压气机(8)所供的空气压力。
6.一种借助于增压器(24)提高气体压力的设备(16)，其特征在于有一个分流器(20)，气体的质量流量(m)通过它可再分成较小的分流(t1)和较大的分流(t2)；一个引射器(30)，较小的分流(t1)可通过增压器(24)供入引射器；以及一根旁通管(34)，较大的分流(t2)可通过它供入引射器(30)吸筒，在这种情况下较小的分流(t1)经空气冷却器(22)供入增压器(24)。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于：较小的分流(t1)占所供空气质量流量(m)的20-40％。
8.按照权利要求6所述的设备，其特征在于：增压器(24)通过一根管道(28)与引射器(30)连接，在此管道上连接一缓冲罐(32)用于使压力波动平滑化。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于：引射器(30)的出口与
a)一个用于压力漩涡层燃烧的装置(36)和/或
b)一个补燃器(42)和/或
c)一个煤气发生器(46)
连接。
10.按照权利要求6至9中任一项所述的设备，其特征在于：它安装在发电站(2)内。
11.按照权利要求6至9中任一项所述的设备，其特征在于：它安装在具有用于压力漩涡层燃烧的装置(36)和煤气发生器(46)的发电站(2)内。
12.按照权利要求6至9中任一项所述的设备，其特征在于：该设备用于提高发电站(2)内压气机(8)所供的空气压力。
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