RU2576407C2

RU2576407C2 - Способ эксплуатации стационарной газотурбинной установки и всасывающий канал для всасываемого воздуха газотурбинной установки

Info

Publication number: RU2576407C2
Application number: RU2014106544/06A
Authority: RU
Inventors: Оливер ШНАЙДЕР
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2016-03-10
Also published as: EP2718554B1; JP2014521015A; US20140196437A1; WO2013010935A1; AU2012285962B2; AU2012285962A1; CN103703228A; JP6286350B2; US9447756B2; EP2549078A1; RU2014106544A; EP2718554A1; CN103703228B; ES2566942T3

Abstract

Способ (39) эксплуатации стационарной газотурбинной установки (10), которая оснащена по меньшей мере одним фильтром (32, 34) для очистки всасываемого воздуха (А) и подсоединена к генератору (20). Генератор выполнен с возможностью запитывания электрической энергии в электрическую токораспределительную сеть (22). При необходимости поддержания частоты токораспределительной сети (22) и для повышения отдаваемой от газотурбинной установки (10) генератору (20) мощности осуществляют подачу в стационарную газотурбинную установку (10) от частично до полностью нефильтрованного окружающего воздуха (А). Достигается возможность избежать повышения температуры на входе, сокращающего срок службы конструктивных элементов, направляющих горячий газ, несмотря на увеличенную отдачу мощности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение касается способа эксплуатации стационарной газотурбинной установки, которая оснащена фильтром для очистки всасываемого воздуха. Кроме того, изобретение касается всасывающего канала для всасываемого воздуха стационарной газотурбинной установки, снабженного по меньшей мере одним расположенным во всасывающем канале фильтром для очистки всасываемого воздуха, который может протекать по всасывающему каналу.

Стационарные газотурбинные установки обычно оснащены расположенными во всасывающем канале или во всасывающем корпусе фильтрами для очистки всасываемого компрессорами окружающего воздуха. Часто при этом бывают последовательно включены несколько фильтров, которые освобождают всасываемый окружающий воздух, называемый также всасываемым воздухом, сначала от более грубых частиц грязи, а затем от более мелких частиц грязи. Очистка всасываемого воздуха необходима, с одной стороны, чтобы избежать отложений на лопатках компрессора и связанных с ними процессов старения компрессора, которые приводили бы к снижению коэффициента полезного действия компрессора и вместе с тем к снижению коэффициента полезного действия газотурбинной установки. Также это необходимо для применяемых в газотурбинной установке конструктивных элементов для горячего газа, чтобы для них предоставлялся особенно чистый охлаждающий воздух, так как иначе и там отложения могли бы ставить под угрозу надежное охлаждение этих конструктивных элементов.

Кроме того, известно, что стационарные газотурбинные установки, наряду с необходимой для непосредственной выработки тока энергией, часто должны также иметь наготове резервы мощности, чтобы иметь возможность ограничивать колебания в виде изменений сетевой частоты, имеющиеся в электрической токораспределительной сети. При этом известно, что для так называемого поддержания частоты могут быстро мобилизоваться и предоставляться резервы мощности, при этом выше по потоку от входа компрессора вводится жидкость, благодаря чему массовый поток и вместе с тем отдача мощности газотурбинной установки быстро и на короткий период времени может повышаться. Этот способ известен как поддержание частоты за счет влажного сжатия.

Кроме того, известно, что при номинальном режиме работы газотурбинной установки выполняется быстрое повышение температуры на входе газотурбинной установки и тем самым отдача мощности газотурбинной установки поднимается до значения, равного свыше 100 номинальных нагрузок, для осуществления необходимой поддержки сети. Обычно такие специально инициированные меры по поддержанию частоты продолжаются не больше 15 минут, так как в это время предпринимаются и принимаются другие меры для поддержки сети, так что быстрое реагирование - влажное сжатие или повышение температуры на входе - работающих установок может быть отменено.

Задачей изобретения является предоставление альтернативного способа, с помощью которого может быстро выполняться повышение отдаваемой мощности газотурбинной установки, например, для поддержания частоты. Другой задачей изобретения является предоставление всасывающего канала для газотурбинной установки, с помощью которого может выполняться способ такого рода.

Задача, направленная на способ, решается с помощью способа в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения. Задача, направленная на устройство, решается с помощью всасывающего канала в соответствии с признаками п. 3 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В основе изобретения лежит тот известный факт, что во время эксплуатации газотурбинной установки вследствие фильтрации воздуха во всасывающем канале возникает потеря давления. Эта потеря давления уменьшает вырабатываемую газотурбинной установкой мощность и снижает ее коэффициент полезного действия. Теперь в соответствии с изобретением предусмотрено быстрое и кратковременное устранение этой потери давления и таким образом возможность предоставления подключенному генератору дополнительной мощности газотурбинной установки. Чтобы достичь этого, предусмотрен байпас для обхода фильтра или, соответственно, фильтров и/или по меньшей мере одно расположенное ниже по потоку от фильтра или, соответственно, фильтров закрываемое отверстие в стенке всасывающего канала, предпочтительно в виде заслонок, для впуска окружающего воздуха. С помощью байпаса или, соответственно, закрываемых отверстий возможно втекание в принадлежащий газотурбинной установке компрессор окружающего воздуха, который по меньшей мере частично, а предпочтительно полностью являющийся нефильтрованным. С открытием заслонок или, соответственно, байпаса возможно устранение уменьшающей мощность потери давления на фильтрах. Тогда отдаваемая мощность газотурбинной установки повышается при добавлении дополнительного топлива, без наступления при этом повышения температуры на входе. Таким образом, можно избежать повышения температуры на входе, сокращающего срок службы конструктивных элементов, направляющих горячий газ, несмотря на увеличенную отдачу мощности.

Этот способ будет предпочтительно применяться для случая поддержания частоты. Так как, однако, тогда взвешенные в окружающем воздухе частицы втекают в газотурбинную установку, предпочтительно ограничить эту рабочую фазу газотурбинной установки во времени. При этом предпочтительно предусмотрено, что предлагаемая изобретением эксплуатация осуществляется максимум в течение определенного промежутка времени, например 15 минут. Вслед за этой рабочей фазой, т.е. непосредственно за ней или вскоре после нее, в течение следующего часа, предпочтительно выполняется промывка компрессора. Известным образом для этого выше по потоку от компрессора во всасывающий канал вводится увеличенное количество каплеобразной чистящей жидкости, которая затем может втекать в компрессор и там очищать лопаточный аппарат компрессора от частиц, откладывающихся во время эксплуатации с нефильтрованным воздухом. Благодаря этому могут устраняться кратковременно возникающие явления старения в компрессоре.

Другие преимущества и признаки изобретения содержатся в одном из примеров осуществления, изображенном на чертеже.

Показано:

Фиг. 1, Фиг. 2 - вид сбоку всасывающего канала с распложенными в стенке канала заслонками;

Фиг. 3 - блок-схема предлагаемого изобретением способа.

На фиг. 1 схематично показана стационарная газотурбинная установка 10 с ее компрессором 12, топочной камерой 14 и турбоагрегатом 16. Ротор 18 газотурбинной установки 10 подсоединен к генератору 20, который запитывает вырабатываемую им электрическую энергию в электрическую токораспределительную сеть 22.

В предвключенном компрессору 12 всасывающем корпусе 24 предусмотрен всасывающий канал 30, который соединяет отверстия 28 всасывающего корпуса 24 с входом 26 компрессора 12. В соответствии с показанным примером осуществления во всасывающем канале 30 предусмотрены два включенных последовательно фильтра 32, 34. Может быть также предусмотрено большее или меньшее количество фильтров. Фильтры 32, 34 служат для очистки всасываемого окружающего воздуха А от содержащихся в нем взвешенных частичек и частиц.

Ниже по потоку от фильтров 32, 34 в стенке всасывающего канала 30 в качестве закрываемых отверстий предусмотрено несколько заслонок 36 большой площади, с помощью которых всасывающий канал 30 непосредственно соединен с окружающей средой и может отделаться от нее, см. также фиг. 2. Для этого заслонки 36 оперты с возможностью поворота вокруг продольной оси 38. Соответствующий приводной узел для поворота заслонок 36, т.е. для открытия и закрытия заслонок 36, не изображен.

Кроме того, перед заслонками 36 или, соответственно, у отверстий 28 могут быть предусмотрены грубые защитные решетки (не изображены) без потери давления. Эти решетки защищают от возможности попадания во всасывающий канал 30 более крупных предметов или птиц. В целом заслонки 36 расположены так, чтобы протекание через все еще имеющиеся фильтры 32, 34 не нарушалось.

Изображенные на фиг. 1 и 2 примеры осуществления отличаются тем, что возможно, с одной стороны, расположение с соосной (фиг. 1) и боковой установкой (фиг. 2) всасывающего корпуса 24 на газотурбинной установке 10.

Во время обычной эксплуатации газотурбинной установки заслонки 36 закрыты, и компрессор 12 через отверстия 28 всасывает окружающий воздух А во всасывающий канал 30. Этот воздух проходит через фильтры 32, 34 и в это время освобождается сначала от более крупных, затем от более мелких взвешенных частичек и частиц. После этого фильтрованный всасываемый воздух течет дальше через всасывающий канал 30 к впуску 26 компрессора 12 и затем известным образом сжимается и сжигается в топочной камере 14 с топливом F.

Способ 39 повышения мощности изображен на фиг. 3. В первом шаге 40 к регулятору газотурбинной установки ставится требование отдавать генератору 20 больше мощности, чем до сих пор. Это может быть, например, в том случае, когда токораспределительная сеть 22 понижает сетевую частоту и, таким образом, имеет место событие поддержания частоты. В этом случае во втором шаге 42 регулятор осуществляет управление приводным узлом, чтобы открыть заслонки 36. При этом по меньшей мере частично или даже полностью нефильтрованный окружающий воздух А может втекать во вход 26 компрессора газотурбинной установки 10. Вследствие открытия заслонок 36 окружающий воздух обходит фильтры 32, 34, что также называется байпасом. Тогда газотурбинная установка 10 в состоянии отдавать дополнительную мощность без повышения температуры на входе или влажного сжатия. В третьем шаге 44 способа заслонки 36 снова закрываются, вследствие чего всасываемый компрессором 12 окружающий воздух А теперь должен вынужденно течь через фильтры 32, 34. Закрытие заслонок 36 или, соответственно, третий шаг 44 способа может, с одной стороны, инициироваться окончанием события или, соответственно, требования поддержания частоты. Альтернативно заслонки 36 могут также закрываться по истечении времени пикового режима работы с всасыванием нефильтрованного окружающего воздуха. В соответствии с четвертым, опциональным шагом 46 непосредственно или вскоре после закрытия заслонок 36 выполняется промывка компрессора. Промывка компрессора может выполняться как промывка в оперативном режиме или как промывка в независимом режиме.

В принципе, изобретение заключается в том, чтобы для быстро наступающих рабочих состояний, таких как, например, режим поддержания сети, посредством байпаса сводить к минимуму потери всасывания стационарной газотурбинной установки 10 и тем самым поднимать мощность газотурбинной установки. Благодаря простоте предлагаемой изобретением меры возникают лишь небольшие дополнительные затраты при инсталляции, а также при техническом обслуживании заслонок 36, в отличие от чего экономическая выгода оснащенной изобретением газотурбинной установки 10 повышается значительно.

Вместо заслонок 36 могут быть, разумеется, предусмотрены и другие механизмы, такие как смещающиеся окна или тому подобные.

В целом изобретение касается, таким образом, всасывающего канала 30 для всасываемого окружающего воздуха стационарной газотурбинной установки 10, снабженной по меньшей мере одним расположенным во всасывающем канале 30 фильтром 32, 34 для очистки всасываемого воздуха А, который может протекать по всасывающему каналу 30. Кроме того, изобретение касается способа эксплуатации стационарной газотурбинной установки 10, которая оснащена фильтром 32, 34 для очистки всасываемого воздуха А. Для быстрого предоставления повышенной мощности газотурбинной установки генератору 20 предусмотрено, что с помощью байпаса или с помощью расположенных ниже по потоку от фильтров 32, 43 заслонок 36 время от времени возможно втекание во вход 26 компрессора от частично до полностью нефильтрованного окружающего воздуха А. Благодаря этому быстро устраняются потери давления, вызванные фильтрами 32, 34.

Claims

1. Способ (39) эксплуатации стационарной газотурбинной установки (10), которая оснащена по меньшей мере одним фильтром (32, 34) для очистки всасываемого воздуха (А) и подсоединена к генератору (20), выполненному с возможностью запитывания электрической энергии в электрическую токораспределительную сеть (22), в котором при необходимости поддержания частоты токораспределительной сети (22) и для повышения отдаваемой от газотурбинной установки (10) генератору (20) мощности осуществляют подачу в стационарную газотурбинную установку (10) от частично до полностью нефильтрованного окружающего воздуха (А).

2. Способ (39) по п. 1, в котором частично или полностью нефильтрованный окружающий воздух (А) подают в течение определенного промежутка времени, в частности максимум 15 минут.

3. Способ (39) по п. 1 или 2, в котором по окончании или вскоре после окончания подачи частично или полностью нефильтрованного окружающего воздуха (А) выполняют промывку компрессора (12).