專利名稱：提高氣體壓力的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過使用增壓器提高氣體壓力、尤其是發電站內壓氣機所供空氣壓力的方法和設備。在此，氣體如所提及的那樣尤其涉及壓氣機供給的空氣，它由壓氣機制備成有大的質量流量和高的溫度。
在具有一個用于在壓力下轉化煤的系統的發電站中，壓縮空氣從壓縮機或壓氣機的出口抽取，在氣化和/或燃燒過程后作為高溫煙氣引入燃氣輪機的膨脹部分中。由于煤的轉化過程，在壓縮空氣從壓氣機出口到燃氣輪機進口的路徑中產生一定的壓力損失。為了保持離壓氣機喘振極限有必要的距離，這種在從壓氣機出口到渦輪機進口的路徑中產生的壓力損失不允許超過臨界極限值(喘振極限曲線，工作極限曲線)。目前在這種發電站中可能存在很大的壓力損失，因為在空氣的路徑中視連接方式可能要設置某些結構部件，例如用于壓力漩渦層燃燒的裝置、煤氣化器、氣體凈化裝置和/或補燃器。例如在一種用第二代壓力漩渦層燃燒裝置工作的發電站中，這種壓力損失的數量級是2bar。如此高的壓力損失若不采取其他措施將不可能使用功率級為“大功率燃氣輪機(Heavy Duty Gas Turbine)”的燃氣輪機。
現在人們可能打算通過安裝鼓風機或增壓器來克服這種高的壓力損失。這種增壓器必須針對所需空氣的全部質量流量來設計。但這樣一種現今能提供的增壓器，由于材料的原因，其工作溫度也許只允許低于由壓氣機供給的空氣的溫度。因此在這種采用增壓器的增壓方案中，可能還有必要添加一個比較大的昂貴的空氣冷卻器，它必須連接在增壓器的上游。增壓器本身則由于一些非常規要求(例如要求勝任很大的質量流量、產生較小的約為1.5bar的壓差以及承受高溫等)同樣是昂貴的。
因此，本發明所要解決的技術問題是提供一種前言所述類型用于提高氣體壓力的方法和裝置，其中同樣使用增壓器或鼓風機，但是借助它們可在比較經濟的情況下實現所期望的壓力增高。
在方法方面，本發明的技術問題是這樣來解決的，即，將氣體的質量流量分成較小的分流和較大的分流；較小的分流通過增壓器供入引射器并在那里與供入引射器吸筒的較大的分流會合；以及，會合后的氣體質量流量在引射器出口引出(abgegriffen)。
為了在這里防止增壓器溫度過高，按一項進一步的改造設計，較小的分流在供入增壓器之前冷卻。
此較小的分流可占所供氣體質量流量的約20至40％。在發電站的領域，質量流量狀況取決于部件設計。
比較有利的是在增壓器出口排出的較小分流在壓力波動方面已被平滑化。
對于前言提及的在具有用于第二代壓力漩渦層燃燒裝置的發電站中使用此方法而言，特別有利的是，氣流質量流量在分配前與會合后的壓力差如此之高，使得在壓氣機出口與燃氣輪機進口之間產生的壓力損失不僅減少，而且實際上完全得到補償。
為解決本發明技術問題所提供的用于提高氣體壓力的裝置，其特點在于有一個分流器，氣體的質量流量通過它可分成較小的分流和較大的分流；有一個引射器，較小的分流可通過增壓器供入引射器；以及有一根旁通管，較大的分流可通過它供入引射器吸筒。
若所供的氣流具有過高的溫度使增壓器有受熱的危險，則按一項進一步的擴展設計，較小的分流經空氣冷卻器供入增壓器。
按另一項有利的設計，增壓器通過管道與引射器連接，在此管道上連接一緩沖罐用于使壓力波動平滑化。
在發電站中，引射器的出口可與不同的部件連接，這些部件為其工作所需需要增壓氣體、尤其是增壓空氣。
在本發明的從屬權利要求中提供了另一些有利的擴展設計。
下面借助附圖
進一步說明本發明的實施例。
圖中示出一個具有燃氣輪機4的發電站2，在燃氣輪機的軸6上安裝一壓氣機8和發電機10。發電機10將電能供入電網12中。吸入空氣1經一(未示出的)過濾器供入壓氣機8中。被壓氣機8壓縮的進氣1一方面作為冷卻空氣P供入燃氣輪機4，另一方面作為質量流量m供入發電站2的另一些部件。質量流量m經三通閥14進入一個增壓裝置16。在必要時，質量流量m從三通閥14往應急旁路18直接輸入燃氣輪機4中。
所述裝置16具有一分流器20，氣體的質量流量m借助它再分成較小的分流t1和較大的分流t2。這兩個分流t1、t2的質量流量比取決于其他一些部件的設計，在這里它例如為20％比80％。較小的分流t1通過一個連接在水汽循環(未表示)中的空氣冷卻器22供入增壓器24，后者由電動機26驅動。增壓器24通過管道28與引射器30連接。為了使壓力波動平滑化，在管道28上連接一緩沖罐32。較大的分流t2經旁通管34供入引射器30的吸筒。因此這兩個分流t1、t2在引射器30內重新會合，已會合的空氣質量流量m′可在其出口處引出。質量流量m和m′的壓力差相應于在后面的部件內產生的壓力損失約為2bar。
引射器30的出口經出口管道34與壓力漩渦層燃燒裝置36連接。在此出口管道34上設有兩處用A和B表示的空氣抽取點，由此將空氣引往發電站2的其他部件。
裝置36不僅供入壓縮空氣，而且還供入煤K和吸收劑S，例如石灰石(CaCO3)。在出口抽出漩渦層灰W。在裝置36內形成的例如溫度為900℃的漩渦層煙氣r經其中有煙氣濾40的管道38供入一個補燃器42中。該補燃器42除此之外還供入來自空氣抽取點A的空氣。漩渦層煙氣r例如可具有900℃的溫度。
此外，往補燃器42中還供入燃氣b。燃氣b例如可具有600℃的溫度。它通過燃氣濾44從煤氣發生器46中提取。一方面往該煤氣發生器46中供入煤K，另一方面將來自空氣抽取點B的空氣供入其中。
溫度例如約為1400℃的熱煙氣h離開補燃器42。它通過煙氣管道48供入燃氣輪機4的進口。
從燃氣輪機4排出的廢氣a經廢氣管道50和廢熱鍋爐52輸入一個(未示出的)煙囪排入周圍環境中。
因此，總而言之，可以說關鍵在于將要壓縮的空氣質量流量m分成一個較小的和一個較大的分流t1和t2。如已提及的那樣，這兩個質量流量t1、t2之比取決于部件設計。較小的分流在空氣冷卻器22內從例如400℃冷卻到約150℃至200℃。為此所需的熱交換器22尺寸比冷卻全部質量流量m時所必須的尺寸要小得多并因而便宜得多。接著，較小的分流t1在增壓器24內以相當高的壓差被壓縮。此壓差可例如為10至20bar。這樣一種針對較小的質量流量和高壓差設計的壓縮機或增壓器24是常規的部件。因此它比上面提及的用于大質量流量和小壓差的增壓器便宜得多。用于減緩壓力波動的緩沖罐32連接在增壓器24的壓力側。
較大的分流t2在旁通管道34內在空氣冷卻器22、增壓器24和壓力緩沖器或緩沖罐32旁流過。它到達引射器30的吸筒，該引射器按所謂噴水泵或噴汽泵的原理設計。在這里，作為引射器30的動力介質或加速介質的是處于較高壓力水平的這一較小分流t1。在引射器30出口處總的空氣流量m′通過裝置16被調節成具有必要的總壓，以便按必要的水準補償處于壓縮機8出口與燃氣輪機4進口之間的系統的壓力損失。
與前言所描述的將全部質量流量空氣供入空氣冷卻器以及連接在下游的增壓器的增壓方案相比，在這里由于有待冷卻的空氣流t1較小，因而減小了有待傳輸給連接在空氣冷卻器22上的水汽循環的熱功率。提高了燃氣輪機4在總功率中的功率份額并因而提高了總效率。
與前言描述的增壓方案相比，本發明的核心是，采用一個由較小尺寸的空氣冷卻器22和較小尺寸的常規增壓器24以及引射器30和緩沖罐32組成的系統，來代替兩個用于提高壓力的尺寸較大而且昂貴的部件，亦即一個大的空氣冷卻器和一個大的增壓器。尤其在轉換為具有較小壓力水平的較小增壓器24方面節省了費用，因為它的尺寸設計是按常規的來進行，因而比較便宜。對于空氣冷卻器22而言，這種較小的結構型式也促使成本顯著地降低。
權利要求
1.一種借助增壓器(24)提高氣體壓力、尤其是發電站(2)內壓氣機(8)所供空氣壓力的方法，其特征在于氣體的質量流量(m)被分成較小的分流(t1)和較大的分流(t2)；較小的分流(t1)通過增壓器(24)供入引射器(30)，并在那里與供入引射器(30)吸筒中的較大的分流(t2)會合；以及，會合后的氣體質量流量(m′)在引射器(30)出口處被引出。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于較小的分流(t1)在供入增壓器(24)之前被冷卻。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于較小的分流(t1)占所供氣體質量流量(m)的約20-40％，優選地約20％。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于在增壓器(24)出口排出的較小分流(t1)的壓力波動被平滑化。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于氣體質量流量(m，m′)在其分流前和會合后的壓力差約為2bar。
6.一種借助于增壓器(24)提高氣體壓力、尤其是發電站(2)內壓氣機(8)所供空氣壓力的設備(16)，其特征在于有一個分流器(20)，氣體的質量流量(m)通過它可再分成較小的分流(t1)和較大的分流(t2)；一個引射器(30)，較小的分流(t1)可通過增壓器(24)供入引射器；以及一根旁通管(34)，較大的分流(t2)可通過它供入引射器(30)的吸筒。
7.按照權利要求6所述的設備，其中，在增壓器(24)上游連接一個空氣冷卻器(22)，其特征在于較小的分流(t1)可經空氣冷卻器(22)供入增壓器(24)。
8.按照權利要求6或7所述的設備，其特征在于較小的分流(t1)占所供空氣質量流量(m)的約20-40％，優選地約20％。
9.按照權利要求6至8中任一項所述的設備，其特征在于增壓器(24)通過一根管道(28)與引射器(30)連接，在此管道上連接一緩沖罐(32)用于使壓力波動平滑化。
10.按照權利要求6至9中任一項所述的設備，其特征在于引射器(30)的出口與a)一個用于壓力漩渦層燃燒的裝置(36)和/或b)一個補燃器(42)和/或c)一個煤氣發生器(46)連接。
11.按照權利要求6至10中任一項所述的設備，其特征在于它安裝在發電站(2)內，尤其安裝在具有用于壓力漩渦層燃燒的裝置(36)和煤氣發生器(46)的發電站(2)內。
全文摘要
本發明涉及一種方法,其中,由發電站(2)內壓氣機(8)供給的空氣質量流量(m)分成較小的分流(t
文檔編號F02C7/143GK1390279SQ00813648
公開日2003年1月8日 申請日期2000年8月31日 優先權日1999年9月1日
發明者托馬斯·韋伯, 弗朗茲·斯圖爾米勒 申請人:西門子公司