專利名稱：吹洗燃氣輪機的廢氣再循環管線的制作方法
技術領域：
本發明涉及對具有廢氣再循環的燃氣輪機的廢氣再循環管線的凈化。其涉及用于凈化廢氣再循環管線的方法以及涉及用于實施該方法的燃氣輪機。
背景技術：
為了降低燃氣輪機和帶有二氧化碳分離的聯合循環發電廠的功率損失和效率損失，關于在分離之前增大二氧化碳分壓已經提出了多種方式。廢氣再循環是在燃氣輪機中能夠用于不同目的的技術。由此，其能夠用于通過提供具有降低的反應性的輸入氣體來控制NOx排放，例如，也就是說該輸入氣體通常具有與新鮮空氣相比降低的氧含量，或者能夠被用于降低用于二氧化碳分離的廢氣體積。在燃氣輪機中的廢氣再循環期間，重要比例的廢氣被從總的廢氣流分出，并且通常在冷卻之后，并且如有必要，在洗刷之后被再次輸送到氣輪機的輸入質量流或者燃氣輪機的壓縮機的輸入質量流。由此，再循環的廢氣流與新鮮空氣混合并且該混合物然后被輸送到壓縮機。例如，根據W02010/072710已知具有燃氣輪機和廢氣再循環的相應發電廠。在HRSG (熱回收蒸汽發生器或者廢熱鍋爐)中以及在燃氣輪機的下游的排氣管道中，燃料殘留物會在設備(發電廠)停止運轉時累積。在設備重新開動之前，這些燃料殘留物通過所謂的鍋爐凈化(蒸汽凈化)而被從相關的容積去除。該安全措施的目的在于從廢氣管道和HRSG消除剩余燃料和爆炸性氣體混合物，并且避免在開動期間的可能爆炸。該鍋爐凈化通過利用起動裝置驅動軸系、以低速和低的質量流來進行，結果使得剩余燃料經由排氣通道被驅逐出設備。在帶有廢氣再循環的燃氣輪機的情況中，當設備停止運轉時，剩余燃料還會累積在廢氣再循環系統的廢氣再循環管線和輔助系統中，諸如再循環式冷卻器、脫水器等等。在重新開動之前，或者在這些管線和輔助系統用于檢查或檢修之前，同樣必須凈化這些剩余燃料，例如通過新鮮空氣來凈化。廢氣再循環管線優選地在與正常運行期間的流向相反的方向上被凈化。因此，凈化空氣能夠經由通常的排氣通道排出。而且，可能存在的可燃氣體殘留物可以確定無法從鍋爐進入廢氣再循環管線，這將導致必須進一步延長的凈化時長或者甚至必然形成的周期。在EP2060772中提出了用于凈化廢氣再循環管線的系統和方法。這里提出了附加的活葉和例如附加的風扇用于廢氣再循環，并且允許凈化廢氣再循環管線。大量數目的活葉和附加的風扇導致增大的成本和凈化過程期間增大的功率需求，結果使得具有CO2分離的這種發電廠的競爭性被折衷。
發明內容
因此，本發明的目的在于公開一種允許不使用附加的吹落風扇而可靠地凈化廢氣再循環管線的方法。還公開了適于不使用附加的風扇執行廢氣再循環管線的可靠凈化的燃氣輪機。此外在本示例中，附加的活葉、閥和管的數目將被最小化。該目的通過權利要求1和15的特征的總體而得以實現。根據本發明的方法的特征在于壓縮機的吹送流被用來凈化廢氣再循環管線。在壓縮機以略低于標稱轉速的轉速(靜止直到比標稱轉速低約20%)的操作期間，例如在開動、停止和鍋爐凈化期間，通過壓縮機引入的空氣的一部分必須被吹掉。為此，部分壓縮的空氣經由高壓間(強制通風系統)從壓縮機釋放掉，并且例如被直接吹送到周圍環境或者經由管線被導引到燃氣輪機的排氣管道然后經由排氣通道被吹送。關于鍋爐凈化，燃氣輪機通常以略低于標稱轉速的轉速運行。也就是說，燃氣輪機在空氣被從壓縮機吹送的轉速范圍內操作。這是在標稱轉速的20%至50%的范圍，例如，其中在大型燃氣輪機的情況中，標稱轉速等于工業頻率。對于鍋爐凈化，發電機通常在變頻器即通常所稱的SFC (靜止變頻器)的協助下操作作為驅動燃氣輪機的馬達。依賴于壓縮機設計和轉速，在鍋爐凈化過程中，壓縮機吸入流中的大部分經由吹送閥被吹送。吹送的量能夠直至壓縮機吸入流的60%-在具體情況中更高。要吹出的質量流通常與壓縮機在滿載操作期間的壓力比成比例，而壓縮機吸入流與吹出質量流時的轉速成比例。因為壓縮機的高壓間中的壓力高于環境壓力，所以該質量流可全部地或部分地用于凈化廢氣再循環管線。為此，從壓縮機高壓間至廢氣再循環管線設置帶有控制元件的至少一個連接管線。在優選實施方式中，吹送空氣弓I入到廢氣再循環管線的端部區域并且在廢氣再循環管線的另一端排出。由于實際的原因，可能難以將吹送空氣直接引入到廢氣再循環管線的端部中。在端部區域中的引入，即通常引入到從管線的一端相距至多10-20%的一段距離的部分中，是優選的，以避免管線端部處的較大無效空間，并確保清楚地限定流動方向。在一個實施方式中，吹送空氣在廢氣再循環管線的通入燃氣輪機的壓縮機的進氣管道中的第二端處被引入。吹送空氣從那里沿著與燃氣輪機的正常運行期間再循環流的方向相反的方向流過廢氣再循環管線，并且在廢氣再循環管線的第一端處排出。廢氣再循環管線的第一端是廢氣再循環管線在此端處與燃氣輪機的排氣管道相連的端部。該連接與控制元件組合，例如，諸如控制活葉(風門)。在凈化期間，在流過廢氣再循環管線之后，吹送空氣被從廢氣再循環管線的第一端直接或者間接地導引到排氣通道中。吹送空氣從再循環管線到壓縮機的吸入流中的流動通過控制元件控制，控制元件布置在吹送空氣進入廢氣再循環管線的位置和廢氣再循環管線的第二端之間。該控制元件通常是活葉或者閥。該控制元件還允許調整流到廢氣再循環管線的第二端的吹送空氣與流到廢氣再循環管線的第一端的吹送空氣的比率。例如，在短時間內，吹送空氣被凈化通過廢氣再循環管線的第二端、進入壓縮機進氣管道中，然后沿著第一端的方向凈化廢氣再循環管線。由若干秒直到幾分鐘構成的時間段在本示例中被理解為短時間，通常是鍋爐凈化時間的約1/10至 1/5。在進一步的實施方式中，吹送空氣的第一部分被引入廢氣再循環管線中用于凈化，吹送空氣的第二部分經由吹送管線被輸送到排氣管道并且通常輸送到HRSG。在又一實施方式中，來自壓縮機的第一吹送點的吹送空氣被引入廢氣再循環管線用于凈化，來自壓縮機的第二吹送點的吹送空氣經由吹送管線輸送到排氣管道并且因此通常輸送到HRSG。在所述方法之外，本發明的主題在于帶有再循環的、允許通過壓縮機吹送空氣凈化廢氣再循環管線的燃氣輪機。帶有廢氣再循環管線的根據本發明的燃氣輪機具有至少一個凈化管線，所述廢氣再循環管線將燃氣輪機的排氣管道連接到壓縮機進氣管道用于廢氣到壓縮機吸入流中的再循環，所述至少一個凈化管線將壓縮機吹送點連接到廢氣再循環管線。在該凈化管線中通常設置放氣閥，用于控制凈化質量流。這允許控制吹送流，其中廢氣再循環管線利用該吹送流通過吹送空氣被凈化。該放氣閥能夠與常規的吹送閥串聯布置，或者代替這些吹送閥及它們的功能，也就是說能夠執行燃氣輪機正常運行期間吹送設備的關閉以及吹送設備的打開，以用于燃氣輪機的啟動和停止。另外，吹送管線能夠將壓縮機吹送點-凈化管線與之相連-連接到燃氣輪機的排氣管道。這使得吹送空氣的一部分被用于廢氣再循環管線的回掃并且使得另一部分通過吹送管線通往到排氣管道中。另外，因此能夠阻止來自壓縮機的處于高壓和高溫下的氣體在燃氣輪機停機期間或在氣輪機行程中進入廢氣再循環管線中。在本示例中，如常規燃氣輪機在停止運轉的情況下，放氣閥維持關閉并且吹送閥打開。在啟動期間在凈化之后關閉放氣閥并且在等變率上升期間僅經由吹送管線吹送所述吹送空氣也能夠是有利的。為獨立地控制吹送設備，在一個實施方式中，吹送閥布置在吹送管線中。在另一實施方式中，從第二壓縮機吹送點設置至少一個第二吹送管線，其將第二壓縮機吹送點連接到燃氣輪機的排氣管道。通常在帶有廢氣再循環的燃氣輪機的廢氣再循環管線中設置有助于廢氣到壓縮機吸入流中的再循環的再循環風扇。在凈化過程期間，流動方向與正常運行的流動方向相反并且再循環風扇引起增大的壓降。為避免該附加的降壓，在一個實施方式，再循環風扇經由離合器連接到其驅動器。該離合器允許再循環風扇在凈化過程期間斷開，使得其能夠在與其正常轉向相反的方向上憑慣性前進，由此降低其壓力損失。在另一實施方式中，再循環風扇設計有可變幾何形狀的導向葉片和/或可變幾何形狀的葉輪片。這些能夠打開以降低流動阻力。替代地，他們能夠重置，以使得再循環風扇沿著與其正常流向相反的方向操作并且輔助凈化。大型再循環風扇通常借助于可控馬達驅動。在另一可供選擇的實施方式中，控制設備允許馬達沿著其正常轉向的相反方向被驅動，以使得再循環風扇降低凈化期間的流動阻力或者輔助所述凈化。本發明的另一實施方式的特征在于，凈化過程通過再循環風扇進行。對于廢氣再循環管線的凈化，可變幾何形狀的導向葉片和/或葉輪片被重置，以使得再循環風扇以沿著與其正常流向相反的方向操作，且因此利用從壓縮機的進氣管道分出的空氣來凈化廢氣再循環管線。替代地，再循環風扇的馬達能夠沿著與其正常轉向相反的方向以受控方式被驅動，以使得廢氣再循環管線利用從壓縮機的進氣管道分出的空氣沿著與其正常轉向相反的方向被凈化。對于這些實施方式，能夠省去從壓縮機到廢氣再循環管線中的凈化管線和吹送設備。
本發明隨后將基于示例性實施方式連同示意圖進行更為詳細的說明。在圖中:圖1示出了帶有HRSG和廢氣再循環的燃氣輪機，該燃氣輪機具有到廢氣再循環管線中的吹送管線用于廢氣再循環管線的凈化，圖2示出了帶有HRSG和廢氣再循環的燃氣輪機，該燃氣輪機具有到廢氣再循環管線中的吹送管線用于廢氣再循環管線的和到HRSG的吹送管線的凈化。
具體實施例方式帶著HRSG和廢氣再循環的燃氣輪機示意性地示出在圖1中。另外示出了用于將壓縮機空氣吹送到廢氣再循環管線中用于凈化該管線的管線和控制元件。燃氣輪機包括壓縮機2、燃燒室3和氣輪機4。在壓縮機2中壓縮的燃燒空氣被輸送到燃燒室3并且在那兒燃燒，并且該熱的燃料空氣然后在氣輪機4中膨脹。在氣輪機中產生的有用能量由例如布置在同一軸上的發電機5轉換成為電能。從氣輪機4流出的廢氣被用在HRSG23 (余熱回收蒸汽發生器)或者廢熱鍋爐(蒸發器)中，用于產生用于汽輪機或者其它的設備的蒸汽，以最佳地利用其中仍含有能量。用于壓縮機2的吸入流I通常經由進氣管道來輸送。新鮮的吸入空氣在本示例中首先經由布置在入口處的空氣過濾器被導引。在該空氣過濾器的下游，能夠在壓縮機吸入流I的輸送管道中布置消音器。帶有過濾器和消音器的空氣輸送管道以下被簡稱為壓縮機進氣管道。在這種設備中，廢氣的一部分在HRSG23的下游在分流器11_其能夠受控-被引入到廢氣再循環管線8的第一端16中，并且經由該廢氣再循環管線8被再循環到壓縮機吸入流I中。為此，再循環廢氣從廢氣再循環管線8的第二端17流到壓縮機吸入流I中，并且與新鮮的吸入空氣混合并且由此被輸送回到壓縮機2的吸入側。廢氣中的未被分出的部分通常被導引到二氧化碳分離單元或者經由排氣通道12排出到周圍環境。該再循環廢氣流在廢氣再循環冷卻器13或者配置有冷凝器的熱交換器中被冷卻到剛剛高于周圍溫度。該廢氣再循環冷卻器13的下游可布置再循環風扇9，該再循環風扇9例如經由離合器24由驅動器25驅動。該驅動器通常是電動機。在正常運行期間，吸入空氣在壓縮機2的上游與再循環廢氣混合。在本示例中，第一吹送閥6和放氣閥7在正常運行期間關閉。另外，控制元件10打開，其中廢氣再循環管線8的出口利用該控制元件10能夠被連接到壓縮機進氣管道中。為了能夠凈化廢氣再循環管線8，從壓縮機2的吹送點到廢氣再循環管線8的第二端17設置有凈化管線20。其并不直接引入到廢氣再循環管線8的第二端中，而是通過控制元件10與壓縮機進氣管道隔離。為控制凈化氣流本身，設置放氣閥7。通過第一吹送管線18可以吹送到燃氣輪機14的排氣管道21中。為控制到排氣管道21中的吹送，設置第一吹送閥6。對于凈化，使燃氣輪機14達到凈化速度。為此，其通常由作為馬達操作的發電機5來驅動。為凈化廢氣再循環管線8，放氣閥7打開。經由放氣閥7，來自壓縮機2的吹送空氣通過廢氣再循環管線8被吹入到排氣通道12中，且由此凈化所述廢氣再循環管線8。控制元件10至少在一部分凈化時間段內被關閉，以確保吹送空氣不能流入到壓縮機吸入流中。
第一吹送閥6允許將吹送流分流為凈化廢氣再循環管線的一部分和被輸送到排氣管道21的一部分。另外，第一吹送閥6允許吹出大量的熱空氣，例如在設備的行程中。如果經由廢氣再循環管線8提供吹送，則這必須針對相應的熱空氣來設計。根據廢氣再循環管線8的容積和吹送空氣量的容積，僅需要吹送空氣中的一部分來凈化廢氣再循環管線8。例如，來自第一氣室(第一高壓間)、即壓縮機2的低壓段下游的空氣被用于凈化廢氣再循環管線8。另一方面，來自第二氣室(第二高壓間)的、例如壓縮機2的中間壓力段下游的空氣經由第二吹送閥15和第二吹送管線19直接輸送回到燃氣輪機14的排氣管道21。在圖2中示意性地示出了相應的布置。所闡述的全部優點不僅能夠在所公開的相應組合來應用，而且在不偏離本發明范圍的情況下，能夠以其它組合來應用或者單獨地應用。例如，代替使用來自一個吹送點的吹送空氣，如圖1和2中所示，來自壓縮機2的多個吹送點的吹送空氣可被集中在一起并且用于凈化廢氣再循環管線8。以簡化方式描述閥或者活葉的控制。該控制表示閉環控制或開環控制。另外，本領域技術人員已知多種適當的控制元件，諸如活葉或者閥。壓縮機的吹送點通常是這樣的點，用于氣輪機和/或用于燃燒室冷卻的冷卻空氣也在該點處從壓縮機引出。凈化管線20不必從壓縮機直接伸出，而可以從常規的吹送管線或者冷卻空氣管線分出。該示例示出了具有單個燃燒室的燃氣輪機14。本發明相應地能夠應用于具有二次燃燒(再熱式)的燃氣輪機，例如根據EP0718470已知的。附圖標記列表I壓縮機吸入流2壓縮機3燃燒室4氣輪機5發電機6第一吹送閥7放氣閥8廢氣再循環管線9再循環風扇10控制元件11分流器12排氣通道/用于二氧化碳分離的管線13廢氣再循環冷卻器14燃氣輪機15第二吹送閥16 第一端17 第二端18第一吹送管線19第二吹送管線
20凈化管線21，22排氣管道23HRSG (熱蒸汽發生器)24離合器25驅動器
權利要求
1.一種用于凈化燃氣輪機(14)的廢氣再循環管線(8)的方法，其特征在于，所述燃氣輪機(14)以凈化速度操作，吹送空氣從壓縮機(2)排出，并且該空氣被引入所述廢氣再循環管線(8)用于凈化。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述吹送空氣在所述廢氣再循環管線(8)的一端被引入該廢氣再循環管線(8)并且在另一端排出。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吹送空氣在所述廢氣再循環管線(8)的對所述燃氣輪機的進氣管道敞開的第二端(17)引入，沿著與在所述燃氣輪機的正常運行期間再循環流的方向 相反的方向流經所述廢氣再循環管線(8)，并且從所述廢氣再循環管線(8)的第一端(16)排出。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述吹送空氣在流經所述廢氣再循環管線(8)之后被直接或間接地從所述廢氣再循環管線(8)的所述第一端(16)導引到所述排氣通道。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述吹送空氣被引入所述廢氣再循環管線(8)，部分流沿著所述廢氣再循環管線(8)的所述第二端(17)的方向導引，并且第二部分流沿著所述廢氣再循環管線(8)的所述第一端(16)的方向導引。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，流到所述廢氣再循環管線(8)的所述第二端(17)的吹送空氣與流到所述廢氣再循環管線(8)的所述第一端(16)的吹送空氣的比率通過控制元件(10)控制。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述吹送空氣的第一部分被引入所述廢氣再循環管線(8)用于凈化，并且所述吹送空氣的第二部分經由第二吹送管線(19)被輸送到 HRSG (23)。
8.一種具有廢氣再循環管線(8)的燃氣輪機(14)，所述廢氣再循環管線將所述燃氣輪機的排氣管道(21、22)連接到壓縮機進氣管道，用于廢氣到所述壓縮機吸入流(I)的再循環，其特征在于，至少一個凈化管線(20)從壓縮機吹送點通向所述廢氣再循環管線(8)。
9.根據權利要求8所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，放氣閥(7)布置在所述凈化管線(20)中用于控制凈化質量流，所述氣體再循環管線(8)通過吹送空氣利用所述凈化質量流被凈化。
10.根據權利要求8和9中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，控制元件(10)布置在所述廢氣再循環管線(8)中，位于所述凈化管線(20)到所述廢氣再循環管線(8)中的孔口與所述廢氣再循環管線(8)到所述壓縮機進氣管道中的孔口之間，以控制或防止所述吹送空氣到所述壓縮器進口中的回掃。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，第一吹送管線(18)將所述壓縮機吹送點連接到所述燃氣輪機(14)的所述排氣管道(21、22)，所述凈化管線(20)連接到所述壓縮機吹送點。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，第一吹送閥(6)布置在所述第一吹送管線(18)中。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，第二吹送管線(19)將第二壓縮機吹送點連接到所述燃氣輪機(14)的所述排氣管道(21、22)。
14.根據權利要求8至13中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，在所述廢氣再循環管線(8)中設有以可拆方式布置到其驅動器(25)的再循環風扇，以便在吹送期間，所述再循環風扇(9)能夠在其正常轉向的相反方向上憑慣性前進。
15.根據權利要求8至13中任一項所述的燃氣輪機(14)，其特征在于，具有可變幾何形狀的導向葉片和/或葉輪片的再循環風扇(9)布置在所述廢氣再循環管線(8)中，或者再循環風扇(9)被連接到驅動器(25)，所述驅動器(25)的旋轉方向是可換向的，以便在吹送期間，所述再循環風扇(9)提 供降低的流動阻力或者輔助所述凈化。
全文摘要
本發明涉及一種用于不使用附加的吹送風扇而通過廢氣再循環可靠地凈化燃氣輪機(14)的廢氣再循環管線(8)的方法，并且還涉及一種用于實施該方法的燃氣輪機(14)。為實現該目的，提出了一種其中使用壓縮機(2)的吹送流凈化廢氣再循環管線(8)的方法。另外提出了一種帶有至少一個將壓縮機吹送點與廢氣再循環管線(8)相連的凈化管線(20)的燃氣輪機(14)。
文檔編號F02C3/34GK103097695SQ201180042268
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月9日 優先權日2010年9月2日
發明者F·范施特拉滕, J·霍夫曼 申請人:阿爾斯通技術有限公司