用于在關機期間控制燃氣渦輪機的溫度的方法與流程

本發明涉及用于在關機期間控制燃氣渦輪機的溫度的方法。該燃氣渦輪機優選地是用于發電或油氣應用或工業應用的發電機的燃氣渦輪機。

背景技術：

燃氣渦輪機，例如發電站的燃氣渦輪機，在操作期間經歷數次啟動和關機以符合它們所連接的電網的能量要求。

啟動和關機循環不利地影響燃氣渦輪機的壽命；實際上為了測量關機和啟動對于燃氣渦輪機的壽命的影響，采用參數（例如，可用壽命，但是其他參數也是可能的）作為參照，并且在每次關機和/或啟動時，該參數減小（例如，可用壽命減小給定的小時數）。

當考慮到對燃氣渦輪機的壽命的影響時，啟動和/或關機的狀況都是相關的。

事實上，如果緩慢地加載燃氣渦輪機或者從已經熱的燃氣渦輪機開始進行啟動，那么與快速加載或者從冷的燃氣渦輪機啟動的情況相比，壽命受到更小的影響。

出于此原因，在關機期間保持燃氣渦輪機處于熱的狀態是有用的，使得相比于允許燃氣渦輪機冷卻的情況下，隨后的啟動將更小地影響燃氣渦輪機的可用壽命。

US 2010/0 189 551 公開了一種方法，根據該方法，一旦燃氣渦輪機關機，則遍及燃氣渦輪機供給熱空氣，以便保持燃氣渦輪機處于熱的狀態。

該方法就能量消耗而言需求較高。

技術實現要素：

本發明的方面包括提供一種方法，所述方法利用減少的能量消耗（當與現有技術相對比時）阻礙燃氣渦輪機在關機期間的冷卻。

通過提供根據所附權利要求的方法獲得這些和進一步的方面。

附圖說明

從本方法的優選但非排他性的實施例的描述中將更加顯而易見到進一步的特性和優勢，所述實施例以非限制性示例的方式圖示在附圖中，附圖中：

圖1示出用于實施本發明的方法的燃氣渦輪機；

圖2示出用于實施本發明的方法的另一個燃氣渦輪機；

圖3至圖6示出用于實施本發明的方法的燃氣渦輪機的一部分。

具體實施方式

下文中首先描述能夠被用于實施本方法的燃氣渦輪機。

圖1示出燃氣渦輪機1，其具有用于空氣的過濾器2；過濾器2能夠設置有閘板3。過濾器2連接至進氣口4，該進氣口4供給通常設有可調進氣導向葉片6的壓縮機5。壓縮機5是多級壓縮機，每級均包括靜葉片和旋轉葉片。例如，壓縮機5能夠具有多達10級或甚至更多級。

壓縮機5連接到燃燒室7，其接收來自壓縮機5的壓縮空氣并且進一步被饋送燃料；在燃燒室7中，燃料與來自壓縮機5的壓縮空氣一起燃燒，從而生成在渦輪機8中膨脹的熱氣體。

渦輪機8連接至排氣管（以將廢氣從渦輪機中去除）或者余熱回收蒸汽發生器（以憑借（against）廢氣蒸發水）；附圖示出排氣管9；排氣管9能夠包括排氣擴壓器。排氣管9連接至能夠設有閘板11的煙道10。

出于冷卻和/或密封的目的，燃氣渦輪機通常還具有用于從壓縮機5中吸取空氣的管道12。管道12一般連接至圍繞壓縮機5設置的一個或多個吸氣狹槽12a；吸氣狹槽12a通常設置在壓縮機5的最后幾級；對于最后幾級，這意味著壓縮機5的最后五級中的一級或多級，并且優選地為壓縮機5的最后三級中的一級或多級。

進一步地，燃氣渦輪機1具有連接在排氣管9或余熱回收蒸汽發生器和壓縮機5之間的管道13。存在許多可用的可能性。管道13能夠始于排氣管9并且連接至壓縮機5的吸氣狹槽（圖1、圖2、圖3）或者連接至專用開口或者優選地周向地和/或軸向地延伸的一系列開口（圖5、圖6）。此外，管道13能夠連接到管道12（圖4）；在這種情況下，設置閥14、15以便驅動氣體流。

另外地或者作為替代方式，管道13還能夠始于燃燒室7和/或壓縮機5并且還能夠連接至燃燒室7和/或渦輪機8。因此，許多實施例都是可能的，諸如（其中，“始于”表明氣體從燃氣渦輪機被吸取出的燃氣渦輪機的部分）：

- 管道13，其始于渦輪機8并且連接至壓縮機5和/或燃燒室7和/或渦輪機8，

- 管道13，其始于燃燒室7并且連接至壓縮機5和/或燃燒室7和/或渦輪機8，

- 管道13，其始于壓縮機5并且連接至壓縮機5和/或燃燒室7和/或渦輪機8。

管道13設有鼓風機或風扇或壓縮機16和/或加熱器17；加熱器17能夠是熱交換器和/或電加熱器和/或任何其他的加熱器。

圖2示出燃氣渦輪機1的另一個實施例；圖2的燃氣渦輪機類似于圖1的燃氣渦輪機，并且額外地設有系統19以調節燃氣渦輪機內的壓力。

調節壓力的系統19具有管道20，管道20連接至抽吸器（sucker）21（例如，風扇、或鼓風機或壓縮機）。例如，抽吸器能夠從壓縮機5內部將所抽吸的氣體排入大氣中。作為替代方式，管道22還能夠設置成連接在抽吸器21和進氣口4之間，使得抽吸器21將氣體供給到進氣口4中。抽吸器21還能夠是可逆抽吸器，使得流動能夠反向。

有利地，管道20在可調進氣導向葉片6和燃燒室之間連接至壓縮機5；更優選地在靠近可調進氣導向葉片6的位置處連接至壓縮機5。

在操作期間，空氣通過過濾器2和進氣口4饋送至壓縮機5；該空氣被壓縮并且供給到燃燒室7，在該處使用壓縮空氣作為氧化劑燃燒燃料；燃燒生成熱氣體，該熱氣體在渦輪機8中膨脹并且然后經由排氣管9和煙道10排放。

此外，在操作期間從吸氣狹槽12a吸取空氣并且經由管道12將空氣供給到燃燒室7和/或渦輪機8以便冷卻和/或密封。

當燃氣渦輪機關機時（例如，由于來自電網的低能量要求），燃氣渦輪機自然地冷卻。

在關機啟動后的第一時段（例如，一個小時）中，優選地不實施防止燃氣渦輪機冷卻的任何行動。事實上，燃氣渦輪機是熱的并且能夠接受有限的冷卻。

然后實施用于控制燃氣渦輪機的溫度的方法。能夠通過在關機開始后或在一個或多個參照位置處達到給定溫度后流逝給定時間來觸發該方法的實施的開始。

該方法包括從燃氣渦輪機（例如，從排氣管9和/或余熱回收蒸汽發生器（如果設有））經由管道13抽取氣體（例如，空氣，因為在燃燒室7中沒有燃燒），在加熱器17中加熱氣體，將該氣體供給回到燃氣渦輪機。

有利的，監測燃氣渦輪機內的至少一個參照位置的溫度并且根據所測量的溫度控制至少一個氣體特征。

參照位置能夠是任何位置。例如，參照位置能夠是燃燒室7或渦輪機8或甚至壓縮機5的一個或多個部件或部分；在這種情況下，能夠使用能夠連接至部件或部分的溫度傳感器監測溫度。

參照部位也能夠是燃燒室內的區域，使得其溫度是該區域中的氣體的溫度；例如，參照部位能夠是壓縮機的上游和/或下游的部位和/或燃燒室7的下游的部位和/或渦輪機8下游的部位；在這種情況下，能夠使用諸如熱電偶的溫度傳感器監測溫度。

當然地，上述參照部位僅僅是示例，并且清楚的是參照部位能夠是上文表明的那些部位中的一個或多個或者根據需要甚至也可以使用未具體表明的其他參照部位。

此外，即使監測多于一個的參照部位處的溫度，也能夠在參照部位中的一個或多個的溫度的基礎上完成氣體特征的控制，即，在所有參照部位處的溫度或者僅其中的一部分都能夠被用于控制氣體特征。

至少一個氣體特征包括溫度、壓力、質量流量（mass flow）中的至少一個。

當溫度是受控特征時，能夠根據所監測的溫度調節加熱器17，以便具有用于再循環氣體的期望溫度。

當壓力是受控特征時，能夠根據所監測的溫度調節風扇或鼓風機或壓縮機16和/或閥14，以便具有用于再循環氣體的期望質量流量以影響（例如，達到或保持）參照位置處的期望溫度。

當質量流量是受控特征時，能夠根據所監測的溫度調節風扇或鼓風機或壓縮機16，以便具有用于再循環氣體的期望質量流量以影響（例如，達到或保持）參照位置處的期望溫度。

從燃氣渦輪機抽取氣體優選地包括從燃燒室7和/或渦輪機8和/或排氣管9抽取氣體，并且將氣體供給回到燃氣渦輪機中優選地包括將氣體供給到壓縮機5中；另外，優選地將氣體饋送至壓縮機5的最后五級中的一級，并且更優選地饋送至壓縮機5的最后三級中的一級。

本方法允許利用減少的能量消耗控制燃氣渦輪機的溫度。具體地，本方法允許利用減少的能量消耗控制燃氣渦輪機1的一個或多個參照位置的溫度。

事實上，熱氣體被迫穿過燃氣渦輪機或其一部分，因此阻礙燃氣渦輪機冷卻。另外，由于被迫穿過燃氣渦輪機的氣體的特征在參照位置的溫度的基礎上受到控制，所以能夠優化穿過燃氣渦輪機的氣體的特征以便利用最低的能量消耗保持或控制這些位置處的溫度。例如，下述位置中的一個或多個能夠被選為參照位置：

- 部件上的參照位置，其通過由啟動/關機引起的熱循環受到最大的應力；

- 對應于在啟動/關機期間也用作評估壽命耗費（lifetime expenditure）的參照的位置的參照位置；

- 等等。

通過使用這種方法，能夠在參照位置處的要求的基礎上優化從加熱器17移出的氣體的溫度。

另外，也能夠調節穿過燃氣渦輪機或其一部分的氣體的質量流量，以便影響參照位置處的溫度，從而優化（就減少而言）來源于加熱器17和風扇或鼓風機或壓縮機16處的加熱的能量消耗。

該方法能夠通過控制燃氣渦輪機內的壓力控制氣體特征來進一步改善。這能夠例如通過使用系統19完成。氣體特征的控制通過阻礙冷空氣進入壓縮機5和/或影響壓縮機5內的壓力以輔助或者阻礙氣體從管道13進入壓縮機5內來完成。

優選地，在壓縮機5的入口處的部位處控制燃氣渦輪機內的壓力。這種種類的控制給以的優勢在于防止冷空氣進入壓縮機5和與來自管道13的氣體混合；這樣進一步減少了能量消耗。

優選地通過抽吸氣體控制燃氣渦輪機內的壓力；這種種類的控制允許影響壓縮機5內的壓力以輔助或阻礙氣體從管道13進入壓縮機5中。

另外，優選地，所抽吸的氣體的至少一部分（但是優選地是全部）被供給回到燃氣渦輪機中。在優選實施例中，從面對可調進氣導向葉片6的第一區25抽吸氣體并且將氣體供給回到燃氣渦輪機中至面向可調進氣導向葉片6的第二區26；另外，第一區25和第二區26在可調進氣導向葉片6的相對側處。這個實施例允許空氣再循環通過可調進氣導向葉片6，以便防止冷空氣進入壓縮機5中。而且，與上述循環相對的循環也當然是可行的。例如，第一區25能夠位于可調進氣導向葉片6和燃燒室7之間。

因此，例如，能夠在第一區25處完成抽吸并且能夠在第二區26處將所抽吸的氣體供給回到燃氣渦輪機中或能夠將其排入大氣中，或能夠在第二區26處完成抽吸并且能夠在第一區25處將所抽吸的氣體供給回到燃氣渦輪機中。

因此，系統19允許壓力調節并且例如，防止空氣從大氣進入燃氣渦輪機1中和/或根據設計能夠防止熱氣體從來自管道13的氣體的噴射點流動回到可調進氣導向葉片6。

清楚的是，即使上述優選實施例在壓縮機5處并且優選地在可調進氣導向葉片6處具有系統19，但是類似的系統能夠設置在排氣管9和/或余熱回收蒸汽發生器和/或煙道10處。

當然地，所描述的特征可以彼此獨立地設置。

附圖標記

1 燃氣渦輪機

2 過濾器

3 閘板

4 進氣口

5 壓縮機

6 可調進氣導向葉片

7 燃燒室

8 渦輪機

9 排氣管

10 煙道

11 閘板

12 管道

12a 吸氣狹槽

13 管道

14 閥

15 閥

16 風扇或鼓風機或壓縮機

17 加熱器

19 調節壓力的系統

20 管道

21 抽吸器

22 管道

25 第一區

26 第二區。