專利名稱：用于運行燃氣透平的方法以及用于實施該方法的燃氣透平的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)電站技術的領域。它涉及一種按照權利要求1的前序 部分所述的用于運行(固定的)燃氣透平的方法，以及涉及一種用于實 施該方法的燃氣透平。
背景技術：
帶有中間再熱的燃氣透平(中間再熱式燃氣透平)是公知的(例如參見US-A-5,577,378或"現有技術的燃氣透平之最新簡介，"ABB評論 02/1997,圖15,透平類型GT26)，它將靈活的運行與非常低的廢氣排 放值相結合。類型GT26的燃氣透平的機器構造是獨特的和極佳地適合于實現是 本發(fā)明的主題的構思，因為-在壓縮機的情況下就已經具有在中級壓縮機壓力下的壓縮機空 氣的相當大的分流，-順次燃燒的構思可以實現燃燒穩(wěn)定性的提高同時減少過剩氧氣 值，和-存在二次空氣系統(tǒng)，它可以實現從壓縮機中分流空氣，將該空氣 冷卻和將冷卻的空氣用于冷卻燃燒室和透平。具有中間再熱的公知燃氣透平的原理示于圖1中。燃氣透平11,它 是聯合循環(huán)發(fā)電站10的一部分，包括兩個布置在一個公共的軸15上的 相互前后連接的壓縮機，即低壓壓縮機13和高壓壓縮機14,以及兩個 燃燒室，即高壓燃燒室18和中間再熱燃燒室19,和所配屬的透平，即 高壓透平16和4氐壓透平17。軸15驅動發(fā)電機12。設備的工作方式如下空氣通過空氣入口 20由低壓壓縮機13吸入， 和先被壓縮到中間壓力水平(大約20bar)。然后高壓壓縮機14繼續(xù)將 空氣壓縮到高壓水平(大約32bar)。冷卻空氣不僅在中間壓力水平而 且在高壓水平下被分流和在所配屬的OTC冷卻器(OTC=Qnce Ihrough Cooler (—次通流冷卻器或直流冷卻器))23和24中被冷卻并且通過 冷卻管道25和26為了冷卻被繼續(xù)引導到燃燒室18， 19和透平16, 17。來自高壓壓縮機14的留下的空氣被引向高壓燃燒室18,并且在那里通 過燃燒由燃料供給管線21供入的燃料被加熱。形成的廢氣則在隨后的 高壓透平16中在做功下膨脹到中級壓力水平。在廢氣膨脹之后，在它 在隨后的低壓透平17中在做附加的功下進行膨脹之前，它在中間再熱通過冷卻管線25， 26流動的冷卻空氣噴入到燃燒室18, 19和透平16, 17的合適的地點，以便將材料溫度限制在合理的尺度上。從低壓透平17 出來的廢氣通過廢熱蒸汽發(fā)生器27 (HRSG = Jieat Recovery顯team generator)發(fā)送用于產生蒸汽，該蒸汽在水-蒸汽回^各內流動通過蒸汽透 平29和在那里做出附加的功。在廢氣流過廢熱蒸汽發(fā)生器27之后，廢氣 最后通過廢氣管線28向外排出。OTC冷卻器23, 24是水-蒸汽回路的一 部分;在它們的出口處產生過熱的蒸汽。通過在相互獨立的前后相繼設置的燃燒室18和19中的兩次燃燒， 實現了大的運行靈活性;燃燒室中的溫度可以這樣地調節(jié)，使得在存在的 極限內達到最大的效率。順次燃燒系統(tǒng)的低的廢氣值通過固有的低的排 放值產生，該低的排放值可以在中間再熱情況下實現(在一定的條件下 第二次燃燒甚至導致Nox的消耗)。在另一方面，具有在燃氣透平中的單級燃燒的聯合循環(huán)發(fā)電站是公 知的(例如參見US-A-4，785,622或US誦B2-6,513,317 )，其中組合有煤 汽化設備，以便提供燃氣透平所需要的形式為從煤中獲取的合成氣的燃 料。這種聯合循環(huán)發(fā)電站被稱為IGCC (Integrated Qasification Combined Qycle (綜合汽化聯合循環(huán)))設備。本發(fā)明從這樣的認識出發(fā)，即由于在IGCC設備中使用具有中間再 熱的燃氣透平，可以以特別的方式將這種類型的燃氣透平的優(yōu)點用于該 設備。發(fā)明內容本發(fā)明的任務是提出 一種用于運行尤其是與煤氣化器共同工作的 燃氣透平的方法，該方法的特征在于改善了效率并且尤其是具有中間冷 卻的優(yōu)點，以及提供 一 種用于實施該方法的燃氣透平。該任務通過權利要求1和8的特征的整體解決。主要的是具有中間 再熱的燃氣透平被應用在以來自煤氣化器的合成氣工作的燃氣透平設備中，它包括兩個燃燒室和兩個透平，其中在第一燃燒室中，合成氣在 使用壓縮空氣下燃燒，和產生的熱燃氣在第一透平中膨脹，和其中在第 二燃燒室中，合成氣在使用來自第一透平的燃氣下燃燒，和產生的熱燃 氣在第二透平中膨脹和在空氣分離中產生的氮被輸送給燃氣透平進行 再次壓縮。用于將較冷的氮氣加入到壓縮機中，壓縮機空氣被冷卻，和 產生一種壓縮機中間冷卻，其具有這種中間冷卻的所有優(yōu)點。除了在熱 力學效率方面的優(yōu)點以外，壓縮機中的溫度被降低，其導致所需要的冷 卻空氣量的減少或使得冷卻空氣不需要進行附加的冷卻。按照本發(fā)明的方法的 一 個實施例的特征在于燃氣透平包括用于將 吸入的空氣壓縮到第一壓力級的第一壓縮機和用于將空氣從第一壓力 級繼續(xù)壓縮到更高的第二壓力級的第二壓縮機，來自第一壓縮機的空氣 的 一部分被分離成氧氣和氮氣，和在該分離中產生的氮氣被輸送到第二 壓縮纟幾進4于壓縮。氮氣此時優(yōu)選在被輸送到第二壓縮機之前先在另一個壓縮機中進 行預壓縮。預壓縮的氮氣此時可以尤其被輸送到第二壓縮機的入口 。 按照本發(fā)明的方法的另 一個實施例的特征在于燃氣透平包括用于 將吸入的空氣壓縮到第 一壓力級的笫 一壓縮機和用于將空氣從第 一壓 力級繼續(xù)壓縮到更高的第二壓力級的第二壓縮機，來自第一壓縮機的空 氣的一部分被分離成氧氣和氮氣，和在該分離中產生的氮氣被輸送到第 一壓縮一幾進;f于壓縮。此時氮氣可以被輸送到位于一個中間級上的第一壓縮機?；蛘叩獨?也可以被輸送到第一壓縮機的入口 。按照本發(fā)明的燃氣透平的 一 個實施例的特征在于設置有兩個前后 相繼連接的壓縮機，和氮氣管道被引導返回到第二壓縮機和在氮氣管道 中設置另一個壓縮機。氮氣管道可以尤其是被引導返回到第二壓縮機的入口。另一個實施例的特征在于設置兩個前后相繼連接的壓縮機和氮氣管道(32b)被引導返回到第一壓縮機，并且是被引導返回到第一壓縮 機的入口或者被引導返回到第一壓縮機的一個中間級?？諝夥蛛x設備優(yōu)選在出口側具有用于排出在分離中產生的氧氣的 氧氣管道，該氧氣管道被引到用于通過煤的氣化產生合成氣的設備，其輸送到燃燒室。、 ，'、 、 、 ， 、

本發(fā)明以下根據實施例并結合附圖進行詳細說明。附圖中所示圖1是現有技術中的具有中間再熱的燃氣透平或順次燃燒的聯合循環(huán)發(fā)電站簡化示意圖；圖2是適合用于實現本發(fā)明的、具有中間再熱的燃氣透平或順次燃 燒的IGCC設備的簡化示意圖；圖3是按照本發(fā)明將在空氣分離中獲取的氮氣返回到在圖2所示類 型的設備中的壓縮機的第 一 實施例;和圖4是按照本發(fā)明將在空氣分離中獲取的氮氣返回到在圖2所示類 型的設備中的壓縮機的第二實施例。
具體實施方式
在圖2中的強烈簡化的示意圖中示出了 一種具有中間再熱的燃氣透 平或順次燃燒的IGCC設備，其適合于用于實現本發(fā)明。聯合循環(huán)發(fā)電 站30包括燃氣透平11，它帶有低壓壓縮機13,隨后的高壓壓縮機14, 高壓燃燒室18以及隨后的高壓透平16和中間再熱燃燒室19以及隨后 的低壓透平17。壓縮機13, 14和透平16， 17支撐在公共的軸15上， 通過該軸驅動發(fā)電機12。通過供給管線31,對燃燒室18和19供給作 為燃料的合成氣，其通過在煤氣化器34中煤的氣化(煤輸入33)產生。 煤氣化器34之后連接有用于合成氣的冷卻裝置35,過濾裝置36和C02 分離器37,后者具有用于排放出C02的C02出口 38。為了在煤氣化器34中對煤進行氣化，使用了在空氣分離設備32中 獲取的并且通過氧氣管道32a輸送的氧氣(02)。空氣分離設備32低 壓壓縮機13的出口獲得壓縮空氣。也在分離中產生的氮氣(N2)例如 通過氮氣管道32b輸送給低壓燃燒室19。為了冷卻燃燒室18, 19和透平16, 17的被暴露給熱燃氣的部件， 壓縮的冷卻空氣在兩個壓縮機13和14的出口放出，在后面連接的OTC 冷卻器23或24中被冷卻和然后通過相應的冷卻管線25和26輸送到要 冷卻的部位。在低壓透平17的出口處布置廢熱蒸汽發(fā)生器27,它與連接的蒸汽 透平29 —起是水-蒸汽回路的一部分。從廢熱蒸汽發(fā)生器27出來的廢 氣通過廢氣管線28排放到外部。在這種設備配置中，按照圖3或4，在空氣分離中產生的冷卻氮氣 的使用現在被重新布置。在圖3的聯合循環(huán)發(fā)電站40中，雖然中間再 熱燃燒室19和^^壓透平17與以前一樣用在^^壓壓縮才幾13的出口分流 出來的和然后在OTC冷卻器23中被冷卻的壓縮空氣冷卻，但是同樣的 情況也應用于高壓燃燒室18和高壓透平16,其區(qū)別在于在這種情況下 不再需要OTC冷卻器24。按照圖3,這是按照以下方式實現的:在空氣分離時在空氣分離器32 中產生的氮氣(N2)通過氮氣管道32b輸送到高壓壓縮機14并在那里 被壓縮。為了達到要求的壓力水平，在氮氣管道32b上連接用于壓縮氮 氣的附加的壓縮機39。在圖3中，氮氣被直接地輸入到高壓壓縮機14 的入口。但是也可以考慮將它在中間級上引入到高壓壓縮機14中。在圖4中所示的備選配置中，從空氣分離器32出來的氮氣通過氮 氣管道32b被輸送到低壓壓縮機13,并且或者是通過中間級(如圖4中 的實線所示)，或者是直接地輸送到低壓壓縮機的入口 (如圖4中的虛 線所示)。預壓縮在這種情況下是不需要的?？傊?，本發(fā)明的原理可以如下地描述-在中級壓力水平(大約11-20bar)上，空氣在壓縮機上被分流和 輸送給空氣分離設備。-在空氣分離中產生的具有較低溫度的氮氣被輸回到壓縮機，并且是 輸送到壓縮機的入口，或 輸送到比空氣被分流時所處的中間級更低的一個中間級，或 正好輸送到也是空氣被分流時所處的中間級。 在所有三種情況下，冷的氮氣冷卻壓縮機空氣，因此呈現一種與中 間冷卻的所有公知的優(yōu)點相關聯的"壓縮機-中間冷卻"。實現該構思的 一個前提是可以在燃氣透平的兩個燃燒室中使用沒 有被稀釋的煤燃氣(沒有添加N2)。由于空氣分離提供較冷的氮氣， 并且不需要用氮氣在燃燒室中進行稀釋(如在圖2中所示)，氮氣可以 非常有效地用于中間冷卻。由此可以(參見圖4)取消用于對冷卻空氣 進行冷卻的兩個OTC冷卻器(23, 24 )。附圖標記表10,30,40聯合循環(huán)發(fā)電站11燃氣透平12發(fā)電機13低壓壓縮機14高壓壓縮才幾15軸(燃氣透平)16高壓透平17低壓透平18高壓燃燒室19中間再熱燃燒室20空氣入口21,22燃料供給管線23,24OTC冷卻器25,26冷卻管線27廢熱蒸汽發(fā)生器28廢氣管線29蒸汽透平(蒸汽循環(huán))31合成氣供給管線32空氣分離設備32a氧氣管線32b氮氣管線33煤供給34煤氣化器35冷卻裝置36過濾裝置37C02分離器38co2出口39壓縮機
權利要求
1.用于運行燃氣透平(11)的方法，該燃氣透平尤其是用在聯合循環(huán)發(fā)電站(30，40)中，在該方法中空氣由燃氣透平(11)吸入和壓縮，壓縮的空氣被輸送到燃燒室(18，19)用于燃燒從煤中獲取的合成氣，和在燃燒中產生的熱燃氣在隨后的透平(16，17)中做功而膨脹，其中壓縮的空氣的一部分被分離成氧氣和氮氣，和氧氣被用于在煤氣化設備(34)產生合成氣和其中壓縮的空氣的一部分被用于冷卻燃氣透平(11)的承受熱燃氣負荷的部分，其特征在于，-使用具有中間再熱的燃氣透平(11)，它包括兩個燃燒室(18，19)和兩個透平(16，17)，其中在第一燃燒室(18)中在使用壓縮空氣下燃燒合成氣和使產生的熱燃氣在第一透平(16)中膨脹，和其中在第二燃燒室中在使用來自第一透平(16)的燃氣下燃燒合成氣和使產生的熱燃氣在第二透平(17)中膨脹，和-將在空氣分離中產生的氮氣輸送給燃氣透平(11)以進行壓縮。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，燃氣透平(11 )包括 用于將吸入的空氣壓縮到第一壓力級的第一壓縮機(13)和用于將空氣 從第一壓力級繼續(xù)壓縮到更高的第二壓力級的第二壓縮機(14),來自 第一壓縮機(13)的空氣的一部分被分離成氧氣和氮氣，和在該分離中 產生的氮氣被輸送到第二壓縮機(14)進行壓縮。
3. 按照權利要求2所述的方法，其特征在于，氮氣在被輸送到第二 壓縮機(14)之前先在另一個壓縮機(39)中進行預壓縮。
4. 按照權利要求3所述的方法，其特征在于，預壓縮的氮氣被輸送 到第二壓縮機(14)的入口 。
5. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，燃氣透平(11 )包括 用于將吸入的空氣壓縮到第一壓力級的第一壓縮機(13)和用于將空氣 從第一壓力級繼續(xù)壓縮到更高的第二壓力級的第二壓縮機(14),來自 第一壓縮機(13)的空氣的一部分被分離成氧氣和氮氣，和在該分離中 產生的氮氣被輸送到第一壓縮機(13)進行壓縮。
6. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，氮氣被輸送到位于一 個中間級上的笫一壓縮機(13)。
7. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，氮氣被輸送到第一壓 縮才幾(13 )的入口 。
8. 用于實施按照權利要求1所述方法的燃氣透平(11 ),該燃氣透 平(11 )設計成具有中間再熱的燃氣透平和包括用于壓縮吸入的空氣的 壓縮機(13, 14)以及兩個燃燒室(18, 19)和兩個透平(16, 17), 其中在第一燃燒室(18)中使用該壓縮的空氣來燃燒燃料和產生的熱燃 氣在第一透平(16)中膨脹和其中在第二燃燒室中使用來自第一透平(16)的燃氣來燃燒燃料和產生的熱燃氣在第二透平(17)中膨脹，其 特征在于，設置有空氣分離設備(32),它從入口側連接到壓縮機(13, 14)和在出口側具有用于排出在分離中產生的氮氣的氮氣管道(32b), 和該氮氣管道(32b)被引導返回到壓縮機(13, 14)。
9. 按照權利要求8所述的燃氣透平，其特征在于，設置有兩個前后 相繼連接的壓縮機(13, 14),和氮氣管道(32b);故引導返回到第二 壓縮機(14)和在氮氣管道(32b)中設置另一個壓縮機(39)。
10. 按照權利要求9所述的燃氣透平，其特征在于，氮氣管道(32b) 被引導返回到第二壓縮機(14)的入口。
11. 按照權利要求8所述的燃氣透平，其特征在于，設置兩個前后 相繼連接的壓縮機(13， 14)和氮氣管道(32b)被引導返回到第一壓 縮機(13)。
12. 按照權利要求11所述的燃氣透平，其特征在于，氮氣管道(32b) 被引導返回到第一壓縮機(13)的入口。
13. 按照權利要求11所述的燃氣透平，其特征在于，氮氣管道(32b) 被引導返回到第一壓縮機(13)的一個中間級。
14. 按照權利要求6至13中之一所述的燃氣透平，其特征在于，空 氣分離設備(32)在出口側具有用于排出在分離中產生的氧氣的氧氣管 道(32a)，該氧氣管道被引到用于通過氣化煤產生合成氣的設備(33, ...38 ),和一個合成氣供給管線(31)將該產生的合成氣從用于 產生合成氣的該設備(33,..., 38 )輸送到燃燒室(18, 19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行在聯合循環(huán)發(fā)電站(40)中的燃氣透平(11)的方法，在該方法中空氣由燃氣透平(11)吸入和壓縮，壓縮的空氣被輸送到燃燒室(18，19)用于燃燒從煤中獲取的合成氣，其中壓縮的空氣的一部分被分離成氧氣和氮氣。在該方法中這樣實現改進的效率，即使用具有中間再熱和兩個燃燒室(18，19)和兩個透平(16，17)的燃氣透平(11)。在第一燃燒室(18)中在使用壓縮空氣下燃燒合成氣和使產生的熱燃氣在第一透平(16)中膨脹。在第二燃燒室中在使用來自第一透平(16)的燃氣下燃燒合成氣和使產生的熱燃氣在第二透平(17)中膨脹，其中將在空氣分離中產生的氮氣輸送給燃氣透平(11)以進行壓縮。
文檔編號F02C3/28GK101238342SQ200680028980
公開日2008年8月6日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權日2005年8月10日
發(fā)明者E·本茨, M·維爾薩姆 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司