燃气轮机设备的制作方法

本发明涉及一种发电厂的燃气轮机设备，所述燃气轮机设备具有压缩机、耦联到所述压缩机上的涡轮机以及环形燃烧室。

背景技术：

燃气轮机设备通常具有压缩机和涡轮机，所述压缩机和涡轮机借助于共同的轴彼此耦联。在压缩机和涡轮机之间设置有燃烧室，在所述燃烧室之内在添加借助于压缩机压缩的空气的情况下进行气态燃料的燃烧。以这种方式产生的废气在涡轮机中膨胀，这引起所述涡轮机的旋转运动。在轴上还耦联有发电机，借助于所述发电机产生电能。为了确保相对有效率的燃烧，燃烧室构成为环形燃烧室。换言之，燃烧室关于轴旋转对称地设置，所述轴将压缩机与涡轮机耦联。

在燃气轮机设备的部分负荷运行中，少量燃料到达燃烧室中，这引起燃烧温度降低。由于温度降低，现有的燃料，通常包含碳的气体，不完全地还原为二氧化碳。由此，剩下在燃气轮机设备的废气中的一氧化碳的相对大的份额。因此，燃气轮机设备的效率在部分负荷运行中降低。只要存在关于在废气之内的一氧化碳份额的法律上的规定，例如不能超过10ppm的边界值，那么燃气轮机设备的运营商就必须关断所述燃气轮机设备，或者以超过实际的功率要求的功率要求运行燃气轮机设备。在此，剩余做功没有被利用。

技术实现要素：

本发明基于的目的是，提出一种发电厂的燃气轮机设备，所述燃气轮机设备可相对有效率地运行。本发明的另一目的是，提出一种用于运行发电厂的燃气轮机设备的方法。

根据本发明，所述目的在燃气轮机设备方面通过权利要求1的特征实现以及在方法方面通过权利要求10的特征实现。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。

燃气轮机设备，也称作燃气轮机，具有压缩机和涡轮机，所述压缩机和涡轮机彼此耦联。尤其，压缩机根据轴流式压缩机的类型构成，所述轴流式压缩机具有在运行中旋转的轴，其中所述轴转为涡轮机的轴或者与所述涡轮机的轴是一件式的。在压缩机和涡轮机之间流动连通地设置有环形燃烧室，所述环形燃烧室具有至少一个燃烧器。适宜地，环形燃烧室包括多个这种燃烧器。燃烧器尤其具有用于提供燃料的入流管路。借助于燃烧器加热借助于压缩机压缩的空气和/或将所述空气考虑用于燃料的燃烧，其中形成废气，所述废气被输送给涡轮机。在此，空气尤其理解为环境空气，然而也理解为被加工过的环境空气，例如具有提高的氧含量的被处理过的或被过滤的环境空气，以及所述空气还理解为基本上纯的氧气。此外，空气基本上尤其理解为任意气态的氧化剂，所述氧化剂在燃气轮机设备之内，特别是在环形燃烧室之内，与已输送的燃料进行放热的化学反应。

燃气轮机设备还具有旁通管路，借助于所述旁通管路绕过燃烧器。换言之，旁通管路与燃烧器并联连接，其中旁通管路设计并且配置为，用被压缩的空气加载。为此，旁通管路具有入口，所述入口在燃烧器的上游耦联于压缩机，耦联于环形燃烧室，或者耦联于可能的、流动连通地设置在所述压缩机和所述环形燃烧室之间的构件，在运行中所述构件引导借助于压缩机压缩的空气。相反，旁通管路的出口设置在燃烧器下游并且尤其通到环形燃烧室中或者通到其他的流动连通地设置在涡轮机上游的构件中，在所述构件之内，在运行中借助于燃烧器产生的废气被输送给涡轮机。

换言之，借助于旁通管路，绕过燃烧器引导被压缩的空气，使得所述空气不参与燃烧或者不由燃烧直接加热。概括地说，压缩机与涡轮机经由环形燃烧室气动地连接，所述环形燃烧室具有燃烧器，其中借助于旁通管路提供压缩机与涡轮机的并联连接，所述并联连接不具有燃烧器。

借助于旁通管路实现减少输送给燃烧器的空气。由此能够影响燃料与所提供的空气质量的比例，进而尤其与具有降低的燃料通流量的燃气轮机的部分负荷运行相关联。适宜地，借助于燃烧器燃烧的燃料与为此所提供的空气质量的比例基本上关于所有功率要求保持恒定或至少在特定的值域之内保持恒定。以这种方式，燃烧温度基本上设定为不变的值，并且禁止排放一氧化碳或者至少减少一氧化碳。由于流动连通地在涡轮机上游引入借助于旁通管路绕过燃烧器引导的空气，重新利用在该部分被压缩的空气中储存的能量，进而不降低燃气轮机设备的效率。

燃气轮机设备是发电厂的组成部分，借助于所述组成部分提供电流。例如，燃气轮机设备是燃气-蒸汽轮机发电厂的组成部分。尤其，燃气轮机设备的最大功率大于或等于250MW并且尤其大于或等于295MW。驱动涡轮机的轴的最大转速适宜地大于每分钟1500转并且例如小于每分钟5000转。尤其，转速在每分钟2500和3500转之间。

适宜地，旁通管路通到环形槽中，所述环形槽被引入流动连通地设置在燃烧器和涡轮机之间的部件中、例如铣切到所述部件中。尤其，所述部件围绕涡轮机的轴设置，并且环形槽关于轴旋转对称。以这种方式，实现被压缩的空气关于轴基本上旋转对称地流入进而实现部件的旋转对称的温度分布。由于环形槽的槽形构成方式，避免在引导废气的部件之内产生涡流，所述涡流能够降低燃气轮机设备的效率。

适宜地，借助于板覆盖环形槽。例如，在板和环形槽之间形成狭缝，被压缩的空气穿过所述狭缝流入具有槽的部件中。然而，特别优选地，借助于板覆盖、尤其基本上完全地覆盖环形槽。板具有多个开口，并且在板和环形槽之间不形成狭缝。相反，板放置到环形槽的棱边上或其边界上。因此，被压缩的空气穿过开口流入具有环形槽的部件中。由此，借助于开口的适当的定位和确定尺寸实现被压缩的空气在部件之内的适当的流动分布。适宜地，板的材料与部件在环形槽的区域中的材料相同。以这种方式消除由于在加热燃气轮机设备时材料的热膨胀系数不同而产生的应力，所述应力在其他方面能够导致部件的损坏。

例如，环形槽被引入环形燃烧室中。换言之，具有环形槽的部件是环形燃烧室。以这种方式实现通过更换环形燃烧室对已经存在的燃气轮机设备进行改型。此外，以这种方式，在借助于涡轮机提取其中所储存的能量之前，实现在废气和借助于旁通管路绕过燃烧室引导的空气之间相对有效的混合。

适宜地，环形槽被铣切到环形燃烧室中，使得已经存在的环形燃烧室能够被改装。在此，环形槽尤其借助于板覆盖，所述板由环形燃烧室的相同材料构成。尤其，环形燃烧室是铸件。例如，环形燃烧室包括外壳和内壳，其中内壳是环形燃烧室的毂侧的边界。相反，外壳沿径向方向向外对环形燃烧室限界。例如，外壳具有环形槽，所述环形槽沿着环周被引入外壳中并且朝向内壳。在这样定位环形槽时，用被压缩的空气加载所述环形槽是相对简单的。作为对此的替代方案，内壳具有环形槽，所述环形槽同样沿着其环周被引入所述内壳中。以这种方式，附加地实现在内壳之内设置的轴与借助于燃烧室加热的废气的隔离。

适宜地，旁通管路具有狭缝，所述狭缝在环形燃烧室的毂侧上被引入所述环形燃烧室中、尤其被引入内壳中。狭缝尤其轴向地伸展并且适当地通到环形槽中。例如，在环形槽的朝向压缩机的侧上设置有狭缝。以这种方式，借助于将被压缩的空气引入狭缝中实现用被压缩的空气相对简单地加载环形槽。适宜地，狭缝用板覆盖，使得禁止被压缩的空气从狭缝中不受控地流出到燃烧室中。相反，被压缩的空气基本上完全地被输送给环形槽。

在本发明的一个优选的方式中，借助于隔热瓦覆盖环形槽，所述隔热瓦尤其由陶瓷制成。因此减少环形槽的和具有环形槽的部件的由于相对热的废气而引起的热负荷。适宜地，环形槽借助于板覆盖，并且板又借助于隔热瓦覆盖，这一方面实现使空气从环形槽中受控地流出并且另一方面减少板的热负荷。在此，隔热瓦尤其彼此隔开，使得实现空气在隔热瓦之间的穿流。

特别优选地，燃气轮机设备具有两个这种环形槽。以这种方式改善被压缩的空气到燃烧器的废气流中的入流特性，并且在所述被压缩的空气和废气流之间的热交换是更有效的。在此，特别优选地，环形燃烧室具有两个环形槽。在此，所述环形槽中的一个环形槽被引入外壳中而另一环形槽被引入内壳中。由此，借助于经由旁通管路引导的且被压缩的空气将相对热的废气与两个壳隔开，这减小环形燃烧室的热负荷。此外，由于两个环形槽实现，选择用于环形槽的相对小的横截面，其中借助于旁通管路绕过燃烧室引导的空气体积是相对大的。

作为对此的替代方案，内壳或外壳具有两个环形槽，其中所述环形槽轴向地彼此隔开。特别优选地，存在至少三个环形槽，其中这些环形槽中的两个环形槽被引入内壳中或被引入外壳中，并且剩余的壳具有另一环形槽。以这种方式实现，绕过燃烧室引入相对大的空气体积，进而在对燃气轮机设备的功率要求相对小时也确保在燃烧室的区域中的高的温度，这引起相对少的一氧化碳排放。

适宜地，燃气轮机设备具有控制电路和阀，所述控制电路和阀彼此通过信号耦联。换言之，在运行中，阀加载有控制电路的控制指令。阀本身是旁通管路的组成部分，使得借助于阀能够调节流过旁通管路的空气体积。因此，借助于控制电路可能的是，调节燃烧室之内的温度，在该温度下燃烧燃料。因此在打开阀时提高温度，相反在关闭阀时降低温度。适宜地，设有控制电路并且所述控制电路设置为，根据对燃气轮机设备的功率要求操纵阀。

所述方法用于燃气轮机设备的运行，所述燃气轮机具有压缩机、带有燃烧器的环形燃烧室以及涡轮机，所述压缩机、环形燃烧室和涡轮机彼此流体耦联。燃气轮机设备还具有用于绕过燃烧器的旁通管路。根据对燃气轮机设备的功率要求用被压缩的空气加载旁通管路，所述被压缩的空气从流动连通地位于压缩机和燃烧器之间的区域中提取。在此，被提取的空气的量在功率要求高的情况下小，而在功率要求低的情况下大。在旁通管路中引导的空气沿流动方向在燃烧器下游被引入借助于燃烧器产生的废气流中进而被输送给涡轮机。以这种方式，重新利用在被压缩的空气中存在的能量。尤其，在燃气轮机设备的全负荷运行中，借助于旁通管路绕过燃烧器引导的空气量等于零。适宜地，借助于阀调节借助于旁通管路绕过燃烧室引导的被压缩的空气体积，其中为此所述阀借助于控制指令加载。适当地，控制指令借助于控制电路创建。

附图说明

在下文中，根据附图详细阐述本发明的实施例。其中示出：

图1示出燃气轮机设备的简化示意图；

图2示出燃气轮机设备的局部的立体图；

图3示出具有内壳和外壳的环形燃烧室的局部的剖面图；

图4示出内壳的局部的立体图；

图5示出内壳的另一实施方式的局部的剖面图；以及

图6示出用于运行燃气轮机设备的方法的示意图。

在所有的附图中，彼此对应的部分设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示意地简化地示出具有压缩机4和涡轮机6的燃气轮机设备2，其中在所述压缩机和涡轮机之间流动连通地设置有空气供给部8和环形燃烧室10。压缩机4借助于轴12与涡轮机6耦联，其中轴12驱动在此未示出的用于产生电能的发电机。轴12设置在环形燃烧室12的中央之内，所述环形燃烧室具有多个燃烧器14。此外，燃气轮机设备2具有带有阀18的旁通管路16，所述旁通管路从空气供给部8分岔以绕过燃烧器14，并且在环形燃烧室10的燃烧器14与涡轮机6之间形成的区域中通到所述环形燃烧室中。阀18借助于控制管路20与控制电路22通过信号耦联。

在燃气轮机设备2的运行中，例如被冷却或富含氧气的空气通过压缩机4进入燃气轮机设备2中并且在那被压缩，使得在空气供给部8中存在的空气具有相对于环境提高的压力。所述空气被引入环形燃烧室10中，此外燃料也经由燃烧器14到达所述环形燃烧室中。燃料与所提供的被压缩的空气反应以形成废气，这导致与位于空气供给部8中的、被压缩的空气的温度相比废气的温度升高。废气到达涡轮机6中，借助于所述涡轮机热能被转换为动能、即轴12的旋转运动。

在燃气轮机设备2的部分负荷运行中，借助于控制电路22操纵阀18，使得借助于旁通管路16从空气供给部8中提取空气。所述空气绕过燃烧室14被引导并且在如下区域中被输送给环形燃烧室10，在所述区域中燃料与被压缩的空气的化学反应已经结束。在那里，被引导从燃烧器14旁边经过的空气与由于燃烧而产生的废气混合，并且被输送给涡轮机6。由于至燃烧器14的空气供给减少，在环形燃烧室10之内的温度提高，这减少一氧化碳的形成。

图2示出燃气轮机设备2的局部的立体图，所述燃气轮机设备具有环形燃烧室10，所述环形燃烧室耦联到涡轮机6上。在环形燃烧室10的背离涡轮机6的一侧上存在空气供给部8。环形燃烧室10具有外壳24和内壳26，所述外壳和内壳包围基本上径向伸展的端壁28。端壁28具有多个沿环周方向均匀设置的孔30，在所述孔之内分别设置有燃烧器14中的一个燃烧器。在此，在每个燃烧器14和分别所属的孔30的边界之间形成狭缝，被压缩的空气穿过所述狭缝进入环形燃烧室10中。旁通管路16具有分支32，所述分支将第一接口34、第二接口36和第三接口38彼此流体连接。第三接口38以未详细示出的方式通向阀18并且从那里通向在旁通管路16与空气供给部8之间的流体连接部。第一接口34被引入外壳24中而第二接口36被引入内壳26中。

在图3中示出环形燃烧室10的沿着轴12的剖面图，其中从剖面中仅示出位于轴12的一侧上的部分。此外，没有示出燃烧器14并且同样没有示出涡轮机6，所述涡轮机在安装状态下固定在与端壁28相对置的末端40上。环形燃烧室10具有第一环形槽42，所述第一环形槽被铣切到外壳24中。第一环形槽42沿着外壳24的环周伸展并且朝内壳26的方向定向而且设置在端壁28和末端40之间。旁通管路16经由第一接口34终止到第一环形槽42中。在第一环形槽42的朝向内壳26的侧上，所述环形槽借助于环形的板44被完全地覆盖，所述板具有多个开口46。开口46沿着板44的环周分布，使得空气从第一环形槽42中基本上沿着外壳24的整个环周流入燃烧室10中。板44由与外壳24相同的材料制成，进而具有相同的热膨胀系数。板44还在相应的留空部中齐平地装入，使得外壳24的内侧在第一环形槽42的区域中基本上是平坦的。

内壳26具有第二环形槽48，所述第二环形槽以与第一环形槽42相同的方式借助于板50覆盖，所述板同样具有在此未示出的开口。板50的材料对应于内壳26以及板50与内壳26对齐。第二环形槽48相对于第一环形槽42朝端壁28的方向错开。因此，在将废气与经由第二环形槽42进入的被压缩的空气混合之前，穿过第二环形槽48进入环形燃烧室10中的空气与借助于燃烧器30产生的废气发生混合。

在图4中示出具有端壁28的内壳26的局部的立体图。内壳26具有中央的留空部52，在燃气轮机设备2的安装状态下在所述留空部之内设置有轴12。旁通管路16的轴向伸展的狭缝54在端壁28和第二环形槽48之间延伸，所述狭缝将第二环形槽48与第二接口36流体连接。在安装状态下，狭缝54同样借助于仅局部示出的板50覆盖，其中在狭缝54的区域中不存在开口。由此，借助于第二接口36引入狭缝54中的被压缩的空气流入第二环形槽48中，并且从所述第二环形槽中以围绕内壳26的环周基本上均匀分布的方式流入环形燃烧室10中。

在图5中示出内壳26的另一实施方式的平行于轴12的剖面图，其中所述内壳具有轴向伸展的狭缝54。在此，用板50覆盖的轴向的狭缝54也将第二接口36与第二环形槽48连接。此外，示出隔热瓦56，借助于所述隔热瓦铺设环形燃烧室10的内侧。由陶瓷制成的隔热瓦56覆盖板50并且减小板50的由于直至1400℃的相对高的燃烧温度而引起的热负荷。在相邻的隔热瓦56之间形成裂缝58，第二环形槽48的被压缩的空气穿过所述裂缝通向废气。在外壳24上同样附连有隔热瓦56，与在图3和4中所阐述的实施例相同，然而其中未示出隔热瓦56。

与前面的实施例相比，在图5中示出的实施方式具有第三环形槽60，所述第三环形槽平行于第二环形槽48伸展。在此，第三环形槽60轴向地与第二环形槽48隔开并且远离端壁28错开，使得所述第三环形槽基本上沿轴向方向在与第一环形槽42相同的高度上伸展。第三环形槽60也以已经阐述的方式和方法借助于板62覆盖并且借助于在此未示出的另一狭缝与旁通管路16连接。为此，旁通管路16具有另一分支32和第四接口。

在图6中示意地示出用于运行燃气轮机设备2的方法64。在第一步骤66中，确定对燃气轮机设备2的功率要求。在接着的第二步骤68中，确定与功率要求相符的燃料的量。换言之确定：为了根据功率要求运行燃气轮机设备2需要多少燃料。在此，也确定对于达到功率要求所需的空气的量，其中遵循燃料与所提供的空气质量的特定的比例。只要所需的空气量小于在阀18关闭时借助于压缩机4在空气供给部中提供的空气量，那么在第三步骤70中用借助于控制电路22提供的控制指令加载阀18，使得阀18至少部分地打开。

在此，阀18打开的程度选择为，使得借助于旁通管路16绕过燃烧器14引导的空气量对应于借助于压缩机4提供的空气量与用于燃烧器14运行所需的空气量的差。只要在空气供给部8中提供的空气量完全地用于燃烧器14的运行，那么停止第三步骤70。在随后的第四步骤72中终止方法64。

本发明不受上文所描述的实施例限制。更确切地说，也能够由本领域技术人员从中推导出本发明的其他变型方案，而不脱离本发明的主题。尤其，所有结合实施例所描述的单个特征也还能够以其他方式彼此组合，而不脱离本发明的主题。