运行燃气涡轮发电设备的方法和燃气涡轮发电设备与流程

运行燃气涡轮发电设备的方法和燃气涡轮发电设备
1.相关申请的交叉引用本专利申请要求2020年12月24日提交的欧洲专利申请no. 20217219.3的优先权，该申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于发电设备的燃气涡轮组件的技术领域。特别地，本发明涉及一种具有顺序燃烧器的燃气涡轮组件。此外，本发明涉及一种用于运行燃气涡轮组件的方法。更详细地，由本发明解决的问题涉及如何运行具有顺序燃烧器的燃气涡轮组件，以支持停电电网恢复。


背景技术：

3.众所周知，用于发电设备的燃气涡轮组件包括压缩机组件、燃烧器组件和涡轮组件。压缩机组件被构造用于压缩在压缩机入口处供应的进入空气。离开压缩机组件的压缩空气流入封闭容积(称为“充气室”)，并从那里进入燃烧器组件。该燃烧器组件通常包括多个喷燃器，这些喷燃器被构造用于将燃料(至少一种燃料，气体或液体燃料)喷射到压缩空气流中。燃料和压缩空气的混合物进入燃烧室，在那里该混合物点燃。所产生的热气体流离开燃烧室，并且流过涡轮组件，对连接到发电机的转子进行旋转做功。通常，相同的转子也支撑压缩机组件。众所周知，涡轮组件包括多级或多排旋转叶片，这些旋转叶片由多级或多排定子静叶插置。旋转叶片由转子支撑，而定子静叶由同心并围绕涡轮组件的壳体(称为“静叶载体”)支撑。
4.为了实现高效率，热气体流必须具有非常高的涡轮入口温度。然而，一般来说，这种高温涉及不期望的高氮氧化物排放水平。为了减少这种排放并增加运行灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮是特别合适的。一般来说，顺序燃气涡轮串联地执行两个燃烧阶段。如今，已经知道至少两种不同类型的顺序燃气涡轮。根据第一实施例，燃气涡轮包括第一燃烧器和第二燃烧器，它们是环形的，并且由称为高压涡轮的涡轮物理地分离。在第二燃烧器的下游，存在第二涡轮单元(称为低压涡轮)。这种类型的燃气涡轮由申请人生产，并且作为“gt26”在市场上可得。
5.根据顺序燃气涡轮的第二实施例，燃气涡轮没有设置高压涡轮，并且燃烧器组件以多个筒形燃烧器的形式实现，其中每个筒形燃烧器包括第一燃烧器和第二燃烧器，它们在公共壳体筒形内部一个在另一个的正下游布置。这种类型的燃气涡轮也由申请人生产，并且作为“gt36”在市场上可得。燃气涡轮组件的这两个示例(gt26和gt36)仅作为非限制性示例被引用，在该非限制性示例中可应用本发明。实际上，本发明的方法可应用于具有顺序燃烧的任何种类的燃气涡轮组件。
6.众所周知，压缩机设置有可变入口导向静叶(vigv)，其为设置在压缩机的入口处的可调节静叶，以便调节进入压缩机的空气量。在其最大开度位置，可变入口导向静叶允许最大空气质量流量进入压缩机，并且在其最小开度位置，可变入口导向静叶允许最小空气
质量流量进入压缩机。因此，燃气涡轮功率可通过调节可变入口导向静叶位置以及进入燃烧器的喷射燃料流量来调制。第一和第二燃烧器之间的燃料分流(因此是负载分流)由特征参数(如燃烧器和涡轮入口和出口温度)控制。
7.在电网停电之后，为了支持电网恢复，现有技术实践建议根据以下步骤运行燃气涡轮。最初，通过仅运行第一燃烧器，直到转子的加速度达到额定速度，燃气涡轮发电设备启动以空转或带动厂用负载(这里和之后，“空转”是指燃气涡轮以额定速度运行但不向燃气涡轮和发电设备的辅助设备输出功率的运行；“厂用负载”是指燃气涡轮以额定速度运行并向燃气涡轮和发电设备的辅助设备输出功率、但不连接到具有负载用户的外部电网的运行)。此后，燃气涡轮机组连接到外部电网。用户负载的逐步开启发生在负载从最小负载上升到基本负载的下一阶段。在其中能量被传送到电网的该步骤的早期阶段，第二燃烧器不运行。仅在加载的早期阶段之后，即在达到限定的入口空气温度之后，第二燃烧器才开始运行。
8.这种现有技术的实践包括一些缺点，特别是在第二燃烧器中的不稳定燃烧方面，并且由于第二燃烧器的点火准备时间，不能足够快地输出功率以通过及时的方式稳定具有负载用户的电网。


技术实现要素：

9.因此，本发明的主要目的是提供一种适用于克服现有技术的上述问题的燃气涡轮组件。因此，本发明涉及一种用于运行用于发电设备的燃气涡轮组件的方法，特别是一种用于在停电后通过用于发电设备的燃气涡轮组件恢复电网的方法。该方法的主要步骤是：a) 提供包括串联的第一燃烧器组件和第二燃烧器组件的顺序燃气涡轮组件；b) 在空转/厂用负载使用下运行第一燃烧器，直到进入第二燃烧器的入口空气温度达到阈值；c) 仅当达到该温度时，在空转/厂用负载使用下运行第二燃烧器；d) 仅在两个燃烧器稳定地运行后，将燃气涡轮组件切换到用户使用。
10.请注意，术语“空转/厂用负载使用”和“用户使用”是本领域技术人员熟知的。如上文所提及，与现有技术实践相反，两个燃烧器都在将燃气涡轮组件切换到用户使用之前运行，并且因此电网恢复是快速和稳定的。
11.执行步骤b)使得入口涡轮温度达到预定阈值，该阈值足够高以在第二燃烧器中执行稳定的自燃燃烧。
12.可通过控制可变入口压缩机静叶和/或通过为燃气涡轮提供构造成调节离开压缩机和绕过燃烧器的空气流量的抽气阀来执行燃气涡轮中(特别是在第一和第二燃烧器中)流动的空气流量的控制，以及入口涡轮温度的控制。
13.如前文所提及，本方法可由在第一燃烧器和第二燃烧器之间具有高压涡轮的燃气涡轮实施，或者由具有多个筒形燃烧器的燃气涡轮实施，其中每个筒形燃烧器执行第一燃烧阶段和第二燃烧阶段。
14.应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步解释。从以下描述、附图和权利要求书中，本发明的其它优点和特征将显而易见。
15.在所附权利要求书中具体阐述了被认为新颖的本发明的特征。
附图说明
16.在适当参考附图仔细阅读详细描述之后，本发明的另外的益处和优点将变得显而易见。
17.然而，通过结合附图参考本发明的以下详细描述，可最好地理解本发明本身，该详细描述描述了本发明的示例性实施例，在附图中：
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图1是适用于实施本发明的方法的用于发电设备的燃气涡轮组件的第一示例的示意图；以及
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图2是适用于实施本发明的方法的用于发电设备的燃气涡轮组件的第二示例的示意图。
具体实施方式
18.结合附图，下面根据优选实施例描述本发明的技术内容和详细描述，优选实施例不用于限制本发明的执行范围。根据所附权利要求书做出的任何等同变型和修改都由本发明所要求保护的权利要求书所覆盖。
19.现在将参考附图详细地描述本发明。
20.现在参考图1，图1是可实施本发明的方法的燃气涡轮1的第一示例的示意图。特别地，图1公开了具有高压涡轮和低压涡轮的顺序燃气涡轮。在主流2之后，图1的燃气涡轮1包括压缩机3、第一燃烧级、高压涡轮5、第二燃烧级和低压涡轮7。压缩机3和两个涡轮5、7连接到围绕轴线9旋转的公共转子8，并且由同心壳体10围绕。压缩机3被供应空气，并且设置有旋转叶片18和定子静叶19，其被构造用于压缩进入压缩机3的空气。离开压缩机的压缩空气流入充气室11，并从那里进入多个第一喷燃器12，在那里该压缩空气与由第一燃料源13供应的燃料混合。燃料/压缩空气混合物流入第一燃烧室4，在那里该混合物被点燃并燃烧。所得到的热气体离开第一燃烧室4，并驱动高压涡轮5在转子8上做功。在高压涡轮5的下游，部分膨胀的气体流入多个第二喷燃器，在那里由第二燃料源14供应额外的燃料。部分膨胀的气体具有高温并含有足够的氧气用于进一步的燃烧，该燃烧基于自燃在布置在第二喷燃器下游的第二燃烧室6中发生。再加热的气体离开第二燃烧室6并流入低压涡轮7，用于在转子8上进行旋转做功。低压涡轮7包括在主流动方向上串联地布置的多级或多排转子叶片15。叶片15的这些级由定子静叶16的级插置。转子叶片15连接到转子8，而定子静叶16连接到静叶载体17，该静叶载体17是围绕低压涡轮7的同心壳体。该示例的每个喷燃器被构造用于喷射不同种类的燃料，即气体燃料和液体燃料，即每个喷燃器包括构造用于喷射气体燃料并连接到气体燃料源的多个喷嘴和构造用于喷射液体燃料并连接到液体燃料源的多个喷嘴。
21.现在参考图2，图2是可实施本发明的方法的燃气涡轮的第二示例的示意图。特别地，图2公开了顺序燃气涡轮20，其设置有压缩机29、仅涡轮21和顺序燃烧器布置22。图2的顺序燃烧器布置22包括多个筒形燃烧器，其中每个筒形燃烧器包括第一喷燃器24、第一燃烧室25、第二喷燃器26和第二燃烧室27。第一喷燃器24、第一燃烧室25、第二喷燃器26和第二燃烧室27以流体流动连接的方式顺序地布置。顺序燃烧器容纳在围绕涡轮轴线布置成环的多个筒的燃烧器筒壳体28中。第一燃料(气体或液体燃料)经由第一燃料喷射器(未示出)
引入第一喷燃器24，在第一喷燃器24中，燃料与由压缩机29供应的压缩气体混合。第二燃料(气体或液体燃料)经由第二燃料喷射器(未示出)引入第二喷燃器26，并与离开第一燃烧室25的热气体混合。离开第二燃烧室27的热气驱动涡轮21在转子30上做功。
22.图1和图2的燃气涡轮仅作为可实施本发明的方法的燃气涡轮的示例被引用。这种方法(特别是用于通过用于发电设备的燃气涡轮组件在停电后恢复电网的方法)包括以下步骤：a) 提供包括串联的第一燃烧器组件和第二燃烧器组件的顺序燃气涡轮组件(例如，根据图1或图2)；b) 在空转/厂用负载使用下运行第一燃烧器，直到第二燃烧器的入口空气温度达到阈值；c) 一旦达到该温度，也在空转/厂用负载使用下运行第二燃烧器；d) 仅在两个燃烧器运行并稳定后，将燃气涡轮组件切换到用户使用。
23.请注意，术语“空转/厂用负载使用”和“用户使用”是本领域技术人员熟知的。如上文所提及，与现有技术实践相反，两个燃烧器都在将燃气涡轮组件切换到用户使用之前运行，并且因此电网恢复是快速和稳定的。
24.尽管已经结合如上文所提及的本发明的优选实施例解释了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多其它可能的修改和变型。因此，设想所附的一个或多个权利要求将覆盖落在本发明的真实范围内的修改和变型。