操作燃气涡轮组件的方法及燃气涡轮组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮及相关联的联合循环发电设备的技术领域。本发明的特定方面为具有较为简单的器件的燃气涡轮的下调比的延伸，其适用于新发展和改造应用两者。
【背景技术】
[0002]现有技术的燃气涡轮典型地配备有可变导叶(VGV)，以控制压缩机的质量流，并且因此将较宽操作范围内的燃烧过程的空气与燃料比保持在近似恒定的水平处。利用该措施，有可能有效地控制燃气涡轮的排放，直到VGV达到闭合位置。在典型地在大约30%到50%的相对负载下出现的该特定操作点以下，一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的排放开始快速升高，并且超过容许水平。因此，稳态操作可限于该操作范围，或者可要求CO或NOx催化器的安装。
[0003]EP2531709中提出了一种用于可操作地联接于发电机的涡轮发动机的冷却系统，其中，系统包括:与涡轮发动机的燃烧器区段连通且与涡轮发动机的涡轮区段连通的空气放出管线；用于控制通过空气放出管线的流的流控制装置；以及用于在操作负载小于涡轮发动机的基本负载时促动流控制装置来允许放出空气流过空气放出管线且提供冷却空气至涡轮区段的控制器，其中用于涡轮区段的大致所有冷却空气从流出涡轮发动机的压缩机区段的压缩机流出空气获得。
[0004]W02012143462A2中提出了一种用于冷却具有冷却介质的内燃机的燃烧排出气体的排出气体冷却器，其中排出气体冷却器具有用于将热燃烧排出气体引入到排出气体冷却器中的排出气体入口。此外，排出气体冷却器具有用于将冷却的燃烧排出气体引导出排出气体冷却器的排出气体出口，其中排出气体出口流体地连接于排出气体入口。此外，排出气体冷却器具有至少一个冷却剂入口，用于将排出气体冷却器流体地连接于内燃机的至少一个冷却剂出口。此外，排出气体冷却器具有用于流体地连接水收集适配器的接口，其中接口设计成将冷却剂传送出排出气体冷却器。
[0005]EP2559862A1中提出了一种具有燃气涡轮、烟道气体排出级和吹出阀组件的发电系统的控制系统，其中排出阀组件有选择地提供压缩机与烟道气体排出级之间的流体连通，本公开教导了一种控制系统，其包括控制器，该控制器构造和改变成向吹出组件发信号，以响应于燃气涡轮的突然减载来提供流体连通。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种操作燃气涡轮组件的方法，当燃气涡轮组件以部分负载操作时，可保持空气与燃料比近似恒定，并且因此将燃烧火焰温度控制在排放保持低于容许极限的水平处，而没有燃气涡轮组件的冷却系统的架构改变。
[0007]该目的通过操作燃气涡轮组件的方法来获得，该燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧器和燃气涡轮，该方法包括以下步骤:相对于燃气涡轮组件的基本负载以部分负载操作燃气涡轮组件；使来自压缩机的吹出空气的一部分旁通；以及将吹出空气的部分引入到燃气涡轮之后的排出气体导管中。
[0008]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮组件还包括连接在燃气涡轮下游的余热回收蒸汽发生器，引入步骤还包括:将吹出空气的部分引入到余热回收蒸汽发生器之后的排出气体导管中。
[0009]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮还包括排气扩散器，并且端盘端子开孔设置在燃气涡轮中，引入步骤还包括:将吹出空气的一部分经由端盘转子开孔引入到排气扩散器的支柱中，以便引导到排出气体导管中。
[0010]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮包括排出气体收纳壳，引入步骤还包括将吹出空气的一部分经由通过排出气体收纳壳的周向给送部引入到排气扩散器的支柱中，以便引导到排出气体导管中。
[0011]根据本发明的一个示例性实施例，该方法还包括:借助于控制阀来调整吹出空气的一部分的流动质量。
[0012]该目的通过一种燃气涡轮组件获得，该燃气涡轮组件包括:用于压缩入口空气的压缩机；用于使燃料气体与压缩的入口空气一起燃烧来形成排出气体的燃烧器；用于使排出气体膨胀来驱动负载的燃气涡轮，其中燃气涡轮包括排出气体导管；从压缩机的吹出点通到燃气涡轮之后的排出气体导管中的旁通管线。
[0013]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮组件还包括连接在燃气涡轮下游的余热回收蒸汽发生器，以及从压缩机的吹出点通到余热回收蒸汽发生器之后的排出气体导管中的旁通管线。
[0014]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮还包括排气扩散器，并且端盘转子开孔设置在燃气涡轮中，旁通管线从压缩机的吹出点经由端盘转子开孔通到排气扩散器的支柱中，以便引导到排出气体导管中。
[0015]根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮包括排出气体收纳壳，旁通管线从压缩机的吹出点经由通过排出气体收纳壳的周向给送部通到排气扩散器的支柱中，以便引导到排出气体导管中。
[0016]根据本发明的一个示例性实施例，控制阀设置在旁通管线中以调整吹出空气的流动质量。
[0017]当燃气涡轮组件以部分负载操作时，可保持空气与燃料比近似恒定，并且因此将燃烧火焰温度控制在排放保持在容许极限以下的水平处。
【附图说明】
[0018]本发明的目的、优点和其它特征将在参照附图阅读其优选实施例的以下非限制性描述时变得更显而易见，该优选实施例仅出于举例的目的给出，该附图中相似的附图标记可用于表示相似的元件，并且在该附图中:
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的燃气涡轮组件的示意图；以及图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的另一个燃气涡轮组件的示意图。
[0019]图3示出了图1和图2中所示的排出气体导管的实例的截面视图。
[0020]图4示出了沿图3中的A-A的截面视图。
[0021]部件列表 10燃气涡轮组件
102入口空气
110压缩机
120燃烧器
130燃气涡轮
140余热回收蒸汽发生器
150旁通管线
152控制阀
160排出气体导管
170排出气体导管
205轴承支柱壳体
206轴承支柱
210扩散器(排气扩散器/排出气体扩散器)
212扩散器支柱
214周向环路分配器(周向给送部)
216外扩散器壳(排出气体收纳壳)
220内扩散器壳(轴承壳)
221钝端
230主涡轮排出气流
240端盘转子开孔给送部
250给送路径
252给送路径
254给送路径
256给送路径
258给送路径
260给送路径
262给送路径。
【具体实施方式】
[0022]图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的燃气涡轮组件10的示意性实例。燃气涡轮组件10包括用于压缩入口空气102的压缩机110、用于使燃料气体(未示出)与压缩的入口空气102 —起燃烧来形成排出气体的流体地连接的燃烧器120，以及用于使排出气体膨胀来驱动负载(未示出)的流体地连接的燃气涡轮130。排出气体导管160形成在燃气涡轮130下游，以传递排出气体。在某些应用中，燃气涡轮组件10还可包括余热回收蒸汽发生器(HRSG) 140，其流体地连接在燃气涡轮130下游，用于收集从涡轮130排放的排出气体的至少一部分。在该情况下，排出气体导管160延伸穿过HRSG140。HRSG140下游的排出气体导管的部分可称为排出气体导管170。应当注意，图1中所示的燃气涡轮组件10仅为实例，为此燃气涡轮组件10可实施为具有高压涡轮和低压涡轮及其它必要的构件的连续燃烧构造。作为常规构造，燃气涡轮组件10包括未示出的吹出系统，其用于减小压缩级中的压缩空气的压力。
[0023]如上文所述，当燃气涡轮组件10相对于燃气涡轮组件10的基本负载以部分负载(如30%到50%的相对负载)操作时，一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的排放开始快速升高，并且超过了容许水平。在解决此类问题时，使用了燃气涡轮的吹出系统。如图1中所示，燃气涡轮组件10包括旁通管线150，其从压缩机110的吹出点通到燃气涡轮130之后的排出气体导管160中，用于使来自压缩机110的吹出空气的一部分旁通，并且将吹出空气的该部分引入到燃气涡轮130之后的排出气体导管160。该措施允许了保持空气与燃料比近似恒定，并且因此将燃烧火焰温度控制在排放保持低于容许极限的水平处。不同于需要冷却空气系统的架构改变的其它解决方案，本发明采用了已经存在的冷却空气分配硬件，并