专利名称：用于运行燃气透平的方法以及用于实施该方法的燃气透平的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电站技术的领域。它涉及一种按照权利要求1的前序 部分所述的用于运行(固定的)燃气透平的方法，以及涉及一种用于实 施该方法的燃气透平。
背景技术：
带有中间再热的燃气透平(中间再热式燃气透平)是公知的(例如参见US-A-5,577,378或"现有技术的燃气透平之最新简介，"ABB评论 02/1997,图15,透平类型GT26)，它将灵活的运行与非常低的废气排 放值相结合。类型GT26的燃气透平的机器构造是独特的和极佳地适合于实现是 本发明的主题的构思，因为-在压缩机的情况下就已经具有在中级压缩机压力下的压缩机空 气的相当大的分流，-顺次燃烧的构思可以实现燃烧稳定性的提高同时减少过剩氧气 值，和-存在二次空气系统，它可以实现从压缩机中分流空气，将该空气 冷却和将冷却的空气用于冷却燃烧室和透平。具有中间再热的公知燃气透平的原理示于图1中。燃气透平11,它 是联合循环发电站10的一部分，包括两个布置在一个公共的轴15上的 相互前后连接的压缩机，即低压压缩机13和高压压缩机14,以及两个 燃烧室，即高压燃烧室18和中间再热燃烧室19,和所配属的透平，即 高压透平16和4氐压透平17。轴15驱动发电机12。设备的工作方式如下空气通过空气入口 20由低压压缩机13吸入， 和先被压缩到中间压力水平(大约20bar)。然后高压压缩机14继续将 空气压缩到高压水平(大约32bar)。冷却空气不仅在中间压力水平而 且在高压水平下被分流和在所配属的OTC冷却器(OTC=Qnce Ihrough Cooler (—次通流冷却器或直流冷却器))23和24中被冷却并且通过 冷却管道25和26为了冷却被继续引导到燃烧室18， 19和透平16, 17。来自高压压缩机14的留下的空气被引向高压燃烧室18,并且在那里通 过燃烧由燃料供给管线21供入的燃料被加热。形成的废气则在随后的 高压透平16中在做功下膨胀到中级压力水平。在废气膨胀之后，在它 在随后的低压透平17中在做附加的功下进行膨胀之前，它在中间再热通过冷却管线25， 26流动的冷却空气喷入到燃烧室18, 19和透平16, 17的合适的地点，以便将材料温度限制在合理的尺度上。从低压透平17 出来的废气通过废热蒸汽发生器27 (HRSG = Jieat Recovery显team generator)发送用于产生蒸汽，该蒸汽在水-蒸汽回^各内流动通过蒸汽透 平29和在那里做出附加的功。在废气流过废热蒸汽发生器27之后，废气 最后通过废气管线28向外排出。OTC冷却器23, 24是水-蒸汽回路的一 部分;在它们的出口处产生过热的蒸汽。通过在相互独立的前后相继设置的燃烧室18和19中的两次燃烧， 实现了大的运行灵活性;燃烧室中的温度可以这样地调节，使得在存在的 极限内达到最大的效率。顺次燃烧系统的低的废气值通过固有的低的排 放值产生，该低的排放值可以在中间再热情况下实现(在一定的条件下 第二次燃烧甚至导致Nox的消耗)。在另一方面，具有在燃气透平中的单级燃烧的联合循环发电站是公 知的(例如参见US-A-4，785,622或US誦B2-6,513,317 )，其中组合有煤 汽化设备，以便提供燃气透平所需要的形式为从煤中获取的合成气的燃 料。这种联合循环发电站被称为IGCC (Integrated Qasification Combined Qycle (综合汽化联合循环))设备。本发明从这样的认识出发，即由于在IGCC设备中使用具有中间再 热的燃气透平，可以以特别的方式将这种类型的燃气透平的优点用于该 设备。发明内容本发明的任务是提出 一种用于运行尤其是与煤气化器共同工作的 燃气透平的方法，该方法的特征在于改善了效率并且尤其是具有中间冷 却的优点，以及提供 一 种用于实施该方法的燃气透平。该任务通过权利要求1和8的特征的整体解决。主要的是具有中间 再热的燃气透平被应用在以来自煤气化器的合成气工作的燃气透平设备中，它包括两个燃烧室和两个透平，其中在第一燃烧室中，合成气在 使用压缩空气下燃烧，和产生的热燃气在第一透平中膨胀，和其中在第 二燃烧室中，合成气在使用来自第一透平的燃气下燃烧，和产生的热燃 气在第二透平中膨胀和在空气分离中产生的氮被输送给燃气透平进行 再次压缩。用于将较冷的氮气加入到压缩机中，压缩机空气被冷却，和 产生一种压缩机中间冷却，其具有这种中间冷却的所有优点。除了在热 力学效率方面的优点以外，压缩机中的温度被降低，其导致所需要的冷 却空气量的减少或使得冷却空气不需要进行附加的冷却。按照本发明的方法的 一 个实施例的特征在于燃气透平包括用于将 吸入的空气压缩到第一压力级的第一压缩机和用于将空气从第一压力 级继续压缩到更高的第二压力级的第二压缩机，来自第一压缩机的空气 的 一部分被分离成氧气和氮气，和在该分离中产生的氮气被输送到第二 压缩纟几进4于压缩。氮气此时优选在被输送到第二压缩机之前先在另一个压缩机中进 行预压缩。预压缩的氮气此时可以尤其被输送到第二压缩机的入口 。 按照本发明的方法的另 一个实施例的特征在于燃气透平包括用于 将吸入的空气压缩到第 一压力级的笫 一压缩机和用于将空气从第 一压 力级继续压缩到更高的第二压力级的第二压缩机，来自第一压缩机的空 气的一部分被分离成氧气和氮气，和在该分离中产生的氮气被输送到第 一压缩一几进;f于压缩。此时氮气可以被输送到位于一个中间级上的第一压缩机。或者氮气 也可以被输送到第一压缩机的入口 。按照本发明的燃气透平的 一 个实施例的特征在于设置有两个前后 相继连接的压缩机，和氮气管道被引导返回到第二压缩机和在氮气管道 中设置另一个压缩机。氮气管道可以尤其是被引导返回到第二压缩机的入口。另一个实施例的特征在于设置两个前后相继连接的压缩机和氮气管道(32b)被引导返回到第一压缩机，并且是被引导返回到第一压缩 机的入口或者被引导返回到第一压缩机的一个中间级。空气分离设备优选在出口侧具有用于排出在分离中产生的氧气的 氧气管道，该氧气管道被引到用于通过煤的气化产生合成气的设备，其输送到燃烧室。、 ，'、 、 、 ， 、
本发明以下根据实施例并结合附图进行详细说明。附图中所示图1是现有技术中的具有中间再热的燃气透平或顺次燃烧的联合循环发电站简化示意图；图2是适合用于实现本发明的、具有中间再热的燃气透平或顺次燃 烧的IGCC设备的简化示意图；图3是按照本发明将在空气分离中获取的氮气返回到在图2所示类 型的设备中的压缩机的第 一 实施例;和图4是按照本发明将在空气分离中获取的氮气返回到在图2所示类 型的设备中的压缩机的第二实施例。
具体实施方式
在图2中的强烈简化的示意图中示出了 一种具有中间再热的燃气透 平或顺次燃烧的IGCC设备，其适合于用于实现本发明。联合循环发电 站30包括燃气透平11，它带有低压压缩机13,随后的高压压缩机14, 高压燃烧室18以及随后的高压透平16和中间再热燃烧室19以及随后 的低压透平17。压缩机13, 14和透平16， 17支撑在公共的轴15上， 通过该轴驱动发电机12。通过供给管线31,对燃烧室18和19供给作 为燃料的合成气，其通过在煤气化器34中煤的气化(煤输入33)产生。 煤气化器34之后连接有用于合成气的冷却装置35,过滤装置36和C02 分离器37,后者具有用于排放出C02的C02出口 38。为了在煤气化器34中对煤进行气化，使用了在空气分离设备32中 获取的并且通过氧气管道32a输送的氧气(02)。空气分离设备32低 压压缩机13的出口获得压缩空气。也在分离中产生的氮气(N2)例如 通过氮气管道32b输送给低压燃烧室19。为了冷却燃烧室18, 19和透平16, 17的被暴露给热燃气的部件， 压缩的冷却空气在两个压缩机13和14的出口放出，在后面连接的OTC 冷却器23或24中被冷却和然后通过相应的冷却管线25和26输送到要 冷却的部位。在低压透平17的出口处布置废热蒸汽发生器27,它与连接的蒸汽 透平29 —起是水-蒸汽回路的一部分。从废热蒸汽发生器27出来的废 气通过废气管线28排放到外部。在这种设备配置中，按照图3或4，在空气分离中产生的冷却氮气 的使用现在被重新布置。在图3的联合循环发电站40中，虽然中间再 热燃烧室19和^^压透平17与以前一样用在^^压压缩才几13的出口分流 出来的和然后在OTC冷却器23中被冷却的压缩空气冷却，但是同样的 情况也应用于高压燃烧室18和高压透平16,其区别在于在这种情况下 不再需要OTC冷却器24。按照图3,这是按照以下方式实现的:在空气分离时在空气分离器32 中产生的氮气(N2)通过氮气管道32b输送到高压压缩机14并在那里 被压缩。为了达到要求的压力水平，在氮气管道32b上连接用于压缩氮 气的附加的压缩机39。在图3中，氮气被直接地输入到高压压缩机14 的入口。但是也可以考虑将它在中间级上引入到高压压缩机14中。在图4中所示的备选配置中，从空气分离器32出来的氮气通过氮 气管道32b被输送到低压压缩机13,并且或者是通过中间级(如图4中 的实线所示)，或者是直接地输送到低压压缩机的入口 (如图4中的虚 线所示)。预压缩在这种情况下是不需要的。总之，本发明的原理可以如下地描述-在中级压力水平(大约11-20bar)上，空气在压缩机上被分流和 输送给空气分离设备。-在空气分离中产生的具有较低温度的氮气被输回到压缩机，并且是 输送到压缩机的入口，或 输送到比空气被分流时所处的中间级更低的一个中间级，或 正好输送到也是空气被分流时所处的中间级。 在所有三种情况下，冷的氮气冷却压缩机空气，因此呈现一种与中 间冷却的所有公知的优点相关联的"压缩机-中间冷却"。实现该构思的 一个前提是可以在燃气透平的两个燃烧室中使用没 有被稀释的煤燃气(没有添加N2)。由于空气分离提供较冷的氮气， 并且不需要用氮气在燃烧室中进行稀释(如在图2中所示)，氮气可以 非常有效地用于中间冷却。由此可以(参见图4)取消用于对冷却空气 进行冷却的两个OTC冷却器(23, 24 )。附图标记表10,30,40联合循环发电站11燃气透平12发电机13低压压缩机14高压压缩才几15轴(燃气透平)16高压透平17低压透平18高压燃烧室19中间再热燃烧室20空气入口21,22燃料供给管线23,24OTC冷却器25,26冷却管线27废热蒸汽发生器28废气管线29蒸汽透平(蒸汽循环)31合成气供给管线32空气分离设备32a氧气管线32b氮气管线33煤供给34煤气化器35冷却装置36过滤装置37C02分离器38co2出口39压缩机
权利要求
1.用于运行燃气透平(11)的方法，该燃气透平尤其是用在联合循环发电站(30，40)中，在该方法中空气由燃气透平(11)吸入和压缩，压缩的空气被输送到燃烧室(18，19)用于燃烧从煤中获取的合成气，和在燃烧中产生的热燃气在随后的透平(16，17)中做功而膨胀，其中压缩的空气的一部分被分离成氧气和氮气，和氧气被用于在煤气化设备(34)产生合成气和其中压缩的空气的一部分被用于冷却燃气透平(11)的承受热燃气负荷的部分，其特征在于，-使用具有中间再热的燃气透平(11)，它包括两个燃烧室(18，19)和两个透平(16，17)，其中在第一燃烧室(18)中在使用压缩空气下燃烧合成气和使产生的热燃气在第一透平(16)中膨胀，和其中在第二燃烧室中在使用来自第一透平(16)的燃气下燃烧合成气和使产生的热燃气在第二透平(17)中膨胀，和-将在空气分离中产生的氮气输送给燃气透平(11)以进行压缩。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，燃气透平(11 )包括 用于将吸入的空气压缩到第一压力级的第一压缩机(13)和用于将空气 从第一压力级继续压缩到更高的第二压力级的第二压缩机(14),来自 第一压缩机(13)的空气的一部分被分离成氧气和氮气，和在该分离中 产生的氮气被输送到第二压缩机(14)进行压缩。
3. 按照权利要求2所述的方法，其特征在于，氮气在被输送到第二 压缩机(14)之前先在另一个压缩机(39)中进行预压缩。
4. 按照权利要求3所述的方法，其特征在于，预压缩的氮气被输送 到第二压缩机(14)的入口 。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，燃气透平(11 )包括 用于将吸入的空气压缩到第一压力级的第一压缩机(13)和用于将空气 从第一压力级继续压缩到更高的第二压力级的第二压缩机(14),来自 第一压缩机(13)的空气的一部分被分离成氧气和氮气，和在该分离中 产生的氮气被输送到第一压缩机(13)进行压缩。
6. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，氮气被输送到位于一 个中间级上的笫一压缩机(13)。
7. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，氮气被输送到第一压 缩才几(13 )的入口 。
8. 用于实施按照权利要求1所述方法的燃气透平(11 ),该燃气透 平(11 )设计成具有中间再热的燃气透平和包括用于压缩吸入的空气的 压缩机(13, 14)以及两个燃烧室(18, 19)和两个透平(16, 17), 其中在第一燃烧室(18)中使用该压缩的空气来燃烧燃料和产生的热燃 气在第一透平(16)中膨胀和其中在第二燃烧室中使用来自第一透平(16)的燃气来燃烧燃料和产生的热燃气在第二透平(17)中膨胀，其 特征在于，设置有空气分离设备(32),它从入口侧连接到压缩机(13, 14)和在出口侧具有用于排出在分离中产生的氮气的氮气管道(32b), 和该氮气管道(32b)被引导返回到压缩机(13, 14)。
9. 按照权利要求8所述的燃气透平，其特征在于，设置有两个前后 相继连接的压缩机(13, 14),和氮气管道(32b);故引导返回到第二 压缩机(14)和在氮气管道(32b)中设置另一个压缩机(39)。
10. 按照权利要求9所述的燃气透平，其特征在于，氮气管道(32b) 被引导返回到第二压缩机(14)的入口。
11. 按照权利要求8所述的燃气透平，其特征在于，设置两个前后 相继连接的压缩机(13， 14)和氮气管道(32b)被引导返回到第一压 缩机(13)。
12. 按照权利要求11所述的燃气透平，其特征在于，氮气管道(32b) 被引导返回到第一压缩机(13)的入口。
13. 按照权利要求11所述的燃气透平，其特征在于，氮气管道(32b) 被引导返回到第一压缩机(13)的一个中间级。
14. 按照权利要求6至13中之一所述的燃气透平，其特征在于，空 气分离设备(32)在出口侧具有用于排出在分离中产生的氧气的氧气管 道(32a)，该氧气管道被引到用于通过气化煤产生合成气的设备(33, ...38 ),和一个合成气供给管线(31)将该产生的合成气从用于 产生合成气的该设备(33,..., 38 )输送到燃烧室(18, 19)。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行在联合循环发电站(40)中的燃气透平(11)的方法，在该方法中空气由燃气透平(11)吸入和压缩，压缩的空气被输送到燃烧室(18，19)用于燃烧从煤中获取的合成气，其中压缩的空气的一部分被分离成氧气和氮气。在该方法中这样实现改进的效率，即使用具有中间再热和两个燃烧室(18，19)和两个透平(16，17)的燃气透平(11)。在第一燃烧室(18)中在使用压缩空气下燃烧合成气和使产生的热燃气在第一透平(16)中膨胀。在第二燃烧室中在使用来自第一透平(16)的燃气下燃烧合成气和使产生的热燃气在第二透平(17)中膨胀，其中将在空气分离中产生的氮气输送给燃气透平(11)以进行压缩。
文档编号F02C3/28GK101238342SQ200680028980
公开日2008年8月6日 申请日期2006年8月7日 优先权日2005年8月10日
发明者E·本茨, M·维尔萨姆 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司