专利名称：向燃烧器供风的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气轮机装置，它包括一台压缩机、一台燃气轮机和一个微正压燃烧器，例如一个增压流化床燃烧联合循环(PFBCC)设备或集中气化联合循环(IGCC)设备。
背景技术：
在燃气轮机装置中，在燃烧器内进行微正压燃烧并产生驱动燃气轮机的燃烧废气。而燃气轮机又驱动一个用于产生给燃烧器加压的压缩空气的压缩机。压缩空气在燃烧过程中同时用作助燃空气。燃气轮机可分成高压和低压燃气轮机。由于燃气轮机的这种区分，在独立的第一轴上的低压燃气轮机可驱动一个低压压缩机，用以压缩第一级内的空气。高压燃气轮机通过第二独立轴驱动高压压缩机，使空气在第二级内压缩，然后再将空气送到燃烧器。在低压压缩机和高压压缩机之间可设置一个冷却器，以便在第一级压缩后用它来冷却空气。
提供给燃烧器的燃料为气体、液体或固体燃料，如天然气、石油或煤，这要取决于设备的种类。PFBC动力设备是一种按照上述配置的包括燃气轮循环的设备的实例，其中固体燃料(通常是煤粉)在燃烧器内的流化床中燃烧。
在燃气轮机设备中用于产生有用能的发电机通常通过一个齿轮连接在高压燃气轮机上。当起动该设备时，可利用作为电动机的发电机使压缩机加速运转并从而给燃烧器加压。
在选定设备尺寸时，一般在选择压缩机的尺寸时，应使设备应用场所的压缩机在已知的较低外界气温下能提供最佳空气流量。另一方面，当设备应用场所处于高温时，空气的密度较低，这样使通过压缩机的空气的质量流量减小，因而降低了设备的功率。其它设备场所可设在空气密度不同的高于海平面的不同高度上，在这些场所需选择不同的设备尺寸。
在选定压缩机的容量时尺寸上出现任何较小错误都不能在以后用简单的措施来进行弥补。
当普通压缩机经长年使用后其工作能力降低时，这就意味着原先计算的流量不再符合实际情况，这是无法弥补的。
当外界气温增高时，一种传统的提高空气密度的方法是用水或用制冷机冷却空气。用水来冷却只在空气湿度低时方是可行的。用制冷机冷却则费用较高。在空气密度低的情况下，由于设备是设置在海平面以上较高的高度上，所以上述两种解决方案都不是行之有效的。
在SE500150中描述了通过借助于一台辅助压缩机向燃气轮机设备的燃烧器提供补充的空气来解决上述问题的方法和装置。该解决方案包括在辅助压缩机内压缩空气并使全部或部分压缩空气流过原有的压缩机而将其送到燃烧器，该原有的压缩机将空气输送到燃烧器是为了给燃烧器加压并维持燃烧器内的燃烧。
SE500150的解决方案存在设备安装复杂和费用昂贵的问题。在不使空气动力特性受干扰的情况下很难使补充的空气混入到设备的主气流中。此外，为了达到一定的空气流量，需确定燃气轮机的尺寸。在不提高通过压缩机的空气流量的情况下，通过提高流过燃气轮机的空气流量可影响设备内的轴向力。
发明概述本发明涉及一种向燃气轮机设备的燃烧器内送风的方法和装置。本发明能使燃气轮机设备内的压缩机不断接收预定密度的气流，该密度与设备所处的海拔高度无关，而且不受环境气温的影响。
向压缩机输送具有预定密度的空气是通过设置一个加压装置，例如一个位于压缩机上游的传统风机来实现的。在该风机中将空气压缩到必要的密度值，以便能将具有预定密度的空气输送到压缩机的低压侧。在燃气轮机设备的压缩机前设置一个加压装置，使空气密度保持在预定值，这样可使燃气轮机的初始空气动力特性不受干扰。
通过将具有预定密度的空气分配给压缩机，不但可使所需空气进入燃烧器的燃烧过程中，而且可提高压缩机与其它部件相配合的可能性，空气流量由这些部件来决定。
本发明提供一种补偿设备因在较高环境温度的条件下流到燃烧器的气流流量的下降而功率降低的可能性。这样所带来的附加优点在于例如在原有的压缩机的尺寸选择不当或由于原有的压缩机变陈旧和变污而使气流流量降低的情况下，可对压缩机的气流量进行重新调整。
本发明另一个优点在于设备的其它特性不受压缩机上游的加压装置安装的干扰。另外，该解决方案简单且费用低。
附图简述下面将参照附图更详细地解释本发明。
图1是燃气轮机设备的示意图，其中空气通过加压装置送到压缩机的低压侧，以便再输送到燃烧器。虚线表示可设置于压缩机和燃烧器之间的气化器；图2表示燃气轮机设备的一个实施例，其中空气通过加压装置送到压缩机的低压侧，以便再输送到燃烧器，燃气轮机设备与一个蒸汽循环和一个阀装置联合；图3表示燃气轮机设备的一个实施例，其中燃气轮机和压缩机都分成高压和低压单元，空气通过加压装置送到低压压缩机的低压侧，以便再输送到燃烧器，虚线表示该燃气轮机可与一个蒸汽循环和一个阀装置联合。
优选实施例的描述在示意性地表示出燃气轮机的图1中，BK代表燃烧器，在燃烧器内燃料在高压下燃烧。这种高压是利用压缩机C压缩空气，再使压缩空气经空气管道8″流入燃烧器BK来实现的。将燃烧器BK内产生的燃气经管道9送入燃气轮机GT，以利用燃气中的能量，在燃气轮机上耗尽能量的废气通过废气管道10排出，燃气轮机GT与压缩机C安装在同一根轴A1上，因而可驱动压缩机运转。在压缩机C和燃气轮机GT的共用轴A1上，还设置了发电机G，以用于将燃气轮机设备中产生的能量转化成电能。
空气经管道8′、加压装置F(如风机)和管道8被吸入压缩机。加压装置F可将流过它的空气密度提高到预定值。加压装置F由驱动装置M驱动，该驱动装置可以是电动、液压、狄塞尔或爆燃式等可控电机装置，也可以是汽轮机形式的装置。驱动装置M适合于通过一根轴A3驱动加压装置F。
根据管道8′内的密度值来驱动上述驱动装置M。测量部件13适合于测量管道8′内的密度，控制部件14适合于根据该测量结果控制驱动装置M。在外界空气温度高于设备的设计温度或如果由于其它原因(例如由于设备的陈旧)需要调整空气密度的情况下启动该驱动装置M。
加压装置F可通过设置可旋转的并用于控制通过它的空气流量的导向叶片(包括在该加压装置内)来对其进行控制。另外，可根据测量部件13的测量结果，通过改变其速度来控制加压装置F。
在图1的虚线内所示的另一实施例中，燃气轮机设备与气化器GF相联合。气化器GF设置在压缩机和燃烧器之间，这就是用字符表示的所谓的IGCC设备。IGCC设备以这样的方式运行将来自压缩机C的部分压缩空气送到气化器GF，以用于燃料(如煤)的气化，燃料通过管道6输送到气化器GF。然后将气化的燃料从气化器GF经管道7送到燃烧器BK。但是，在压缩机C内压缩的空气的主要部分通过管道8″被输送到燃烧器BK。
图2表示出本发明的另一个实施例，其中燃气轮机设备与一个蒸汽循环和一个阀装置联合形成所谓PFBC设备。用给水来代表蒸汽回路，水在泵15的作用下从冷凝箱16经管道17循环到燃烧器BK内的管束18，用于产生并过热蒸汽。将蒸汽通过管道20送到汽轮机19。冷凝水和膨胀蒸汽通过管道21回到冷凝器16。图2还表示出一个截流-旁通阀V。将空气经空气管道8′导入压缩机C。将在燃烧器BK内产生的燃气经管道9、截流-旁通阀V送到燃气轮机GT，以利用燃气中的能量，然后将在燃气轮机上耗尽能量的废气通过废气管道10排出。燃气轮机GT与压缩机C安装在同一根轴A1上，因而可驱动压缩机运转。燃气轮机GT还借助于轴A1驱动发电机G，以将燃气轮机设备中有用的能量转化成电能。截流-旁通阀V除了具有用于将压缩空气引到燃烧器BK的截止阀和用于向燃气轮机GT提供燃气的截止阀之外，还包括一个具有使压缩机C和燃气轮机GT短路的带截止阀的旁通管路。
与参照图1所描述的方法相同，空气经管道8′和加压装置F被吸入压缩机C。此外，利用一个可控驱动装置M并按与上述相同的方法对加压装置F进行控制。
图3表示本发明的另一个实施例，其中将燃气轮机GT和压缩机C都分成几级。另一方面，这种设计的连接方式与图1大体相同。在图3的实施例中，来自燃烧器BK的燃气驱动高压燃气轮机HPT，该高压燃气轮机与高压压缩机HPC一起安装在第一轴A1上。在高压燃气轮机HPT中膨胀后的燃气流到低压燃气轮机LPT，然后废气从低压燃气轮机经废气管道10排出该设备。低压燃气轮机LPT和低压压缩机LPC安装在同一根轴，即第二轴A2上。空气通过空气管道8供给该低压压缩机，经低压压缩机LPC压缩的空气被引到高压压缩机HPC，在这里进一步对空气进行压缩，然后可将空气经截流-旁通阀V输送到燃烧器BK，该截流-旁通阀V用虚线表示并与图2中的截流-旁通阀V具有相同的功能。在低压压缩机LPC中压缩后的空气可在中间冷却器IC中冷却，然后再输送到高压压缩机HPC。第一轴A1可通过一个齿轮12驱动发电机G发电。
在该实施例中，空气经管道8、加压装置F，再经管道8被吸入低压压缩机LPC。根据管道8′内空气的密度通过轴A3驱动加压装置F。部件13适合于测量管道8′内的空气密度，控制部件14适合于根据这一测量结果控制驱动装置M，以便驱动加压装置F运转。
另外，加压装置F可根据管道8内的空气密度由轴A3驱动。部件13′适合于测量管道8内的空气密度，控制部件14′适合于根据这一侧量结果控制驱动装置M，以便驱动加压装置F运转。
另外，图3中的虚线表示一个与燃气轮机设备结合的蒸汽循环。该蒸汽循环以图2中相同的标号表示。该燃气轮机设备主要与这种蒸汽循环相结合使用，该蒸汽循环可采用截流-旁通阀V。
因此，本发明可应用于单轴和多轴燃气轮机设备，并可应用于联合循环。
权利要求
1一种向燃气轮机设备中的微正压燃烧器(BK)送风以使该燃烧器(BK)增压的方法，它包括利用燃气轮机(GT)驱动压缩机(C)，该燃气轮机由燃料在燃烧器(BK)内燃烧过程中形成的气体驱动，其中空气是通过一个加压装置(F)输送给压缩机(C)的低压侧的，其特征在于加压装置(F)与燃气轮机设备分开设置并由驱动装置(M)驱动，并且根据位于加压装置(F)与压缩机(C)之间的供气管(8′)内的空气密度来控制该驱动装置(M)，将在加压装置(F)内压缩到预定密度的空气输送到压缩机(C)。
2.一种向燃气轮机设备中的微正压燃烧器(BK)送风以使该燃烧器(BK)增压的方法，它包括利用燃气轮机(GT)驱动压缩机(C)，该燃气轮机由燃料在燃烧器(BK)内燃烧过程中形成的气体驱动，其中压缩机(C)分成高压压缩机(HPC)和低压压缩机(LPC)，燃气轮机(GT)分成高压燃气轮机(HPT)和低压燃气轮机(LPT)，其特征在于将空气经一个加压装置(F)输送到低压压缩机(LPC)的低压侧，空气在该加压装置内压缩到预定密度后再输送到低压压缩机(LPC)。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于加压装置(F)由驱动装置(M)驱动，并根据位于加压装置(F)与高压压缩机(HPC)之间的供气管(8′)内的空气密度来控制该驱动装置(M)。
4.按照权利要求2的方法，其特征在于加压装置(F)由驱动装置(M)驱动，并根据位于加压装置(F)与低压压缩机(LPC)之间的供气管(8″)内的空气密度来控制该驱动装置(M)。
5.一种向燃气轮机设备中的微正压燃烧器(BK)送风以使该燃烧器(BK)增压的装置，它包括一个由燃气轮机(GT)驱动的压缩机(C)，该燃气轮机(GT)由燃料在具有一个加压装置(F)的燃烧器(BK)内的燃烧过程中形成的气体来驱动，其特征在于加压装置(F)作为一个单元与燃气轮机设备分开地设置在压缩机(C)的上游，驱动装置(M)通过轴(A3)与加压装置(F)相连，驱动装置(M)适合于根据设置在加压装置(F)与压缩机(C)之间的供气管(8′)内的空气密度驱动加压装置(F)，以便将具有预定密度的空气输送到压缩机(C)的低压侧。
6.按照权利要求5的装置，其特征在于驱动装置(M)通过轴(A3)与加压装置(F)相连，驱动装置(M)适合于根据设置在加压装置(F)与压缩机(C)之间的供风管(8′)内的空气密度驱动加压装置(F)。
7.一种向燃气轮机设备中的微正压燃烧器(BK)送风以使该燃烧器(BK)增压的装置，它包括一个由燃气轮机(GT)驱动的压缩机(C)，该燃气轮机(GT)由燃料在燃烧器(BK)内的燃烧过程中形成的气体来驱动，其中压缩机(C)分成高压压缩机(HPC)和低压压缩机(LPC)，燃气轮机(GT)分成高压燃气轮机(HPT)和低压燃气轮机(LPT)，其特征在于该装置包括一个设置在低压压缩机(LPC)上游、用于向低压压缩机(LPC)的低压侧提供预定密度的空气的加压装置(F)。
8.按照权利要求7的装置，其特征在于它包括一个通过轴(A3)与加压装置(F)相连的驱动装置(M)，并且驱动装置(M)适合于根据设置在加压装置(F)与高压压缩机(HPC)之间的供气管(8′)内的空气密度驱动加压装置(F)。
9.按照权利要求7的装置，其特征在于它包括一个通过轴(A3)与加压装置(F)相连的驱动装置(M)，并且驱动装置(M)适合于根据设置在加压装置(F)与低压压缩机(LPC)之间的供气管(8)内的空气密度驱动加压装置(F)。
10.按照权利要求5，8或9的装置，其特征在于它包括一个适合于测量供气管(8′，8″)内的空气密度的测量部件(13，13′)和一个适合于根据测量结果驱动驱动装置(M)的控制部件(14，14′)。
11.按照权利要求5，8，9或10的装置，其特征在于驱动装置(M)是一个电动机。
全文摘要
一种向燃气轮机设备中的微正压燃烧器(BK)送风以使该燃烧器(BK)增压的方法,它包括利用燃气轮机(GT)驱动压缩机(C),该燃气轮机由燃料在燃烧器(BK)内燃烧过程中形成的气体驱动。本发明的特征在于通过一个加压装置(F)向压缩机(C)的低压侧输送空气,空气在该加压装置内压缩到预定密度后再送到压缩机(C)。
文档编号F02C9/00GK1181123SQ9619163
公开日1998年5月6日 申请日期1996年11月14日 优先权日1995年11月28日
发明者J·安德逊 申请人:Abb·碳有限公司