帶有可調(diào)節(jié)冷卻空氣系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪的制作方法
【專利摘要】為了在部分負(fù)載運(yùn)行模式中改善空氣冷卻燃?xì)鉁u輪的冷卻，建議在具有不同壓力水平的兩個(gè)冷卻空氣管線(5,6)之間提供連接管線(7)，該連接管線(7)從處于相對(duì)高的壓力水平的第二冷卻空氣管線(6)通向處于相對(duì)低的壓力水平的第一冷卻空氣管線(5)。在該背景下，冷卻裝置(9)和調(diào)節(jié)元件(11)布置在連接管線(7)中，冷卻裝置(9)用于冷卻從第二冷卻空氣管線(6)流入第一冷卻空氣管線(5)的輔助冷卻空氣流。除了燃?xì)鉁u輪(10)，用于運(yùn)行這種燃?xì)鉁u輪(10)的方法也是本公開(kāi)的主題。
【專利說(shuō)明】帶有可調(diào)節(jié)冷卻空氣系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及用于運(yùn)行帶有冷卻空氣管線的燃?xì)鉁u輪的方法，從壓縮器以不同的壓力水平對(duì)冷卻空氣管線進(jìn)行供給，并且本公開(kāi)還涉及帶有至少兩個(gè)冷卻空氣管線的燃?xì)鉁u輪。

【背景技術(shù)】
[0002]在要求燃?xì)鉁u輪的功率和效率的同時(shí)，一方面對(duì)高熱負(fù)載機(jī)器構(gòu)件的冷卻的要求以及另一方面對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的要求增加。因此，為了運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)燃?xì)鉁u輪的所有可能的工況確保充分的冷卻。同時(shí)，通常盡可能地限制冷卻空氣的消耗。在EP 62932中，建議利用閉合回路中的蒸汽來(lái)冷卻燃?xì)鉁u輪的構(gòu)件。這需要相當(dāng)昂貴地密封引導(dǎo)冷卻蒸汽的構(gòu)件。同時(shí)，進(jìn)行構(gòu)件的純粹對(duì)流冷卻，而無(wú)需冷卻膜的作用來(lái)降低在該情形中的熱量輸入。
[0003]利用壓縮器抽氣進(jìn)行的冷卻仍然具有許多優(yōu)點(diǎn)，其中，為了運(yùn)行過(guò)程的利益，冷卻空氣抽取量通常減到最小。因此，從冷卻工程的角度來(lái)看，冷卻空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成越來(lái)越處在邊界上，以確保在最不利的運(yùn)行點(diǎn)下的充分冷卻，但在該過(guò)程中消耗不多于絕對(duì)必需的冷卻空氣。在一方面，從冷卻方面的設(shè)計(jì)點(diǎn)看，這意味著對(duì)運(yùn)行過(guò)程的偏移的高度敏感，例如，如果由于機(jī)器中壓力比的改變而導(dǎo)致冷卻空氣的量變化的話。另一方面，熱負(fù)載構(gòu)件的過(guò)度冷卻導(dǎo)致許多其他運(yùn)行點(diǎn)，作為其結(jié)果，功率潛能和效率潛能仍未被利用。然而，在其中能夠進(jìn)行可靠的運(yùn)行的可容許運(yùn)行范圍(其中所有關(guān)鍵構(gòu)件被充分供應(yīng)具有合適溫度水平的冷卻空氣)，尤其是在其中低部分負(fù)載范圍和空載運(yùn)行或利用部分負(fù)載運(yùn)行或空載運(yùn)行的運(yùn)行概念可行的可容許運(yùn)行范圍通常受限于利用壓縮器抽氣進(jìn)行的冷卻。
[0004]因此，有時(shí)會(huì)建議，例如在EP I 028 230中，在冷卻空氣路徑中布置可變節(jié)流點(diǎn)。DE 199 07 907建議借助于成排的可變壓縮器轉(zhuǎn)子葉片來(lái)直接調(diào)節(jié)冷卻空氣的初始?jí)毫Γ摮膳诺目勺儔嚎s器轉(zhuǎn)子葉片布置成直接鄰近用于冷卻空氣的抽氣點(diǎn)。
[0005]JP 11 182263和EP I 128 039建議在燃?xì)鉁u輪的冷卻空氣路徑中布置額外的壓縮器。以這種方式，冷卻空氣的總壓增加至高于通過(guò)壓縮器可得的壓力。
[0006]此外，從DE 2008 044 436 Al中知道燃?xì)鉁u輪的另一次級(jí)空氣系統(tǒng)，其中，借助于外部壓縮器，所需冷卻空氣中的一些可額外供給至單獨(dú)的冷卻空氣通路。然而，由于增加的失敗風(fēng)險(xiǎn)，使用外部壓縮器是不利的。
[0007]還知道，在燃?xì)鉁u輪低于其設(shè)計(jì)點(diǎn)(即低于其額定負(fù)載)的運(yùn)行期間，在燃料燃燒期間，可出現(xiàn)空氣過(guò)剩。燃?xì)鉁u輪所生成的負(fù)載越低，由關(guān)聯(lián)壓縮器提供的用于燃燒的空氣的過(guò)剩就越大。這導(dǎo)致燃燒室中，與CO排放物相關(guān)的火焰的初級(jí)區(qū)域溫度能夠落到低于最小值。因此，CO排放物以更高的水平釋放，這在存在預(yù)定排放物限制值的情況下可限制處于部分負(fù)載的燃?xì)鉁u輪的可用運(yùn)行范圍。為了抵消該問(wèn)題，從DE 10 2008 044 442 Al中已知一種燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)和其中描述的運(yùn)行原則。為了將來(lái)自燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的排放物保持在預(yù)定水平以下，通常由壓縮器提供的用于燃燒的壓縮空氣借助于旁路而轉(zhuǎn)移。在該情形中，旁路在抽氣點(diǎn)的上游開(kāi)口，即進(jìn)入壓縮器或在其上游，或者還在下游開(kāi)口，即進(jìn)入渦輪。然而，該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)以及所述運(yùn)行方法不必要地進(jìn)一步降低燃?xì)鉁u輪的效率。
[0008]從US 2010/0154434 Al中還知道，在低負(fù)載運(yùn)行期間在冷卻空氣供應(yīng)系統(tǒng)中以如下方式進(jìn)行切換，即，更高壓力的冷卻抽氣切換至在全負(fù)載運(yùn)行期間被供應(yīng)低冷卻空氣壓力的冷卻空氣供應(yīng)通路。然而，已經(jīng)證明，切換過(guò)程可尤其帶來(lái)燃燒不穩(wěn)定和異常機(jī)器行為。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明基于的目的為，確保燃?xì)鉁u輪的冷卻空氣系統(tǒng)在燃?xì)鉁u輪的寬運(yùn)行范圍內(nèi)的可靠運(yùn)行，而無(wú)需回過(guò)來(lái)接受對(duì)于在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行的可觀的功率或效率的損失。尤其要確?？蛇_(dá)空載運(yùn)行的低部分負(fù)載運(yùn)行在低排氣排放的情況下無(wú)工作壽命損失。
[0010]本公開(kāi)的一個(gè)方面是，一旦冷卻系統(tǒng)在更低壓力下運(yùn)行的第一部件中的壓力比不再確保充分冷卻，則將冷卻空氣從冷卻系統(tǒng)在高壓下運(yùn)行的第二部件引導(dǎo)至冷卻系統(tǒng)的第一部件。這例如是如下情形，即，如果對(duì)于低部分負(fù)載，可變壓縮器入口導(dǎo)葉關(guān)閉，并且因此在壓縮器中的壓力的積累向后移位。為了降低在低部分負(fù)載或空載時(shí)的空氣過(guò)剩以及以便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的清潔燃燒，可變壓縮器入口導(dǎo)葉有利地在很大程度上關(guān)閉。為了允許在第一部件中使用冷卻系統(tǒng)的第二部件中的冷卻空氣，進(jìn)行從第二部件轉(zhuǎn)移的冷卻空氣的冷卻。由于成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉在很大程度上關(guān)閉，部分負(fù)載時(shí)的熱氣體溫度可保持充分高(這是實(shí)現(xiàn)帶有低⑶排放的燃燒所要求的)，所以充分低的冷卻空氣溫度尤其必要。而且，盡管壓縮器壓力比低，但是壓縮器出口溫度和壓縮器抽氣溫度保持相對(duì)高，因?yàn)樵诳勺儔嚎s器入口導(dǎo)葉關(guān)閉的情況下，壓縮器效率下降。在壓縮器部件中，相比全負(fù)載位置，這下降顯著，下降超過(guò)40°以及多達(dá)超過(guò)60°，尤其是在所建議的可變壓縮器入口導(dǎo)葉的突然關(guān)閉的情形中。極端情況下，壓縮器效率下降至低于全負(fù)載效率的三分之一，所以即使在低壓力比的情形中，壓縮器抽氣溫度保持很高。除了渦輪的熱氣體部件，燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子也利用冷卻空氣來(lái)冷卻。而且，如果處于部分負(fù)載的渦輪的熱負(fù)載較低，且因此能夠利用更熱的冷卻空氣冷卻，應(yīng)確保轉(zhuǎn)子冷卻空氣保持充分冷。
[0011]所公開(kāi)的燃?xì)鉁u輪包括壓縮器、燃燒室以及渦輪、轉(zhuǎn)子，并且還包括冷卻空氣系統(tǒng)，冷卻空氣系統(tǒng)具有從壓縮器的低的第一壓力級(jí)通向渦輪的至少一個(gè)第一冷卻空氣管線和從壓縮器的更高的第二壓力級(jí)通向渦輪的至少一個(gè)第二冷卻空氣管線。
[0012]所公開(kāi)的燃?xì)鉁u輪的特征在于如下事實(shí)，S卩，燃?xì)鉁u輪的冷卻空氣系統(tǒng)包括連接管線，其從第二冷卻空氣管線通向第一冷卻空氣管線，其中，冷卻裝置和控制元件布置在連接管線中，冷卻裝置用于冷卻從第二冷卻空氣管線流入第一冷卻空氣管線的輔助冷卻空氣流，控制元件用于控制輔助冷卻空氣流。
[0013]根據(jù)燃?xì)鉁u輪的一個(gè)實(shí)施例，急冷器布置在連接管線中，用于冷卻輔助冷卻空氣流。為了冷卻輔助冷卻空氣流，水可噴射入急冷器中并且蒸發(fā)，并且借助于蒸發(fā)熱量來(lái)引起輔助冷卻空氣流的冷卻。此外，由于所產(chǎn)生的蒸汽的原因，冷卻空氣質(zhì)量流增加，并且所消散的熱量以可以有利的作用供給到渦輪中。
[0014]根據(jù)燃?xì)鉁u輪的又一實(shí)施例，換熱器布置在連接管線中，用于冷卻輔助冷卻空氣流。在該情形中，輔助冷卻空氣流通過(guò)換熱來(lái)冷卻。該消散的熱量可例如用于燃料預(yù)熱，或水-蒸汽循環(huán)中。
[0015]根據(jù)燃?xì)鉁u輪的另一實(shí)施例，噴射器泵(也稱為噴射泵)布置在連接管線中。噴射器泵的吸入側(cè)入口連接至大氣，并且工作流體入口連接至第二冷卻空氣管線。借助于噴射器泵，可吸入外界空氣，該外界空氣在噴射器泵中與來(lái)自第二冷卻空氣管線的輔助冷卻空氣混合，并且因此冷卻該輔助冷卻空氣。由于在噴射器泵中積累的壓力，混合物可引入第一冷卻空氣管線中并且供給到渦輪中用于冷卻。
[0016]為了確保清潔空氣借助于噴射器泵供給至冷卻系統(tǒng)中，過(guò)濾空氣供給到噴射器泵。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)入噴射器泵的吸入側(cè)入口經(jīng)由燃?xì)鉁u輪的過(guò)濾部連接至大氣。過(guò)濾部通常是燃?xì)鉁u輪設(shè)施的構(gòu)件部分，以便為壓縮器提供清潔的吸入空氣。備選地，清潔空氣還可例如在電廠大廳或噪聲控制罩的合適點(diǎn)處抽取，那么其中，應(yīng)當(dāng)遵守相應(yīng)的安全規(guī)范。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，急冷器、換熱器以及噴射器泵單個(gè)地或組合地提供。例如，可為有利的是，在輔助質(zhì)量流作為工作介質(zhì)引導(dǎo)進(jìn)入噴射器泵之前，首先通過(guò)急冷來(lái)冷卻它，且因此增加質(zhì)量流。此外，取決于水的可得性，為了借助于急冷或借助于換熱來(lái)執(zhí)行冷卻，例如與換熱器組合是有利的。
[0018]根據(jù)燃?xì)鉁u輪的又一實(shí)施例，止回閥在第一冷卻空氣管線中布置在壓縮器和連接管線到所述第一冷卻空氣管線的連接處之間，該止回閥防止輔助冷卻空氣從第二冷卻空氣管線通過(guò)第一冷卻空氣管線回流到壓縮器。包括關(guān)閉元件(其通過(guò)流動(dòng)流體沿一個(gè)方向關(guān)閉，并且沿另一個(gè)方向打開(kāi))的任意類型的單向閥或瓣閥在該情形中應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是止回閥。
[0019]作為止回閥的備選項(xiàng)，或與止回閥組合，冷卻空氣控制元件可在壓縮器與連接管線至第一冷卻空氣管線的連接處布置在第一冷卻空氣管線中，借助于該冷卻空氣控制元件，第一冷卻空氣管線可在壓縮器與連接管線之間關(guān)閉。關(guān)閉命令可作為例如指示輔助冷卻流體的回流的壓差測(cè)量值的結(jié)果啟動(dòng)。適當(dāng)?shù)膲翰顪y(cè)量例如是在第一冷卻空氣管線連接到的冷卻抽氣點(diǎn)處的壓力與連接管線通向第一冷卻空氣管線所處的連接點(diǎn)處的壓力之間的差。
[0020]除了燃?xì)鉁u輪以外，用于運(yùn)行這種燃?xì)鉁u輪的方法也是本公開(kāi)的主題。燃?xì)鉁u輪包括帶有成排可變壓縮器入口導(dǎo)葉的壓縮器、燃燒室以及渦輪，并且還包括冷卻空氣系統(tǒng)，該冷卻空氣系統(tǒng)帶有:至少一個(gè)第一冷卻空氣管線，其從壓縮器的第一壓力級(jí)通向渦輪；以及至少一個(gè)第二冷卻空氣管線，其從壓縮器的更高的第二壓力級(jí)通向渦輪的壓縮器。
[0021]根據(jù)所公開(kāi)的方法的一個(gè)實(shí)施例，在燃?xì)鉁u輪的部分負(fù)載時(shí)，成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉相比全負(fù)載位置關(guān)閉，并且來(lái)自第二冷卻空氣管線的輔助冷卻空氣流經(jīng)由連接管線引導(dǎo)，該連接管線從第二冷卻空氣管線通向第一冷卻空氣管線。在該情形中，該輔助冷卻空氣流在引入第一冷卻空氣管線之前在冷卻裝置中冷卻，并且該輔助冷卻空氣流的質(zhì)量流借助于控制元件控制。
[0022]由于關(guān)閉可變壓縮器入口導(dǎo)葉，在壓縮器中壓力的積累的移位，所以來(lái)自第一壓縮器抽氣點(diǎn)(第一冷卻空氣管線連接至該點(diǎn))的壓力裕量，對(duì)于渦輪的可靠冷卻而言不再充分。由于輔助冷卻空氣流，在第一冷卻空氣管線中的壓力增加。在該情形中，來(lái)自第一壓縮器抽氣點(diǎn)的抽氣流降低。由于該降低，在壓縮器抽氣點(diǎn)處的壓力增加。然而，由于成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉在很大程度上關(guān)閉，出現(xiàn)了負(fù)的壓力裕量，所以不再能夠有來(lái)自第一壓縮器抽氣點(diǎn)處的冷卻空氣抽氣。
[0023]根據(jù)方法的一個(gè)實(shí)施例，輔助冷卻空氣流借助于噴射進(jìn)入輔助冷卻空氣流的水在急冷器中冷卻，急冷器布置在連接管線中。因此，不僅僅輔助冷卻空氣流被有利地冷卻，而且其質(zhì)量流也增加。
[0024]根據(jù)方法的又一實(shí)施例，輔助冷卻空氣流在換熱器中冷卻，換熱器布置在連接管線中。所消散的熱量可以以有利的作用使用，例如，作為工藝熱量。
[0025]根據(jù)方法的又一實(shí)施例，輔助冷卻空氣流引入噴射器泵的工作介質(zhì)入口，噴射器泵布置在連接管線中，并且外界空氣經(jīng)由噴射器泵的吸入側(cè)入口吸入。由于與引入的外界空氣混合，所得的輔助冷卻空氣流的溫度在該過(guò)程中降低。而且，外界空氣與輔助冷卻空氣流的混合物引入第一冷卻空氣管線中。除了處于降低的溫度的輔助冷卻空氣，由于添加外界空氣，對(duì)于來(lái)自第二冷卻空氣管線的處于高壓的冷卻空氣的需求降低，并且因此對(duì)燃?xì)鉁u輪的功率和效率的影響減到最小。
[0026]為了確保渦輪的可靠冷卻，根據(jù)方法的一個(gè)實(shí)施例，如果成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉關(guān)閉到比壓縮器入口導(dǎo)葉位置的第一限制值更大的程度，則用于控制輔助冷卻空氣流的控制元件打開(kāi)。由于壓縮器中積累的壓力不僅取決于可變壓縮器入口導(dǎo)葉的位置，而且還取決于其他運(yùn)行參數(shù)，諸如外界溫度、污染或壓縮器的老化，或者例如，噴射入壓縮器的水，該第一限制值例如選定為如下大小，即，其保證不管運(yùn)行條件如何，在第一冷卻空氣始終確保充足的壓力裕量。第一限制值例如在成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉與全負(fù)載點(diǎn)相比關(guān)閉30°到50°的范圍內(nèi)。
[0027]由于可變壓縮器入口導(dǎo)葉的在很大程度上關(guān)閉，取決于關(guān)閉角度、壓縮器設(shè)計(jì)以及第一壓縮器抽氣點(diǎn)的位置，在第一壓縮器抽氣點(diǎn)處，可出現(xiàn)急劇的壓降，并且在極端的情況下，甚至出現(xiàn)相對(duì)于大氣負(fù)的壓降。為了防止輔助冷卻空氣進(jìn)入壓縮器的回流，根據(jù)方法的一個(gè)實(shí)施例，如果成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉關(guān)閉到比壓縮器入口導(dǎo)葉位置的第二限制值更大的程度，則用于控制輔助冷卻空氣流的控制元件打開(kāi)。第二限制值例如在成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉與全負(fù)載點(diǎn)相比關(guān)閉多于40°到60°的范圍內(nèi)。
[0028]根據(jù)方法的另一實(shí)施例，為了防止輔助冷卻空氣進(jìn)入壓縮器的回流，測(cè)量指示回流的壓差。作為指示性壓差，例如，測(cè)量在第一冷卻空氣管線連接到的壓縮器冷卻抽氣點(diǎn)處的壓力與連接管線通向第一冷卻空氣管線所處的連接點(diǎn)處的壓力之間的差。一旦該壓差變?yōu)樨?fù)值，冷卻空氣控制元件關(guān)閉。
[0029]用于控制從第二冷卻空氣管線引導(dǎo)進(jìn)入第一冷卻空氣管線的輔助冷卻空氣流的控制閥以及在第一冷卻空氣管線中的冷卻空氣控制閥的控制也可根據(jù)燃?xì)鉁u輪的運(yùn)行條件，在近似公式或“查詢表”的幫助下進(jìn)行。這可根據(jù)例如外界溫度、壓縮器入口溫度或氣動(dòng)速度進(jìn)行。
[0030]對(duì)于許多電廠運(yùn)營(yíng)商，如果燃?xì)鉁u輪的空載排放允許，則空載運(yùn)行燃?xì)鉁u輪是有利的，以便避免啟動(dòng)-停止循環(huán)且允許快速加載。
[0031]傳統(tǒng)上，在低部分負(fù)載和空載時(shí)，熱氣體溫度急劇降低，因此，尤其是燃?xì)鉁u輪的低壓區(qū)段幾乎沒(méi)有熱負(fù)載。由于所建議的在成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉很大程度地關(guān)閉的情況下的運(yùn)行原則，熱氣體的減少可被減到最少，所以熱氣體溫度(或渦輪入口溫度)依然高，并且渦輪排氣溫度也依然高。高渦輪排氣溫度對(duì)于帶有下游鍋爐的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的運(yùn)行特別重要，從鍋爐對(duì)蒸汽渦輪進(jìn)行供給，這是因?yàn)槁?lián)合循環(huán)發(fā)電廠的蒸汽區(qū)段可因此保持運(yùn)行，并且特別地對(duì)于中止點(diǎn)(stopping point)，可在任何時(shí)間進(jìn)行加載。而且，在高排氣溫度的情況下，由于水-蒸汽循環(huán)的構(gòu)件卸載至低部分負(fù)載或空載，所以熱循環(huán)負(fù)載被降低或完全避免。
[0032]根據(jù)方法的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)將成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉與全負(fù)載渦輪排氣溫度相比關(guān)閉不多于80°，渦輪排氣溫度在部分負(fù)載以及空載時(shí)降低。特別地，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，渦輪排氣溫度可保持在全負(fù)載渦輪排氣溫度的至少80° (以。C測(cè)量)。
[0033]而且，由于降低的壓力比，渦輪的工作輸出減到最小。根據(jù)方法的一個(gè)實(shí)施例，在空載時(shí)渦輪的壓力比調(diào)節(jié)至全負(fù)載壓力比的四分之一或調(diào)節(jié)至甚至更小的壓力比。
[0034]除了所述實(shí)施例，可構(gòu)想該方法與用于降低在部分負(fù)載時(shí)的CO排放的其它已知措施的組合。尤其可構(gòu)想的是用于借助于空氣預(yù)熱器(吸入空氣預(yù)熱)和/或除冰系統(tǒng)以及還有借助于排氣再循環(huán)增加壓縮器入口溫度的措施。
[0035]本公開(kāi)可不受限制地應(yīng)用于帶有一個(gè)燃燒室的燃?xì)鉁u輪且還可應(yīng)用于帶有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪，如例如從EP0718470中已知的。其甚至尤其適于帶有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪，因?yàn)樵谶@種燃?xì)鉁u輪的情形中，第一燃燒室和第一渦輪通常通過(guò)高溫冷卻系統(tǒng)冷卻，而第二燃燒室和第二渦輪通過(guò)中壓級(jí)和低壓級(jí)的一個(gè)或多個(gè)冷卻系統(tǒng)冷卻。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例在下文中參考附圖描述，附圖僅用于解釋而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明。在附圖中:
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的帶有具有兩個(gè)壓力水平的冷卻空氣系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪的示意圖；
圖2示出帶有在該兩個(gè)冷卻空氣系統(tǒng)與冷卻裝置及控制元件之間的連接管線的燃?xì)鉁u輪的示意圖，該冷卻裝置用于輔助冷卻空氣流；
圖3示出燃?xì)鉁u輪的示意圖，該燃?xì)鉁u輪帶有用于冷卻輔助冷卻空氣流的急冷器；
圖4示出燃?xì)鉁u輪的示意圖，該燃?xì)鉁u輪帶有用于冷卻輔助冷卻空氣流的換熱器；
圖5示出帶有噴射器泵的燃?xì)鉁u輪的示意圖，該噴射器泵用于添加外界空氣以及用于冷卻輔助冷卻空氣流。
[0037]示例實(shí)施例和附圖應(yīng)理解為僅僅是說(shuō)明性的，且絕不意圖限制本公開(kāi)，本公開(kāi)的特征在權(quán)利要求書(shū)中描述。

【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1以示意圖示出了帶有具有兩個(gè)壓力水平的冷卻空氣系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪的基本元件。燃?xì)鉁u輪10包括壓縮器I，其中在其中壓縮的燃燒空氣供給到燃燒室2并且與燃料一起在那里燃燒。熱燃燒氣體然后在渦輪3中膨脹。在渦輪3中生成的有用能量然后借助于例如布置在同一軸上的發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)換成電能。
[0039]為了最佳地利用仍然包含在其中的能量，從渦輪3流出的熱排氣8通常在熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG-未示出)中用于產(chǎn)生蒸汽。其可例如在蒸汽渦輪中轉(zhuǎn)換成可用的機(jī)械功率或可用作工藝蒸汽。
[0040]所述燃?xì)鉁u輪10包括具有兩個(gè)壓力級(jí)的冷卻空氣系統(tǒng)。第一冷卻空氣管線5從壓縮器I的第一壓力級(jí)將冷卻空氣引導(dǎo)至渦輪3，其中該冷卻空氣冷卻在渦輪3的低壓區(qū)段中的熱負(fù)載構(gòu)件。第二冷卻空氣管線6從壓縮器I的更高的第二壓力級(jí)將冷卻空氣引導(dǎo)至渦輪3，該冷卻空氣冷卻渦輪3的高壓和/或中壓區(qū)段中的熱負(fù)載構(gòu)件。燃燒室利用高壓冷卻空氣(未示出)類似地冷卻。
[0041]圖2中所示的是燃?xì)鉁u輪10的示意圖，其中，連接管線7布置在第一冷卻空氣管線5和第二冷卻空氣管線6之間。在連接管線中提供用于輔助冷卻空氣流的冷卻裝置9和控制元件11。在控制元件11打開(kāi)的情況下，輔助冷卻空氣流從第二冷卻空氣管線6通過(guò)連接管線7和冷卻裝置9流入第一冷卻空氣管線5。如果，例如由于關(guān)閉成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉19，在第一冷卻空氣管線5中的冷卻空氣壓力下降至低于必需的最小壓力，則借助于輔助冷卻空氣流，可增加該冷卻空氣壓力。
[0042]由于從第一壓縮器抽氣點(diǎn)轉(zhuǎn)移的冷卻空氣僅壓縮至低壓水平(通常為壓縮器出口壓力的五分之一到三分之一)，該冷卻空氣相對(duì)于壓縮器出口溫度是冷的。在第一抽氣點(diǎn)處的溫度通常保持低于200°C，這取決于設(shè)計(jì)條件和運(yùn)行條件。第二冷卻空氣管線6的冷卻空氣處于顯著更高的壓力水平，或者甚至在壓縮器出口處進(jìn)行抽取。相應(yīng)地，該冷卻空氣比第一壓縮器抽氣點(diǎn)的冷卻空氣顯著更熱。其通常高于250°C且可超過(guò)500°C。由于第二冷卻空氣管線6的冷卻空氣更熱，在其供給至第一冷卻空氣管線5之前，其必須在冷卻裝置9中冷卻，以便確保通過(guò)該輔助冷卻空氣流或通過(guò)第一壓縮器抽氣點(diǎn)的冷卻空氣和輔助冷卻空氣的混合物冷卻的部件實(shí)現(xiàn)其使用壽命。
[0043]只有通過(guò)冷卻和輔助冷卻空氣的受控供給的組合，才可在成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉19在很大程度上關(guān)閉(與全負(fù)載位置相比，成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉關(guān)閉多于30°，通常甚至多于40° )的情況下，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的部分負(fù)載運(yùn)行，而沒(méi)有使用壽命損失。對(duì)于所謂的低部分負(fù)載運(yùn)行概念，這尤其必要。需要這些運(yùn)行概念，以便在電網(wǎng)需要低功率的情況下，能夠以非常低的負(fù)載運(yùn)行燃?xì)鉁u輪，而無(wú)需關(guān)閉。少于全負(fù)載的40%的負(fù)載通常稱為低部分負(fù)載。取決于電網(wǎng)要求，將負(fù)載減少到全負(fù)載的30%或甚至10%以下是有利的。
[0044]為了控制經(jīng)由第一冷卻空氣管線5的冷卻空氣供應(yīng)，冷卻空氣控制元件12在第一壓縮器抽氣點(diǎn)與連接管線7之間布置在冷卻空氣管線5中。如果在低部分負(fù)載時(shí)，借助于輔助冷卻空氣完全實(shí)現(xiàn)低壓冷卻，則借助于冷卻空氣控制元件12，冷卻空氣質(zhì)量流可被控制或甚至完全停止。而且，在冷卻空氣管線5中，在第一壓縮器抽氣點(diǎn)與連接管線7之間，提供止回閥16，其在可變壓縮器入口導(dǎo)葉在很大程度上關(guān)閉期間，防止輔助冷卻空氣到壓縮器的回流。該回流可導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪10的功率和效率的損失，并且可導(dǎo)致壓縮器I的不利加熱。
[0045]在第二冷卻空氣管線6中，還可構(gòu)想冷卻空氣控制閥，其中，取決于運(yùn)行狀態(tài)，該控制閥可僅用作限流器，而不是用作閉合閥(未示出)。
[0046]圖3中所示的燃?xì)鉁u輪10的示意圖，該燃?xì)鉁u輪10帶有用于冷卻輔助冷卻空氣流的急冷器13。在急冷器13中，水經(jīng)由水噴射器14噴射入輔助冷卻空氣中，在急冷器13中蒸發(fā)，并且在該過(guò)程中冷卻輔助冷卻空氣。由在急冷期間所產(chǎn)生的蒸汽而增加的該輔助冷卻空氣流進(jìn)一步被引導(dǎo)通過(guò)連接管線7，進(jìn)入第一冷卻空氣管線5且用于冷卻渦輪3的低壓區(qū)段。
[0047]圖4示意性地示出了燃?xì)鉁u輪10的視圖，該燃?xì)鉁u輪10帶有用于冷卻輔助冷卻空氣流的換熱器20。該輔助冷卻空氣流通過(guò)換熱器冷卻至如下溫度，即處于該溫度時(shí)，在低壓冷卻系統(tǒng)中的輔助冷卻空氣流確保渦輪3的低壓區(qū)段的使用壽命。例如，該熱量借助于空氣對(duì)空氣換熱或借助于空氣對(duì)水換熱而消散。
[0048]圖5示意性地示出燃?xì)鉁u輪的視圖，在該燃?xì)鉁u輪中，噴射器泵15布置在連接管線7中。經(jīng)由控制元件11，來(lái)自第二冷卻空氣管線6的輔助冷卻空氣可供給至噴射器泵15的工作介質(zhì)入口 23。工作介質(zhì)以高速通過(guò)噴嘴排出，噴嘴例如布置在噴射器泵15的收斂-擴(kuò)散流截面的最窄截面中。噴射器泵15的吸入側(cè)入口經(jīng)由燃?xì)鉁u輪10的過(guò)濾部18連接至大氣。在噴射器泵15中，發(fā)生所引入的外界空氣17’的總壓增加，因此，該外界空氣連同從第二冷卻空氣管線轉(zhuǎn)移的輔助冷卻空氣可引入第一冷卻空氣管線中。通過(guò)與外界空氣17’混合，以及通過(guò)選擇外界空氣與輔助冷卻空氣的相應(yīng)質(zhì)量比，使混合物的溫度適于低壓冷卻空氣系統(tǒng)的要求。
[0049]而且，本發(fā)明還例如根據(jù)在待冷卻的構(gòu)件區(qū)域中的熱氣體溫度使得冷卻空氣的量降低至最小值，該值是運(yùn)行可靠性所要求的，并且在高燃?xì)鉁u輪負(fù)載時(shí)相應(yīng)地增加。
[0050]自然，燃?xì)鉁u輪還可配備有三個(gè)或更多個(gè)壓力級(jí)。
[0051]根據(jù)在先實(shí)施例，其特征在權(quán)利要求書(shū)中描述的本發(fā)明的大量可能的實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員開(kāi)放。
[0052]標(biāo)號(hào)列表:
I壓縮器
2燃燒室 3渦輪 4發(fā)電機(jī)
5第一冷卻空氣管線 6第二冷卻空氣管線 7連接管線 8排氣 9冷卻裝置 10燃?xì)鉁u輪 11控制元件 12冷卻空氣控制元件 13急冷器 14水噴射器 15噴射器泵 16止回閥 17,17'外界空氣 18過(guò)濾部(house)
19成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉 20換熱器
21在第一壓縮器冷卻空氣抽氣點(diǎn)處的壓力測(cè)量22在連接點(diǎn)處的壓力測(cè)量23工作介質(zhì)入口。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪(10)，包括:壓縮器(I)、燃燒室(2)、渦輪(3)以及冷卻空氣系統(tǒng)，所述冷卻空氣系統(tǒng)包括:至少一個(gè)第一冷卻空氣管線(5)，其從所述壓縮器(I)的第一壓力級(jí)通向所述渦輪(3);以及，至少一個(gè)第二冷卻空氣管線(6)，其從所述壓縮器(I)的更高的第二壓力級(jí)通向所述渦輪(3)， 其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪(10)的冷卻空氣系統(tǒng)包括連接管線(7)，其從所述第二冷卻空氣管線(6)通向所述第一冷卻空氣管線(5)，其中，冷卻裝置(9)和控制元件(11)布置在所述連接管線(7)中，所述冷卻裝置(9)用于冷卻從所述第二冷卻空氣管線(6)流入所述第一冷卻空氣管線(5)的輔助冷卻空氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，急冷器(13)布置在所述冷卻裝置(9)連接管線(7)中，作為用于冷卻所述輔助冷卻空氣流的冷卻裝置(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，換熱器(20)布置在所述連接管線(7)冷卻裝置(9)中，用于冷卻所述輔助冷卻空氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，噴射器泵(15)布置在所述連接管線(7)中作為冷卻裝置(9)，所述噴射器泵(15)的吸入側(cè)入口連接到大氣中，并且其工作介質(zhì)入口(23)連接至所述第二冷卻空氣管線(6)，從而外界空氣(17’)可被吸入，并且外界空氣(17)和來(lái)自所述第二冷卻空氣管線(6)的輔助冷卻空氣的混合物可經(jīng)由所述噴射器泵(15)的出口引導(dǎo)通過(guò)所述連接管線(7)，并且進(jìn)一步進(jìn)入所述第一冷卻空氣管線(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，進(jìn)入所述噴射器泵(15)的吸入側(cè)入口經(jīng)由所述燃?xì)鉁u輪(10)的過(guò)濾部(18)連接至大氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，止回閥(16)在所述第一冷卻空氣管線(5)中布置在所述壓縮器(I)與所述連接管線(7)和所述第一冷卻空氣管線(5)的連接處之間，從而防止輔助冷卻空氣從所述第二冷卻空氣管線(6)回流到所述壓縮器(I)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪(10)，其特征在于，冷卻空氣控制元件(12)在所述第一冷卻空氣管線(5)中布置在所述壓縮器(I)與所述連接管線(7)和所述第一冷卻空氣管線(5)的連接處之間，借助于所述冷卻空氣控制元件(12)，所述第一冷卻空氣管線(5)可在所述壓縮器(I)與所述連接管線(7)之間關(guān)閉。
8.一種用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，所述燃?xì)鉁u輪包括:帶有成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉(19)的壓縮器(I)、燃燒室(2)和渦輪(3)，其中，所述燃?xì)鉁u輪包括冷卻空氣系統(tǒng)，所述冷卻空氣系統(tǒng)帶有:至少一個(gè)第一冷卻空氣管線(5)，其從所述壓縮器(I)的第一壓力級(jí)通向所述渦輪(3);以及，至少一個(gè)第二冷卻空氣管線(6)，其從所述壓縮器(I)的更高的第二壓力級(jí)通向所述渦輪(3)， 其特征在于，在所述燃?xì)鉁u輪(10)的部分負(fù)載時(shí)，成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉(19)相比全負(fù)載位置被關(guān)閉，以及，來(lái)自所述第二冷卻空氣管線(6)的輔助冷卻空氣流經(jīng)由連接管線(7)引導(dǎo)，所述連接管線(7)從所述第二冷卻空氣管線(6)通向所述第一冷卻空氣管線(5)，其中，該輔助冷卻空氣流在引入所述第一冷卻空氣管線(5)之前在冷卻裝置(9)中冷卻，并且該輔助冷卻空氣流的質(zhì)量流借助于控制元件(11)控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，所述輔助冷卻空氣流在急冷器(13)中借助于水噴射冷卻，所述急冷器(13)布置在所述連接管線(7)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，所述輔助冷卻空氣流在換熱器(20)中冷卻，所述換熱器(20)布置在所述連接管線(7)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，所述輔助冷卻空氣流引入噴射器泵(15)的工作介質(zhì)入口(23)中，所述噴射器泵(15)布置在所述連接管線(7)中，外界空氣(17，17’)經(jīng)由所述噴射器泵(15)的吸入側(cè)入口吸入，并且通過(guò)與所述外界空氣(17)混合，所述輔助冷卻空氣流的溫度被降低，并且外界空氣與輔助冷卻空氣流的混合物引入所述第一冷卻空氣管線(5)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，如果所述成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉(19)關(guān)閉到比所述可變壓縮器入口導(dǎo)葉位置的第一限制值更大的程度，則用于控制所述輔助冷卻空氣流的控制元件(11)打開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，如果所述成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉(19)關(guān)閉到比所述可變壓縮器入口導(dǎo)葉位置的第二限制值更大的程度，則在所述第一冷卻空氣管線(5)中布置在所述壓縮器(I)和所述連接管線(7)的連接處之間的冷卻空氣控制元件(12)關(guān)閉。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中的任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，測(cè)量在所述第一冷卻空氣管線(5)所連接到的壓縮器冷卻空氣抽氣點(diǎn)(21)處的壓力與所述連接管線(7)通入所述第一冷卻空氣管線(5)所處的連接點(diǎn)(22)處的壓力之間的壓差，并且一旦該壓差變?yōu)樨?fù)值，所述冷卻空氣控制元件(12)關(guān)閉。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14中的任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪(10)的方法，其特征在于，在低于全負(fù)載功率的10%的低部分負(fù)載時(shí)以及在空載時(shí),通過(guò)關(guān)閉所述成排的可變壓縮器入口導(dǎo)葉(19)，所述渦輪排氣溫度保持為全負(fù)載渦輪排氣溫度的至少80%。
【文檔編號(hào)】F02C7/18GK104204467SQ201380018273
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】K.弗拉尼特扎, P.馬克斯, U.R.斯泰格, A.布里格亨蒂 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司