專利名稱：提高氣體壓力的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用增壓器提高氣體壓力、尤其是發(fā)電站內(nèi)壓氣機(jī)所供空氣壓力的方法和設(shè)備。在此，氣體如所提及的那樣尤其涉及壓氣機(jī)供給的空氣，它由壓氣機(jī)制備成有大的質(zhì)量流量和高的溫度。
在具有一個(gè)用于在壓力下轉(zhuǎn)化煤的系統(tǒng)的發(fā)電站中，壓縮空氣從壓縮機(jī)或壓氣機(jī)的出口抽取，在氣化和/或燃燒過程后作為高溫?zé)煔庖肴細(xì)廨啓C(jī)的膨脹部分中。由于煤的轉(zhuǎn)化過程，在壓縮空氣從壓氣機(jī)出口到燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口的路徑中產(chǎn)生一定的壓力損失。為了保持離壓氣機(jī)喘振極限有必要的距離，這種在從壓氣機(jī)出口到渦輪機(jī)進(jìn)口的路徑中產(chǎn)生的壓力損失不允許超過臨界極限值(喘振極限曲線，工作極限曲線)。目前在這種發(fā)電站中可能存在很大的壓力損失，因?yàn)樵诳諝獾穆窂街幸曔B接方式可能要設(shè)置某些結(jié)構(gòu)部件，例如用于壓力漩渦層燃燒的裝置、煤氣化器、氣體凈化裝置和/或補(bǔ)燃器。例如在一種用第二代壓力漩渦層燃燒裝置工作的發(fā)電站中，這種壓力損失的數(shù)量級是2bar。如此高的壓力損失若不采取其他措施將不可能使用功率級為“大功率燃?xì)廨啓C(jī)(Heavy Duty Gas Turbine)”的燃?xì)廨啓C(jī)。
現(xiàn)在人們可能打算通過安裝鼓風(fēng)機(jī)或增壓器來克服這種高的壓力損失。這種增壓器必須針對所需空氣的全部質(zhì)量流量來設(shè)計(jì)。但這樣一種現(xiàn)今能提供的增壓器，由于材料的原因，其工作溫度也許只允許低于由壓氣機(jī)供給的空氣的溫度。因此在這種采用增壓器的增壓方案中，可能還有必要添加一個(gè)比較大的昂貴的空氣冷卻器，它必須連接在增壓器的上游。增壓器本身則由于一些非常規(guī)要求(例如要求勝任很大的質(zhì)量流量、產(chǎn)生較小的約為1.5bar的壓差以及承受高溫等)同樣是昂貴的。
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種前言所述類型用于提高氣體壓力的方法和裝置，其中同樣使用增壓器或鼓風(fēng)機(jī)，但是借助它們可在比較經(jīng)濟(jì)的情況下實(shí)現(xiàn)所期望的壓力增高。
在方法方面，本發(fā)明的技術(shù)問題是這樣來解決的，即，將氣體的質(zhì)量流量分成較小的分流和較大的分流；較小的分流通過增壓器供入引射器并在那里與供入引射器吸筒的較大的分流會合；以及，會合后的氣體質(zhì)量流量在引射器出口引出(abgegriffen)。
為了在這里防止增壓器溫度過高，按一項(xiàng)進(jìn)一步的改造設(shè)計(jì)，較小的分流在供入增壓器之前冷卻。
此較小的分流可占所供氣體質(zhì)量流量的約20至40％。在發(fā)電站的領(lǐng)域，質(zhì)量流量狀況取決于部件設(shè)計(jì)。
比較有利的是在增壓器出口排出的較小分流在壓力波動方面已被平滑化。
對于前言提及的在具有用于第二代壓力漩渦層燃燒裝置的發(fā)電站中使用此方法而言，特別有利的是，氣流質(zhì)量流量在分配前與會合后的壓力差如此之高，使得在壓氣機(jī)出口與燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口之間產(chǎn)生的壓力損失不僅減少，而且實(shí)際上完全得到補(bǔ)償。
為解決本發(fā)明技術(shù)問題所提供的用于提高氣體壓力的裝置，其特點(diǎn)在于有一個(gè)分流器，氣體的質(zhì)量流量通過它可分成較小的分流和較大的分流；有一個(gè)引射器，較小的分流可通過增壓器供入引射器；以及有一根旁通管，較大的分流可通過它供入引射器吸筒。
若所供的氣流具有過高的溫度使增壓器有受熱的危險(xiǎn)，則按一項(xiàng)進(jìn)一步的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，較小的分流經(jīng)空氣冷卻器供入增壓器。
按另一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)，增壓器通過管道與引射器連接，在此管道上連接一緩沖罐用于使壓力波動平滑化。
在發(fā)電站中，引射器的出口可與不同的部件連接，這些部件為其工作所需需要增壓氣體、尤其是增壓空氣。
在本發(fā)明的從屬權(quán)利要求中提供了另一些有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。
下面借助附圖
進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖中示出一個(gè)具有燃?xì)廨啓C(jī)4的發(fā)電站2，在燃?xì)廨啓C(jī)的軸6上安裝一壓氣機(jī)8和發(fā)電機(jī)10。發(fā)電機(jī)10將電能供入電網(wǎng)12中。吸入空氣1經(jīng)一(未示出的)過濾器供入壓氣機(jī)8中。被壓氣機(jī)8壓縮的進(jìn)氣1一方面作為冷卻空氣P供入燃?xì)廨啓C(jī)4，另一方面作為質(zhì)量流量m供入發(fā)電站2的另一些部件。質(zhì)量流量m經(jīng)三通閥14進(jìn)入一個(gè)增壓裝置16。在必要時(shí)，質(zhì)量流量m從三通閥14往應(yīng)急旁路18直接輸入燃?xì)廨啓C(jī)4中。
所述裝置16具有一分流器20，氣體的質(zhì)量流量m借助它再分成較小的分流t1和較大的分流t2。這兩個(gè)分流t1、t2的質(zhì)量流量比取決于其他一些部件的設(shè)計(jì)，在這里它例如為20％比80％。較小的分流t1通過一個(gè)連接在水汽循環(huán)(未表示)中的空氣冷卻器22供入增壓器24，后者由電動機(jī)26驅(qū)動。增壓器24通過管道28與引射器30連接。為了使壓力波動平滑化，在管道28上連接一緩沖罐32。較大的分流t2經(jīng)旁通管34供入引射器30的吸筒。因此這兩個(gè)分流t1、t2在引射器30內(nèi)重新會合，已會合的空氣質(zhì)量流量m′可在其出口處引出。質(zhì)量流量m和m′的壓力差相應(yīng)于在后面的部件內(nèi)產(chǎn)生的壓力損失約為2bar。
引射器30的出口經(jīng)出口管道34與壓力漩渦層燃燒裝置36連接。在此出口管道34上設(shè)有兩處用A和B表示的空氣抽取點(diǎn)，由此將空氣引往發(fā)電站2的其他部件。
裝置36不僅供入壓縮空氣，而且還供入煤K和吸收劑S，例如石灰石(CaCO3)。在出口抽出漩渦層灰W。在裝置36內(nèi)形成的例如溫度為900℃的漩渦層煙氣r經(jīng)其中有煙氣濾40的管道38供入一個(gè)補(bǔ)燃器42中。該補(bǔ)燃器42除此之外還供入來自空氣抽取點(diǎn)A的空氣。漩渦層煙氣r例如可具有900℃的溫度。
此外，往補(bǔ)燃器42中還供入燃?xì)鈈。燃?xì)鈈例如可具有600℃的溫度。它通過燃?xì)鉃V44從煤氣發(fā)生器46中提取。一方面往該煤氣發(fā)生器46中供入煤K，另一方面將來自空氣抽取點(diǎn)B的空氣供入其中。
溫度例如約為1400℃的熱煙氣h離開補(bǔ)燃器42。它通過煙氣管道48供入燃?xì)廨啓C(jī)4的進(jìn)口。
從燃?xì)廨啓C(jī)4排出的廢氣a經(jīng)廢氣管道50和廢熱鍋爐52輸入一個(gè)(未示出的)煙囪排入周圍環(huán)境中。
因此，總而言之，可以說關(guān)鍵在于將要壓縮的空氣質(zhì)量流量m分成一個(gè)較小的和一個(gè)較大的分流t1和t2。如已提及的那樣，這兩個(gè)質(zhì)量流量t1、t2之比取決于部件設(shè)計(jì)。較小的分流在空氣冷卻器22內(nèi)從例如400℃冷卻到約150℃至200℃。為此所需的熱交換器22尺寸比冷卻全部質(zhì)量流量m時(shí)所必須的尺寸要小得多并因而便宜得多。接著，較小的分流t1在增壓器24內(nèi)以相當(dāng)高的壓差被壓縮。此壓差可例如為10至20bar。這樣一種針對較小的質(zhì)量流量和高壓差設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)或增壓器24是常規(guī)的部件。因此它比上面提及的用于大質(zhì)量流量和小壓差的增壓器便宜得多。用于減緩壓力波動的緩沖罐32連接在增壓器24的壓力側(cè)。
較大的分流t2在旁通管道34內(nèi)在空氣冷卻器22、增壓器24和壓力緩沖器或緩沖罐32旁流過。它到達(dá)引射器30的吸筒，該引射器按所謂噴水泵或噴汽泵的原理設(shè)計(jì)。在這里，作為引射器30的動力介質(zhì)或加速介質(zhì)的是處于較高壓力水平的這一較小分流t1。在引射器30出口處總的空氣流量m′通過裝置16被調(diào)節(jié)成具有必要的總壓，以便按必要的水準(zhǔn)補(bǔ)償處于壓縮機(jī)8出口與燃?xì)廨啓C(jī)4進(jìn)口之間的系統(tǒng)的壓力損失。
與前言所描述的將全部質(zhì)量流量空氣供入空氣冷卻器以及連接在下游的增壓器的增壓方案相比，在這里由于有待冷卻的空氣流t1較小，因而減小了有待傳輸給連接在空氣冷卻器22上的水汽循環(huán)的熱功率。提高了燃?xì)廨啓C(jī)4在總功率中的功率份額并因而提高了總效率。
與前言描述的增壓方案相比，本發(fā)明的核心是，采用一個(gè)由較小尺寸的空氣冷卻器22和較小尺寸的常規(guī)增壓器24以及引射器30和緩沖罐32組成的系統(tǒng)，來代替兩個(gè)用于提高壓力的尺寸較大而且昂貴的部件，亦即一個(gè)大的空氣冷卻器和一個(gè)大的增壓器。尤其在轉(zhuǎn)換為具有較小壓力水平的較小增壓器24方面節(jié)省了費(fèi)用，因?yàn)樗某叽缭O(shè)計(jì)是按常規(guī)的來進(jìn)行，因而比較便宜。對于空氣冷卻器22而言，這種較小的結(jié)構(gòu)型式也促使成本顯著地降低。
權(quán)利要求
1.一種借助增壓器(24)提高氣體壓力、尤其是發(fā)電站(2)內(nèi)壓氣機(jī)(8)所供空氣壓力的方法，其特征在于氣體的質(zhì)量流量(m)被分成較小的分流(t1)和較大的分流(t2)；較小的分流(t1)通過增壓器(24)供入引射器(30)，并在那里與供入引射器(30)吸筒中的較大的分流(t2)會合；以及，會合后的氣體質(zhì)量流量(m′)在引射器(30)出口處被引出。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于較小的分流(t1)在供入增壓器(24)之前被冷卻。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于較小的分流(t1)占所供氣體質(zhì)量流量(m)的約20-40％，優(yōu)選地約20％。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在增壓器(24)出口排出的較小分流(t1)的壓力波動被平滑化。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于氣體質(zhì)量流量(m，m′)在其分流前和會合后的壓力差約為2bar。
6.一種借助于增壓器(24)提高氣體壓力、尤其是發(fā)電站(2)內(nèi)壓氣機(jī)(8)所供空氣壓力的設(shè)備(16)，其特征在于有一個(gè)分流器(20)，氣體的質(zhì)量流量(m)通過它可再分成較小的分流(t1)和較大的分流(t2)；一個(gè)引射器(30)，較小的分流(t1)可通過增壓器(24)供入引射器；以及一根旁通管(34)，較大的分流(t2)可通過它供入引射器(30)的吸筒。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，在增壓器(24)上游連接一個(gè)空氣冷卻器(22)，其特征在于較小的分流(t1)可經(jīng)空氣冷卻器(22)供入增壓器(24)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于較小的分流(t1)占所供空氣質(zhì)量流量(m)的約20-40％，優(yōu)選地約20％。
9.按照權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于增壓器(24)通過一根管道(28)與引射器(30)連接，在此管道上連接一緩沖罐(32)用于使壓力波動平滑化。
10.按照權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于引射器(30)的出口與a)一個(gè)用于壓力漩渦層燃燒的裝置(36)和/或b)一個(gè)補(bǔ)燃器(42)和/或c)一個(gè)煤氣發(fā)生器(46)連接。
11.按照權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它安裝在發(fā)電站(2)內(nèi)，尤其安裝在具有用于壓力漩渦層燃燒的裝置(36)和煤氣發(fā)生器(46)的發(fā)電站(2)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法,其中,由發(fā)電站(2)內(nèi)壓氣機(jī)(8)供給的空氣質(zhì)量流量(m)分成較小的分流(t
文檔編號F02C7/143GK1390279SQ00813648
公開日2003年1月8日 申請日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
發(fā)明者托馬斯·韋伯, 弗朗茲·斯圖爾米勒 申請人:西門子公司