專利名稱：擴(kuò)大燃?xì)廨啓C(jī)排放符合性的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般性地涉及燃?xì)廨啓C(jī)，更具體地，涉及在較低負(fù)載 下擴(kuò)大燃?xì)?侖才幾排方文符合性(emissions compliance )的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于燃料費(fèi)用不斷上升，曾經(jīng)設(shè)計(jì)成主要以全功率輸出來運(yùn)
般提^了大^分的穩(wěn)定功率輸出。燃?xì)?機(jī)、日益廣泛地用來補(bǔ)充峰值需 求期間的差別。例如，燃?xì)廨啓C(jī)可以僅僅在白天使用，然后在電力需求 較低的夜間停機(jī)。在負(fù)載降低或"低落"期間，燃?xì)廨啓C(jī)一般可保持排放符合性 直至降到全額定負(fù)載輸出的大約百分之四十五(45%)。在該負(fù)載以下， 一氧化碳(CO )排放物可能出現(xiàn)指數(shù)性增加，并造成系統(tǒng)在總體上超出 排放符合性。 一般來說，排放符合性要求渦輪機(jī)總體上產(chǎn)生小于保證的 或預(yù)定的最小排放水平。這種水平可隨環(huán)境溫度、系統(tǒng)尺寸及其它變量 而變化。如果燃?xì)廨啓C(jī)因?yàn)橛捎诘碗娏π枨蠖荒鼙３峙欧欧闲裕?其就必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，組合式循環(huán)應(yīng)用中的其它設(shè)備也可能需要停機(jī)。這 一設(shè)備可包括熱回收蒸汽發(fā)生器、蒸汽輪機(jī)以及其它裝置。在燃?xì)廨啓C(jī) 停止運(yùn)轉(zhuǎn)后使這些其它系統(tǒng)再次聯(lián)機(jī)會不但費(fèi)錢而且費(fèi)時(shí)。這樣的啟動要求可能妨礙發(fā)電廠有效地在需求量高時(shí)產(chǎn)生 電力。若能夠在低電力需求期間保持燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)機(jī)且保持排放符合性以 避免啟動時(shí)間和費(fèi)用將具有重大的操作性優(yōu)點(diǎn)。因此，需要一種在降低負(fù)載期間擴(kuò)大燃?xì)廨啓C(jī)排放符合性的 方法。降低燃?xì)廨啓C(jī)上的負(fù)載而同時(shí)保持排放符合性可以使操作者能夠 利用這些峰值需求的機(jī)會。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請?zhí)峁┝?一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。燃
氣輪機(jī)系統(tǒng)可包括多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、和用于維持燃 氣輪機(jī)系統(tǒng)的排放物低于預(yù)定水平的空氣運(yùn)動系統(tǒng)。本申請還描述了 一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)可 包括多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片、壓縮機(jī)、和提高離開壓縮機(jī)的出口空氣流的溫 度的空氣再循環(huán)系統(tǒng)。本申請還描述了 一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。燃?xì)廨?機(jī)系統(tǒng)可包括多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、和從壓縮機(jī)抽出空 氣的抽氣系統(tǒng)。在結(jié)合多幅附圖和所附權(quán)利要求仔細(xì)閱讀以下詳細(xì)說明后，


圖1是進(jìn)口放氣加熱結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2是壓縮機(jī)再循環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3是壓縮機(jī)抽氣結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4是壓縮機(jī)排氣箱結(jié)構(gòu)的示意圖。
附圖標(biāo)記100燃?xì)廨啓C(jī)
110壓縮機(jī)
120壓縮機(jī)排氣箱
130燃燒室
140渦輪機(jī)
150進(jìn)口導(dǎo)向葉片
155進(jìn)口方t氣加熱結(jié)構(gòu)
160進(jìn)口放氣加熱管路
170閥門
175壓縮一幾再循環(huán)結(jié)構(gòu)
180壓縮^4由氣結(jié)構(gòu)
190壓縮4幾冷卻管路
200閥門
210壓縮機(jī)排氣箱抽氣結(jié)構(gòu)
220壓縮機(jī)排氣箱冷卻管路 230閥門
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中，在多幅附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示 相同的組件，圖1是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100的示意圖。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100可 包括帶有壓縮機(jī)排氣箱120的壓縮機(jī)110、燃燒室130和渦輪機(jī)140。 一般來說，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100通過一組進(jìn)口導(dǎo)向葉片150接收周圍空氣。 周圍空氣被壓縮機(jī)IIO壓縮并輸送到燃燒室130,在燃燒室130處，周 圍空氣用來與燃料流燃燒以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。熱的燃燒氣體被輸送到 渦輪機(jī)140，在渦輪機(jī)140處，熱的燃燒氣體被膨脹以經(jīng)由多個葉片和 轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生機(jī)械能。渦輪機(jī)140和壓縮機(jī)110 —般連接到公共轉(zhuǎn)軸，該公 共轉(zhuǎn)軸還可以連接到發(fā)電機(jī)或其它類型的負(fù)載。通過提高燃燒反應(yīng)區(qū)溫 度以抑制CO (—氧化碳)的形成以及提供火焰穩(wěn)定性就可能擴(kuò)大排放 符合性。排放符合性的意思是將燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100的排放物總體上維持 在預(yù)定水平以下。第一種技術(shù)涉及到利用進(jìn)口放氣加熱(inlet bleed heat)以 及減小進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的角度。減小進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的最小角度使 通過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100的中心氣流減少，從而提高了燃燒室130中的反 應(yīng)區(qū)溫度。在低落期間，進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的角度可被減小，直到達(dá)到 最小角度或排氣溫度等溫線。在該溫度水平以上的操作可造成對下游部 件的損害。在達(dá)到這些界限中任一個后，負(fù)載的減小要求燃料流的減少。 然而，這種減少可降低燃燒室130中的反應(yīng)區(qū)溫度并且可促進(jìn)CO的形 成。因此，對進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的最小角度的進(jìn)一步減小可允許在可能 需要減少燃料流之前以較低負(fù)載沿排氣溫度等溫線進(jìn)行操作。這些最小 角度在環(huán)境溫度范圍內(nèi)可導(dǎo)致改善的低落。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)100的性質(zhì)， 在此可以使用約30-約50度的角度，典型的全操作范圍從約40度延伸 到約90度。在此可以使用其它角度。進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的角度一般容許將排氣溫度維持于等溫 線或者維持在等溫線之下。提高排氣溫度等溫線也可允許以進(jìn)口導(dǎo)向葉 片150的較低角度進(jìn)行操作。通過總體上調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)100的操作參數(shù) 可以提高等溫線。此外，通過增加管道絕熱、選擇不同的材料、以及改
變其它部件可以引起等溫線的變化。在圖l的實(shí)施例中，示出了一個進(jìn)口》文氣加熱結(jié)構(gòu)155。該 結(jié)構(gòu)包括進(jìn)口放氣加熱管路160,其可位于壓縮機(jī)排氣箱120和進(jìn)口導(dǎo) 向葉片150之間。進(jìn)口放氣加熱管路160從壓縮機(jī)排氣箱120抽取空氣 并將空氣引至進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的末級(upstage)。進(jìn)口放氣加熱管路 閥門170可位于其上。閥門170可以是常^L的設(shè)計(jì)。再循環(huán)來自壓縮才幾 排氣箱120的空氣可提升壓縮機(jī)110的進(jìn)口溫度、減少中心氣流、并且 改進(jìn)喘振邊界，從而對于進(jìn)口導(dǎo)向葉片150實(shí)現(xiàn)以較低角度進(jìn)行操作。圖2示出了壓縮機(jī)再循環(huán)結(jié)構(gòu)175。在該結(jié)構(gòu)175中，進(jìn)口 放氣加熱管路160直接連接到壓縮機(jī)110。壓縮機(jī)空氣也可在任何級4皮 抽出，然后再引導(dǎo)到需要所述空氣的較早級。因此，對來自壓縮機(jī)IIO 的空氣進(jìn)行再循環(huán)可改進(jìn)喘振邊界而不會影響使用進(jìn)口放氣加熱的總 效率，因?yàn)檫@種進(jìn)口放氣加熱影響壓縮機(jī)110的整個流動路徑(圖1 )。 再循環(huán)的空氣對于進(jìn)口導(dǎo)向葉片150使得能夠以較低角度進(jìn)行操作，從 而減少中心氣流并提升燃燒室130中的燃燒溫度。圖3示出壓縮才幾抽氣結(jié)構(gòu)180的示意圖。該結(jié)構(gòu)180可包括 多條壓縮才幾冷卻管路190。壓縮才幾冷卻管路190的每一個可具有位于其 上的閥門200。閥門200可以是常規(guī)設(shè)計(jì)的。壓縮機(jī)冷卻管路190提供 /人壓縮才幾110的抽氣、繞過燃燒室130并冷卻渦輪^幾140。該結(jié)構(gòu)180 增加了在低落期間的抽氣流。抽氣流可被再引導(dǎo)到渦輪機(jī)140中或者排 氣通道中。例如，第一壓縮機(jī)冷卻管路190可從壓縮機(jī)110的第十三級 延伸到渦輪機(jī)140中的二級噴嘴，第二壓縮機(jī)冷卻管路190從壓縮機(jī)110 的笫九級延伸到渦輪機(jī)140中的三級噴嘴。向排氣通道中的引導(dǎo)可以處 在任何類型的排氣溫度測量位置的上游或下游。可以從壓縮機(jī)110的任 一級進(jìn)行抽氣。該處可以是公共的抽氣位置，或者可以是為了使空氣旁 通而特別設(shè)置分離位置。位置的選擇可以取決于如下因素再循環(huán)效率、 壓縮機(jī)操作性、耐久性和聲學(xué)?？梢允褂矛F(xiàn)有的抽氣位置。圖4示出了壓縮機(jī)排氣箱抽氣結(jié)構(gòu)210的示意圖。該結(jié)構(gòu) 210可包括壓縮機(jī)排氣箱冷卻管路220，所述壓縮機(jī)排氣箱冷卻管路220 在其上帶有閥門230。閥門230可以是常少見設(shè)計(jì)的?？梢詮呐c進(jìn)口放氣 加熱管路160中使用的相同位置進(jìn)行抽氣，或者可以使用附加的抽氣。
壓縮機(jī)排氣箱結(jié)構(gòu)210可以改進(jìn)壓縮機(jī)喘振邊界并且能夠增加抽氣量、 進(jìn)口放氣加熱、以及進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的最小角度的減小。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)100總體結(jié)構(gòu)的不同，可以采用多種這樣的技 術(shù)。實(shí)際上，每種方法可適用于改善低落性能。對方法及其操作和相互 作用的選擇將取決于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)100的總體設(shè)計(jì)以及相關(guān)的燃燒技 術(shù)。特別地，低落改善的程度可取決于燃?xì)廨啓C(jī)100的機(jī)架尺寸以及使 用的特定燃燒技術(shù)。例如，在帶有干低Nox2.6燃燒系統(tǒng)(dry-low-Nox 2.6 combustion system )的7FA+e燃?xì)廨啓C(jī)中，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)可包括減小進(jìn)口 導(dǎo)向葉片150的最小角度、使抽氣流量加倍、以及增加從壓縮機(jī)排氣箱 120的抽氣以使附加空氣旁通至排氣裝置。可乂人General Electric Company, Schenectady, New York獲得7FA+e燃?xì)廨啓C(jī)。對于具有相似 燃燒系統(tǒng)的9FB燃?xì)廨啓C(jī)，可能需要僅僅減小進(jìn)口導(dǎo)向葉片150的最小 角度而使等溫線提高。9FB燃?xì)廨啓C(jī)也可/人General Electric Company, Schenectady, New York獲得。在此也可以4吏用其它類型的燃?xì)廨啓C(jī)。采 用這些不同的方法可以維持排放符合性直至降到負(fù)載的大約百分之三 十(30%)。其它的改善也是可能的。應(yīng)當(dāng)清楚，前述內(nèi)容僅僅涉及本申請的優(yōu)選實(shí)施例，并且在 不脫離所附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情 況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出多種改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)，包括:多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片(150)；壓縮機(jī)(110)；渦輪機(jī)(140)；和用于維持所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)的排放物低于預(yù)定水平的空氣運(yùn)動裝置(155、175、180、210)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述空氣運(yùn)動裝置(155、 175、 180、 210)包括從所述壓縮機(jī)(110 )延 伸到所述多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片(150)的上游的進(jìn)口放氣加熱管路(160)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述壓縮機(jī)(110)包括壓縮機(jī)排氣箱(120),而且空氣再循環(huán)裝置(155、 175、 180、 210)包括從所述壓縮機(jī)排氣箱(120)延伸到所述多個進(jìn)口 導(dǎo)向葉片(150)的上游的進(jìn)口放氣加熱管路(160)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述壓縮機(jī)(110)包括多個級，而且所述空氣運(yùn)動裝置(155、 175、 180、 210)包括從下游的壓縮機(jī)級延伸到上游的壓縮機(jī)級的壓縮機(jī)再循環(huán)管 路(160)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)，其特征在于所 述空氣運(yùn)動裝置(155、 175、 180、 210)包括從所述壓縮機(jī)(110)延 伸到所述渦輪機(jī)(140)的壓縮機(jī)冷卻管路(190)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述空氣運(yùn)動裝置(155、 175、 180、 210)包括從所述壓縮機(jī)(110 )延 伸到所述渦輪機(jī)(140)的下游的抽氣管路(190)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述壓縮機(jī)(110)包括壓縮機(jī)排氣箱(120),而且抽氣裝置(155、 175、 180、 210)包括從所述壓縮機(jī)排氣箱(120)延伸到所述渦輪機(jī)(140) 的下游的抽氣管路(190)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),其特征在于所 述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)上的負(fù)載低至大約百分之三十(30%)。
9. 一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)(100)，包括 多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片(150);壓縮機(jī)(110);和提高離開所述壓縮機(jī)(110)的出口空氣流的溫度的空氣再循環(huán)裝 置(175)。
10. —種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100),包括 多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片(150); 壓縮沖幾(110); 渦輪機(jī)(140 );和從所述壓縮機(jī)抽出空氣的抽氣裝置(180)。
全文摘要
本發(fā)明涉及擴(kuò)大燃?xì)廨啓C(jī)排放符合性的系統(tǒng)和方法。具體地，提供了一種以低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)。所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)可包括多個進(jìn)口導(dǎo)向葉片(150)；壓縮機(jī)(110)；渦輪機(jī)(140)；和用于維持所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(100)的排放物低于預(yù)定水平的空氣運(yùn)動裝置(155、175、180、210)。
文檔編號F02C3/06GK101372914SQ20081021003
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者B·D·克勞利, C·L·范德沃爾特, M·J·奧康諾爾, M·J·莫斯利 申請人:通用電氣公司