專利名稱：渦輪機組的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運行渦輪機組尤其是運行用于發(fā)電站設(shè)備的渦輪 才幾纟且的方法。
技術(shù)背景如用在用于發(fā)電的發(fā)電站設(shè)備中的渦輪機組通常包括用于對燃燒 用空氣進行壓縮的壓縮機、用于用燃燒用空氣使燃料燃燒的燃燒室以 及渦輪機，在該渦輪機中使熱的燃燒廢氣在作功的情況下膨脹。在所 述的能量轉(zhuǎn)換裝置運行中的問題是產(chǎn)生有害物質(zhì)排放。因此始終存在著降低有害物質(zhì)排放尤其NOx排放這樣的需求。NOx排放的產(chǎn)生與燃 燒過程的溫度以及燃燒過程的壓力存在很大關(guān)聯(lián)，其中NOx排放隨溫 度的上升或者說隨壓力的上升而超比例地增加。在原理上上已知，代替天然氣或者代替用水稀釋的液態(tài)燃料使用 一種具有比天然氣更高的或更大的反應(yīng)性的燃料。高反應(yīng)性的燃料的 使用在較低的溫度時已經(jīng)能夠進行穩(wěn)定的燃燒反應(yīng)。但是，在實際上 比如用水蒸汽或者用氮氣對所述高反應(yīng)性的燃料進行較大程度的稀 釋，用于避免因燃燒反應(yīng)而使溫度過度上升。與此同時，這些措施降 低了火焰擴散速度，由此尤其可以降低回火的危險并且由此可以提高 渦輪機組的運行可靠性。但是，將水蒸汽加入到燃料中這種做法會產(chǎn)生很高的開銷。比如 水必須具有較高的純度，以便能夠毫無問題地添加到渦輪機組的燃料 輸送系統(tǒng)中。此外，必須將水或者說水蒸汽置于較高的壓力上，也就 是說置于壓縮機的壓縮壓力上，由此需要相應(yīng)的能量，這一點最終降 低了渦輪機組的總效率。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)在開始講述本發(fā)明。如在權(quán)利要求中所表明的，本發(fā)明的任務(wù) 是為開頭所述類型的運行方法說明一種改進的實施方式，該實施方式 尤其在高反應(yīng)性的燃料燃燒時能夠?qū)崿F(xiàn)較低的NOx排放值，并且此外 降低了回火的危險。此外，應(yīng)該能夠以盡可能低的成本來實現(xiàn)所述運4亍方法。按本發(fā)明，該任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的主題得到解決。優(yōu)選的實 施方式是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明基于這樣的總構(gòu)思，即不是向燃料輸送用于稀釋燃料的水 或者說水蒸汽，而是在燃燒器的上游向燃燒用空氣輸送水或者說水蒸 氣。通過用水蒸汽進行稀釋，可以降低燃燒器中的燃燒溫度。同時， 由此可以降低回火的危險。在燃燒用空氣側(cè)輸送水蒸汽或者說噴入及 汽化水在此具有決定意義，因為在燃燒用空氣通道中也可以使用不太 純凈的水。由此可以用比在燃料側(cè)噴入水的情況中更為低廉的成本實 現(xiàn)水處理。此外，可以在明顯降低的壓力下尤其也在環(huán)境壓力下實現(xiàn) 水的輸送，這一點附加地降低了將水加入的開銷。用于用水蒸汽對燃與燃燒用空氣-水蒸汽-i合物在燃燒器中尤其在預(yù):合燃燒器中;充 分混合導(dǎo)致燃料的動力活動性降低，由此在點燃混合物之前改善了燃 料、燃燒用空氣及水蒸汽的混合。均勻化的混合物改善了燃燒并且降 低了有害物質(zhì)排放。所述燃料是一種具有比天然氣更高的反應(yīng)性的燃料，與天然氣的燃燒相比這一點可以用來降低NOx形成。作為燃料，比如可以使用包 含氬氣的無碳氬化合物的可燃氣體。所述的可燃氣體也可以稱為合成 氣。這樣的合成氣可以比如借助于含碳氫化合物的燃料的部分氧化來 生成。作為替代方案，作為燃料也可以使用干性的也就是說無水的或 者無水蒸汽的汽化的液態(tài)燃料。汽化的液態(tài)燃料通常比天然氣具有明 顯更高的反應(yīng)性，并且因此通常僅僅以用水或者說水蒸汽稀釋的形式 輸送給燃燒器。本發(fā)明現(xiàn)在也能夠?qū)⒏尚缘囊簯B(tài)燃料比如干性油用于 給渦輪機組的燃燒器進行點火。作為替代方案，作為燃料也可以使用 在一定程度上可以無有害物質(zhì)地轉(zhuǎn)化的氫氣。按照所述運行方法的一種優(yōu)選的實施方式，將如此多的水噴入所 述燃燒用空氣中，使得在由壓縮機導(dǎo)送給燃燒器的燃燒用空氣-水蒸汽-混合物中的蒸汽含量少于十個質(zhì)量百分點。優(yōu)選噴入如此多的水，使 得在所述燃燒用空氣-水蒸汽-混合物中的蒸汽含量處于大約五到八個 質(zhì)量百分點的范圍內(nèi)。作為附加方案或替代方案，也可以如此設(shè)計所述運行方法，從而 剛好將如此多的水噴入所述燃燒用空氣中，從而為燃燒器中的燃料稀釋大約十個體積百分點。為在燃燒器上游將水噴入燃燒用空氣通道中，在此產(chǎn)生多種方案。 優(yōu)選如此將水噴入，使得為噴入水所必需的壓力盡可能地低。比如， 還在壓縮機內(nèi)部就將水噴入所述燃燒用空氣中。所述壓縮機本身可以 比如具有至少兩個壓力區(qū)，也就是高壓區(qū)和低壓區(qū)。同樣已知具有三 個壓力區(qū)的壓縮機。所述壓縮機而后就具有低壓區(qū)、中壓區(qū)和高壓區(qū)。 所述壓縮才幾可以由多臺單個的增壓才幾構(gòu)成或者也僅^又具有一臺唯一的 增壓機。所述的壓力區(qū)而后在所述唯一的增壓機內(nèi)部由相應(yīng)的軸向區(qū) 段構(gòu)成或者在具有多臺增壓機的情況下分配到單個的增壓機上。優(yōu)選現(xiàn)在將水在所述壓縮機的中壓區(qū)中或者在所述壓縮機的低壓 區(qū)中噴入所述燃燒用空氣中。同樣原理上也可以將水在中壓區(qū)和高壓 區(qū)之間或者在低壓區(qū)和中壓區(qū)之間或者在低壓區(qū)和高壓區(qū)之間噴入所 述燃燒用空氣中。此外，在原理上也可以在所述壓縮機的上游將水噴入所述燃燒用里有利的是^r以在大氣環(huán)境壓力下將水加入。
';有一種實施方式特別有利，在該實施方式中為將水噴入所述燃燒 用空氣中使用入口霧氣發(fā)生裝置。這樣的入口霧氣發(fā)生裝置通常用于 另一個用途，并且如此設(shè)計該入口霧氣發(fā)生裝置，從而以此可以在壓 縮機入口區(qū)域處或壓縮機入口區(qū)域中產(chǎn)生水蒸汽。在此對這樣的在渦 輪機組中可能本來就已存在的入口霧氣發(fā)生裝置進行相應(yīng)的改動和/或 觸發(fā)，由此現(xiàn)在可以在不必為此產(chǎn)生特別高的開銷的情況下實現(xiàn)按本 發(fā)明提出的運行方法。在另一種優(yōu)選的實施方式中可以規(guī)定，為將水噴入所述燃燒用空 氣中，使用在原則上為另一個用途而設(shè)置的壓縮機中間冷卻裝置。借 助于這樣的可能本來已在渦輪機組上存在的壓縮機中間冷卻裝置，可 以在壓縮機側(cè)對4皮壓縮的燃燒用空氣進行中間冷卻。如此設(shè)計所述壓 縮才幾中間冷卻裝置，乂人而以此可以為冷卻目的將水在兩個壓力級或兩 個壓力區(qū)之間噴入所述壓縮機中。在此對所述壓縮機中間冷卻裝置進 行相應(yīng)的改動或者i兌觸發(fā)，由此現(xiàn)在可以以特別簡單的和成本低廉的 方式來實現(xiàn)按本發(fā)明的運行方法。
權(quán)利要求
1.用于運行渦輪機組的方法，其中所述渦輪機組至少包括用于對燃燒用空氣進行壓縮的壓縮機、具有至少一個用于產(chǎn)生熱氣的燃燒器的燃燒室以及用于在作功情況下使所述熱氣膨脹的渦輪機，其中，-將燃燒用空氣輸入壓縮機，在其中對其進行壓縮并將其輸入至少一個燃燒器，-將燃料輸入所述至少一個燃燒器，-在所述燃燒器的上游將水噴入所述燃燒用空氣中并在其中使其汽化，-將所述燃燒器中的燃料與所述燃燒用空氣-水蒸汽-混合物相混合，-使所述燃料-燃燒用空氣-水蒸汽-混合物在所述燃燒室中燃燒，-將在所述燃燒室中產(chǎn)生的熱氣輸入渦輪機并在其中使其在作功情況下膨脹。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料具有比天然 氣更高的反應(yīng)性。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， -作為燃料使用包含氫氣的無碳氫化合物的可燃氣體，或者 -作為燃料使用干性的汽化的液態(tài)燃料，比如干性油，或者 -作為燃料使用氫氣。
4. 按權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，將如此 多的水噴入所述燃燒用空氣中，使得在所述燃燒用空氣-水蒸汽-混合物 中的蒸汽含量少于十個質(zhì)量百分點，尤其大約為五到八個質(zhì)量百分點。
5. 按權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，將如此 多的水噴入所述燃燒用空氣中，從而對在燃燒器中的燃料稀釋了大約 十個體積百分點。
6. 按權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其特征在于，將水在 壓縮機內(nèi)部噴入所述燃燒用空氣中。
7. 按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，-將水在壓縮機的中壓區(qū)中或者在壓縮機的低壓區(qū)中噴入所述燃燒 用空氣中，或者-將水在壓縮機的中壓區(qū)和壓縮機的高壓區(qū)之間或者在壓縮機的低縮孑Ai的1JV主1^5fP/主顆孑幾的高壓區(qū) 之間噴入所述燃燒用空氣中。
8. 按權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，其特征在于，將水在
9. 按權(quán)利要^1到8中任一項所述^的方法，其特i在于，為將水 噴入所述燃燒用空氣中，使用入口霧氣發(fā)生裝置用于在壓縮機入口區(qū) 域處或壓縮機入口區(qū)域中產(chǎn)生水蒸汽。
10. 按權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法，其特征在于，為將 水噴入所述燃燒用空氣中，使用壓縮機中間冷卻裝置用于將水在所述縮機中
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行尤其發(fā)電站設(shè)備的渦輪機組的方法，其中，將燃燒用空氣輸入壓縮機，在其中對其進行壓縮并將其輸入燃燒器，將具有比天然氣更高的反應(yīng)性的燃料輸入所述燃燒器，在所述燃燒器的上游將水噴入所述燃燒用空氣中并在其中使其汽化，將所述燃燒器中的燃料與所述燃燒用空氣-水蒸汽-混合物相混合并使其燃燒，將在燃燒器中產(chǎn)生的燃燒器廢氣輸入渦輪機并使其在其中膨脹。
文檔編號F02C3/30GK101275489SQ20081008741
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者A·布勞特什, D·溫克勒, R·卡羅尼 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司