用于使燃氣輪機以低于其額定功率操作的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于使燃氣輪機以低于其額定功率操作的方法，其中燃氣輪機的廢氣中的一氧化碳排放量隨著輸出燃氣輪機功率的減小而增大，其中，如果達到了一氧化碳排放量的預定閾值或者如果輸出燃氣輪機功率的預定閾值下沖，燃氣輪機的燃燒室中的燃燒溫度將升高。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃氣輪機用于產(chǎn)生電能的情況中，已知這些不僅在額定負載下工作還低于額定負載操作。然而，所謂的部分負載操作可以導致在燃料燃燒過程中遇到明顯過量的空氣；于是燃燒空氣比率遠大于I。如果發(fā)生負載減小，通常是壓縮機流率減小的情況，因此壓縮機的壓力比以及燃燒室中的燃料空氣混合物的燃燒溫度減小，其在與一氧化碳排放量有關(guān)的主要區(qū)域溫度上具有類似的影響。如果這時溫度未達到最小值，產(chǎn)生增大的一氧化碳排放量。在進一步減小的主要區(qū)域溫度的情況中，一氧化碳排放量可以增大到超過一般法律規(guī)定的排放量閾值的程度，由此，燃氣輪機不再工作在符合有關(guān)一氧化碳排放量的部分負載范圍中。如果法定一氧化碳排放量閾值有效，該狀態(tài)可以強制燃氣輪機的操作員關(guān)閉燃氣輪機除非可以進一步減小其燃氣輪機的功率并且同時一氧化碳排放量閾值下沖。
[0003]為了進一步增強上述燃氣輪機的部分負載能力，現(xiàn)有技術(shù)已知的文獻DE 10 2008044442 Al提出了配備有旁路系統(tǒng)的燃氣輪機，可以通過旁路系統(tǒng)引導壓縮機出氣的一部分經(jīng)過燃燒室并饋送至燃氣輪機的廢氣管道。這樣，可以減小用于燃燒所供給的空氣流率，并且因此提高了燃燒溫度以及相關(guān)的主要區(qū)域溫度。這種提高將導致一氧化碳排放量的減小，使得燃氣輪機可以以符合有關(guān)一氧化碳排放量的方式工作而不管進一步減小的負載操作。然而，缺點在于:由于被引導通過旁路的壓縮空氣不利于燃氣輪機的性能，現(xiàn)有技術(shù)已知的操作模式不必要地降低了燃氣輪機的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的在于提供用于操作燃氣輪機的方法，其顯示了不論部分負載操作在符合有關(guān)一氧化碳排放量的操作中相對高的效率而。本發(fā)明的另一個目的在于提供其中燃氣輪機操作符合有關(guān)排放量的方法在更低的負載方面中的擴展。
[0005]該目的涉及通過權(quán)利要求1所述的特征裝置實現(xiàn)的方法。從屬權(quán)利要求中規(guī)定的有利改進，其技術(shù)教導可以根據(jù)需要相互結(jié)合。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，在用于使燃氣輪機以低于其額定功率操作的方法中，其中燃氣輪機的廢氣中的一氧化碳排放量隨著輸出燃氣輪機功率的減小而增大，其中，如果達到一氧化碳排放量的預定閾值(其可以根據(jù)需要選擇)或者如果在相對或絕對條件中規(guī)定的，輸出燃氣輪機功率的預定閾值下沖，燃氣輪機的燃燒室中的燃燒溫度將升高，這規(guī)定了，對于恒定功率輸出，作為燃燒溫度增加的結(jié)果，在燃氣輪機出口處產(chǎn)生的廢氣溫度增加，至少部分通過液體或氣體介質(zhì)補償。
[0007]廢氣溫度的增加提供了用于一氧化碳排放量減小的有效設備。然而，所述的測量目前是被燃氣輪機部件以及燃氣輪機出口下游的部件的最大容許工作溫度限制的。這種限制廢氣溫度的部件的示例包括鍋爐，其作為用于位于燃氣輪機下游的蒸汽輪機的余熱回收蒸汽發(fā)生器工作，燃氣輪機的廢氣殼體，和/或燃氣輪機的廢氣擴散器。由于廢氣溫度通過燃氣輪機出口處或下游處的額外的液體或氣體介質(zhì)減小，在產(chǎn)生附加物的位置的上游占主導的廢氣溫度遠大于位于其下游的廢氣引導部件的最大容許工作溫度。因此，以高于所述部件的工作溫度的廢氣溫度執(zhí)行燃氣輪機中產(chǎn)生的周期，其中限制廢氣溫度的部件仍然使廢氣的溫度低于最大容許工作溫度。因此，不論提高的燃燒溫度，保證了燃氣輪機出口下游的部件不會變得太熱。這減小了在部分負載操作中的一氧化碳排放量的發(fā)生或者使燃氣輪機可能工作在其它更低的功率范圍而不損害部件。
[0008]在本申請的上下文中，燃燒溫度可以理解為燃燒器的主要區(qū)域中產(chǎn)生的火焰的溫度。所述溫度也已知為理論火焰溫度。
[0009]在本發(fā)明的情況中，必須保證霧狀的或液體的介質(zhì)不加入到火焰中而是加入到火焰產(chǎn)生的廢氣中。前者是傳統(tǒng)的，并且還用在較早的時間點，使其可能去控制和減小目前常見的擴散燃燒器的NOx排放量。優(yōu)選地，介質(zhì)直接加入至燃氣輪機的最后渦輪級的下游或者其中燃氣輪機的轉(zhuǎn)子通常是放射狀安裝的燃氣輪機的軸承星形的下游。這些用于執(zhí)行所述方法的結(jié)構(gòu)相比于直接添加介質(zhì)至火焰下游的結(jié)構(gòu)而言是比較簡單的，例如，第一渦輪級的上游或第二渦輪級的上游。然而，后者可能具有功率優(yōu)勢，因此效率比添加點設置在其它下游處的情況高。
[0010]預定一氧化碳排放量閾值可能具有任意的期望值，超出該預定一氧化碳排放量閾值，燃氣輪機的燃燒室的燃燒溫度將增大。所述閾值獨立于針對一氧化碳排放量的法律規(guī)定的排放量閾值。選擇根據(jù)本發(fā)明的針對一氧化碳排放量的預定閾值，使得其根據(jù)期望的操作模式啟動根據(jù)本發(fā)明的方法的起始。
[0011]還可能在根據(jù)本發(fā)明的方法的啟動中考慮除了一氧化碳排放量之外的參數(shù)，這也是不言而喻的。其它參數(shù)可以額外地或可選地用于具有低一氧化碳排放量的部分負載操作的起始。例如，僅僅當燃氣輪機功率在相對或絕對條件下規(guī)定的閾值下沖時，可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法?？梢曰跓崃W數(shù)據(jù)或者還可以基于發(fā)電機終端功率確定輸出燃氣輪機功率。
[0012]在特定的優(yōu)選改進中，霧狀介質(zhì)是混合氣體和汽輪機發(fā)電廠的生產(chǎn)用蒸汽，為了所述生產(chǎn)用蒸汽能夠冷卻該廢氣，在非常小負載輸出的情況下，其必須不能釋放任何生產(chǎn)用蒸汽。
[0013]在本方法的一個特定優(yōu)選改進中，提高了燃燒溫度，并且選擇添加的介質(zhì)流率，使得在添加介質(zhì)后占主導的廢氣溫度大約等于或僅僅略微偏離于沒有添加介質(zhì)的額定功率的情況下在相同位置產(chǎn)生的廢氣溫度。改進是基于以下推論的:
[0014]通常，對于額定負載下進行的負載的減小，壓縮機的進氣量流率首先通過在閉合方向旋轉(zhuǎn)的壓縮機的入口導流葉片減小。采用該措施，減小燃氣輪機的壓力比，并且因此，在燃燒溫度保持恒定的情況下，廢氣溫度升高。如上文已經(jīng)進一步描述的，渦輪出氣口處的最大容許廢氣溫度由燃氣輪機和位于下游的任何鍋爐(用于蒸汽產(chǎn)生)的材料溫度來預定。如果在負載減小的情況下，通過壓縮機質(zhì)量流率減小的方式，廢氣到達最大溫度，其在現(xiàn)有技術(shù)中是必須的，隨著負載的進一步減小，還可以進一步減小燃燒溫度。