利用壓縮機級間抽氣減輕進口抽氣加熱系統的熱滯後的製作方法

2023-04-24 08:57:46

專利名稱：利用壓縮機級間抽氣減輕進口抽氣加熱系統的熱滯後的製作方法
技術領域：
本發明的方面涉及在燃氣輪機中利用進口抽氣(bleed)加熱系統(IBH)和壓縮機 級間抽氣來減輕熱滯後。
背景技術：
通常，在包括壓縮機、燃燒器和渦輪的燃氣輪機中，起動抽氣或級間抽氣的空氣在 起動操作期間為調節壓縮機負荷而從壓縮機去除並且將其洩放到在渦輪下遊的燃氣輪機 排氣中。同樣，在起動操作後期採用IBH系統以從壓縮機的後部去除熱空氣並且隨後將熱 空氣傳送到在壓縮機上遊的過濾器罩殼(housing)，以經過壓縮機再循環。
—般而言，IBH系統包括較大數量的管道、閥、歧管等，所有這些通常都是金屬的。 由此，當IBH系統很冷時，一旦啟用IBH系統就可能需要對IBH系統加熱相當長的時間，並 且儘管IBH系統從壓縮機氣流吸收熱量，但壓縮機空氣的進入溫度隨著時間變化。對於一 些單元而言， 一旦已啟用冷的IBH系統，就可能需要將近30分鐘來使壓縮機進入空氣達到 穩定的溫度。當燃氣輪機置於極冷的環境中時此問題變得更為突出。在這些情形中，可能 需要改變起動方案來解決熱滯後，且因此必須隨著降低(turndown)能力下降而增加控制 複雜性。實際上，近來已經看到，控制策略已由於不得不解決IBH系統中的熱滯後而明顯地 受到牽制。 作為另一個問題，已注意到的是，一旦起動抽氣的空氣被重新引導到排氣流中，則 在排氣流中就缺乏混合。這種混合的缺乏導致例如相關聯的熱回收蒸汽發生器(HRSG)中 的溫度梯度可能變得不利。同樣，IBH系統和起動抽氣的分級趨於在燃燒器中導致不希望 的瞬時氣流漂移(shift)。

發明內容
根據本發明的一方面，提供了一種用以減輕燃氣輪機的起動操作的熱滯後的系 統，並且該系統包括罩殼，其布置在燃氣輪機的壓縮機的上遊並且與壓縮機成流體聯接； 第一系統，其聯接到壓縮機的後部並且聯接到罩殼上，當啟用時該第一系統從壓縮機接收 第一供給空氣(air supply)並且將第一供給空氣傳送到罩殼；以及第二系統，其聯接到第 一系統上，該第二系統從壓縮機的中部去除第二供給空氣並且在啟用第一系統前將第二供 給空氣傳送到第一系統。 根據本發明的另一方面，提供了一種用以減輕燃氣輪機的起動操作的熱滯後的系 統，該燃氣輪機包括壓縮機和布置在壓縮機的上遊並且與壓縮機成流體聯接的罩殼，並且 該系統包括進口抽氣加熱(IBH)系統，該IBH在其第一端聯接到處在壓縮機後部的抽取點 上並且在其第二端聯接到罩殼上，當啟用時該IBH系統從壓縮機接收第一供給空氣並且將 第一供給空氣傳送到罩殼；以及級間抽氣系統，其鄰近IBH系統的第一端聯接到該IBH系統 上，該級間抽氣系統從壓縮機的中部去除第二供給空氣，該中部處在壓縮機後部的前方，並 且在啟用IBH系統前鄰近抽取點將第二供給空氣傳送到IBH系統。
根據本發明的再一方面，提供了一種減輕燃氣輪機的起動操作的熱滯後的方法， 該燃氣輪機包括壓縮機和布置在壓縮機上遊並與其成流體聯接的罩殼，該方法包括啟動 壓縮機的運行；從壓縮機的中部去除加溫空氣；鄰近進口抽氣加熱(IBH)系統的第一端將 加溫空氣傳送到該IBH系統，該IBH系統在其第一端聯接到壓縮機的後部上並且在其第二 端聯接到罩殼上；以及啟用IBH系統，用以從壓縮機接收熱的供給空氣並且將熱的供給空 氣傳送到罩殼。 根據以下結合附圖的描述，這些和其它的優點和特徵將變得更加明顯。


視為本發明的主題在權利要求書中具體指出並清楚地主張權利。根據以下結合附 圖的詳細描述，本發明的上述及其它特徵和優點變得明顯，在附圖中
圖1是根據本發明的實施例的示例性燃氣輪機的示意圖。 詳細描述參照附圖舉例說明了本發明的實施例以及優點和特徵。零件清單10 系統20 燃氣輪機30 壓縮機31 進口32 中部33 後部40 燃燒器50 渦輪60 罩殼61 進口62 出口70 第一系統71 第一端72 第二端80 第二系統81，82 分支部83，84 軸向位置90第一管道100 第二管道
具體實施例方式
參照圖1，提供了用以減輕燃氣輪機20的起動操作的熱滯後的系統10。燃氣輪機 20可具有各種結構和構造，但通常包括壓縮機30，進入空氣在其中被壓縮和加熱；處於壓 縮機30下遊的燃燒器40，其從壓縮機30接收壓縮的加熱空氣用於燃燒運行；以及處在燃 燒器40下遊的渦輪50，在其中，通過燃燒器40中的燃燒而受到驅動的渦輪葉片旋轉並產生 動力。來自渦輪50的排氣被排出並且在多數情形中被引導到熱回收蒸汽發生器(HRSG)，在 其中，排氣的熱量用於產生蒸汽且由此產生額外的動力。 系統10包括罩殼60，該罩殼60布置在壓縮機30的上遊且與壓縮機30成流體聯 接。第一系統70在其第一端71聯接到位於壓縮機30的後部33處的抽取點(位於第一系 統70和壓縮機30的相交處)上，並且在其第二端72處聯接到罩殼60上。當啟用時，第一 系統70從壓縮機30接收第一供給空氣，例如熱的供給空氣，並且將第一供給空氣傳送到罩 殼60。 第二系統80聯接到第一系統70的第一端71上。第二系統80從壓縮機30的中 部32去除第二供給空氣，例如供給的加溫空氣，並且在啟用第一系統70前將第二供給空氣 傳送到第一系統70。在一個實施例中，第二供給空氣鄰近壓縮機30的後部33的抽取點被 傳送到第一系統70的第一端71。 這樣，包括管道、閥、歧管等的第一系統70由第二供給空氣的加溫空氣進行加溫。 因此，在啟用第一系統70後需要對其加熱而導致的熱滯後得到減輕，並且可在其啟用後較 快地通過第一系統70將較溫熱的空氣或熱空氣傳送到罩殼60。此外，由於第一系統70通 常隔熱良好，所以通過加溫空氣對其提供的溫熱可保持較長的時間。此外，第一系統70和 第二系統80各者的啟用可採取諸如顯著地減少將在壓縮機30中產生瞬時氣流漂移的趨向 的方式進行分級。
罩殼60可包括過濾器罩殼或任何其它適當的罩殼構造。在任一情形中，罩殼60 還可包括進口 61，第一系統70的第二端72與該進口 61相聯接，以及從大氣進入該進口 61 中的進入空氣進入燃氣輪機IO。此外，罩殼60還可包括出口 62，罩殼60通過該出口 62與 壓縮機30的進口 31成流體連通。 第一系統70可包括進口抽氣加熱(IBH)系統，該IBH系統如上所述包括較大數量 的管道、閥、歧管等。在此情形中，當燃氣輪機IO以其預先選定的額定速度的百分比、例如 其額定速度的約95%運行時，IBH系統可被啟用。當然，如上所述，IBH系統的啟用可按照 當地和/或當前要求在各種燃氣輪機10運行速度下進行。 第二系統80可構造有多個分支部，例如分支部81和82(如圖l所示)，並且從壓 縮機30的中部32的多個軸向位置83和84去除第二供給空氣。雖然壓縮機30的中部32 可位於壓縮機30的各種軸向位置，但應該理解，中部32總體上將沿著壓縮機30的軸線處 在壓縮機30的後部33的前方。 第二系統80可包括起動系統，或更確切而言為級間抽氣系統，其構造成用以從壓 縮機30的中部32去除第二供給空氣以便調節壓縮機30的壓縮機負荷。當燃氣輪機10以 0至其至少預先選定的額定速度的百分比、例如再次為其額定速度的至少約95%運行時， 級間抽氣系統可以運行。當然，再次而言，級間抽氣系統的運行可按照當地和/或當前要求 在各種燃氣輪機10運行速度下進行。 此外，按照本發明的實施例，在燃氣輪機10的相應運行速度(IBH系統和級間抽氣 系統分別在該速度下啟用和/或停用)相似的情況下，系統啟用/停用的分級可配置成以 便顯著減少將在壓縮機30中產生瞬時氣流漂移的趨向。 —旦傳送到第一系統70，第二供給空氣便可經由第一系統70的第二端72通過第 一管道90在例如進口 61處傳送到罩殼60。在一個備選實施例中，第二供給空氣可通過第 二管道100排放到燃氣輪機10周圍的大氣。 按照本發明的另一個實施例，提供一種減輕燃氣輪機10的起動操作的熱滯後的 方法，該燃氣輪機10包括壓縮機30和布置在壓縮機30的上遊並且與壓縮機30成流體聯 接的罩殼60。該方法包括啟動壓縮機30的運行；從壓縮機30的中部32去除加溫空氣； 鄰近其第一端71將加溫空氣傳送到進口抽氣加熱(IBH)系統，該IBH系統在第一端71處 聯接到壓縮機30的後部33上並且在其第二端72處聯接到罩殼60上；以及啟用IBH系統， 以從壓縮機30接收熱的供給空氣並且將熱的供給空氣傳送到罩殼60。
加溫空氣可傳送到罩殼60，或作為備選傳送到燃氣輪機10周圍的大氣。同樣，當 燃氣輪機10以0至其額定速度的至少約預先選定的百分比運行時，分別進行從壓縮機30 的中部32去除加溫空氣以及IBH系統的啟用。 雖然已結合僅有限數量的實施例詳細地描述了本發明，但應當容易理解的是，本 發明並不局限於這些公開的實施例。相反而言，可對本發明進行修改以結合非此前所述但 與本發明的精神和範圍相稱的任一數量的變型、改型、替換或等同布置。此外，雖然已描述 了本發明的各種實施例，但是應該理解的是，本發明的方面可僅包括所描述的實施例的一 部分。因此，本發明不應視為由前述描述所限制，而是僅由所附權利要求的範圍來限制。
權利要求
一種用以減輕燃氣輪機(20)的起動操作的熱滯後的系統(10)，所述系統(10)包括罩殼(60)，其布置在所述燃氣輪機(20)的壓縮機(30)的上遊並且與所述壓縮機(30)成流體聯接；第一系統(70)，其聯接到所述壓縮機(30)的後部(33)上並且聯接到罩殼(60)上，當啟用時，所述第一系統(70)從所述壓縮機(30)接收第一供給空氣並且將所述第一供給空氣傳送到所述罩殼(60)；以及第二系統(80)，其聯接到所述第一系統(70)上，所述第二系統(80)從所述壓縮機(30)的中部(32)去除第二供給空氣並且在啟用所述第一系統(70)前將所述第二供給空氣傳送到所述第一系統(70)。
2. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述罩殼(60)包括過濾器罩殼，所 述過濾器罩殼包括所述第一系統(70)聯接於其上的進口 (61)和所述過濾器罩殼通過其與 所述壓縮機(30)成流體連通的出口 (62)。
3. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第一系統(70)包括在啟用所述 第一系統(70)前由所述第二供給空氣進行加溫的管道。
4. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第一系統(70)包括進口抽氣加 熱(IBH)系統。
5. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第二系統(80)從所述壓縮機 (30)的中部(32)的多個軸向位置(83,84)去除所述第二供給空氣，所述中部(32)位於後 部(33)的前方。
6. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第二系統(80)包括級間抽氣系統。
7. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第二供給空氣經由所述第一系 統(70)傳送到所述罩殼(60)。
8. 根據權利要求l所述的系統(IO)，其特徵在於，所述第二供給空氣經由所述第一系 統(70)排放到所述燃氣輪機(20)周圍的大氣。
9. 一種用以減輕燃氣輪機的起動操作的熱滯後的系統，所述燃氣輪機包括壓縮機 (30)和布置在所述壓縮機(30)的上遊並且與所述壓縮機(30)成流體聯接的罩殼(60)，所 述系統(10)包括:進口抽氣加熱(IBH)系統(70)，所述IBH系統在其第一端(71)處聯接到位於所述壓縮 機(30)的後部(33)處的抽取點上並且在其第二端(72)處聯接到所述罩殼(60)上，當啟 用時，所述IBH系統(70)從所述壓縮機(30)接收第一供給空氣並且將所述第一供給空氣 傳送到所述罩殼(60);以及級間抽氣系統(80)，其鄰近所述IBH系統(70)的第一端(71)聯接到所述IBH系統 (70)上，所述級間抽氣系統(80)從所述壓縮機(30)的中部(32)去除第二供給空氣，所述 中部(32)位於所述壓縮機(30)的後部(33)的前方，並且在啟用所述IBH系統(70)前鄰 近所述抽取點將所述第二供給空氣傳送到所述IBH系統(70)。
10. —種減輕燃氣輪機(20)的起動操作的熱滯後的方法，所述燃氣輪機(20)包括壓縮 機(30)和布置在所述壓縮機(30)的上遊並且與所述壓縮機(30)成流體聯接的罩殼(60)，所述方法包括啟動所述壓縮機(30)的運行；從所述壓縮機(30)的中部(32)去除加溫空氣；鄰近其第一端(71)將所述加溫空氣傳送到進口抽氣加熱(IBH)系統(70)，所述IBH系 統(70)在所述第一端(71)處聯接到所述壓縮機(30)的後部(33)上並且在其第二端(72) 處聯接到所述罩殼(60)上；以及啟用所述IBH系統(70)，以從所述壓縮機(30)接收熱的供給空氣並且將所述熱的供給 空氣傳送到所述罩殼(60)。
全文摘要
本發明涉及利用壓縮機級間抽氣減輕進口抽氣加熱系統的熱滯後。具體而言，提供了一種用以減輕燃氣輪機(20)起動操作的熱滯後的系統(10)，該系統(10)包括罩殼(60)，其布置在燃氣輪機(20)的壓縮機(30)上遊並且與壓縮機(30)成流體聯接；第一系統(70)，其聯接到壓縮機(30)的後部(33)並且聯接到罩殼(60)上，當被啟用時該第一系統(70)從壓縮機(30)接收第一供給空氣並且將第一供給空氣傳送到罩殼(60)；以及聯接到第一系統(70)上的第二系統(80)，該第二系統(80)從壓縮機(30)的中部(32)去除第二供給空氣並且在啟用第一系統(70)前將第二供給空氣傳送到第一系統(70)。
文檔編號F02C7/26GK101793194SQ20101000513
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者S·W·蒂爾裡 申請人:通用電氣公司