專利名稱：空氣蓄積器式渦輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空氣蓄積器式渦輪機，這種渦輪機主要由可分離的燃氣輪機組、一臺壓縮空氣蓄積器、一臺熱水蓄積器、和一臺廢熱蒸汽產(chǎn)生器構成。本發(fā)明還涉及這種渦輪機的運行方法。
所說的空氣蓄積器式渦輪機是眾所周知的，其中，作為馬達使用的發(fā)電機所驅動的壓縮機填充壓縮空氣蓄積器，并且，靠這種方法，在弱電流期間間接地存貯電能。大負荷運行期間，貯存的壓縮空氣被燃料加熱，在渦輪機中膨脹，其中，以這種方式得到的功率被完全并到電網(wǎng)上。另外，這種空氣蓄積器式渦輪機能夠被連接在其下游的蒸汽循環(huán)設備加以補充。
另外，人們還知道，在空氣壓縮機和渦輪機開動并同時運行時，這種空氣蓄積器式渦輪機能夠作為純燃氣輪機來運行。另外還可以把壓縮空氣蓄積器作為可調功率來接通。
在設備為滿足峰值需求主要以蓄積器方式運行時，輸出功率的最大潛力未得到發(fā)揮。這對設備的經(jīng)濟效益具有不利的影響。
本發(fā)明試圖采取補救措施。本發(fā)明的目的是利用一種空氣蓄積器式渦輪機及一種運行上述那種空氣蓄積器式渦輪機的方法，使功率和效率達到最大值。
本發(fā)明通過將渦輪機廢氣的余熱以及壓縮機組中的中間冷卻器中的余熱回收利用來實現(xiàn)這個目標。
在燃氣輪機組下游的蒸汽產(chǎn)生器中，至少有一壓力級產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽盡可能在燃料燃燒之前或在燃燒燃燒期間被引入壓縮空氣中。這樣氣輪機的輸出功率提高大約30％-40％。
在壓縮機這一方面，至少有一次中間冷卻過程，以便降低壓縮機的功率消耗，而且使壓縮空氣的熱量用來加熱加壓水。然后，這部分加壓水在分壓蒸發(fā)器中被注入相對較冷的壓縮空氣中，這樣一來，就會在分壓作用下部分地蒸發(fā)?？窟@種方法，有5％到20％的水蒸汽混入壓縮氣體中，這樣，渦輪機的功率又可以提高大約30％-40％。
為在空氣蓄積器運行中使這一工作原理同樣適用，除需要壓縮空氣蓄積器外，還需要熱水蓄積器。在分壓蒸發(fā)器中被蒸發(fā)的水要連續(xù)不斷用新的水來補充。
也可用換熱器取代余熱蒸汽產(chǎn)生器，來將從分壓蒸發(fā)器出來的壓縮空氣進行預加熱。這樣做效率雖然提高了，但渦輪機的輸出功率因缺乏蒸汽而下降。
當然，也可以將熱的渦輪機廢氣的余熱部分地回收，以便進行空氣預熱，其中，廢熱蒸汽產(chǎn)生器的蒸汽產(chǎn)量也相應地下降。這一措施可用來對空氣蓄積器式渦輪機進行優(yōu)化。
還將給出本發(fā)明的實現(xiàn)目標的方案的進一步實施例。
下面利用附圖
詳細解釋本發(fā)明的實施例。圖中省去了對直接理解本發(fā)明無用途的所有設備。介質的流動方向用箭頭標明。
唯一的一張附圖表示一個空氣—蒸汽蓄積器式發(fā)電廠。
這張圖畫的是空氣—蒸汽蓄積器式發(fā)電廠，如總的設備代號表所列，設備包括燃氣輪機組、余熱蒸汽產(chǎn)生器25、壓縮空氣蓄積器5以及各種不同的蓄積器及輔助設備。燃氣輪機組包括壓縮機單元1，它由一組壓縮機1a、1b、1c組成，它們在燃燒室和渦輪機系統(tǒng)14、17；19、22的上游運行。余熱蒸汽產(chǎn)生器25接在最后一個燃氣輪機22的下游，它所產(chǎn)生的蒸汽又返回燃氣輪機組。由最后一個壓縮機1c出來的最終的壓縮空氣4或者進入壓縮空氣蓄積器5，或者經(jīng)另一分支管進入分壓蒸發(fā)器11，該蒸發(fā)器位于第一個燃燒室14即燃氣輪機組的高壓燃燒室的上游。也就是說，最終壓縮空氣4直接流入壓縮空氣蓄積器5，或直接進入分壓蒸發(fā)器11，或一部分進入壓縮空氣蓄積器5，一部分按需要進入部分加壓蒸發(fā)器11。與其它輔助設備相配合形成了下面的回路及運行方式吸入空氣3首先流經(jīng)第一個壓縮機1a，在其中進行初步壓縮。預壓縮過的空氣3a在以下降后的溫度下進入下游的第二壓縮機1b之前立即流過中間冷卻器2a，再壓縮后的空氣3b在最后進入第三個壓縮機1c之前，穿過下游的中間冷卻器2b。在第三個壓縮機中進行最后一次壓縮。隨后，最后壓縮過的空氣4流經(jīng)熱交換器6，并在那里進行第三次冷卻，熱交換器6位于已提到的壓縮空氣蓄積器5的上游。從壓縮空氣蓄積器5上游分出的管道8提供壓縮的工作空氣，該管道基本上用作出氣管道或者是最終壓縮后的冷卻過的空氣7所流經(jīng)的管道。這種可交替接通的方式由一系列控制元件9來實現(xiàn)，這些控制元件又被相應地控制。對壓縮空氣空氣蓄積器5有如下說明它接收經(jīng)過最后壓縮機1c的壓縮的冷卻空氣7，其中壓縮機1a、1b、1c由現(xiàn)在作為馬達使用的電機12所驅動，并且用這種方法從電網(wǎng)上接收能量以便儲存。在兩種接通狀態(tài)下，即無論是在被接通的燃氣輪機運行期間還是在壓縮空氣蓄積器5的卸載運行期間，溫度相對較低的壓縮空氣先流入分壓蒸發(fā)器11，在那兒通過管道40與來自在上游運行的熱水蓄積器10的部分熱水混合，此熱水蓄積器的管路通斷技術的初步設備在后面會詳細介紹。通過第一個燃燒室的上游的熱水40的部分噴射，在分壓作用下使熱水40部分地蒸發(fā)，這樣流經(jīng)管道8的工作氣體與第一部分的約15％-20％的水蒸汽混合。隨后這些水蒸汽-空氣混合物13作為燃燒氣體進入高壓燃燒室14，在其內部通過添加燃料15產(chǎn)生熱氣16，熱氣16然后輸入渦輪機17。從高壓燃燒室17排出的廢氣18被導入低壓燃燒室19，在那兒與通過添加燃燒20進行另一個生熱過程，產(chǎn)生熱氣21。熱氣21供應給低壓渦輪機22，并在那里首先進行最終膨脹。來自此處的廢氣24流入余熱蒸汽產(chǎn)生器25，在那兒形成不同壓力的蒸汽。壓力較高的部分蒸汽26被充入高壓燃燒室14，壓力較低的部分蒸汽27進入低壓燃燒室19。用示意圖表示出的管道29及相關的供水泵30代表余熱蒸汽產(chǎn)生器25的水供應裝置。蒸汽的使用具有雙重目的首先，相關的氣輪機輸出功率增加30％～40％，其次，利用蒸汽對火焰溫度的影響使NOx(氮氧化物)的排放降到最低。廢氣在其熱能被余熱蒸氣產(chǎn)生器25充分利用之后便以煙氣28的形式從煙囪排出。此空氣-蒸汽蓄積器式發(fā)電廠的回路還有一個水循環(huán)通路，工作狀態(tài)下，它同與壓縮機配套的中間冷卻器2a、2b、同在最后一臺壓縮機1c的下游運行的熱交換器6、以及同在分壓蒸發(fā)器11的上游運行的熱水蓄積器一起工作。水管31供水以補充分壓蒸發(fā)器11中蒸發(fā)出的水，這些水同最終壓縮的工作空氣8混合，經(jīng)燃燒室14、19、渦輪機17、22和余熱蒸汽產(chǎn)生器25由煙囪28排出。另外，被分成支路35、36、37的循環(huán)水33吸收冷卻器2a、2b、6所放出的熱。借助這種方法使水溫度升高，流經(jīng)管道39、熱水蓄積器10，通過管道40提供給分壓蒸發(fā)器11。
代號表1壓縮機單元1a、1b、1c壓縮機2a、2b中間冷卻器3a、3b被部分地壓縮了的空氣4最終壓縮空氣5壓縮空氣蓄積器6熱交換器7通往壓縮空氣蓄積器的管道，冷卻后的壓縮空氣8壓縮的工作氣體管通道9控制元件10熱水蓄積器11分壓蒸發(fā)器12電機(馬達/發(fā)電機)13空氣—水蒸汽混合物14第一燃燒室(高壓燃燒室)15燃料16熱氣17第一渦輪機(高壓渦輪機)18來自高壓渦輪機的廢氣19第二燃燒室(低壓燃燒室)20燃料
21空氣22第二渦輪機(低壓渦輪機)24廢氣25余熱蒸汽產(chǎn)生器26通往高壓燃燒室的蒸汽管道27通往低壓燃燒室的蒸汽管道28通往煙囪的煙氣29供水管道30供給泵31供水管道32循環(huán)泵33熱水蓄積器輸出管道34循環(huán)泵35、36、37支流管道39回流管道40熱水，管道
權利要求
1.一種空氣蓄積器式渦輪機，主要包括可分離的燃氣輪機組，一臺壓縮空氣蓄積器、一臺熱水蓄積器和一臺與渦輪機組相連的余熱蒸汽產(chǎn)生器，其中，燃氣輪機組包括一個壓縮機單元、至少一個燃燒室和一臺渦輪機，其特征在于來自余熱蒸汽產(chǎn)生器(25)的一些蒸汽(26、27)可被導入渦輪機組以增加渦輪機(17、22)的功率；來自一臺與壓縮機(1)相連的、至少為一臺的熱交換器(6)的熱水(39)可以通過分壓蒸發(fā)器(11)被注入到冷卻的工作氣體(8)中。
2.按權利要求1所述的空氣蓄積器式渦輪機，其特征在于熱水蓄積器(10)與分壓蒸發(fā)器(11)并連。
3.按照權利要求1和2所述的空氣蓄積器式渦輪機，其特征在于壓縮機單元(1)分成部分壓縮機(1a、1b、1c)，在它們中間接有冷卻器(2a、2b)。
4.按照權利要求1和3所述的空氣蓄積器式渦輪機，其特征在于來自中間冷卻器(2a、2b)的熱水(39)通過分壓蒸發(fā)器(11)注入到冷卻過的工作氣體中。
5.按照權利要求1所述空氣蓄積器式渦輪機，其特征在于來自余熱蒸汽產(chǎn)生器(25)的一些蒸氣(26、27)可以被引入燃燒空氣(13、18)和/或燃氣輪機組的熱氣(16、21)。
6.按照權利要求1所述的空氣蓄積器式渦輪機，其特征在于為壓縮機(1)、渦輪機(17、22)位于永久分開的軸上，并且各有自己的電機。
7.按照權利要求1所述的一種運行空氣蓄積器式渦輪的方法，此渦輪機主要包括可分離的燃氣輪機組、壓縮空氣蓄積器、熱水蓄積器、連接在渦輪機組下游的余熱蒸汽產(chǎn)生器，其中渦輪機組包括至少一個燃燒室、至少一臺渦輪機，其特征在于來自余熱蒸氣產(chǎn)生器(25)中至少某二壓力級的所產(chǎn)生的蒸汽(26、27)與燃燒空氣(13、18)和/或渦輪機組的熱氣(16、21)混合，壓縮機的(1)的熱交換器(2a、2b、6)所產(chǎn)生的熱水(39、40)被噴入分壓蒸發(fā)器(11)；而且，這些熱水(39、40)的一部分在分壓作用下被蒸發(fā)，并且與冷卻后的工作氣體混合。
8.按照權利要求7所述的方法，其中，在只有空氣蓄積器運行時，壓縮機本身的運行由作為馬達運行的電機所驅動，其特征在于經(jīng)過熱交換器(2a、2b、6)的熱水(39)儲存在熱水蓄積器(10)中；壓縮機(1)提供的壓縮空氣儲存在壓縮空氣蓄積器(5)中。
9.按照權利要求7所述的方法，其中，氣輪機自身在利用相配的燃燒室運轉期間，電機是作為發(fā)電機工作，其特征在于來自壓縮空氣蓄積器(5)的經(jīng)壓縮的工作氣體(8)在分壓蒸發(fā)器中與來自熱水蓄積器(10)的水蒸汽至少部分地達到飽和狀態(tài)。
10.按照權利要求7所述方法，其特征在于燃氣輪機組本身在受控制狀態(tài)下滿負載運行時，過量的或不足量的壓縮空氣被送入壓縮空氣蓄積器(5)或從那兒取走；部分的熱水(39)被送入熱水蓄積器(10)中或從那兒取走。
全文摘要
空氣蓄積器式渦輪機主要包括一個可分離的氣輪機組、壓縮空氣蓄積器(5)、熱水蓄積器(10)和連在燃氣輪機組下游的余熱蒸汽產(chǎn)生器(25)，在此渦輪機中，來自余熱蒸汽產(chǎn)生器(25)的一些蒸汽被導入渦輪機組，用來增加輸出功率。另外，各臺中間冷卻器(2a，2b)和熱交換器與燃氣輪機組的壓縮單元(1)共同產(chǎn)生熱水。這些熱水被導入分壓蒸發(fā)器(11)中。由此得到的大量蒸汽被混入壓縮的工作空氣中，工作空氣被用作燃燒空氣(13)，以使氣輪機組運行。
文檔編號F01K21/04GK1142004SQ9511507
公開日1997年2月5日 申請日期1995年8月4日 優(yōu)先權日1994年8月5日
發(fā)明者H·U·弗魯希 申請人:Abb管理有限公司