專利名稱：確定燃?xì)廨啓C(jī)閉式或半開式冷卻系統(tǒng)中漏泄的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電廠的技術(shù)領(lǐng)域。它涉及一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)閉式或半開式冷卻系統(tǒng)中漏泄的方法，其中，一種不同于空氣的冷卻劑在一個(gè)單獨(dú)的回路中環(huán)流。
在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)中從一開始就有除了空氣冷卻外還追求外來介質(zhì)冷卻的計(jì)劃。其中，渦輪的一些部分用一種外來的介質(zhì)，大多是水或水蒸汽冷卻，這種冷卻劑在一個(gè)單獨(dú)的回路中環(huán)流(W.TraupelThermische Turbomaschinen，Springer出版社，1988.3出版，卷1，85頁)。這種冷卻劑回路可例如是閉式的，在這種情況下實(shí)際上總是不可避免地產(chǎn)生小量的漏泄，通過在回路中補(bǔ)充冷卻劑來進(jìn)行補(bǔ)償。冷卻劑回路也可以例如是半開式的，此時(shí)附加地從冷卻劑回路有目的地引出冷卻劑并用來對熱負(fù)荷特別大的部分例如直接進(jìn)行薄膜式冷卻。
尤其在具有閉式冷卻系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)中，出現(xiàn)冷卻劑從冷卻系統(tǒng)流入熱燃?xì)馔ǖ乐械穆┬故欠浅ＮｋU(xiǎn)的。由于這種冷卻流體的泄漏，使下游的冷卻區(qū)缺少冷卻流體，其結(jié)果是使有關(guān)的部分迅速過熱。
本發(fā)明試圖克服這一缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種簡單的用于確定燃?xì)廨啓C(jī)閉式或半開式冷卻系統(tǒng)中漏泄的方法，此方法可以為保護(hù)機(jī)器而進(jìn)行監(jiān)測。
按本發(fā)明為達(dá)到這一目的是通過，在一種按照權(quán)利要求l前序部分所述的方法中，從燃?xì)鉁u輪的排氣中提取試樣，并對此試樣進(jìn)行濃度測量。試樣的提取和測量可以連續(xù)地(在線)或周期地進(jìn)行。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用這種方法可以方便地確定在燃?xì)廨啓C(jī)冷卻系統(tǒng)中的漏泄，并因而可通過及時(shí)地采取措施避免受危險(xiǎn)部分的過熱。在這種情況下濃度測量結(jié)果可用來報(bào)警，或用于采取自動保護(hù)措施，例如減少燃料量，增加冷卻蒸汽流量。
特別合乎目的的是測量在排氣中的冷卻流體濃度，尤其是水蒸汽濃度。但也可以根據(jù)選擇測量CO2濃度或Nox濃度。
此外，最好在冷卻流體回路中添加一種示蹤物質(zhì)，最好是惰性氣體、氘或氨，并測量在排氣中的示蹤物質(zhì)濃度，因?yàn)槭聚櫸镔|(zhì)容易檢定。尤其對于昂貴的示蹤物質(zhì)，可以進(jìn)行周期性或陣發(fā)性地添加和相應(yīng)地監(jiān)測。
最后，在渦輪出口與煙囪之間或渦輪出口與余熱鍋爐之間的區(qū)域內(nèi)提取濃度試樣是有利的。濃度試樣的提取最好在燃?xì)鉁u輪下游盡可能遠(yuǎn)但仍在鍋爐上游的地方進(jìn)行，以便使測量時(shí)不將余熱鍋爐的漏泄包含在內(nèi)，并使測量結(jié)果不會失真。
當(dāng)在一個(gè)垂直于流動方向的平面內(nèi)布置多個(gè)濃度試樣提取點(diǎn)時(shí)還可以探測到漏泄的位置。
此外，合乎目的的是，濃度試樣在余熱鍋爐后或直接在煙囪內(nèi)提取。由于那里已經(jīng)進(jìn)行了充分的混合，所以可唯一地只在一個(gè)地點(diǎn)提取試樣，從而使得確定冷卻系統(tǒng)中的漏泄費(fèi)用很低。
最后，若機(jī)器具有順序燃燒以及機(jī)器主要由沿流動方向連續(xù)排列的壓縮機(jī)、第一燃燒室、高壓渦輪、第二燃燒室和第二渦輪組成和其中高壓渦輪借助于閉式冷卻回路冷卻時(shí)，則有利的是在高壓渦輪與第二燃燒室之間提取濃度試樣，在這種情況下提取點(diǎn)分布在圓周上。
結(jié)合附圖參閱下述詳細(xì)說明可更完整地理解本發(fā)明及其附帶的優(yōu)點(diǎn)。其中

圖1具有閉式冷卻流體回路和具有四個(gè)不同的濃度試樣提取點(diǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)裝置示意圖；圖2類似于圖1的具有附加的示蹤物質(zhì)添加裝置和調(diào)節(jié)裝置的燃?xì)廨啓C(jī)裝置示意圖；圖3具有順序燃燒和按本發(fā)明的濃度測量的燃?xì)廨啓C(jī)裝置示意圖。
現(xiàn)在參閱附圖，圖中相同的標(biāo)號表示相同或相應(yīng)的部件。在圖1至3詳細(xì)說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1表示了一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置的示意圖。在一根公共的軸1上裝有壓縮機(jī)2和渦輪3。環(huán)境空氣4被吸入并在壓縮機(jī)2中進(jìn)行壓縮。壓縮空氣5接著在燃燒室6內(nèi)與燃料7混合并燃燒。從燃燒室6排出的熱燃?xì)?供入渦輪3并在那里膨脹。在這種情況下渦輪3驅(qū)動壓縮機(jī)2，壓縮機(jī)與一臺發(fā)電用的發(fā)電機(jī)9連接。渦輪3的排氣10接著經(jīng)排氣擴(kuò)壓器11、消音器12和煙囪13排入大氣。根據(jù)選擇可在煙囪前設(shè)一余熱鍋爐14，在余熱鍋爐中排氣10與要加熱的水或水蒸汽發(fā)生熱交換，使排氣10得到進(jìn)一步冷卻。此燃?xì)廨啓C(jī)有一個(gè)閉式冷卻系統(tǒng)，其中渦輪3和燃燒室7的零件用外來的冷卻流體15，大多為水或水蒸汽冷卻，在這種情況下冷卻流體15在一個(gè)單獨(dú)的冷卻流體回路16中環(huán)流。冷卻流體回路16通過一個(gè)在這里沒有詳細(xì)說明的冷卻流體量調(diào)節(jié)器17調(diào)整。因?yàn)樵趯?shí)際上總是不可避免地發(fā)生少量的漏泄，所以冷卻流體回路16必須有規(guī)律地用冷卻流體15補(bǔ)充。就這方面來說這是已知的先有技術(shù)。
因?yàn)樵诰哂写祟愰]式的外冷卻系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)中，出現(xiàn)從冷卻系統(tǒng)到熱燃?xì)馔ǖ乐械穆┬挂馕吨薮蟮奈ｋU(xiǎn)，這是由于冷卻流體15從冷卻流體回路16泄漏使下游的冷卻區(qū)的冷卻效果降低，并因而引起所涉及的渦輪部分的過熱，所以按本發(fā)明從排氣10中提取試樣，并對試樣進(jìn)行濃度測量。在此實(shí)施例中試樣的提取和測量均在線進(jìn)行。最好測量冷卻流體的濃度，也就是說在采用水蒸汽作為冷卻劑15時(shí)測量水蒸汽的濃度。但也可以測量CO2或Nox的濃度。
如圖1中通過方案A、B、C和D所示，濃度試樣可以在不同的地點(diǎn)從排氣流中提取。其中，提取點(diǎn)18設(shè)在渦輪3的出口與煙囪13之間的區(qū)域內(nèi)。在方案A和B中，提取點(diǎn)18設(shè)在渦輪3出口與余熱鍋爐14進(jìn)口之間的區(qū)域內(nèi)。在這種情況下有利的是，在渦輪3的下游盡可能遠(yuǎn)但仍在余熱鍋爐14上游處從排氣流中提取試樣，以便使余熱鍋爐14的漏泄不包括在內(nèi)。
若在一個(gè)垂直于排氣10流動方向設(shè)置的平面內(nèi)布置多個(gè)提取點(diǎn)18并在那里提取濃度試樣，則通過比較測量值可以確定漏泄的具體位置。
在方案C中提取點(diǎn)18直接設(shè)在余熱鍋爐14的下游，在方案D中則設(shè)在煙囪13內(nèi)。在這些地點(diǎn)提取試樣的優(yōu)點(diǎn)是，由于在那里排氣10與冷卻流體15已經(jīng)進(jìn)行了充分的混合，所以只需要唯一的一個(gè)提取點(diǎn)18。當(dāng)然，由于鍋爐14中可能有漏泄而會使測量失真。
所有的方案A至D共同之點(diǎn)在于，排氣試樣通過泵19引向濃度測量儀20，在測量儀中在線確定各種需要的濃度。接著，與測量結(jié)果相應(yīng)的信號傳送給報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)21，此系統(tǒng)例如促使減少燃料量或增大冷卻蒸汽量。當(dāng)例如冷卻流體濃度超過上極限值時(shí)系統(tǒng)21起作用，其中，上極限值規(guī)定為一個(gè)或多個(gè)下列工作參數(shù)的函數(shù)功率、進(jìn)口導(dǎo)向葉片位置，亦即空氣流量、燃料種類、注入燃燒室內(nèi)的水或蒸汽量。當(dāng)例如冷卻流體(H2O)與CO2的濃度之比超過一個(gè)上極限值時(shí)，此報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)21也可以起作用。在這里有利的是，功率和空氣流量的影響基本上抵消。
若反之，低于一個(gè)同樣由上述工作參數(shù)規(guī)定的下極限值，則其結(jié)果可用于檢測測量系統(tǒng)中的故障。
在類似于圖1的另一種實(shí)施例中，從排氣10中提取試樣和濃度測量，也可以周期性或陣發(fā)性地進(jìn)行。
圖2表示本發(fā)明的另一種實(shí)施方案。圖2與上述第一種實(shí)施方案的區(qū)別僅在于，在冷卻流體回路16中向冷卻流體15摻入一種示蹤物質(zhì)25。特別適用于作為示蹤物質(zhì)的是惰性氣體，氘或氨。借助于示蹤物質(zhì)濃度調(diào)節(jié)器26，可比較所測得的示蹤物質(zhì)25的濃度值及其規(guī)定值，并通過示蹤物質(zhì)25的一個(gè)適當(dāng)?shù)挠?jì)量器使之與當(dāng)時(shí)的條件相匹配。按本發(fā)明測量在排氣中的示蹤物質(zhì)25的濃度可有利地這樣進(jìn)行，即，提取點(diǎn)18如針對圖1所作的說明那樣布置。因此，在濃度測量儀20中測量示蹤物質(zhì)濃度、與規(guī)定的示蹤物質(zhì)濃度極限值比較、以及在需要時(shí)接通報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)21。示蹤物質(zhì)25的摻入和濃度測量，既可以連續(xù)地進(jìn)行，也可以按另一種實(shí)施例周期性或陣發(fā)性地進(jìn)行。因此，例如，可以在冷卻流體15中加入一定量的示蹤物質(zhì)25，并可將排氣10中示蹤物質(zhì)25的濃度作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行測量。于是，冷卻系統(tǒng)越密封，“濃度峰”(作為時(shí)間的函數(shù))越高和越窄。在燃?xì)廨啓C(jī)工作期間，這種檢查周期性地進(jìn)行，例如每天一次。也可以自動起動這種檢查性測量。當(dāng)只是在出現(xiàn)不利的測量結(jié)果時(shí)才按較短的間隔實(shí)施從排氣中提取試樣和濃度測量，以此方式可以節(jié)省費(fèi)用和示蹤物質(zhì)用量。
按本發(fā)明的方法最適合用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)閉式冷卻系統(tǒng)中的漏泄，但也可應(yīng)用于半開式冷卻系統(tǒng)。取決于示蹤劑的含量所進(jìn)行的注射可能增加檢測的困難。
圖3借助于具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪表示了本發(fā)明的另一種實(shí)施例。此燃?xì)廨啓C(jī)裝置主要包括裝在一根公共軸1上的壓縮機(jī)2、第一高壓渦輪3和第二渦輪23。在壓縮機(jī)2與第一渦輪3之間設(shè)有第一燃燒室7，來自壓縮機(jī)2的壓縮空氣與燃料6混合并燃燒。產(chǎn)生的熱燃?xì)夤┤氲谝桓邏簻u輪3，在那里膨脹，排氣供入第二燃燒室即補(bǔ)燃室22，補(bǔ)燃室22設(shè)在第一渦輪3和第二渦輪23之間，它制備熱燃?xì)夤┤氲诙u輪23。如圖3中示意表示的那樣，借助于閉式冷卻流體回路16冷卻高壓渦輪3的部分?？衫绮捎盟羝鳛槔鋮s流體15，如上面已說明的那樣，在冷卻流體中可以附加地?fù)饺胧聚櫸镔|(zhì)25。
按本發(fā)明機(jī)在可以單獨(dú)對高壓渦輪3進(jìn)行監(jiān)控，此時(shí)，由布置在圓周上的提取點(diǎn)18從高壓渦輪3出現(xiàn)與補(bǔ)燃室22進(jìn)口之間區(qū)域內(nèi)的氣流中提取濃度試樣。氣體借助于泵19引入濃度測量儀20，將測量值與預(yù)先給定的值比較，并在需要時(shí)接通報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)21。如已說明的那樣，既可采用冷卻流體濃度測量值，但也可以采用NOx、二氧化碳或必要時(shí)示蹤物質(zhì)的濃度測量值。
當(dāng)然，在另一種實(shí)施例中也可以采用按本發(fā)明的方法監(jiān)控具有更多個(gè)順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)，其中兩個(gè)以上的燃燒室和渦輪交替排列。
顯然，借助于上面的教導(dǎo)可以對本發(fā)明作出各種修改和變化。因此不言而喻，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以按與以上具體的描述不同的方式實(shí)施。
符號表1軸2壓縮機(jī)3渦輪4環(huán)境空氣5壓縮空氣6燃料7燃燒室8熱燃?xì)?發(fā)電機(jī)10 排氣11 排氣擴(kuò)壓器12 消音器13 煙囪14 余熱鍋爐15 冷卻流體16 冷卻流體回路17 冷卻流體量調(diào)節(jié)器18 濃度試樣提取點(diǎn)19 泵20 濃度測量儀21 報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)22 補(bǔ)燃室23 第二渦輪24 熱燃?xì)馔ǖ?5 示蹤物質(zhì)26 示蹤物質(zhì)濃度流量調(diào)節(jié)器
權(quán)利要求
1.確定燃?xì)廨啓C(jī)裝置閉式或半開式冷卻系統(tǒng)中漏泄的方法，其中，燃?xì)廨啓C(jī)裝置要冷卻的部分借助于一種不同于空氣的冷卻流體(15)冷卻，以及，此冷卻流體(15)在一個(gè)單獨(dú)的冷卻流體回路(16)中環(huán)流，在冷卻系統(tǒng)中的漏泄導(dǎo)致冷卻流體(15)進(jìn)入燃?xì)鉁u輪(3)的熱燃?xì)馔ǖ乐?，其特征為從燃?xì)鉁u輪(3)的排氣(10)中提取試樣，對試樣進(jìn)行濃度測量。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為提取試樣和測量濃度在線實(shí)施。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為提取試樣和測量濃度周期性實(shí)施。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為測量冷卻流體的濃度。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征為使用水蒸汽作為冷卻流體(15)，并測量水蒸汽濃度。
6.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為測量CO2濃度。
7.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為測量NOx的濃度。
8.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為在冷卻流體回路(16)中添加一種示蹤物質(zhì)(25)，測量在排氣(10)中的示蹤物質(zhì)濃度。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征為采用惰性氣體作為示蹤物質(zhì)(25)。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征為采用氨作為示蹤物質(zhì)(25)。
11.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征為采用氘作為示蹤物質(zhì)(25)。
12.按照權(quán)利要求3和權(quán)利要求8至11之一所述的方法，其特征為向冷卻流體回路添加示蹤物質(zhì)(25)周期性進(jìn)行。
13.按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為在渦輪(3)的出口與煙囪(13)之間的范圍內(nèi)提取濃度試樣。
14.按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為在渦輪(3)的出口與余熱鍋爐(14)的進(jìn)口之間的范圍內(nèi)提取濃度試樣。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征為在渦輪(3)下游盡可能遠(yuǎn)處但仍在余熱鍋爐(13)的上游處提取濃度試樣。
16.按照權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其特征為在一個(gè)垂直于流動方向的平面內(nèi)的多個(gè)提取點(diǎn)(18)提取濃度試樣。
17.按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為直接在余熱鍋爐(13)的出口后提取濃度試樣。
18.按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為在煙囪(14)內(nèi)提取濃度試樣。
19.按照權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征為只在唯一的一個(gè)地點(diǎn)提取濃度試樣。
20.按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其中，燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種具有順序燃燒的機(jī)器，它主要由沿流動方向連續(xù)排列的壓縮機(jī)(2)、第一燃燒室(7)、高壓渦輪(3)、第二燃燒室(22)和第二渦輪(23)組成，在高壓渦輪(3)與第二燃燒室(22)之間設(shè)有一個(gè)熱燃?xì)馔ǖ?24)，高壓渦輪(3)借助于閉式或半開式冷卻流體回路(16)冷卻，其特征為在高壓渦輪(3)與第二燃燒室(22)之間的氣流中提取濃度試樣，其中，提取點(diǎn)(18)分布在熱燃?xì)馔ǖ?24)的圓周上。
21.按照權(quán)利要求1至20之一所述的方法，其特征為濃度測量結(jié)果輸入一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)(21)中。
22.按照權(quán)利要求1至20之一所述的方法，其特征為濃度測量結(jié)果輸入一個(gè)自動保護(hù)系統(tǒng)(21)中，最好是一個(gè)燃料量調(diào)節(jié)器或冷卻流體量調(diào)節(jié)器。
全文摘要
在一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)裝置閉式或半開式冷卻系統(tǒng)中漏泄的方法中,其中,燃?xì)廨啓C(jī)裝置要冷卻的部分借助于一種不同于空氣的冷卻流體冷卻,以及,此冷卻流體在一個(gè)單獨(dú)的冷卻流體回路中環(huán)流,在冷卻系統(tǒng)中的漏泄導(dǎo)致冷卻流體進(jìn)入燃?xì)鉁u輪的熱燃?xì)馔ǖ乐?按此方法從燃?xì)廨啓C(jī)的排氣中提取試樣并對試樣進(jìn)行濃度測量,最好是冷卻流體的濃度測量。濃度測量的結(jié)果輸入報(bào)警系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)中,借助于此系統(tǒng)防止渦輪未充分冷卻的部分過熱。
文檔編號F02C7/12GK1188181SQ9712309
公開日1998年7月22日 申請日期1997年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月5日
發(fā)明者H·韋特斯坦 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司