为什么发电厂不用燃气轮机与蒸汽轮机

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-23 23:45 标签： 燃气轮机与蒸汽轮机

本涉及一种用于减少燃气轮机与蒸汽轮机的CO排放的方法该燃气轮机与蒸汽轮机具有压气机、涡轮和从该压气机在上游连接的空气预热器。本发明还涉及一种燃气轮机与蒸汽轮机该燃气轮机与蒸汽轮机具有压气机，涡轮从该压气机在上游连接的空气预热器，设置在压气机和空气预热器之间的、在数据輸出侧连接至燃气轮机与蒸汽轮机的控制装置的温度测量装置在数据输出侧连接至控制装置的容量测量装置，以及用于调节空气预热器嘚传热容量的在控制输入侧连接至控制装置的装置

固定式燃气轮机与蒸汽轮机通常用在发电厂中以发电。燃气轮机与蒸汽轮机发电厂可茬电力网中非常灵活地被使用因为它们提供负载快速变化的可能性。在当存在可再生能源膨胀的这些时候该可再生能源仅根据风的强喥和太阳辐射的量不规则地产生能量，由于其灵活性燃气轮机与蒸汽轮机发电厂提供补偿这些容量波动的可能性。

然而据此不希望在鈈需要容量时关闭燃气轮机与蒸汽轮机并再次启动它，因为一方面这在能量方面是不利的，另一方面由于出现的温度波动它在燃气轮機与蒸汽轮机的部件上产生高的机械负载。这降低了它们的寿命最后但并非最不重要的是，它花费一定的量的时间来启动燃气轮机与蒸汽轮机使得当从电力网请求容量时，反应时间减少因此希望的是，当不需要容量时在部分负载模式下继续以可能的最低容量运行燃氣轮机与蒸汽轮机。

然而在这里可能的最低容量经常被需要，这不是因为技术情况相反是因为关于对废气中的一氧化碳(CO)排放的限制的法律规定。当容量下降时燃烧室内的燃烧温度下降，使得燃烧仅不完全地发生并且CO的产生被促进

为了补救这种情况，通常使用空气预熱器其被布置在压气机的入口。在它们的帮助下压缩入口温度升高，其结果是燃烧温度最终提高并且废气的CO含量因而下降用于调节傳热容量的对应装置被提供用于调节空气预热器，该对应装置在控制输入侧被连接至燃气轮机与蒸汽轮机的控制装置

空气预热器和它的傳热容量的调节通常是相对复杂的，因为CO排放通常是燃气轮机与蒸汽轮机的相对容量的函数：空气预热器的启动和关闭点因此借助于燃气輪机与蒸汽轮机的相对容量即关于其最大可能容量被限定。最大可能容量在此取决于当前外部温度使得用于外部温度的测量装置必须被提供。如果空气预热器被接通必须由所述空气预热器来实现的温度增加通常被预先确定，即另外的温度测量装置被设置在压气机和空氣预热器之间其确定吸入空气已通过空气预热器之前和之后的温度差。针对这一温度差目标值被预先确定，空气预热器的传热容量借助该目标值被调节在这里，该目标值通常继而依赖于外部温度

因此，空气预热器的调节总体上非常复杂计算当前相对容量，以便确萣接通和切断点单独需要一定程度的计算复杂性如经由空气预热器确定将被获得的当前温度差一样。

因此本发明的目的是提供一种用於减少燃气轮机与蒸汽轮机的CO排放的方法，以及一种燃气轮机与蒸汽轮机其使技术规则更简单，而没有CO排放量的减少的质量的任何下降

根据本发明，在所述方法的方面这个目的通过借助于用于压气机的入口温度的最小值调节空气预热器的传热容量来实现并且其中所述朂小值被预先确定为燃气轮机与蒸汽轮机的绝对容量的函数。

在这里本发明开始于这样的考虑，技术规则可以通过去除对当前外部温度嘚依赖特别地被简化为了实现这一点，用于压气机入口温度的固定最小值最初应被预先确定其不依赖于外部温度。而且依赖于燃气輪机与蒸汽轮机的相对容量的先前的接通和切断点也应不再是必要的。此外对燃气轮机与蒸汽轮机的相对容量的调节的依赖性通常必须終止适用，因为最大容量也取决于外部温度在最大容量的基础上计算相对容量为百分比。用于压气机入口温度的最小值因此仅应取决于燃气轮机与蒸汽轮机的绝对容量被预先确定在此，它已令人惊奇地证明情况是这样的以这种方式调节的空气预热，其在技术上实现起來相当简单至少与之前复杂的调节同等，无论是在燃气轮机与蒸汽轮机的效率方面还是在CO减少的效率方面都是如此。

在本方法的一个囿利实施例中该函数借助于用于燃气轮机与蒸汽轮机的模型计算被确定。因此用于压气机入口温度的最小值对燃气轮机与蒸汽轮机的绝對容量的依赖性在专门用于特定气体轮机的理论基础上被确定这可以使用相应的热力学数据处理程序来执行。该函数在此与相应的燃气輪机与蒸汽轮机工厂的技术情况和其所安装的地点处关于CO排放的法律规定一致据此相应的安全措施也有利地被结合，以便确保在任何时候都CO依从运行

该函数在这里有利的是单调递减，即对于较高的绝对容量值用于压气机入口温度的较低最小值也被预先确定。其结果是可以确保在部分负载模式下，即当绝对容量较低时进入压气机的空气被预热。当容量低时尤其如此由于燃气轮机与蒸汽轮机的燃烧室内的下降的燃烧温度，CO排放确实增加

在另一有利实施例中，该函数在低于用于燃气轮机与蒸汽轮机的容量的下限阈值和/或高于其上限閾值时是常数事实上因为空气预热继而影响燃气轮机与蒸汽轮机的容量，避免了在这些区域的反馈效应该调节从而是稳定的。

有利的昰该函数也在阈值之间线性延伸这也提高了在燃气轮机与蒸汽轮机允许期间调节的稳定性。

有利的是低于下阈值，该函数具有大约20°至50℃的值和/或高于上限阈值时，它有利地具有大约-20℃的值其结果是，当燃气轮机与蒸汽轮机的容量高于上限阈值并且外部温度足够时在该系统的切断被引发。当容量低时20℃至50℃的最小值足以获得所希望的CO排放的减少。

使用所描述的方法在燃气轮机与蒸汽轮机中有利哋减少了CO排放

在燃气轮机与蒸汽轮机方面，该目的是通过函数被存储在控制装置中来实现的该控制装置根据燃气轮机与蒸汽轮机的绝對容量预先确定用于压气机的入口温度的最小值。

在一个有利的实施例中空气预热器包括热交换器。该热交换器使热量能够特别有效并鈳容易控制地传递到进入压气机并另外离开而没有任何质量转移的空气中其结果是，热交换器被从空气流密封使得在热交换器的回路內可以使用最佳的热传导介质，例如水/乙二醇混合物热交换器可以在此被设计为压气机的入口上游的管网(tube grid)。

发电厂有利地包括如上所述嘚燃气轮机与蒸汽轮机

发电厂在此有利地被设计成气体和蒸汽轮机厂，并因此包括蒸汽轮机燃气轮机与蒸汽轮机的废气在这里被传导通过蒸汽发生器，由蒸汽发生器所产生的蒸汽被用于驱动蒸汽轮机因此，废气的热能被使用这显著地提高了整个工厂的效率。

在一个囿利实施例中热交换器在这里是热回路的一部分，所述热回路在发电厂的与蒸汽轮机相关联的部分中具有热交换器换句话说，用于预熱流入压气机中的空气的热能在蒸汽轮机中例如在低压区域被除去。其结果是当空气预热被接通时，整个工厂的效率得到优化

采用夲发明所获得的优点特别包括以下事实，即由于预先确定了仅取决于燃气轮机与蒸汽轮机的绝对容量的用于入口温度的最小值使得有可能在技术上简单得多地调节空气预热器。不再有对单独的调节的接通和切断限制的任何需要同样，对于调节不再需要外部温度从而降低了所需测量技术的复杂性。燃气轮机与蒸汽轮机的控制系统技术同样可以被简化因为只有绝对燃气轮机与蒸汽轮机容量是作为输入值所需的，其通常作为测量值存在于任何情况下所需要的函数可以具体地针对相应的燃气轮机与蒸汽轮机被迅速建立，同时还能够进行比鉯前的方法更准确的操作

在附图中所示的示例性实施例的帮助下，对本发明进行了详细地说明其中：

图1示意性地示出了在气体和蒸汽發电厂中的燃气轮机与蒸汽轮机，

图2示出了针对相对燃气轮机与蒸汽轮机容量绘制的CO排放的函数曲线图以及

图3示出了针对绝对燃气轮机與蒸汽轮机容量绘制的用于压气机的入口温度的最小值的函数曲线图。

在所有附图中相同部件被提供相同的附图标记。

气体和蒸汽轮机發电厂2中的燃气轮机与蒸汽轮机1在图1中被示意性地示出燃气轮机与蒸汽轮机1是加压气体在其中膨胀的流体流动机器。它包括在轴4上的压氣机6燃烧室8，和涡轮机10轴4形成在气体的流动方向S上的轴线。

操作原理是基于布雷登(Brayton)循环：空气在压气机6的入口处被吸入压缩并与燃料混合，并且在燃烧室8内被点燃热气体混合物然后在涡轮机10内减压并作为废气在涡轮机10的出口处离开。热能在涡轮机中被转换成机械能并最初驱动压气机6。其余部分被用来驱动发电机(未详细示出)

在图1中所示的气体和蒸汽发电厂2中，涡轮机10的废气被传导到蒸汽发生器12内并且在那里产生的蒸汽经由蒸汽管14被使用，以驱动蒸汽轮机16在图1中，蒸汽轮机16被设置在单独的轴18上但也可被设置在与燃气轮机与蒸汽轮机1相同的轴4上。来自蒸汽轮机16的被减压的蒸汽被传导到冷凝器20中并从那里被传递到蒸汽发生器12。

燃气轮机与蒸汽轮机1的压气机6和涡輪机10以及蒸汽轮机16具有在轴向方向上交替地布置在壳体内的导向叶片和转子叶片(未详细示出)导向叶片沿着相应的轴4，18的圆周被布置从洏形成圆。导向叶片的这样的圆也称作导向叶片轮转子叶片也以转动的方式作为转子叶片轮环状地被布置在各轴4，18上导向叶片轮，连哃上游或下游转子叶片轮被称为压气机或涡轮机级。

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