[发明专利]燃气轮机组的操作方法

说明书

本发明涉及燃气轮机组的操作方法。

该机组包括一个燃烧室，一个由燃烧室出来的气体所驱动的高压涡轮机以及一个由高压涡轮机出来的排气所驱动的低压涡轮机，用来控制由高压涡轮机向低压涡轮机供气的装置，以及一个由低压涡轮机驱动的低压压气机，和一个和低压压气机串接并由高压涡轮机驱动用来向燃烧室供应加压空气的高压压气机，燃气轮机组的有效功率可通过该装置对低压涡轮机的上游气体状态的控制而调节。

SE387703中公开了一种由燃气轮机和汽轮机组成的动力装置;SE425573中公开了一种具有中间冷却、回热的双转子燃气轮机方案。

CH-A-210，657也叙述了上述的那种燃气轮机组。这个先有技术机组还包括一个在高压涡轮机和低压涡轮机之间的中压涡轮机，从燃烧室输出的总功率被供应到燃气轮机组以便从中压涡轮机的轴回收有效功率，高压涡轮机的唯一用途是操作高压压气机。

在瑞士专利说明书中没有关于燃气轮机组工作温度的详细资料;只在涉及装置时仅仅指出温度，该装置包括可转叶片，用以控制低压涡轮机的供气，据说操作于低温范围，即200℃。还有，在专利说明书中没有提到机组的效率。然而，可以预料效率是低的，因为这个先有技术燃气轮机组的发明时代是在三十年代末期，采用一个中间冷却器和一个同流换热器时效率不会超过30%。

然而，众所周知的是较现代化的燃气轮机组的效率通常约为30至35%（如果忽略使用一个中间冷却器，一个同流换热器等等后所能提高的效率）。效率提不高的原因是机组的排气在通过一根烟道之类再逸至环境时具有相当高的温度（差不多在500℃）。这个排气还含有大量空气，它们由压气机供应，但不曾在燃烧中被利用。

为了提高燃气轮机组的有效功率，该燃气轮机组由一涡轮机和一由涡轮机驱动的压气机组成，早就有人建议将来自压气机的所有空气用于供应给燃烧室燃料的燃烧，以及通过在燃烧室内的管子中产生蒸汽，把来自燃烧室的气体冷却至大约450℃的温度。蒸汽驱动一个汽轮机。在这个先有技术系统中，这个所谓韦洛克斯（Velox）系统，总的有效功率是取自蒸汽驱动的汽轮机，而从燃烧室供应给燃气轮机的气体处于一个相当低的温度，所产生的功率只够用来操作压气机。效率被提高至大约38%，但还是需要一个相当大的燃烧室，这意味着加大了装置投资。

本发明的目的是提供使用一个紧凑的组合装置，即一种燃气轮机装置，它具有韦洛克斯系统中的燃气轮机以及汽轮机，而获得更高的效率以及利用所有的压气机空气进行燃烧，为此目的，上述的这种方法具有下面要讲的特点。所以，这有效功率不是取自如瑞士专利说明书所说的一个中压涡轮机，而是部分地取自一个基本上恒转速的高压涡轮机，部分地取自汽轮机。由于高压涡轮机和相连的高压压气机都以基本上恒转速驱动，减低了在低压压气机中抽吸的危险。

根据本发明，提供了一种操作燃气轮机组的方法，机组包括一个燃烧室，一个由来自燃烧室的气体驱动的高压涡轮机，和一个由来自高压涡轮机的气体驱动的低压涡轮机，用来控制从高压涡轮机向低压涡轮机供应气体的装置，和一个由低压涡轮机驱动的低压压气机，以及一个和低压压气机串接并由高压涡轮机驱动以供应加压空气给燃烧室的高压压气机，燃气轮机组的有效功率藉上述装置控制低压涡轮机上游的气体状态进行调节，以控制从高压涡轮机到低压涡轮机的气体供应，从基本上恒转速的高压涡轮机回收燃气轮机组的有效功率，而供应给高压涡轮机的气体温度被维持基本上恒定而与从燃气轮机组回收的有效功率无关，其特征在于：几乎所有从压气机输向燃烧室的空气在燃烧室中被用来燃烧，所产生的气体通过由气体加热的水产生蒸气来进行冷却至相应于高压涡轮机的最高操作温度，从所产生气体的冷却所得到的蒸气功率用于气轮机。

使用本发明的方法所获得的总效率的提高大约可达41%，此外，这个效率可在主要负荷范围内保持基本恒定，这是由于供应给高压涡轮机的气体温度保持基本恒定。

下面参照附图对本发明作更详细的说明，其中：

图1是实施本发明方法的燃气轮机装置的概略图，

图2是燃气轮机装置涡轮机部分的部分轴向剖面图。