[发明专利]用于连续燃气涡轮的局部负载CO减小操作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有连续燃烧的燃气涡轮的方法。此外，本发明涉及一种燃气涡轮，其用于实施用于操作具有连续燃烧和低CO排放的燃气涡轮的方法。

背景技术

为了保护环境，燃气涡轮发动机的CO排放需要减少。此类排放已知的是在燃烧室中没有足够的时间确保CO到CO₂的氧化和/或该氧化由于与燃烧器中的冷区接触而局部急冷时出现。由于焚烧温度在局部负载条件CO下较小，故CO到CO₂的氧化变得较慢，因此CO排放通常趋于在这些状态下增加。

CO排放减少继而可投入降低燃气涡轮的停机点处的燃气涡轮负载。这由于减少CO₂排放而降低了环境影响，并且由于发动机停机期间的较低燃料消耗而降低了电力的总体成本。最终，CO排放减少可由于节省CO催化剂而投入降低原始成本。在该情况下，可避免(或至少减少)CO催化剂。同时，由于催化剂而出现的损失将被消除(或至少降低)，从而提高了发电设备的总体效率。

根据US2012/0017601 A1，该现有技术的基础在于用于操作燃气涡轮的方法，其在部分负载操作期间保持第二燃烧器的操作焚烧器的空气比λ低于最大空气比λ_max。该方法的特征基本上在于三个新元件，并且还在于可独立地或组合地实施的补充措施。

在该情况下，最大空气比λ_max取决于待观察到的CO排放极限，取决于焚烧器和燃烧器的设计，并且还取决于操作条件，即是说，尤其是焚烧器入口温度。

第一要素为成排的可变压缩机入口导叶的操作原理的改变，这允许第二燃烧器仅在较高局部负载下操作。从空载操作开始，成排的可变压缩机入口导叶已经开启，同时仅第一燃烧器操作。这允许了在第二燃烧器必须操作之前负载增大至较高的相对负载。如果成排的可变压缩机入口导叶开启，并且高压涡轮的热气体温度或涡轮入口温度达到极限，则第二燃烧器供有燃料。

此外，成排的可变压缩机入口导叶迅速闭合。在高压涡轮的恒定涡轮入口温度TIT下闭合成排的可变压缩机入口导叶而没有对策将导致相对功率的显著减小。

为了避免该功率减小，引入第二燃烧器中的燃料质量流可增大。第二燃烧器操作所处的最小负载和进入第二燃烧器的最小燃料流因此显著地增大。

结果，第二燃烧器的最低热气体温度也提高，这减小了空气比λ，并且因此减少了CO排放。

用于减小空气比λ的第二要素为通过在部分负载操作期间增大高压涡轮的涡轮排气温度TAT1和/或低压涡轮的涡轮排气温度TAT2的操作原理的变化。该增大允许了成排的可变压缩机入口导叶的开启转移至较高负载点。

常规地，对于满负载情况确定了第二涡轮的最大涡轮排气温度，并且燃气涡轮和可能的下游废热锅炉根据该温度设计。这导致了第二涡轮的最高热气体温度在部分负载操作期间在成排的可变压缩机入口导叶闭合的情况下不由TIT2(第二涡轮的涡轮入口温度)限制，但由TAT2(第二涡轮的涡轮排气温度)限制。由于在至少一排可变压缩机入口导叶闭合的情况下的局部负载下，横跨涡轮的质量流和因此压力比降低，故涡轮入口温度与涡轮排气温度之比也减小。

对应地，在恒定TAT2的情况下，TIT2也降低，并且在大多数情况下显著位于满负载值以下。提出的使TAT2略微增大超过满负载极限(典型地在10℃到30℃的大小范围内)公认导致TIT2的增大，但这保持在满负载值以下，并且实际上可在没有寿命损失或没有显著的使用寿命损失的情况下实现。设计或材料选择中的适应并未变成必要的，或可典型地限于排出气体侧。为了增大TIT2，热气体温度升高，这通过燃料质量流的增大和与其相关联的空气比λ的减小来实现。CO排放对应地减少。

用于减小操作中的焚烧器的空气比λ的又一个可能性为停用独立的焚烧器并且在恒定TIT2下再分配燃料。

为了使TIT2保持平均恒定，操作中的焚烧器必须与停用焚烧器的数量成比例地较热地操作。为此，燃料供应增加，并且因此局部空气比λ减小。

对于针对CO排放优化的操作，在具有分离平面的燃气涡轮中，邻近分离平面的焚烧器(例如，对于第二燃烧器)典型地首先停用。在该情况下，外壳典型地以其分成上半部和下半部的平面称为分离平面。例如，相应的外壳半部在分离平面中由凸缘连接。

其相邻的焚烧器随后接着停用，或者在燃烧器的相对侧上邻近分离平面的焚烧器停用，并且以交替顺序，从分离平面开始，在燃烧器的两侧上交替的相邻焚烧器停用。