[发明专利]改善的燃气涡轮发动机及操作

说明书

技术领域

本公开内容涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及在低负载状态下具有改善的效率和在排出气体中改善的燃烧产物(如，氮氧化物气体(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、未燃烃(UHC)等)的排放控制的燃气涡轮发动机。

背景技术

在近些时候，随着对保护环境的关注增长，越来越多行业在朝可再生能源转移来发电，这导致需要常规发电设备有竞争力，且能够在很低负载下且在规定环境的约束内操作，包括对排出气体中的一种或多种燃烧产物(如，氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、未燃烃(UHC)等)的排放的限制。

在低负载状态下操作发电设备且同时将排放保持在规定环境约束内是挑战。之前已经进行了此方面的各种尝试，其中一种尝试包括通过闭合燃气涡轮或联合循环发电设备中的可变入口导叶(VIGV)来减少入口空气流。

然而，闭合VIGV来减少入口空气流仅在一定程度上可能，因为在某一极限之后，其上构造有VIGV的压缩机开始达到操作极限，且VIGV的任何进一步闭合可导致空气动力不稳定的操作或破坏。此外，减少用于使发电设备能够在低负载状态下操作的功率可通过降低燃气涡轮内的涡轮入口温度来完成。然而，这由特定燃烧器的操作极限约束，或关于如上文所述的一种或多种燃烧产物的排放变为对环境规定不利。

因此，存在改善燃气涡轮和操作的需要。

发明内容

本公开内容描述了一种改善的燃气涡轮发动机，其将以以下简化概述呈现，以提供旨在克服所述缺陷的本公开内容的一个或多个方面的基本理解，但包括其所有优点，同时提供一些附加优点。本概述并非是本公开内容的宽泛综述。其既不旨在识别本公开内容的重要或关键元件，又不旨在界定本公开内容的范围。相反，本概述的唯一目的在于以简化形式呈现出本公开内容的一些理念、其方面和优点，以作为随后提出的更为详细的描述的前序。

本公开内容的一个目的在于描述一种改善的燃气涡轮发动机，其可适于在以下方面可适应：可在低负载状态下且在排出气体中的一种或多种燃烧产物(如，氮氧化物气体(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、未燃烃(UHC)等)的排放的规定环境约束内操作。本公开内容的另一个目的在于描述一种改善的燃气涡轮，其便于以有效且经济的方式使用。本公开内容的各种其它目的和特征将从以下详细描述和权利要求清楚。  

一方面，上文提到的及其它目的通过发电设备的改善的燃气涡轮发动机来实现。燃气涡轮发动机包括入口通路和排出通路。入口通路适于将入口空气接收和引送至压缩机，以将入口空气压缩和供应至燃烧器，以产生气体来驱动涡轮。此外，排出通路适于从涡轮释放排出气体。燃气涡轮发动机还包括过滤器部件、至少一排可变入口导叶(VIGV)和入口空气流控制布置。过滤器部件设置在入口通路中以过滤入口空气。VIGV适于构造在压缩机上。此外，入口空气流控制布置适于可拆卸地设置在至少过滤器部件与成排的VIGV之间，且邻近过滤器部件。可拆卸的附接使得能够在每当不需要时移除入口空气流控制布置。VIGV和空气入口流控制布置中的至少一者构造成在需要时可选择性地操作和控制，以至少部分地闭合入口通路来调整和产生入口通路中的预定所需压力损失，以便将减少的量的入口空气供应至压缩机，以使得能够优选在部分负载下或在低负载状态下减小燃气涡轮发动机的功率输出。

在本公开内容的一个实施例中，燃气涡轮发动机还可包括加热部件，其适于构造在入口通路中以加热入口空气，以与入口通路中的压力损失组合而使得能够减小燃气涡轮发动机的功率输出来获得低负载状态。

在本公内容的一个实施例中，独立的或与加热部件组合的入口空气流控制布置在燃气涡轮发动机的低负载状态下使得能够减少来自排出通路的排出气体的燃烧产物的排放。

在本公开内容的一个实施例中，入口空气流控制布置适于构造成保持入口空气的流动方向，使得VIGV的下游接收轴向入流。在本公开内容的另一个实施例中，入口空气流控制布置适于构造成改变入口空气的流动方向，使得在VIGV前缘处的入口空气的入射减少，以便在压缩机入口处提供良好的流动状态。

在本公开内容的一个实施例中，燃气涡轮发动机可包括控制系统，其适于且构造成控制入口空气流控制布置。