[发明专利]通过排气风门和压缩气体供应控制排气能量的系统和方法

说明书

技术领域

本公开大体涉及燃气涡轮发电站，诸如联合循环或联合生产发电站。更特别地，本公开涉及用于通过排气风门和压缩气体供应来控制燃气涡轮排气能量的系统和方法。

背景技术

诸如联合循环或联合生产发电站的燃气涡轮发电站一般包括燃气涡轮，燃气涡轮具有压缩机、燃烧器、涡轮、在涡轮下游的热回收蒸汽发生器(HRSG)和可操作地连接到HRSG上的蒸汽涡轮。在运行期间，空气通过入口系统进入压缩机，并且在进入燃烧器之前，随着其朝压缩机排气壳发送，空气逐步被压缩。一部分压缩气体与燃料混合且在限定在燃烧器内的燃烧室内燃烧，从而产生高温和高压燃烧气体。

燃烧气体沿着热气路径从燃烧器发送通过涡轮，在涡轮中，随着燃烧气体流经成交替级的固定导叶和联接到转子轴上的可旋转涡轮叶片，燃烧气体逐步膨胀。动能从燃烧气体传递到涡轮叶片，因而使转子轴旋转。转子轴的旋转能可通过发电机转换成电能。燃烧气体通过涡轮的出口作为排气离开，并且排气发送到HRSG。来自排气的热能可传递到流过HRSG的一个或多个热交换器的水，从而产生过热蒸汽。然后过热蒸汽可发送到蒸汽涡轮中，以产生额外的电，并且/或者可发送过热蒸汽来支持发电站或联合生产地点处的各种辅助运行，因而提高整体发电站或联合生产能力。

燃气涡轮的输出在某些环境和负载条件下可受到限制，以便避免定位在涡轮出口处或其附近的涡轮转子叶片的机械/振动极限。这个输出限制与排气离开涡轮出口时的轴向出口速度有关。一旦达到最大轴向出口速度或马赫数，就用控制方法降低或减小燃气涡轮的输出，以便不超过允许机械极限。因此，联合或联合生产循环运行的发电机/功率输出和/或热能输出就降低。

发明内容

下面在以下描述中阐述本公开的各方面和优点，或者根据该描述，本公开的各方面和优点是明显的，或者可通过实践本公开来实习本公开的各方面和优点。

本公开的一个实施例涉及发电站。发电站包括燃气涡轮，其具有在压缩机下游的燃烧器、设置在燃烧器下游的涡轮和在涡轮的出口下游的排气导管，其中，排气导管接收来自涡轮出口的排气。排气风门可操作地连接到排气导管的下游端上，并且与排气导管处于流体连通的压缩气体供应设置在涡轮出口的下游且在排气风门的上游。排气风门(当至少部分地关闭时)和压缩气体供应(当接合时)提高涡轮出口处的背压，并且限制离开涡轮出口的排气的轴向出口速度。

本公开的一个实施例涉及一种用于控制发电站输出的方法。方法包括通过控制器的输入来选择发电站的燃气涡轮的运行模式，通过设置在涡轮出口下游的排气风门来限制离开涡轮的出口的排气流，以及通过在涡轮出口的下游且在排气风门的上游的压缩气体供应，将压缩气体喷射到排气导管中，其中限制排气流和喷射压缩气体会提高涡轮出口处的排气背压。

技术方案1. 一种发电站，包括：

燃气涡轮，其包括在压缩机下游的燃烧器、设置在所述燃烧器下游的涡轮和在所述涡轮的出口下游的排气导管，其中，所述排气导管接收来自所述涡轮出口的排气；

排气风门，其可操作地连接到所述排气导管的下游端上；以及

压缩气体供应，其在所述涡轮出口下游且在所述排气风门上游与所述排气导管处于流体连通，其中，所述排气风门和所述压缩气体供应提高所述涡轮出口处的背压，并且限制离开所述涡轮出口的所述排气的轴向出口速度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述排气风门是闸刀式风门。

技术方案3. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述排气风门是百叶窗风门。

技术方案4. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括所述燃气涡轮的压缩机。

技术方案5. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括辅助送风机或风扇。

技术方案6. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括排气再循环系统。

技术方案7. 根据技术方案6所述的发电站，其特征在于，所述排气再循环系统与设置在所述排气风门下游的排气抽取端口处于流体连通。

技术方案8. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括热回收蒸汽发生器，其具有可操作地连接到所述排气风门的下游端上的入口部分，其中，所述入口部分接收来自所述排气风门的所述排气。