[发明专利]压缩空气储能燃烧室的试验设施

说明书

一种用于试验大型工业燃气涡轮发动机的燃烧室或其它部件的系统和方法。一种用于试验燃气涡轮发动机部件的试验设施包括储存器、具有连接到储存器的第一流体流动通道和第二流体流动通道的换热器、连接到换热器的第二流体流动通道的燃烧器、在第二流体流动通道内流动的来自燃烧器的热气体流、和连接到换热器的第二流体流动通道的燃气涡轮发动机的试验部件。来自储存器的压缩空气穿过换热器的第一流体流动通道，并且由穿过第二流体流动通道的热气体流预加热，而来自换热器的预加热的压缩空气进到试验部件中以进行试验。

技术领域

本发明总地涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于试验大型工业燃气涡轮发动机的燃烧室或其它部件的装置和方法。

背景技术

大框架重型工业燃气涡轮（IGT）发动机通常用于驱动发电机和产生电能。这些发动机可产生超过200 MW的电力。IGT发动机将具有带有多排或多级转子叶片和定子导叶的压缩机、带有以环形阵列布置的多个筒形燃烧器的燃烧室（也被称为筒形环状燃烧室）和带有多排转子叶片和定子导叶的涡轮机。航空发动机通常具有环形燃烧室而不是像IGT发动机中的那样以环形阵列设置的筒形燃烧室。

将新技术引入到大框架发电用燃气涡轮发动机中的单个最大的障碍是，新技术可能在发动机运行期间失效的风险，并且导致数千万美元的设备损坏和可能导致在发电厂停机时间期间更换电力的成本。由此，这些发动机之一的所有者非常不愿意在试验新技术时使用发动机。因此，十分难以将新技术引入到共用发电厂中。因此，绝大多数发电制造商具有试验设施，以在进行引入之前试验尽可能多的部件。不幸的是，试验设施和进行试验的成本阻止了广泛的试验，并且通常仅能够在将新燃气涡轮发动机安装在公用事业场所之前发现早期失效问题。

试验大型IGT发动机整体或试验发动机的部分或部件两者都是非常昂贵、非常困难并且复杂的。在试验大型发动机时，必须耗散所产生的功率。耗散所产生的能量的一个方法是，驱动发动机并且倾泄所产生的电能。在试验期间产生的过量的电能可被供回到电网中。然而，这对于电力公司会变成实际问题。因为发动机试验可能仅持续数小时，持续数小时供应大量的电力到电网并且然后停止，会对电力公司引起实际问题，特别是如果在试验期间由于离线切断燃气涡轮发动机的问题而使电源突然停止。

试验航空发动机或大框架发动机的另一问题是试验成本非常高。在某些IGT发动机试验台中，可使用水断路器或电加热器电阻来耗散由发动机所产生的载荷，而不是使用发电机供应电阻负载。这些耗散载荷的方法对于上述产生电力的方法具有的优点是，未产生对电网的扰动。然而，缺点是所有所产生的能量损失了。

在使用IGT发动机以驱动发电机并且产生电力的发电厂中，本地社区要求的电力诸如在凉爽的日子中或在夜间从高负载（峰值负载）到低负载循环。 使供电与发电厂的要求匹配的一个方法是使用压缩空气储能（CAES）系统。 在低负载时，发动机用于驱动压缩机而不是发电机以产生高压空气，该高压空气接着被储存在地下洞穴，诸如盐矿洞穴内，而不是使发动机停机。大量压缩空气被收集，并且然后用于在峰值负载期间供应整个发动机。

在试验诸如大型工业发动机或航空发动机的燃气涡轮发动机或这些发动机之一的部件（诸如燃烧室）时，发动机或部件需要在不同的运行情况下而不是仅在稳态情况下试验。必须试验发动机部分负载情况，并且因此要求不同的燃料和压缩空气流。发动机上的负载也在试验过程中从稳态情况下的全负载变化到部分负载。由此，所耗散的能量的大小在发动机试验过程中变化。

也要求试验大框架重型工业燃气涡轮发动机的部件。发动机的每一个部件均要求试验。压缩机、燃烧室或涡轮机可作为独立于发动机的单元来试验。 例如，在燃烧室的试验中，要求将处于高压（15-100巴（bars））下的大量压缩空气供应到燃烧室，以与燃料一起燃烧用于试验。需要一个或多个压缩机以产生如此大量的压缩空气，从而再现由燃气涡轮发动机的压缩机产生的实际压力和流量，流体被输送至燃烧室以产生穿过涡轮机的热气体流。 由此，需要具有20-200 MW及以上的功率输出的大型电动机以驱动一个或多个压缩机。由此，对燃烧室的试验需要较大的资本支出和维护要求。