CN102953830B - 功率装置起动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功率装置起动方法。将环境空气压缩成压缩环境气体流(26)并且输送到涡轮燃烧器(32)。打开排气端口。以点燃速度旋转涡轮轴(22),并且将燃料流(28)输送到涡轮燃烧器(32)以与压缩环境气体流(26)混合而形成可燃混合物。可燃混合物燃烧且形成驱动涡轮(34)的再循环气体流(50)。使用再循环环路(52)来使再循环气体流(50)再循环。涡轮(34)以目标速度运行,并且然后达到基本化学计量式燃烧。使用抽取管道(48)来抽取再循环气体流(50)的至少一部分,抽取管道(48)流体地连接到涡轮压缩机(30)上。
Description
技术领域
本公开的主题大体涉及电功率装置的领域,并且更具体而言,涉及起动化学计量式排气再循环涡轮系统的方法。
背景技术
已知各种类型的燃气轮机系统,并且它们在功率装置中用于发电。典型地,燃气轮机系统包括用于压缩空气流的涡轮压缩机,以及涡轮燃烧器,涡轮燃烧器结合压缩空气与燃料且点燃混合物以产生排气。排气然后可通过涡轮而膨胀,从而使涡轮旋转,涡轮又可通过涡轮轴连接到涡轮发电机上,以产生功率。燃气轮机传统上在燃烧过程中使用过剩的空气,以控制涡轮温度和管理不合需要的排放。这通常导致排气流具有大量的过剩氧。
因此,存在对使用这样的燃气轮机系统的功率装置组件的需要,该燃气轮机系统可在没有带有大量的过剩氧的排气流的情况下运行。此外,该功率装置组件提供用以通过处理排气来进一步减少排放和/或回收二氧化碳流、氮流和水流的选择将是合乎需要的。
发明内容
在一个方面,提供了一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置组件的方法。利用至少一个主要空气压缩机将环境空气压缩成压缩环境气体流。以压缩环境气体流率将压缩环境气体流的至少第一部分输送到涡轮燃烧器,涡轮燃烧器流体地连接到至少一个主要空气压缩机上。通过打开流体地连接到下者上的排气端口中的至少一个来对功率装置进行排放:再循环环路、将涡轮压缩机流体地连接到再循环环路上的旁通管道,或流体地连接到涡轮压缩机上的抽取管道。以点燃速度旋转涡轮轴,涡轮轴将涡轮连接到涡轮压缩机上。以燃料流流率将燃料流输送到涡轮燃烧器,以与压缩环境气体流的至少第一部分混合以及与再循环气体流的至少第一部分而形成可燃混合物。在涡轮燃烧器中燃烧可燃混合物,并且从而形成再循环气体流且驱动涡轮和涡轮压缩机。使用再循环环路来使再循环气体流从涡轮再循环到涡轮压缩机。然后以目标运行速度运行涡轮,并且如果需要的话,通过调节燃料流流率和压缩环境气体流率来使涡轮加速到目标运行速度。燃料流流率和压缩环境气体流率各自被调节,以达到基本化学计量式燃烧。使用抽取管道来抽取再循环气体流的至少第二部分。
在另一个方面,提供了一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置的至少一个主系的方法。利用至少一个主要空气压缩机来将环境空气压缩成压缩环境气体流。打开空气供应阀,空气供应阀将至少一个主要空气压缩机流体地连接到系间(inter-train)管道上。打开主空气喷射阀,主空气喷射阀将系间管道流体地连接到主涡轮燃烧器上。以主压缩环境气体流率将压缩环境气体流的至少第一部分输送到主涡轮燃烧器,主涡轮燃烧器流体地连接到至少一个主要空气压缩机上。通过打开流体地连接到下者上的主排气端口中的至少一个来对至少一个主系进行排放:主再循环环路、将主涡轮压缩机流体地连接主再循环环路上的主旁通管道,或流体地连接到主涡轮压缩机上的主抽取管道。以点燃速度旋转主涡轮轴,主涡轮轴将主涡轮连接到主涡轮压缩机上。以主燃料流流率将主燃料流输送到主涡轮燃烧器,以与压缩环境气体流的至少第一部分混合以及与主再循环气体流的至少第一部分混合而形成主可燃混合物。在主涡轮燃烧器中燃烧主可燃混合物,并且从而形成主再循环气体流且驱动主涡轮和主涡轮压缩机。使用主再循环环路使主再循环气体流从主涡轮再循环到主涡轮压缩机。以主目标运行速度运行主涡轮,并且如果需要的话,通过调节主燃料流流率和主压缩环境气体流率来使主涡轮加速到主目标运行速度。主燃料流率和主压缩环境气体流率然后各自被调节,以达到基本化学计量式燃烧。使用主抽取管道来抽取主再循环气体流的至少第二部分。
将在以下描述中部分地阐述额外的方面,并且根据描述,额外的方面部分地将是显而易见的,或可通过实践以下描述的各方面的学习额外的方面。借助于在所附权利要求中特别指出的元件和组合,将实现和获得下面描述的优点。要理解,前面的一般描述和以下详细描述两者都仅是示例性的和解释性的,而不是限制性的。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解,在附图中,构件未必按比例绘制,并且其中,对应的参考标号在所有图中指示对应的部件,其中:
图1是根据本发明的实施例的示例性功率装置组件10的概略图。
图2是根据本发明的实施例的另一个示例性功率装置组件100的概略图。
部件列表:
10示例性功率装置组件
12主要空气压缩机
14主可变排泄阀
15空气供应阀
16系间阀
18从可变排泄阀
19系间管道
20主涡轮发电机
22主涡轮轴
24主增压压缩机
25主空气喷射阀
26压缩环境气体流的第一部分
27主气体控制阀
28主燃料流
30主涡轮压缩机
31主次级流径
32主涡轮燃烧器
34主涡轮
36主热回收蒸汽发生器
38主节气门
40主再循环气体流冷却器
42主吹送器
44主涡轮压缩机排气
45主抽取阀
47主涡轮旁通阀
48主抽取管道
49主旁通管道
50主再循环气体流
52主再循环环路
60从涡轮发电机
62从涡轮轴
64从增压压缩机
65从空气喷射阀
66压缩环境气体流的第二部分
67从气体控制阀
68从燃料流
70从涡轮压缩机
71从次级流径
72从涡轮燃烧器
74从涡轮
76从热回收蒸汽发生器
78从节气门
80从再循环气体流冷却器
82从吹送器
84从涡轮压缩机排气
85从抽取阀
87从涡轮旁通阀
88从抽取管道
89从旁通管道
90从再循环气体流
92从再循环环路
100示例性功率装置组件。
具体实施方式
在以下描述中,给出了许多具体细节,以提供对实施例的全面理解。实施例可在没有具体细节中的一个或多个的情况下实践,或用其它方法、构件、材料等实践。在其它情形下,熟知的结构、材料或操作未详细显示或描述,以避免模糊实施例的各方面。
这个说明书中对“一个实施例”或“实施例”或“多个实施例”的参照意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因而,在这个说明书的各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必都指同一实施例。另外,特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
最近在功率发生工业中的要求需要开发这样的燃气轮机组件,即,其可构造成基本消耗空气工作流体中的所有氧,以产生基本无氧的排气流。这种排气流可较容易适于使用NOx催化剂来减少排放。另外,这种排气流可较适于燃烧后的碳捕捉方案,因为氧浓度低。此外,很大程度上无氧的排气流可较容易适于增强的油回收应用。
来自燃气轮机的基本无氧的排气可通过燃烧系统中的化学计量式燃烧来实现。也就是说,含氧的新鲜空气供应可与燃料流匹配,使得燃烧过程以近燃烧化学计量性的方式运行。
甲烷和氧的化学计量式燃烧反应示出如下:
化学计量式燃烧产生对于燃气轮机发动机中采用的材料和冷却技术而言可能太高的气体温度。为了降低那些高温,一部分的燃气轮机排气产物可再循环回到燃烧系统,以稀释燃烧温度。理想上,这个稀释气体应当也是较大程度上无氧的,以便不将额外的氧引入系统中且从而降低化学计量式燃烧的优点。使用化学计量式燃烧和再循环排气的燃气轮机应用称为化学计量式排气再循环(SEGR)。
SEGR系统可使用直接馈送到燃烧过程中的高压空气供应,以提供用于燃烧的氧。这个空气可由辅助压缩机供应。在实践中,辅助压缩机以SEGR燃气轮机所需的压力和流率提供空气的能力并不是在系统所经历的负荷和环境温度的所有运行范围上都匹配。辅助压缩机可允许压缩机不时地提供比燃气轮机所需要的更多的空气。另外,辅助压缩机可设计成能够始终提供比燃气轮机所需要的更多的空气。在一些情况下,可能必须将辅助压缩机压缩的一些空气排出到大气。
如下面详细地论述的那样,本发明的实施例可用来通过使用SEGR循环来最大程度地减小燃气轮机功率装置系统中的排放,SEGR循环可使得对于功率产生有基本化学计量式燃烧反应。SEGR燃气轮机可构造成以便提供低氧含量排气。这个低氧含量排气可与NOx还原催化剂一起使用,以提供也可无NOx污染物的排气流。在一些特定实施例中,本技术包括用于运行具有一个或多个燃气轮机机组的功率装置的起动顺序。
功率装置组件
现在转到附图且首先参照图1,示出了示例性功率装置组件10。示例性功率装置组件10可包括主要空气压缩机12,主要空气压缩机12用于将环境空气压缩成压缩环境气体流26的至少第一部分。压缩环境气体流26的至少第一部分可通过可变排泄阀14排放到大气。另外,功率装置组件10可包括可流体地连接到主要空气压缩机12上的涡轮燃烧器32。可通过空气喷射阀25调控流到涡轮燃烧器32的压缩环境气体流26的至少第一部分的流量,以便以压缩环境气体流率输送压缩环境气体流26的至少第一部分。
涡轮燃烧器32可构造成接收来自主要空气压缩机12的压缩环境气体流26的至少第一部分、来自涡轮压缩机30的再循环气体流50的至少一部分,以及燃料流28,以形成可燃混合物以及燃烧可燃混合物,而产生再循环气体流50。燃料流28可通过气体控制阀27调控,以输送燃料流流率。另外,功率装置组件10可包括位于涡轮燃烧器32下游的涡轮34。涡轮34可构造成使再循环气体流50膨胀且可通过涡轮轴22驱动外部负载,诸如涡轮发电机20,以发电。在示出的实施例10中,主要空气压缩机12和涡轮压缩机30可由涡轮34产生的功率通过涡轮轴22来驱动。
主要空气压缩机12可进一步包括可调入口导叶,以控制进入主要空气压缩机12的空气流。主要空气压缩机的入口导叶可用来调控输送到涡轮燃烧器32的压缩环境气体流率。另外,涡轮压缩机30可进一步包括可调入口导叶,以控制进入涡轮压缩机30的空气流。
在一些实施例中,增压压缩机24可结合在主要空气压缩机12的下游且与其流体地连接,并且结合在主涡轮燃烧器32的上游且与其流体地连接。在输送到涡轮燃烧器32中之前,增压压缩机24可进一步压缩压缩环境气体流26的至少第一部分。
如本文所用,用语“再循环气体流”指的是涡轮燃烧器32中的可燃混合物的燃烧所产生的且流过再循环环路52的气体流。在一些实施例中,再循环气体流50可包括低氧含量。如本文所用,用语“低氧含量”指的是低于大约5体积%,低于大约2体积%,或低于大约1体积%的氧含量。
如本文所用,用语“燃气轮机机组”指的是功率装置组件的除了主要空气压缩机12之外的所有列出的构件。在包括多个主要空气压缩机的其它实施例中,用语“燃气轮机机组”指的是功率装置组件的除了多个主要空气压缩机之外的所有列出的构件。
在一些实施例中,燃气轮机机组可进一步包括次级流径31,次级流径31可将再循环气体流50的至少一部分从涡轮压缩机30输送到涡轮34作为次级流。次级流可用来冷却和密封涡轮34,包括涡轮34的单独的构件,诸如涡轮护罩、涡轮喷嘴、涡轮叶片尖部、涡轮轴承支承壳体等。在冷却和密封涡轮34和任何单独的涡轮构件之后,次级流可在涡轮34的输出附近被引导到再循环环路52中。
在一些实施例中,再循环气体流50可被从涡轮34通过再循环环路52引导到热回收蒸汽发生器36,以产生蒸汽。蒸汽轮机可进一步构造成使用来自热回收蒸汽发生器36的蒸汽来产生额外的电,并且蒸汽轮机可连接到蒸汽发生器上。在一些实施例中,与蒸汽轮机和蒸汽发生器结合的热回收蒸汽发生器36可构造成当再循环气体流50的温度在大约200℃至大约700℃、大约260℃至大约600℃,或大约300℃至大约550℃的范围中时产生额外的电。在一些实施例中,蒸汽轮机可布置成连接到涡轮轴22上。再循环气体流50然后可被引导回到再循环环路52中而到达再循环气体流冷却器40。在另外的其它实施例中,再循环环路52可不包含热回收蒸汽发生器36,并且可改为在再循环气体流50从涡轮34离开之后将再循环气体流50直接引入再循环气体流冷却器40中。在其它实施例中,再循环环路52可不包括再循环气体流冷却器40。
再循环气体流冷却器40可在涡轮34的下游的任何位置结合到再循环环路52中。再循环气体流冷却器40可构造成将再循环气体流50的温度降低到适当的温度,以通过再循环环路52向下游输送到涡轮压缩机30中。在一些实施例中,适当的温度可为低于大约66℃,低于大约49℃,或低于大约45℃。
在一些实施例中,吹送器42可在再循环气体流冷却器40的上游或下游流体地连接到再循环环路52上。吹送器42可构造成在通过再循环环路52输送到再循环气体流冷却器40中之前增大再循环气体流50的压力。在一些实施例中,吹送器42可在再循环气体流冷却器40的上游连接到再循环环路52上。
在一些实施例中,示例性功率装置组件10可包括旁通管道49,其位于涡轮压缩机30的下游,并且可与来自涡轮压缩机30的输出的再循环气体流50的至少一部分流体地连接。在其它实施例中,旁通管道49可与涡轮压缩机30直接流体地接触,使得可直接从涡轮压缩机30抽取再循环气体流50的至少一部分。在一些实施例中,可通过涡轮旁通阀47调控通过旁通管道49的旁通流。涡轮旁通阀47可用来调节通过旁通管道49的旁通流率。在一些实施例中,旁通流可在涡轮34的下游流体地连接到再循环环路52上。
在一些实施例中,可通过抽取管道48抽取来自涡轮压缩机30的输出的再循环气体流50的一部分,抽取管道48可由抽取阀45调控。在一些实施例中,抽取阀45可在涡轮旁通阀47的上游或下游的点处流体地连接到旁通管道49上。在一些实施例中,抽取管道48可流体地连接到气体分离系统上,诸如碳捕捉封存(CCS)系统。在另外的其它实施例中,气体分离系统可产生均具有低氧含量的浓缩二氧化碳流和浓缩氮流。
在一些实施例中,功率装置的排气端口可与功率装置处于流体连通,并且可位于涡轮压缩机30的输出和涡轮压缩机30的输入之间的任何位置处。在一些实施例中,排气端口可流体地连接到再循环环路52上。在其它实施例中,排气端口可流体地连接到旁通管道49上。在另外的其它实施例中,排气端口可流体地连接到抽取管道48上。在一些实施例中,功率装置组件10可包括连接到再循环环路52上的节气门38。节气门38可打开以将再循环气体流50的至少一部分排放到大气。
如图1所示出,在一些实施例中,涡轮轴22可为“冷端驱动”构造,这意味着涡轮轴22可在涡轮机组的压缩机端处连接到涡轮发电机20上。在其它实施例中,涡轮轴22可为“热端驱动”构造,这意味着涡轮轴22可在涡轮机组的涡轮端处连接到涡轮发电机20上。
如本文所用,用语“从(slave)”与用语次级、辅助或额外同义。在以下实施例中,用语“从”指的是两个燃气轮机机组中的第二个,但是还可指与主燃气轮机机组一起运行的任何额外的燃气轮机机组,诸如在以下实施例中的第二燃气轮机机组。此外,用语“主系(mastertrain)”与主燃气轮机机组同义,而用语“从系”与从燃气轮机机组同义。
如图2中示出的那样,在一些实施例中,主要空气压缩机12可将压缩环境气体输送到从涡轮燃烧器72,从涡轮燃烧器72可通过系间管道19流体地连接到主要空气压缩机12上。可通过空气供应阀15控制进入系间管道的压缩环境气体流。通过系间管道19的压缩环境气体流可进一步由系间阀16调控,以产生压缩环境气体流66的至少第二部分。压缩环境气体流66的至少第二部分可通过从可变排泄阀18排放到大气。通往从涡轮燃烧器72的压缩环境气体流66的至少第二部分的流量可由从空气喷射阀65调控,以便以从压缩环境气体流率输送压缩环境气体流66的至少第二部分。
从涡轮燃烧器72可构造成接收来自主要空气压缩机12的压缩环境气体流66的至少第二部分、来自从涡轮压缩机70的从再循环气体流90的至少一部分,以及从燃料流68,以形成从可燃混合物和燃烧从可燃混合物而产生从再循环气体流90。从燃料流68可由从气体控制阀67调控以输送从燃料流流率。另外,示例性功率装置组件100可包括位于从涡轮燃烧器72下游的从涡轮74。从涡轮74可构造成使从再循环气体流90膨胀,并且可通过从涡轮轴62驱动外部负载,诸如从涡轮发电机60,以发电。
另外,从涡轮压缩机70可进一步包括可调入口导叶,以控制进入从涡轮压缩机70的空气流。
如本文所用,用语“从再循环气体流”指从涡轮燃烧器72中的从可燃混合物的燃烧产生的且流过从再循环环路92的气体流。在一些实施例中,从再循环气体流90可包括低氧含量。如本文所用,用语“低氧含量”指低于大约5体积%、低于大约2体积%,或低于大约1体积%的氧含量。
在一些实施例中,燃气轮机机组可进一步包括从次级流径71,从次级流径71可将从再循环气体流90的至少一部分从从涡轮压缩机70输送到从涡轮74,作为从次级流。从次级流可用来冷却和密封从涡轮74,包括从涡轮74的单独的构件,诸如涡轮护罩、涡轮喷嘴、涡轮叶片尖部、涡轮轴承支承壳体等。在冷却和密封从涡轮74和任何单独的涡轮构件之后,从次级流可在从涡轮74的输出附近被引导到从再循环环路92中。
在一些实施例中,从再循环气体流90可从从涡轮燃烧器72通过从再循环环路92被引导到从热回收蒸汽发生器76,以产生蒸汽。从蒸汽轮机可进一步构造成使用来自从热回收蒸汽发生器76的蒸汽产生额外的电,并且从蒸汽轮机可连接到从蒸汽发生器。在一些实施例中,与从蒸汽轮机和从蒸汽发生器结合的从热回收蒸汽发生器76可构造成当从再循环气体流90的温度在大约200℃至大约700℃,大约260℃至大约600℃,或大约300℃至大约550℃的范围中时产生额外的电。在一些实施例中,从蒸汽轮机可布置成连接到从涡轮轴62上。从再循环气体流90然后可被引导回到从再循环环路92中而到达从再循环气体流冷却器80。在另外的其它实施例中,再循环环路92可不包含从热回收蒸汽发生器76,并且可改为在从再循环气体流90从从涡轮74离开之后将从再循环气体流90直接引入到从再循环气体流冷却器80中。在其它实施例中,从再循环环路92可不包括从再循环气体流冷却器80。
从再循环气体流冷却器80可在从涡轮74下游的任何位置处结合到从再循环环路92中。从再循环气体流冷却器80可构造成将从再循环气体流90的温度降低到适当的温度,以通过从再循环环路92向下游输送到从涡轮压缩机70中。在一些实施例中,适当的温度可为低于大约66℃,低于大约49℃,或低于大约45℃。
在一些实施例中,从吹送器82可在从再循环气体流冷却器80上游或下游流体地连接到从再循环环路92上。从吹送器82可构造成在通过从再循环环路92输送到从涡轮压缩机70中之前增大从再循环气体流90的压力。在一些实施例中,从吹送器82可在从再循环气体流冷却器80上游流体地连接到从再循环环路92上。
在一些实施例中,示例性功率装置组件100可包括从旁通管道89,其位于从涡轮压缩机70下游,并且可与来自从涡轮压缩机70的输出的从再循环气体流90的至少一部分流体地连接。在一些实施例中,通过从旁通管道89的从旁通流可由从涡轮旁通阀87调控。从涡轮旁通阀87可用来调节通过从旁通管道89的从旁通流率。在一些实施例中,从旁通流可在从涡轮74下游流体地连接到从再循环环路92上。
在一些实施例中,可通过从抽取管道88抽取来自从涡轮压缩机70的输出的从再循环气体流90的至少一部分,从抽取管道88可由从抽取阀85的调控。在一些实施例中,从抽取阀85可在从涡轮旁通阀87上游或下游的点处流体地连接到从旁通管道89上。在一些实施例中,从抽取管道88可流体地连接到从气体分离系统上,诸如碳捕捉封存(CCS)系统。在另外的其它实施例中,从气体分离系统可产生均具有低氧含量的浓缩二氧化碳流和浓缩氮流。
在一些实施例中,从系的从排气端口可与从系处于流体连通,并且可位于从涡轮压缩机70的输出和从涡轮压缩机70的输入之间的任何位置处。在一些实施例中,从排气端口可流体地连接到从再循环环路92上。在其它实施例中,从排气端口可流体地连接到从旁通管道89上。在另外的其它实施例中,从排气端口可流体地连接到从抽取管道88上。在一些实施例中,示例性功率装置组件100可包括连接到从再循环环路92上的从节气门78。可打开从节气门78,以将从再循环气体流90的至少一部分排放到大气。
如图2示出,在一些实施例中,从涡轮轴62可为“冷端驱动”构造,这意味着从涡轮轴62可在从涡轮机组的压缩机端处连接到从涡轮发电机60上。在其它实施例中,从涡轮轴62可为“热端驱动”构造,这意味着从涡轮轴62可在从涡轮机组的涡轮端处连接到从涡轮发电机60上。
在一些实施例中,功率装置组件包括一个燃气轮机机组。在其它实施例中,功率装置组件包括由系间管道19流体地连接的两个或更多个燃气轮机机组。如本文所用,用语“系间管道”可指两个或更多个燃气轮机机组和一个或多个主要空气压缩机之间的任何流体连接。在另外的其它实施例中,功率装置组件包括两个或更多个燃气轮机机组和一个或多个额外的主要空气压缩机,其中,额外的主要空气压缩机与彼此流体地连接且与燃气轮机机组流体地连接。在另外的其它实施例中,功率装置组件构造成有基本化学计量式燃烧。在另外的其它实施例中,功率装置组件构造成有基本零排放的功率发生。
在一些实施例中,主燃料流28和/或从燃料流68可包括有机气体,包括(但不限于)甲烷、丙烷和/或丁烷。在另外的其它实施例中,主燃料流28和/或从燃料流68可包括有机液体,包括(但不限于)甲醇和/或乙醇。在另外的其它实施例中,主燃料流28和/或从燃料流68可包括从固体含碳材料(诸如煤)获得的燃料源。
用于功率装置组件的起动方法
在一个实施例,提供了一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置组件10的方法。可使用主要空气压缩机12将环境空气压缩成压缩环境气体流。可将具有压缩环境气体流率的压缩环境气体流26的至少第一部分输送到涡轮燃烧器32,涡轮燃烧器32流体地连接到主要空气压缩机12上。
在一些实施例中,可打开连接到旁通管道49上的涡轮旁通阀47。旁通管道可流体地连接到涡轮压缩机30的输出上,并且可构造成在涡轮34下游的位置处将旁通流输送到再循环环路52。另外,诸如节气门38的排气端口可流体地连接到再循环环路52上,并且可打开,使得再循环环路52可排放到大气。在一些实施例中,排气端口可流体地连接到再循环环路52上。在其它实施例中,排气端口可流体地连接到旁通管道49上。在另外的其它实施例中,排气端口可流体地连接到抽取管道48上。在一些实施例中,排气端口可使功率装置排放到大气。在其它实施例中,排气端口可不使功率装置排放到大气。
吹扫
在一些实施例中,可刚好在点燃之前吹扫示例性功率装置组件10,以便排放可能在点燃之前已经积聚的任何可燃物。抽取阀45和气体控制阀27必须关闭,而空气喷射阀25必须打开,以进行吹扫。在一些实施例中,可以吹扫速度旋转涡轮轴22,涡轮轴22连接到涡轮34和涡轮压缩机30上。涡轮轴22的旋转可例如利用涡轮发电机20或起动马达来实现。在一些实施例中,涡轮发电机20可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到涡轮轴22。在一些实施例中,涡轮轴22可以范围可为最大涡轮旋转速度的大约20%至大约30%的吹扫速度运行。在其它实施例中,吹扫速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约22%至大约28%。在另外的其它实施例中,吹扫速度可为最大涡轮旋转速度的大约25%。示例性功率装置组件10可在吹扫状况下运行,直到所有挥发性可燃物已经从功率装置组件排放出为止。
在吹扫步骤期间,可调节主要空气压缩机12的入口导叶,以控制吹扫空气流。另外,在吹扫步骤期间,可变排泄阀14可用来排放主要空气压缩机12产生的任何额外的空气压力,如需要的那样,以防止燃气轮机机组的过度加压。
在一些实施例中,吹扫步骤可包括使用增压压缩机24,增压压缩机24可结合在主要空气压缩机12下游且与其流体地连接,并且可结合在涡轮燃烧器32上游且与其流体地连接。在输送到涡轮燃烧器32中之前,增压压缩机24可进一步压缩压缩环境气体流26的至少第一部分。增压燃烧器24的排气可输送到涡轮燃烧器32。在一些实施例中,增压压缩机24的排气可由空气喷射阀25调控。在一些实施例中,吹扫步骤可包括使用位于再循环环路52中的涡轮吹送器42。
在另外的其它实施例中,吹扫步骤不是必需的。在这样的实施例中,例如在之前的停机期间,示例性功率装置组件10已经被吹扫。
点燃
接下来的步骤是示例性功率装置组件10的点燃。可以吹扫速度或点燃速度旋转旋转涡轮轴22,旋转涡轮轴22连接到涡轮34和涡轮压缩机30上。涡轮轴22的旋转可例如利用涡轮发电机20或起动马达来实现。在一些实施例中,涡轮发电机20可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到涡轮轴22。在一些实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约10%至大约20%。在其它实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约12%至大约16%。在另外的其它实施例中,点燃速度可为最大涡轮旋转速度的大约14%。
可将具有燃料流流率的燃料流28输送到涡轮燃烧器32,以与压缩环境气体流26的至少第一部分混合而形成可燃混合物。可点燃涡轮燃烧器32中的火花塞,并且可燃混合物可在涡轮燃烧器32中燃烧,并且从而形成再循环气体流50且驱动涡轮34,涡轮34通过涡轮轴22连接到涡轮压缩机30上。如本文所用,用语“驱动”和“被驱动”指涡轮34和涡轮压缩机30两者均旋转。在一些实施例中,可如需要的那样调节增压压缩机24。
然后可使用再循环环路52来使再循环气体流50从涡轮34再循环到涡轮压缩机30。再循环环路52可使涡轮34的输出与涡轮压缩机30的输入流体地连接。在从涡轮34的输出到涡轮压缩机30的输入的途中,再循环气体流50可进一步传送通过热回收蒸汽发生器36、再循环气体流冷却器40和涡轮吹送器42。
在一些实施例中,燃气轮机机组可进一步包括次级流径31,次级流径31可将再循环气体流50的至少一部分从涡轮压缩机30输送到涡轮34,作为次级流。次级流可用来冷却和密封涡轮34,包括涡轮34的单独的构件,诸如涡轮护罩,涡轮喷嘴,涡轮叶片尖部、涡轮轴承支承壳体等。在冷却和密封涡轮34和任何单独的涡轮构件之后,次级流可在涡轮34的输出附近被引导到再循环环路52中。次级流径31可用于整个完整的起动方法中。
以目标运行速度运行
接下来的步骤是以目标运行速度运行涡轮34。在一些实施例中,当涡轮34连接到电网时,目标运行速度对于50Hz电网可为大约3000rpm,或对于60Hz电网可为大约3600rpm。在其它实施例中,当涡轮34不连接到电网时,目标运行速度可匹配涡轮34驱动的辅助设备的需要速度。
在一些实施例中,涡轮34可在点燃之后以目标运行速度运行。在其它实施例中,涡轮34可能需要在点燃之后加速到目标运行速度。在一些实施例中,可通过调节燃料流流率和压缩环境气体流率来将涡轮34加速到目标运行速度。
在其中涡轮发电机20配备有负载换向逆变器以在吹扫步骤期间将旋转功率供应到涡轮轴22的实施例中,负载换向逆变器可用来使涡轮轴22加速,直到可燃混合物的燃烧提供足以维持涡轮压缩机30和/或主要空气压缩机12的功率需要的涡轮功率。在一些实施例中,可在涡轮34的加速之前或期间脱开逆变器。涡轮34可由涡轮燃烧器32中的燃烧产生的再循环气体流50驱动。在一些实施例中,加速的步骤可包括通过调节气体控制阀27来调节燃料流流率。在一些实施例中,加速的步骤可包括调节主要空气压缩机12的入口导叶。在一些实施例中,加速步骤可包括调节增压压缩机24。在一些实施例中,可关闭可变排泄阀14以有利于加速。
在实施例中,再循环气体流50在涡轮34中膨胀,从而使涡轮34旋转。如本文所用,用语“使用再循环气体流驱动”意味著再循环气体流50在从涡轮燃烧器32离开之后和在进入涡轮34之后膨胀,从而使涡轮34旋转。在这个实施例中,涡轮34的旋转使涡轮轴22和涡轮压缩机30也旋转。
与电网同步和加载
接下来的步骤可为使示例性功率装置组件10与电力网同步。在运行中,可使涡轮发电机20与电力网同步,并且涡轮发电机20然后可电连接到电力网上。如本文所用,“与电力网同步”意味著使涡轮发电机20的交流电的三个相与电力网的交流电的三个相同步。
涡轮轴22可连接到涡轮发电机20上,使得涡轮轴22的旋转可使涡轮发电机20在一旦涡轮发电机断路器被闭合时就发电。在一些实施例中,一旦涡轮发电机20与电力网同步时,就可闭合将涡轮发电机20连接到电力网上的断路器。
在一些实施例中,燃气轮机机组然后可加载到期望的负荷点。如本文所用,用语“加载”意味着涡轮发电机20中的涡轮轴22的旋转被从械能转换成电能,其中,电能传递到电力网。
在其它实施例中,涡轮轴22可不连接到涡轮发电机20上。在一些实施例中,涡轮轴22可改为用作辅助设备的机械驱动器。
在加载期间,可如需要的那样调节燃料流流率和压缩环境气体流率。在一些实施例中,可如需要的那样在加载期间调节增压压缩机24。
在一些实施例中,再循环气体流50可被引导通过热回收蒸汽发生器36以产生蒸汽。蒸汽轮机可进一步构造成使用来自热回收蒸汽发生器36的蒸汽来产生额外的电,并且蒸汽轮机可连接到蒸汽发生器上。在一些实施例中,热回收蒸汽发生器36可构造成当再循环气体流50的温度的范围为大约200℃至大约700℃,大约260℃至大约600℃,或大约300℃至大约550℃时,结合蒸汽轮机和蒸汽发生器来产生额外的电。在一些实施例中,蒸汽轮机可连接到涡轮轴22上。
化学计量式燃烧
接下来的步骤可为达到基本化学计量式燃烧。如本文所用,用语“基本化学计量式燃烧”意味着燃烧反应涉及燃烧系统中的燃料和氧的基本化学计量式燃烧。换句话说,在燃烧反应之后的氧含量可低于大约5体积%,低于大约2体积%,或低于大约1体积%。达到基本化学计量式燃烧的步骤也可在加载之前执行。该步骤包括调节燃料流流率和压缩环境气体流率以达到基本化学计量式燃烧。在运行中,通往涡轮燃烧器32的燃料流28的燃料流流率可由气体控制阀27调控有效的量,以实现基本化学计量式燃烧。另外,可使用主要空气压缩机12和/或增压压缩机24的入口导叶来调节从主要空气压缩机12到涡轮燃烧器32的压缩环境气体流26的至少第一部分的压缩环境气体流率。
抽取
接下来的步骤可为从示例性功率装置组件10抽取低氧含量流。可关闭排气端口,诸如节气门38。在一些实施例中,可关闭涡轮旁通阀47。可使用抽取管道48来抽取再循环气体流50的至少一部分,抽取管道48流体地连接到涡轮压缩机30的输出上。可进一步打开抽取阀45,抽取阀45将抽取管道48流体地连接到气体分离系统上。
在一些实施例中,可通过抽取管道48抽取来自涡轮压缩机30的输出的再循环气体流50的至少一部分,抽取管道48可由抽取阀45调控。在一些实施例中,抽取阀45可在涡轮旁通阀47上游或下游的点处流体地连接到旁通管道49上。在一些实施例中,抽取管道48可流体地连接到气体分离系统上,诸如碳捕捉封存(CCS)系统。在另外的其它实施例中,气体分离系统可产生均具有低氧含量的浓缩二氧化碳流和浓缩氮流。在一些实施例中,可如需要的那样调节增压压缩机24。
用于主系和从系的起动方法
如本文所用,用语“主系”指还包括主要空气压缩机的任何燃气轮机机组。如本文所用,用语“从系”指不也包括主要空气压缩机的任何燃气轮机机组。因而,任何给定的从系需要至少一个主系来进行运行。
主系起动
在实施例中,提供了一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置组件100的主系的方法。可使用主要空气压缩机12来将环境空气压缩成压缩环境气体流。可打开空气喷射阀15,以允许压缩环境气体流输送到系间管道19中。还可打开主空气喷射阀25,主空气喷射阀25将系间管道19流体地连接到主涡轮燃烧器32上。可将具有压缩环境气体流率的压缩环境气体流26的至少第一部分输送到主涡轮燃烧器32,主涡轮燃烧器32流体地连接到主要空气压缩机12上。
在一些实施例中,可打开连接到主旁通管道49上的主涡轮旁通阀47。主旁通管道49可流体地连接到主涡轮压缩机30的输出上,并且可构造成在主涡轮34的下游的位置处将主旁通流输送到主再循环环路52。另外,可打开可流体地连接到主再循环环路52上的主排气端口(诸如主节气门38),使得可将主再循环环路52排放到大气。在一些实施例中,主排气端口可流体地连接到主再循环环路52上。在其它实施例中,主排气端口可流体地连接到主旁通管道49上。在另外的其它实施例中,主排气端口可流体地连接到主抽取管道48上。在实施例中,主排气端口可将主系排放到大气。在其它实施例中,主排气端口可不将主系排放到大气。
吹扫主系
在一些实施例中,可刚好在点燃之前吹扫示例性功率装置组件100的主系,以便排放可能在点燃之前已经积聚在主系中的任何可燃物。主抽取阀45和主气体控制阀27必须关闭,而主空气喷射阀25必须打开,以进行吹扫。在一些实施例中,可以吹扫速度旋转主涡轮轴22,主涡轮轴22连接到主涡轮34和主涡轮压缩机30上。主涡轮轴22的旋转可利用例如主涡轮发电机20或起动马达来实现。在一些实施例中,主涡轮发电机20可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到主涡轮轴22。在一些实施例中,主涡轮轴22可以吹扫速度运行,吹扫速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约20%至大约30%。在其它实施例中,吹扫速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约22%至大约28%。在另外的其它实施例中,吹扫速度可为最大涡轮旋转速度的大约25%。示例性功率装置组件100可在吹扫状况下运行,直到所有可燃物已经从主系排放出。
在吹扫步骤期间,可调节主要空气压缩机12的入口导叶,以控制主吹扫空气流。另外,在吹扫步骤期间,可变排泄阀14可用来排放主要空气压缩机12产生的任何额外的空气压力,如需要的那样,以防止主燃气轮机机组的过度加压。
在一些实施例中,吹扫的步骤可包括使用主增压压缩机24,主增压压缩机24可结合在主要空气压缩机12下游且与其流体地连接,并且可结合在主涡轮燃烧器32上游且与其流体地连接。在输送到主涡轮燃烧器32中之前,主增压压缩机24可进一步压缩压缩环境气体流26的至少第一部分。主增压燃烧器24的排气可输送到主涡轮燃烧器32。在一些实施例中,主增压压缩机24的排气可由主空气喷射阀25调控。在一些实施例中,吹扫的步骤可包括使用位于主再循环环路52中的主涡轮吹送器42。
在另外的其它实施例中,吹扫步骤不是必需的。在这样的实施例中,例如在之前的停机期间,已经吹扫了示例性功率装置组件100的主系。
主系的点燃
接下来的步骤是示例性功率装置组件100中的主系的点燃。可以吹扫速度或点燃速度旋转主涡轮轴22,主涡轮轴22连接到主涡轮34和主涡轮压缩机30上。主涡轮轴22的旋转可例如利用主涡轮发电机20或起动马达来实现。在一些实施例中,主涡轮发电机20可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到主涡轮轴22。在一些实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约10%至大约20%。在其它实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约12%至大约16%。在另外的其它实施例中,点燃速度可为最大涡轮旋转速度的大约14%。
可将具有主燃料流流率的主燃料流28输送到主涡轮燃烧器32,以与压缩环境气体流26的至少第一部分混合而形成主可燃混合物。可点燃主涡轮燃烧器32中的火花塞,并且主可燃混合物可在主涡轮燃烧器32中燃烧,并且从而形成主再循环气体流50且驱动主涡轮34,主涡轮34通过主涡轮轴22连接到主涡轮压缩机30上。如本文所用,用语“驱动”意味着主涡轮34和主涡轮压缩机30两者均旋转。在一些实施例中,可如需要的那样在点燃期间调节主增压压缩机24。
然后可使用主再循环环路52来使主再循环气体流50从再循环主涡轮34再循环到主涡轮压缩机30。主再循环环路52可使主涡轮34的输出与主涡轮压缩机30的输入流体地连接。在从主涡轮34的输出到主涡轮压缩机30的输入的途中,主再循环气体流50可进一步传送通过主热回收蒸汽发生器36、主再循环气体流冷却器40和主涡轮吹送器42。
在一些实施例中,主系可进一步包括主次级流径31,主次级流径31可将主再循环气体流50的至少一部分从主涡轮压缩机30输送到主涡轮34,作为主次级流。主次级流可用来冷却和密封主涡轮34,包括主涡轮34的单独的构件,诸如涡轮护罩、涡轮喷嘴、涡轮叶片尖部、涡轮轴承支承壳体等。在冷却和密封主涡轮34和任何单独的主涡轮构件之后,主次级流可在主涡轮34的输出附近被引导到主再循环环路52中。主次级流径31可用于整个完整的起动方法中。
以主目标运行速度运行主系
接下来的步骤是以主目标运行速度运行主涡轮34。在一些实施例中,当主涡轮34连接到电网时,主目标运行速度对于50Hz可为大约3000rpm,或对于60Hz可为大约3600rpm。在其它实施例中,当主涡轮34不连接到电网时,主目标运行速度可匹配主涡轮34驱动的辅助设备的需要速度。
在一些实施例中,主涡轮34可在点燃之后以主目标运行速度运行。在其它实施例中,主涡轮34可能需要在点燃之后加速到主目标运行速度。在一些实施例中,可通过调节主燃料流流率和主压缩环境气体流率来使主涡轮34加速到主目标运行速度。
在其中主涡轮发电机20配备有负载换向逆变器以在吹扫步骤期间将旋转功率供应到主涡轮轴22的实施例中,负载换向逆变器可用来加速主涡轮轴22,直到主可燃混合物的燃烧提供足以维持主涡轮压缩机30和/或主要空气压缩机12的功率需要的主涡轮功率。在一些实施例中,可在主涡轮34的加速之前或期间脱开负载换向逆变器。主涡轮34可由主涡轮燃烧器32中的燃烧产生的主再循环气体流50驱动。在一些实施例中,加速的步骤可包括通过调节主气体控制阀27来调节主燃料流流率。在一些实施例中,加速的步骤可包括调节主要空气压缩机12的入口导叶。在一些实施例中,加速的步骤可包括调节主增压压缩机24。在一些实施例中,可关闭主可变排泄阀14以有利于加速。
在实施例中,主再循环气体流50在主涡轮34中膨胀,从而使主涡轮34旋转。如本文所用,用语“使用主再循环气体流驱动”意味着主再循环气体流50在从主涡轮燃烧器32离开之后和在进入主涡轮34中之后膨胀,从而使主涡轮34旋转。在这个实施例中,主涡轮34的旋转使主涡轮轴22和主涡轮压缩机30也旋转。
使主系与电网同步和加载
接下来的步骤可为使主系与电力网同步。在运行中,可使主涡轮发电机20与电力网同步,并且主涡轮发电机20然后可电连接到电力网上。如本文所用,“与电力网同步”意味着使主涡轮发电机20的交流电的三个相与电力网的交流电的三个相同步。
主涡轮轴22可连接到主涡轮发电机20上,使得主涡轮轴22的旋转可使主涡轮发电机20一旦闭合主涡轮发电机断路器时就发电。在一些实施例中,一旦主涡轮发电机20与电力网同步时,就可闭合将主涡轮发电机20连接到电力网上的主断路器。
在一些实施例中,主系然后可加载到期望的负荷点。如本文所用,用语“加载”意味着主涡轮发电机20中的主涡轮轴22的旋转被从机械能转换成电能,其中,电能传递到电力网。
在其它实施例中,涡轮轴22可不连接到涡轮发电机20上。在一些实施例中,涡轮轴22可改为用作辅助设备的机械驱动器。
在加载期间,可如需要的那样调节主燃料流流率和主压缩环境气体流率。在一些实施例中,可如需要的那样在加载期间调节主增压压缩机24。
在一些实施例中,主再循环气体流50可被引导通过主热回收蒸汽发生器36,以产生蒸汽。主蒸汽轮机可进一步构造成使用来自主热回收蒸汽发生器36的蒸汽来产生额外的电,并且主蒸汽轮机可连接到主蒸汽发生器上。在一些实施例中,与主蒸汽轮机和主蒸汽发生器结合的主热回收蒸汽发生器36可构造成当主再循环气体流50的温度的范围为大约200℃至大约700℃,大约260℃至大约600℃,或大约300℃至大约550℃时产生额外的电。在一些实施例中,主蒸汽轮机可连接到主涡轮轴22上。
主系化学计量式燃烧
接下来的步骤可为在主系中达到基本化学计量式燃烧。达到基本化学计量式燃烧的步骤也可在加载之前执行。该步骤包括调节主燃料流流率和主压缩环境气体流率,以达到基本燃烧化学计量性。如本文所用,用语“基本化学计量式燃烧”意味着在燃烧反应之后的氧含量可低于大约5体积%,低于大约体积2%,或低于大约体积1%。在运行中,通往主涡轮燃烧器32的主燃料流28的主燃料流流率可由主气体控制阀27调控有效的量,以实现基本化学计量式燃烧。另外,可使用主要空气压缩机12的入口导叶调节从主要空气压缩机12到主涡轮燃烧器32的压缩环境气体流26的至少第一部分的主压缩环境气体流率。在一些实施例中,可如需要的那样调节主增压压缩机24。
在一些实施例中,可如需要的那样调节空气供应阀15。另外,在一些实施例中,可调节主空气喷射阀25。
主系抽取
接下来的步骤可为从示例性功率装置组件100的主系抽取低氧流。可关闭主排气端口,诸如主节气门38。另外,可关闭主涡轮旁通阀47。可使用主抽取管道48来抽取主再循环气体流50的至少一部分,主抽取管道48流体地连接到主涡轮压缩机30的输出上。可进一步打开主抽取阀45,主抽取阀45将主抽取管道48流体地连接到主气体分离系统上。
在一些实施例中,可通过主抽取管道48来抽取来自主涡轮压缩机30的输出的主再循环气体流50的至少一部分,主抽取管道48可由主抽取阀45调控。在一些实施例中,主抽取阀45可在主涡轮旁通阀47上游或下游的点处流体地连接到主旁通管道49。在一些实施例中,主抽取管道48可流体地连接到主气体分离系统上,诸如碳捕捉封存(CCS)系统。在另外的其它实施例中,主气体分离系统可产生均具有低氧含量的浓缩二氧化碳流和浓缩氮流。在一些实施例中,可如需要的那样调节主增压压缩机24。
从系起动
在实施例中,提供了一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置组件100的从系的方法。可使用主要空气压缩机12来将环境空气压缩成压缩环境气体流。可打开系间阀16,并且可关闭从排泄阀18。可打开从空气喷射阀65,从空气喷射阀65将系间管道19流体地连接到从涡轮燃烧器72上。可将具有从压缩环境气体流率的压缩环境气体流66的至少第二部分输送从涡轮燃烧器72,从涡轮燃烧器72流体地连接到主要空气压缩机12上。
在一些实施例中,可打开连接到从旁通管道89上的从涡轮旁通阀87。从旁通管道89可流体地连接到从涡轮压缩机70的输出上,并且可构造成在从涡轮74下游的位置处将从旁通流输送到从再循环环路92。另外,可打开可流体地连接到从再循环环路92上的从排气端口,诸如从节气门78,使得从再循环环路92可排放到大气。在一些实施例中,从排气端口可流体地连接到从再循环环路92上。在其它实施例中,从排气端口可流体地连接到从旁通管道89上。在另外的其它实施例中,从排气端口可流体地连接到从抽取管道88。在实施例中,从排气端口可使从系排放到大气。在其它实施例中,从排气端口可不使从系排放到大气。
吹扫从系
在一些实施例中,可刚好在点燃之前吹扫示例性功率装置组件100的从系,以便排放可能在点燃之前已经积聚在从系中的任何可燃物。从抽取阀85和从气体控制阀67必须关闭,而从空气喷射阀65必须打开,以进行吹扫。在一些实施例中,可以吹扫速度旋转从涡轮轴62,从涡轮轴62连接到从涡轮74和从涡轮压缩机70上。从涡轮轴62的旋转可利用例如从涡轮发电机60或起动马达来实现。在一些实施例中,从涡轮发电机60可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到从涡轮轴62。在一些实施例中,从涡轮轴62可以范围可为最大涡轮旋转速度的大约20%至大约30%的吹扫速度运行。在其它实施例中,吹扫速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约22%至大约28%。在另外的其它实施例中,吹扫速度可为最大涡轮旋转速度的大约25%。示例性功率装置组件100的从系可在吹扫状况下运行,直到已经从从系排放所有挥发性可燃物。
在吹扫步骤期间,可调节从空气喷射阀65,以控制吹扫空气流。
在一些实施例中,吹扫的步骤可包括使用从增压压缩机64,从增压压缩机64可结合在主要空气压缩机12下游且与其流体地连接,并且可结合在从涡轮燃烧器72上游且与其流体地连接。在输送到从涡轮燃烧器72中之前,从增压压缩机64可进一步压缩压缩环境气体流66的至少第二部分。从增压压缩机64的排气可输送到从涡轮燃烧器72。在一些实施例中,从增压压缩机64的排气可由从空气喷射阀65调控。在一些实施例中,吹扫的步骤可包括使用位于从再循环环路92中的从涡轮吹送器82。
在另外的其它实施例中,吹扫步骤不是必需的。在这样的实施例中,例如在之前的停机期间,已经吹扫了示例性功率装置组件100的从系。
从系的点燃
接下来的步骤为示例性功率装置组件100中的从系的点燃。可以吹扫速度或点燃速度旋转从涡轮轴62,从涡轮轴62连接到从涡轮74和从涡轮压缩机70上。从涡轮轴62的旋转可利用例如从涡轮发电机60或起动马达来实现。在一些实施例中,从涡轮发电机60可配备有负载换向逆变器,以将旋转功率供应到从涡轮轴62。在一些实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约10%至大约20%。在其它实施例中,点燃速度的范围可为最大涡轮旋转速度的大约12%至大约16%。在另外的其它实施例中,点燃速度可为最大涡轮旋转速度的大约14%。
可将具有从燃料流流率的从燃料流68输送到从涡轮燃烧器72,以与压缩环境气体流66的至少第二部分混合而形成从可燃混合物。可点燃从涡轮燃烧器72中的火花塞,并且从可燃混合物可在从涡轮燃烧器72中燃烧,并且从而形成从再循环气体流90且驱动从涡轮74,从涡轮74通过从涡轮轴62连接到从涡轮压缩机70上。如本文所用,用语“驱动”意味着从涡轮74和从涡轮压缩机70两者均旋转。在一些实施例中,可如需要的那样调节从增压压缩机64。
然后可使用从再循环环路92来使从再循环气体流90从再循环从涡轮74再循环到从涡轮压缩机70。从再循环环路92可使从涡轮74的输出与从涡轮压缩机70的输入流体地连接。在从从涡轮74的输出到从涡轮压缩机70的输入的途中,从再循环气体流90可进一步传送通过从热回收蒸汽发生器76、从再循环气体流冷却器80和从涡轮吹送器82。
在一些实施例中,从系可进一步包括从次级流径71,从次级流径71可将从再循环气体流90的至少一部分从从涡轮压缩机70输送到从涡轮74,作为从次级流。从次级流可用来冷却和密封从涡轮74,包括从涡轮74的单独的构件,诸如涡轮护罩、涡轮喷嘴、涡轮叶片尖部、涡轮轴承支承壳体等。在冷却和密封从涡轮74和任何单独的从涡轮构件之后,从次级流可在从涡轮74的输出附近被引导到从再循环环路92中。从次级流径71可用于整个完整的起动方法中。
以从目标运行速度运行从系
接下来的步骤是以从目标运行速度运行从涡轮74。在一些实施例中,当从涡轮74连接到电网时,目标运行速度对于50Hz可为大约3000rpm,或对于60Hz可为大约3600rpm。在其它实施例中,当从涡轮74不连接到电网时,从目标运行速度可匹配从涡轮74驱动的辅助设备的需要速度。在一些实施例中,主目标运行速度和从目标运行速度是相同的。在其它实施例中,主目标运行速度和从目标运行速度是不同的。
在一些实施例中,从涡轮74可在点燃之后以从目标运行速度运行。在其它实施例中,从涡轮74可需要在点燃之后加速到从目标运行速度。在一些实施例中,可通过调节从燃料流流率和从压缩环境气体流率来使从涡轮74加速到从目标运行速度。
在其中从涡轮发电机60配备有负载换向逆变器以在吹扫步骤期间将旋转功率供应到从涡轮轴62的实施例中,负载换向逆变器可用来加速从涡轮轴62,直到从可燃混合物的燃烧提供足以提供维持从涡轮压缩机70的功率需要的从涡轮功率。在一些实施例中,可在从涡轮74的加速之前或期间脱开逆变器。从涡轮74可由从涡轮燃烧器72中的燃烧产生的从再循环气体流90驱动。在一些实施例中,加速的步骤可包括通过调节从气体控制阀67来调节从燃料流流率。在一些实施例中,加速的步骤可包括调节从增压压缩机64。在一些实施例中,可关闭从可变排泄阀18以有利于加速。在一些实施例中,可如需要的那样在加速期间调节空气供应阀15。
在这个实施例中,从再循环气体流90可在从涡轮74中膨胀,从而使从涡轮74旋转。如本文所用,用语“使用从再循环气体流驱动”意味着从再循环气体流90在从从涡轮燃烧器72离开之后和在进入从涡轮74中之后膨胀,从而使从涡轮74旋转。在这个实施例中,从涡轮74的旋转使从涡轮轴62和从涡轮压缩机70也旋转。
使从系与电网同步和加载
接下来的步骤可为使从系与电力网同步。在运行中,可使从涡轮发电机60与电力网同步,并且从涡轮发电机60然后可电连接到电力网上。如本文所用,“与电力网同步”意味着使从涡轮发电机60的交流电的三个相与电力网的交流电的三个相同步。
从涡轮轴62可连接到从涡轮发电机60上,使得从涡轮轴62的旋转可使从涡轮发电机60一旦闭合从涡轮发电机断路器时就发电。在一些实施例中,一旦从涡轮发电机60与电力网同步时,就可闭合将从涡轮发电机60连接到电力网上的从断路器。
在一些实施例中,从系然后可加载到期望的负荷点。如本文所用,用语“加载”意味着从涡轮发电机60中的从涡轮轴62的旋转被从机械能转换成电能,其中,电能传递到电力网。
在加载期间,可如需要的那样调节从燃料流流率和从压缩环境气体流率。在一些实施例中,可如需要的那样调节从增压压缩机64。
在一些实施例中,从再循环气体流90可被引导通过从热回收蒸汽发生器76,以产生蒸汽。从蒸汽轮机可进一步构造成使用来自从热回收蒸汽发生器76的蒸汽来产生额外的电,并且从蒸汽轮机可连接到从蒸汽发生器上。在一些实施例中,与从蒸汽轮机和从蒸汽发生器结合的从热回收蒸汽发生器76可构造成当从再循环气体流90的温度的范围为大约200℃至大约700℃,大约260℃至大约600℃,或大约300℃至大约550℃时,结合从蒸汽轮机和从蒸汽发生器来产生额外的电。在一些实施例中,从蒸汽轮机可连接到从涡轮轴62上。
从系化学计量式燃烧
接下来的步骤可为在从系中达到基本化学计量式燃烧。达到基本化学计量式燃烧的步骤也可在加载之前执行。该步骤包括调节从燃料流流率和从压缩环境气体流率以达到基本燃烧化学计量性。如本文所用,用语“基本化学计量式燃烧”意味着在燃烧反应之后的氧含量可为低于大约5体积%,低于大约2体积%,或低于大约1体积%。在运行中,通往从涡轮燃烧器72的从燃料流68的从燃料流流率可由从气体控制阀67调控有效的量,以实现基本化学计量式燃烧。另外,可使用从空气喷射阀65来调节从主要空气压缩机12到从涡轮燃烧器32的压缩环境气体流66的至少第二部分的从压缩环境气体流率。在一些实施例中,可如需要的那样调节从增压压缩机64。
从系抽取
接下来的步骤可为从示例性功率装置组件100的从系抽取低氧流。可关闭从排气端口,诸如从节气门78。另外,可关闭从涡轮旁通阀87。可使用从抽取管道88来抽取从再循环气体流90的至少一部分,从抽取管道88流体地连接到从涡轮压缩机70的输出上。可进一步打开从抽取阀85,从抽取阀85将从抽取管道88流体地连接到从气体分离系统上。
在一些实施例中,可通过从抽取管道88来抽取来自从涡轮压缩机70的输出的从再循环气体流90的至少一部分,从抽取管道88可由从抽取阀85调控。在一些实施例中,从抽取阀85可在从涡轮旁通阀87的上游或下游的点处流体地连接到从旁通管道89上。在一些实施例中,从抽取管道88可流体地连接到从气体分离系统上,诸如碳捕捉封存(CCS)系统。在另外的其它实施例中,从气体分离系统可产生均具有低氧含量的浓缩二氧化碳流和浓缩氮流。在一些实施例中,可如需要的那样调节从增压压缩机64。
在实践中,存在起动一个或多个主系和一个或多个从系的多种方式。最初,各个系将具有吹扫状态。如果系之前已经被吹扫,则不需要吹扫。但是如果一个或多个系之前没有被吹扫,则将需要吹扫。对于吹扫,可一次吹扫所有未吹扫的系,可在单独的起动之前吹扫各个系,或如需要的那样波状地吹扫未吹扫的系。
一旦将起动的所有系都处于被吹扫状态中(或者由于正在吹扫或由于在之前的停机中已经被吹扫)时,对于怎样起动系存在若干选择。一个告诫是,至少一个主系必须在可起动单个从系之前起动。在一些情形下,可同时起动所有系。其它选择包括起动一个主系而然后起动一个或多个从系,之后起动第二主系而然后起动一个或多个从系。备选地,可起动所有主系而然后可起动所有从系。或者,可单独地起动各个主系,之后单独地起动各个从系。另一个选择可为起动所有主系,并且然后如需要的那样起动各个从系。但是最后,任何起动顺序可通往其中一个或多个主系在运行且一个或多个从系在运行的最终状态。
以下美国专利申请提供了其它构造和运行方法,包括:DanielSnook、LisaWichmann、SamDraper和NoemieDionOuellet的“PowerPlantandMethodofUse(功率装置和使用方法)”(2011年8月25日提交)、DanielSnook、LisaWichmann、SamDraper、NoemieDionOuellet和ScottRittenhouse的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)、DanielSnook、LisaWichmann、SamDraper、NoemieDionOuellet和ScottRittenhouse的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)、DanielSnook、LisaWichmann、SamDraper和NoemieDionOuellet的“PowerPlantandControlMethod(功率装置和控制方法)”(2011年8月25日提交)、PredragPopovic的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)、SamDraper和KennethKohl的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)、SamDraper的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)、SamDraper的“PowerPlantandMethodofOperation”(2011年8月25日提交)、LisaWichmann的“PowerPlantandMethodofOperation(功率装置和运行方法)”(2011年8月25日提交)和KarlDeanMinto的“PowerPlantandControlMethod(功率装置和控制方法)”(2011年8月25日提交),它们的公开通过引用而结合在本文中。
应当显而易见的是,前述内容仅涉及本发明的优选实施例,并且可在本文中作出许多改变和修改,而不脱离所附权利要求及其等效方案所限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于起动化学计量式排气再循环功率装置组件的至少一个主系的方法,包括以下步骤:
利用至少一个主要空气压缩机(12)将环境空气压缩成压缩环境气体流(26);
打开将系间管道(19)流体地连接到主涡轮燃烧器(32)上的主空气喷射阀(25);
以主压缩环境气体流率将所述压缩环境气体流(26)的至少第一部分输送到流体地连接到所述至少一个主要空气压缩机(12)上的所述主涡轮燃烧器(32);
打开主排气端口,以对所述至少一个主系进行排放,所述主排气端口流体地连接到主再循环环路(52)、主旁通管道(49)或者主抽取管道(48),所述主旁通管道(49)将主涡轮压缩机(30)流体地连接到所述主再循环环路(52)上;
以点燃速度旋转连接到主涡轮(34)和所述主涡轮压缩机(30)上的主涡轮轴(22);
将具有主燃料流流率的主燃料流(28)输送到所述主涡轮燃烧器(32),以与所述压缩环境气体流(26)的所述至少第一部分混合以及与主再循环气体流(50)的至少一部分混合而形成主可燃混合物;
在所述主涡轮燃烧器(32)中燃烧所述主可燃混合物,并且从而形成所述主再循环气体流(50)且驱动所述主涡轮(34),所述主涡轮(34)通过所述主涡轮轴(22)连接到所述主涡轮压缩机(30)上;
使用所述主再循环环路(52)来使所述主再循环气体流(50)从所述主涡轮(34)再循环到所述主涡轮压缩机(30);
以主目标运行速度运行所述主涡轮(34),并且如果需要的话,通过调节所述主燃料流流率和所述主压缩环境气体流率来使所述主涡轮(34)加速到所述主目标运行速度;
调节所述主燃料流流率和所述主压缩环境气体流率以达到化学计量式燃烧;
关闭所述主排气端口;以及
使用流体地连接到所述主涡轮压缩机(30)上的主抽取管道(48)来抽取所述主再循环气体流(50)的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括步骤:使以机械的方式连接到所述主涡轮轴(22)上的主涡轮发电机(20)与电力网同步。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括步骤:通过增大所述主燃料流流率和所述主压缩环境气体流率来将所述主涡轮发电机(20)加载到负荷点。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括步骤:在将所述主燃料流(28)输送到所述主涡轮燃烧器(32)的步骤之前吹扫所述至少一个主系,其中,通过外部机械功率旋转所述主涡轮轴(22),并且使用压缩环境气体流(26)的所述至少第一部分来使所有可燃物从所述至少一个主系排放出。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括通过主次级流径(31)来输送主次级流,其中,所述主次级流径(31)将所述主再循环气体流(50)的至少第二部分从所述主涡轮压缩机(30)输送到所述主涡轮(34)以冷却和密封所述主涡轮(34),并且此后输送到所述主再循环环路(52)中。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括打开连接到所述主旁通管道(49)上的主涡轮旁通阀(47),其中,主旁通流在所述主涡轮(34)的下游被输送所述主再循环环路(52)。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述主涡轮轴(22)加速到恒定速度的步骤进一步包括调节主可变排泄阀(14),所述主可变排泄阀(14)与所述主要空气压缩机(12)处于流体连通,并且构造成将所述压缩环境气体流(26)的一部分排放到大气,如果有的话。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括起动化学计量式排气再循环功率装置组件的至少一个从系,这包括以下步骤:
打开将所述系间管道(19)流体地连接到从涡轮燃烧器(72)上的从空气喷射阀(65);
以从压缩环境气体流率将所述压缩环境气体流(66)的至少第二部分输送到所述从涡轮燃烧器(72);
打开从排气端口,以对所述至少一个从系进行排放,所述从排气端口流体地连接到从再循环环路(92)、从旁通管道(89)或者从抽取管道(88),所述从旁通管道(89)将从涡轮压缩机(70)流体地连接到所述从再循环环路(92)上;
以点燃速度旋转连接到从涡轮(74)和所述从涡轮压缩机(70)上的从涡轮轴(62);
将具有从燃料流流率的从燃料流(68)输送到所述从涡轮燃烧器(72),以与所述压缩环境气体流(66)的所述至少第二部分混合以及与从再循环气体流(90)的至少一部分混合而形成从可燃混合物;
在所述从涡轮燃烧器(72)中燃烧所述从可燃混合物,并且从而形成所述从再循环气体流(90)且驱动所述从涡轮(74),所述从涡轮(74)通过所述从涡轮轴(62)连接到所述从涡轮压缩机(70)上;
使用所述从再循环环路(92)来使所述从再循环气体流(90)从所述从涡轮(74)再循环到所述从涡轮压缩机(70);
以从目标运行速度运行所述从涡轮(74),并且如果需要的话,通过调节所述从燃料流流率和所述从压缩环境气体流率来使所述从涡轮(74)加速到所述从目标运行速度;
调节所述从燃料流流率和所述从压缩环境气体流率以达到化学计量式燃烧;
关闭所述从排气端口;以及
使用流体地连接到所述从涡轮压缩机(70)上的从抽取管道(88)来抽取所述从再循环气体流(90)的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括步骤:在将所述从燃料流(68)输送到所述从涡轮燃烧器(72)的步骤之前吹扫所述至少一个从系,其中,通过外部机械功率旋转所述从涡轮轴(62),并且使用压缩环境气体流(66)的所述至少第二部分来使所有可燃物从所述至少一个从系排放出。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括通过从次级流径(71)来输送从次级流,其中,所述从次级流径(71)将所述从再循环气体流(90)的至少第二部分从所述从涡轮压缩机(70)输送到所述从涡轮(74)以冷却和密封所述从涡轮(74),并且此后输送到所述从再循环环路(92)中。
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