CN103089436A - 用于运行电厂的*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于运行电厂的***。所述***包括：电网，其经配置以生成正常负载和异常负载；涡轮机，其经配置以根据所述正常负载在标准温度下点火以及根据所述异常负载在高于标准的温度下点火将电力提供给所述电网；冷却***，其设置成用外部贮存器供应的流体来对所述涡轮机的部件进行冷却；以及控制器，其经配置以确定所述电网何时生成所述异常负载，并以响应的方式运行所述冷却***。

Description

用于运行电厂的***

技术领域

本发明涉及一种用于运行电厂的***。

背景技术

通常，涡轮机包括压缩机、燃烧室和涡轮。压缩机对进气进行压缩，从而产生压缩气体。燃烧室与压缩机流体连通，从而接纳压缩气体。燃烧室经形成以设有供压缩气体与燃料混合以形成混合物的第一内部，以及供混合物燃烧的第二内部。此燃烧产生高温流体等的流体流。涡轮与燃烧室的出口流体连通，从而接纳流体流，且所述涡轮经配置以从流体流的能量生成机械能。

在正常运行期间，燃烧室可在标准温度下点燃，处于标准温度时，因燃烧室生成的热量而对涡轮部件造成的损坏受到限制。然而，在诸如异常电网负载事件等瞬态事件期间，经常需要在高于标准的温度下点燃燃烧室，在这种情况下，涡轮越来越有可能受到热损坏。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于运行电厂的***，且所述***包括：电网，其经配置以生成正常负载和异常负载；涡轮机，其经配置根据所述正常负载在标准温度下点火以及根据所述异常负载在高于标准的温度下点火将电力提供给所述电网；冷却***，其设置成用外部贮存器供应的流体来对所述涡轮机的部件进行冷却；以及控制器，其经配置以确定所述电网何时发生所述异常负载，并以响应的方式运行所述冷却***。

所述外部贮存器供应的所述流体包括惰性和稀有气体中的一种或多种；或者，所述外部贮存器供应的所述流体包括液氮、空气以及稀有或惰性气体组合中的一者或多者。所述冷却***可在以下一个或多个情况期间由所述控制器选择性地运行：全负载全速涡轮机运行、部分负载涡轮机运行、关机涡轮机运行、以及瞬态事件。

根据本发明的另一方面，提供一种涡轮机，且所述涡轮机包括：压缩机，用于对进气进行压缩以产生压缩气体；燃烧室，其接纳来自所述压缩机的所述压缩气体，且经配置以燃烧所述压缩气体以及燃料，从而产生流体流；涡轮，其接纳来自所述燃烧室的所述流体流，且经配置以从所述流体流的能量生成机械能；以及冷却***，其包括：提取回路，用以从所述压缩机中提取流体；热单元(thermal unit)，供所述提取流体与外部贮存器供应的流体进行热传递或热连通，以形成冷却剂；以及注射回路，用以将所述冷却剂注入所述涡轮中。

所述压缩机包括：出口，其与所述燃烧室流体连通；以及所述出口上游的多个轴向排列级，所述提取回路经配置以从所述多个轴向排列级中的一个或多个级中提取所述提取流体。所述涡轮经成形以形成用于所述流体流的路径，且包括邻近所述路径的部件，所述注射回路经配置以朝向所述部件中的一个或多个部件注射所述冷却剂。所述涡轮包括多个轴向排列级，所述注射回路经配置以在邻近所述轴向排列级中的一个或多个级的位置将所述冷却剂注入所述涡轮中。所述涡轮机进一步包括旁通回路，所述旁通回路连接到所述提取回路和所述注射回路，以便绕过所述热单元。

所述外部贮存器供应的所述流体包括惰性和稀有气体中的一种或多种；或者，所述外部贮存器供应的所述流体包括液氮、空气以及稀有或惰性气体组合中的一者或多者。所述热单元包括混合室，在所述混合室中，所述提取流体与所述外部贮存器供应的所述流体可混合。所述热单元还可包括加压元件，用于对所述外部贮存器供应的所述流体进行加压。所述冷却剂包括所述提取流体以及所述外部贮存器供应的一定量的所述流体中的至少一者。所述冷却***可在以下一个或多个情况期间选择性地运行：全负载全速运行、部分负载运行、关机运行、以及瞬态事件。

根据本发明的又一方面，提供一种用于运行电厂的方法，且所述方法包括：根据正常电网负载和异常电网负载分别在标准温度和高于标准的温度下点燃涡轮机；确定所述异常电网负载发生；以及继续在高于标准的温度下点燃所述涡轮机，同时用外部贮存器供应的流体对所述涡轮机的部件进行冷却。

所述冷却的步骤可在以下一个或多个情况期间选择性性地进行：全负载全速涡轮机运行、部分负载涡轮机运行、关机涡轮机运行、以及瞬态事件。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本说明书中的权利要求书特别指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1为涡轮机的示意图；以及

图2为包括图1的涡轮机的电厂的示意图。

具体实施方式通过参考附图以实例方式介绍本发明的各实施例以及优点和特征。

元件符号列表：

参考标号	部件	参考标号	部件
				10	涡轮机	20	压缩机
21	出口	22	轴向排列级
				30	燃烧室	31	第一内部
32	第二内部	40	涡轮
				41	路径	42	部件
43	轴向排列级	44	发电机
				50	冷却***	51	提取回路
52	热单元	520	混合室

53	外部贮存器	54	注射回路
				541，542	第一和第二管道	60，61	阀
70	旁通回路	80	供应管线
				81	加压元件	82	阀
100	***	101	电厂
				110	电网	120	控制器

具体实施方式

参考图1，本发明提供了一种涡轮机10。涡轮机10可具有各种配置和结构，且在一项示例性实施例中，所述涡轮机包括压缩机20、燃烧室30、涡轮40、以及冷却***50。压缩机20对进气进行压缩，以产生压缩气体，且所述压缩机包括：出口21，通过该出口可排出压缩气体的较大部分；以及设置在出口21上游的多个轴向排列级22。轴向排列级22大体包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮围绕中心转子旋转，以完成气体压缩。燃烧室30与出口21流体连通，从而接纳来自压缩机20的压缩气体的较大部分。燃烧室30经形成以设有/界定供压缩气体与燃料混合以形成混合物的第一内部31，以及供混合物燃烧的第二内部32。此燃烧产生高温流体等的流体流。

涡轮40与燃烧室30的出口流体连通，从而接纳来自燃烧室30的流体流。涡轮40经形成以设有/界定用于流体流的路径41，且所述涡轮包括设置在路径41和流体流附近的部件42，以使得在所述流体流包括高温流体时，部件42可被显著加热。部件42大体布置在多个轴向排列级43中，这样，整个涡轮40经配置以从流体流的能量生成机械能。该机械能被传输到发电机44，该发电机经由可旋转轴连接到涡轮40。发电机44将机械能转换成电力以提供给电网110、并响应于由电网110(见图2)生成的负载。

冷却***50被提供来在某些运行条件期间至少对涡轮40的部件42进行冷却。冷却***50包括：提取回路51，所述提取回路与压缩机20流体连通，且经配置以从压缩机20提取流体；热单元52，供提取流体与由外部贮存器53供应的流体进行热传递或热连通，以形成冷却剂；以及注射回路54。注射回路54与涡轮40流体连通，且经配置以将冷却剂注入涡轮40中，这样，部件42可在至少某些运行条件期间进行冷却。

根据各项实施例，提取回路51可在多个轴向排列级22中的一个或多个级处或附近，从压缩机20中提取所述提取流体。具体而言，可在中心轴向排列级22中的一个或多个级处进行提取。类似地，注射回路54可经配置以在轴向排列级43中的一个或多个级处或附近，朝向一个或多个部件42注射冷却剂。具体而言，可在轴向排列级43中最前面的那个级的下游(即，级1喷嘴的下游)进行注射。根据进一步实施例，注射回路54可包括第一管道541和第二管道542。在一些实施例中，第一管道541设置成在轴向排列级43中的一个上游级处或附近注射冷却剂，且第二管道542设置成在轴向排列级43中的一个下游级处或附近注入冷却剂。根据进一步替代实施例，第一管道541可设置成将冷却剂供应到旋转部件，而第二管道542可设置成将冷却剂供应到固定部件。

提取回路51可包括阀60，用于调整并使提取流体适度流向热单元52，且注射回路54可包括阀61，该阀可沿第一管道541和第二管道542中的一个或两个管道设置，从而调整并使冷却剂适度流向涡轮40。此外，涡轮机10可包括旁通回路70，所述旁通回路与阀60上游的提取回路51以及阀61下游的注射回路54流体连通。因此，旁通回路70可将冷却剂从压缩机20提供到涡轮40，同时绕过热单元52。

外部贮存器53可为槽或加压槽，其足够大，以将流体供应给该贮存器所连接的一个或多个涡轮机10。因此，外部贮存器的大小将根据外部贮存器53所连接的涡轮机10的数量而定。外部贮存器53供应的流体可包括任何稳定的流体，例如，惰性气体和/或稀有气体中的一种或多种，或具体而言，液态空气或液氮。

热单元52与提取回路51的出口以及注射回路54的进口流体连通，且所述热单元可包括混合室520。在混合室520中，提取流体与外部贮存器53供应的流体可混合，以形成冷却剂，该冷却剂的温度介于提取流体的温度与外部贮存器53供应的流体的温度之间。根据替代实施例，热单元52可包括热交换器，例如，壳管式热交换器或板翅式热交换器，在其中提取流体与外部贮存器供应的流体并不混合。

外部贮存器53与热单元52通过供应管线80彼此连接。根据各项实施例，泵等加压元件81和/或阀82可沿供应管线80有效/可操作地设置。加压元件81可经配置以将外部贮存器53供应的流体加压到接近提取流体的压力，且阀82可经配置以调整并使得外部贮存器53供应的流体量适度，从而让所述流体到达热单元52。

参考图1和图2，本发明还提供了一种用于运行电厂101的***100。***100包括电网110，所述电网经配置以生成正常负载和异常负载。电厂101包括基本如上所述的涡轮机10，以及控制器120。涡轮机10经配置根据正常负载在标准温度下点燃燃烧室30、以及根据异常负载在高于标准的温度下点燃燃烧室30将电力提供给电网110。控制器120有效/可操作地连接到电网110以及涡轮机10，且所述控制器经配置以确定电网110何时生成异常负载。控制器120进一步配置成以响应的方式运行冷却***50，从而至少对涡轮40的部件42进行冷却。通过这种方式，涡轮机10可过度燃烧并在高于标准的温度下运行，而对涡轮40造成损坏的风险降低。根据各项实施例，控制器120可在以下情况中的一个或多个情况期间选择性地运行冷却***50：全负载全速涡轮机10运行、部分负载涡轮机10运行、关机涡轮机10运行、和/或瞬态事件。

根据各方面，本发明进一步提供一种用于运行电厂101的方法。所述方法包括：根据正常电网110负载和异常电网110负载，分别在标准温度下和高于标准的温度下点燃涡轮机10；以及确定异常电网110负载的发生。所述方法进一步包括并继续在高于标准的温度下点燃涡轮机10，同时用外部贮存器53供应的流体至少对涡轮机10的涡轮40的部件42进行冷却。如上所述，可在以下情况中的一个或多个情况期间选择性地进行冷却：全负载全速涡轮机10运行、部分负载涡轮机10运行、关机涡轮机10运行、和/或瞬态事件。

尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (17)

1.一种用于运行电厂的***，其包括：

电网，其经配置以生成正常负载和异常负载；

涡轮机，其经配置以根据所述正常负载在标准温度下点火以及根据所述异常负载在高于标准的温度下点火将电力提供给所述电网；

冷却***，其设置成用外部贮存器供应的流体来对所述涡轮机的部件进行冷却；以及

控制器，其经配置以确定所述电网何时生成所述异常负载，并以响应的方式运行所述冷却***。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述外部贮存器供应的所述流体包括惰性和稀有气体中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述外部贮存器供应的所述流体包括液氮、空气以及稀有或惰性气体组合中的一者或多者。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述冷却***可在以下一个或多个情况期间由所述控制器选择性地运行：全负载全速涡轮机运行、部分负载涡轮机运行、关机涡轮机运行、以及瞬态事件。

5.一种涡轮机，其包括：

压缩机，其用于对进气进行压缩以产生压缩气体；

燃烧室，其接纳来自所述压缩机的所述压缩气体，且经配置以燃烧所述压缩气体以及燃料，从而产生流体流；

涡轮，其接纳来自所述燃烧室的所述流体流，且经配置以从所述流体流的能量生成机械能；以及

冷却***，其包括：提取回路，用以从所述压缩机中提取流体；热单元，供提取流体与外部贮存器供应的流体进行热传递，以形成冷却剂；以及注射回路，用以将所述冷却剂注入所述涡轮中。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述压缩机包括：

出口，其与所述燃烧室流体连通；以及

所述出口上游的多个轴向排列级，

所述提取回路经配置以从所述多个轴向排列级中的一个或多个级中提取所述提取流体。

7.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述涡轮经成形以形成用于所述流体流的路径，且包括邻近所述路径的部件，

所述注射回路经配置以朝向所述部件中的一个或多个部件注射所述冷却剂。

8.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述涡轮包括多个轴向排列级，

所述注射回路经配置以在邻近所述轴向排列级中的一个或多个级的位置将所述冷却剂注入所述涡轮中。

9.根据权利要求5所述的涡轮机，其进一步包括旁通回路，所述旁通回路连接到所述提取回路和所述注射回路，以便绕过所述热单元。

10.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述外部贮存器供应的所述流体包括惰性和稀有气体中的一种或多种。

11.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述外部贮存器供应的所述流体包括液氮、空气以及稀有或惰性气体组合中的一者或多者。

12.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述热单元包括混合室，在所述混合室中，所述提取流体与所述外部贮存器供应的所述流体可混合。

13.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述热单元包括加压元件，用于对所述外部贮存器供应的所述流体进行加压。

14.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述冷却剂包括所述提取流体以及所述外部贮存器供应的一定量的所述流体中的至少一者。

15.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述冷却***可在以下一个或多个情况期间选择性地运行：全负载全速运行、部分负载运行、关机运行、以及瞬态事件。

16.一种用于运行电厂的方法，其包括：

根据正常电网负载和异常电网负载，分别在标准温度和高于标准的温度下点燃涡轮机；

确定所述异常电网负载的发生；以及

继续在所述高于标准的温度下点燃所述涡轮机，同时用外部贮存器供应的流体对所述涡轮机的部件进行冷却。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述冷却可在以下一个或多个情况期间选择性性地进行：全负载全速涡轮机运行、部分负载涡轮机运行、关机涡轮机运行、以及瞬态事件。

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