СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ДАННОГО СПОСОБА Российский патент 2015 года по МПК F02C7/143 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к газовым турбинам. Оно относится к способу эксплуатации газовой турбины, в которой сжатый воздух подается из компрессора и используется в качестве потока охлаждающего воздуха для охлаждения термически нагруженных компонентов и также относится к газотурбинной установке для реализации данного способа.

Уровень техники

Для охлаждения горячих деталей, особенно камеры сгорания и турбины, через которые осуществляется течение горячего газа, газовых турбин (газотурбинных установок) обычно используются охлаждающие текучие среды, которые выходят из компрессора при соответствующем давлении, иногда повторно охлажденные, и после охлаждения горячих деталей добавляются в поток газа через турбину. В данном случае, охлаждение термически сильно нагруженных компонентов газовой турбины традиционно осуществляется по фиксированной схеме. В простейшем случае относительное содержание охлаждающего воздуха остается в значительной степени постоянным по всему широкому диапазону рабочих режимов. Это также справедливо для случая, когда установка, например, эксплуатируются под частичной нагрузкой при пониженных температурах горячего газа.

Чтобы управлять количеством охлаждающего воздуха пропорционально фактическим обстоятельствам и эксплуатационным режимам, ЕР 1028230 предлагает осуществить охлаждение температуры охлаждаемых компонентов посредством изменяемой подачи охлаждающего воздуха. Для этого было предложено оснастить термически нагруженные компоненты термоэлементами или другими устройствами для измерения температуры. Если измеренная температура превышает установленное номинальное значение, количество охлаждающего воздуха увеличивается. И наоборот, объем охлаждающего воздуха дополнительно сокращается, в случае если измеренная температура снижается ниже установленного номинального значения.

Патент США 6,615,574 решает другую задачу. Чтобы реализовать гибкую подачу с согласованием давления подачи, предлагается ответвлять часть сжатого воздуха с различных ступеней компрессора и смешивать его управляемым способом так, чтобы объем охлаждающего воздуха, который необходим для охлаждения, подавался при достаточном давлении подачи.

Более того, в ЕР 1967717 дано описание случая использования управляемой вспомогательной пневмосистемы для увеличения температуры горячего газа во время эксплуатации под частичной нагрузкой.

Конкретные регулировки потоков охлаждающего воздуха при эксплуатации установки согласно установленным режимам работы широко известны. Однако такие регулировки имеют небольшую эксплуатационную гибкость и не позволяют осуществить какие-либо изменения способа эксплуатации в зависимости от эксплуатационных задач.

Сущность изобретения

Поэтому задачей изобретения является способ эксплуатации газотурбинной установки, который устраняет недостатки известных способов или конструкций газотурбинных установок и, особенно, обеспечивает эксплуатацию газовой турбины, которая выполнена с возможностью реализовать эксплуатационные задачи посредством осуществления эксплуатационной гибкости при регулировании системы воздушного охлаждения.

Одним аспектом изобретения является управление весовым расходом охлаждающего воздуха для выполнения конкретных эксплуатационных задач, используя орган управления в зависимости от эксплуатационной задачи. С этой целью в способе эксплуатации газотурбинной установки, которая содержит компрессор, установленный на всасывающей стороне, принимает воздух на впуске и нагнетает его для обеспечения наличия воздуха на выходе компрессора на напорной стороне, камеру сгорания, в которой топливо сгорает, используя воздух на выходе компрессора, образуя горячие газы и также турбину, в которой горячие газы расширяются, осуществляя работу, далее, воздух на выходе компрессора, который выходит из компрессора и направляется в качестве потока охлаждающего воздуха в камеру сгорания и/или в турбину для охлаждения термически нагруженных компонентов. Способ отличается тем, что охлаждение потоком охлаждающего воздуха не осуществляется в соответствии с фиксированной схемой, а потоком охлаждающего воздуха для осуществления конкретных эксплуатационных задач управляют, используя орган управления, в зависимости от эксплуатационной задачи.

Более того, один вариант осуществления позволяет выбрать различные эксплуатационные задачи при управлении газотурбинной установкой. В блоке управления обычно хранятся два или более комплекта значений эксплуатационных задач, которые могут быть выбраны при осуществлении функции управления.

К эксплуатационным задачам, для которых предназначен процесс управления потоками охлаждающего воздуха, относятся такие задачи, как увеличение эксплуатационного срока службы, уменьшение выбросов при работе под частичной нагрузкой с увеличенным потоком охлаждающего воздуха, чтобы увеличить температуру горячего газа на нижней температуре смешения, обеспечение эксплуатации с контролируемым или ограниченным давлением воздуха на выходе компрессора, обеспечить работоспособность электростанции с комбинированным производством электроэнергии и тепла совместно с утилизированным паровым котлом, в котором температура на выходе из турбины поддерживается на высоком уровне для создания благоприятных параметров на входе утилизационного парового котла при работе с частичной нагрузкой и обеспечение эксплуатации с частичной нагрузкой с контролируемой температурой на выходе из турбины.

Например, в одном варианте осуществления способа для увеличения эксплуатационного срока службы по отношению к нормированному способу эксплуатации, температура (TIT) на входе в турбину или температура горячего газа в камере сгорания уменьшается и в то же время, по меньшей мере, один поток охлаждающего воздуха увеличивается. Данная комбинация имеет два преимущества. Во-первых, охлаждение и соответственно, эксплуатационный срок службы, увеличивается путем увеличения потока охлаждающего воздуха, во-вторых, чрезмерно сильного снижения температуры горячего газа, как это было бы необходимо без изменения объема потока охлаждающего воздуха для достижения увеличения того же эксплуатационного срока службы, можно избежать. В результате увеличения потока охлаждающего воздуха, весовой расход впуска турбины снижается. Это ведет к снижению перепада давления в турбине и, следовательно, также к снижению перепада температур. Падение температуры на выходе из турбины минимизируется в результате реализации данной комбинации по сравнению с простым снижением температуры горячего газа. Это минимизирует негативный эффект на часть выходного потока утилизационного парового котла и, кроме того, обеспечивает эксплуатацию с высоким суммарным кпд.

Может быть использована как температура на входе в турбину, например так называемая температура смешения, согласно ISO 2314 (1989), т.е. теоретическая температура, которая будет получена во время смешения горячих газов с потоком массы, которая подается в камеру сгорания и турбину до расширения или температура на входе ротора согласно ANSI В 133.1/1978, или номинальная эксплуатационная температура горячего газа согласно API 616/1992.

Согласно дополнительному варианту осуществления способа для увеличения эксплуатационного срока службы TIT в камере сгорания уменьшается относительно номинального способа эксплуатации, в то же время, по меньшей мере, один поток охлаждающего воздуха высокого давления увеличивается и поток охлаждающего воздуха низкого давления остается неизменным или уменьшается. Данный конкретный вариант осуществления избегает необходимости потребления охлаждающего воздуха на последних ступенях турбины. Как результат снижения TIT и увеличения подачи охлаждающего воздуха в систему высокого давления температура горячего газа в области компонентов, которые охлаждаются охлаждающим воздухом низкого давления, уже понижена так, что пространство, которое дополнительно охлаждается, что практически ведет к сокращению эксплуатационного срока службы. Напротив, сокращение весового расхода охлаждающего воздуха низкого давления может быть осуществлено без сокращения эксплуатационного срока службы. Ограниченный в основном потоке охлаждающий воздух нагревается в камере сгорания, уменьшая температуру горячего газа и может, таким образом, осуществить работу и, следовательно, увеличить мощность и эффективность.

В дополнительном варианте осуществления способа, поток охлаждающего воздуха управляется в зависимости от давления на выходе компрессора. В частности, при низких температурах весовой расход на впуске компрессора увеличивает одновременно и давление на выходе компрессора. Температуры окружающего воздуха ниже минус 15°С, например, рассматриваются как низкие температуры. В зависимости от цели оптимизации газовая турбина, однако, может быть разработана так, что температуры ниже 0°С или температуры, при которых существует риск обледенения, т.е. обычно ниже около 7°С, уже рассматриваются как низкие температуры. Давление на выходе компрессора в данном случае может возрасти выше расчетного давления газовой турбины, особенно, расчетное давление корпуса или охладителей охлаждающего воздуха.

Чтобы избежать разработки дорогостоящей конструкции, рассчитанной на чрезвычайно высокое давление или избежать случая снижения давления в результате частичной рабочей нагрузки, согласно типовому способу эксплуатации, т.е. TIT снижения и закрытия регулируемого входного направляющего аппарата компрессора, согласно предложенному варианту осуществления способа, поток охлаждающего воздуха увеличивается впоследствии, не превышая предельного значения давления на выходе компрессора, чтобы уменьшить упомянутое давление на выходе компрессора. В частности, давление на выходе компрессора сохраняется на предельном значении путем управления, по меньшей мере, одним потоком охлаждающего воздуха.

Согласно дополнительному варианту осуществления способа, при низкой частичной нагрузке весовой расход охлаждающего воздуха управляется в зависимости от температуры на выходе из турбины (ТАТ), чтобы удерживать ТАТ на высоком уровне.

Начиная с полной нагрузки, частичная нагрузка газовой турбины обычно достигается первым снижением TIT до предельного значения частичной нагрузки. По меньшей мере, один ряд регулируемого входного направляющего аппарата компрессора затем закрывается. С закрытым рядом регулируемого входного направляющего аппарата компрессора, весовой расход снижается и, следовательно, снижается перепад давления в турбине. Это, прежде всего, ведет к увеличению ТАТ. Как только достигается предельное значение частичной нагрузки, TIT снижается. Открываются ряды регулируемого входного направляющего аппарата компрессора, и температуры горячего газа затем снижаются до тех пор, пока ряд регулируемого входного направляющего аппарата компрессора закрывается при достижении предельного значения частичной нагрузки. Дополнительное снижение нагрузки традиционно осуществляется дополнительным снижением температуры горячего газа, что ведет непосредственно к снижению ТАТ. Чтобы иметь возможность иметь высокий кпд работы электростанции с комбинированным циклом работы с использованием утилизационного парового котла, TIT должна поддерживаться на минимальном значении. Данное минимальное значение, во время очень низкой частичной нагрузки, кратковременно снижается согласно обычному способу эксплуатации так, что экономичное функционирование вряд ли возможно. Значение низкой частичной нагрузки обычно лежит ниже 40% относительно нагрузки, т.е. нагрузки относительно полной нагрузки. В зависимости от конструкции диапазон значений низкой частичной нагрузки обычно лежит ниже 25% от нагрузки. Способ эксплуатации, в котором весовой расход в системе воздушного охлаждения не управляется, в данном случае называется традиционным способом эксплуатации. Выходная мощность снижается путем закрытия регулируемого входного направляющего аппарата компрессора и снижением температуры горячего газа. В диапазоне повышенной нагрузки, температура горячего газа обычно снижается с величины полной нагрузки до значения частичной нагрузки (опция).

Регулируемый входной направляющий аппарат компрессора затем закрывается до момента достижения предельного значения ТАТ. Как только это происходит, температура горячего газа снижается и одновременно закрывается регулируемый входной направляющий аппарат компрессора и управляется так, что значение ТАТ остается на предельном значении ТАТ. Как только регулируемый входной направляющий аппарата компрессора достиг положения закрытия (минимальное положение для режима работа), нагрузка управляется только посредством температуры горячего газа. Снижение температуры горячего газа, таким образом, ведет непосредственно к снижению ТАТ, что вызывает быстрое снижение ТАТ и, в свою очередь, негативно влияет на последующий описанный ранее водно-паровой процесс. Нагрузка осуществляется в обратном порядке.

Предложенный вариант осуществления способа позволяет увеличить ТАТ снижением потребления охлаждающего воздуха. В частности, управление потока охлаждающего воздуха среднего давления и/или потоком охлаждающего воздуха низкого давления ведет непосредственно к увеличению ТАТ при низкой частичной нагрузке без ущерба для эксплуатационного срока службы. Как только температура горячего газа и ТАТ уже значительно снижены, фактически отсутствует необходимость в охлаждении. Поток охлаждающего воздуха среднего давления и/или поток охлаждающего воздуха низкого давления могут быть существенно ограничены. Поток охлаждающего воздуха низкого давления может быть даже полностью остановлен в экстремальных ситуациях. Минимальный поток, однако, обычно поддерживается для продувки и недопущения обратного потока.

Дополнительно к данному способу предметом настоящего изобретения является газотурбинная установка для реализации данного способа. Такая газотурбинная установка содержит, по меньшей мере, один компрессор, который расположен на всасывающей стороне и всасывает воздух на впуске, нагнетает его на выходе компрессора на напорной стороне, по меньшей мере, одну камеру сгорания, в которой топливо сгорает, используя воздух на выходе компрессора, образуя горячие газы и также, по меньшей мере, одну турбину, в которой горячие газы расширяются, осуществляя работу. Для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры сгорания и/или турбины предусматривается наличие первого трубопровода охлаждения, который отбирает воздух из точки отбора компрессора и/или на выходе компрессора и подает его на термически нагруженные компоненты. Кроме того, газовая турбина, согласно изобретению содержит в первом трубопроводе охлаждения, который отбирает воздух из точки отбора компрессора и/или на выходе компрессора и осуществляет охлаждение термически нагруженных компонентов, по меньшей мере, один орган управления для управления весовым расходом охлаждающего воздуха и подачи его на термически нагруженные компоненты и также имеет блок управления газовой турбиной. Согласно изобретению в блоке управления хранится, по меньшей мере, один дополнительный комплект параметров системы управления, который оператор может выбрать для выполнения конкретного эксплуатационного режима.

Чтобы обеспечить подачу минимального потока охлаждающего воздуха на термически нагруженные компоненты, согласно одному варианту осуществления орган управления имеет возможность установить минимальное открытие. Орган управления, например, может быть выполнен с возможностью не допустить прекращения течения потока механическим способом. В частности, минимальный объем потока охлаждающего воздуха предотвращает появление обратного потока в систему воздушного охлаждения. Охлажденные турбинные лопатки обычно состоят из жаропрочных материалов. Системы подводящих трубопроводов и, например, крепежные элементы лопаток или корпус, через которые проходят данные трубопроводы, обычно изготовлены из других материалов, чем лопатки турбины. Они обычно не устойчивы к высоким температурам, так что обратный поток горячих газов в данные части необходимо исключить, если даже температура горячего газа упала ниже температуры, которая допустима для термически нагруженных компонентов, части фактически охлаждаются.

Согласно одному варианту осуществления орган управления для управления потоком охлажденного воздуха имеет минимальное открытие, которое обеспечивает способность прохождения, по меньшей мере, 10% пропускной способности при работе на полную нагрузку, чтобы предотвратить просачивание горячего газа.

Обычно отверстия для прохождения охлаждающего воздуха, поступающего на термически нагруженные элементы, рассчитаны для работы на полную нагрузку, в связи с тем, что положение отверстий являются критическим фактором, определяющим эксплуатационный срок службы. Альтернативно типовой конструкции, газотурбинная установка согласно одному варианту осуществления содержит, по меньшей мере, один термически нагруженный компонент с отверстиями для прохождения охлаждаемого воздуха, которые обеспечивают пропускную способность выше, чем требуется для проектного значения при работе на полную нагрузку. Это позволяет контролировать поток охлаждающего воздуха в широком диапазоне в зависимости от режима работы.

Согласно одному варианту осуществления отверстия для прохода охлаждающего воздуха в термически нагруженных компонентах имеют пропускную способность, которая, по меньшей мере, больше на 30%, чем пропускная способность, которая требуется для достижения эксплуатационного сроку службы проектного значения при работе на полную нагрузку.

Согласно дополнительному варианту осуществления отверстия для прохода охлаждающего воздуха в термически нагруженных компонентах имеют пропускную способность, которая, по меньшей мере, больше на 50%, чем пропускная способность, которая требуется для надежной эксплуатации проектной конструкции при работе на полную нагрузку.

Охлаждающий эффект при работе газовой турбины определяется не только весовым расходом охлаждающего воздуха, но также и температурой, которая достигается в результате повторного охлаждения в повторных охладителях. В одном варианте осуществления способа температура повторно охлажденного воздуха, таким образом, регулируется в зависимости от эксплуатационных задач или в зависимости от весового расхода охлаждающего воздуха.

В конкретном варианте осуществления температура повторно охлажденного воздуха увеличивается с увеличением весового расхода охлаждающего воздуха. Данное повышение температуры может быть выбрано в данном случае так, чтобы нивелировать сокращения эксплуатационного срока службы за счет увеличения потоков охлаждаемого воздуха.

В дополнительном варианте осуществления температура повторно охлажденного воздуха уменьшается с увеличением весового расхода охлажденного воздуха. Уменьшение температуры повторного охлажденного воздуха с одновременным уменьшением весового расхода охлаждаемого воздуха может быть реализовано при низкой частичной нагрузке для секции среднего давления без ущерба для эксплуатационного срока службы, например для управления ТАТ.

В дополнительном варианте осуществления температура повторно охлажденного воздуха уменьшается при частичной нагрузке, чтобы увеличить температуру горячего газа, например, TIT для заданного места приложения нагрузки.

Описанные выше варианты осуществления изобретения газовой турбины с одной камерой сгорания служат только для объяснения и не имеют ограничительного характера. Например, изобретение может быть использовано для газовых турбин с двумя или более камерами сгорания и/или турбинами, как, например, описано в ЕР 0620363 или в ЕР 0718470 А2 и описано в последующем примере осуществления.

Более того, способ имеет возможность оптимизации конкретных режимов работы. Например, в случае эксплуатации газовой турбины с аэрозольным распылением под большим давлением, т.е. впрыск воды в компрессор для форсирования мощности, увеличение давления в компрессоре может быть смещено по сравнению с конструкцией работы без воды. Увеличение давление обычно смещается по направлению к выходу компрессора, как результат охлаждающего эффекта нагнетенной воды, осуществленного во время аэрозольного распыления под высоким давлением. В результате давление охлаждающего воздуха среднего давления и давление охлаждающего воздуха низкого давления во время отведения падает относительно давления на выходе компрессора. Давление в тракте горячего газа пропорционально давлению на выходе компрессора, так что разность давлений, которая возникает в системе воздушного охлаждения низкого давления и в системе воздушного охлаждения среднего давления уменьшается во время осуществления аэрозольного впрыска под высоким давлением. Управление может быть выполнено с возможностью осуществить аэрозольный впрыск под высоким давлением, так что изменения величин давлений по отношению к давлению на выходе компрессора во время отвода воздуха низкого давления или воздуха среднего давления компенсируется органами управления в воздухопроводе системы охлаждения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительный вариант осуществления изобретения описан далее со ссылкой на чертеж, который служит только для пояснения и не рассматривается в качестве ограничений.

Фиг.1 показывает принципиальную схему газотурбинной установки согласно примеру варианта осуществления изобретения.

Варианты осуществления изобретения

Фиг.1 показывает газотурбинную установку с последовательным дожиганием для реализации способа согласно изобретению. Она содержит компрессор 1, первую камеру 4 сгорания, первую турбину 7, вторую камеру 9 сгорания и вторую турбину 12. Она обычно содержит генератор 19, который расположен на холодном конце газотурбинной установки, а именно соединен посредством вала 18 газотурбинной установки с компрессором 1.

Газообразное или жидкое топливо, подается по трубопроводу 5 подачи горючего в первую камеру 4 сгорания, смешивается с воздухом, который нагнетается компрессором 1, и воспламеняется. Горячие газы 6 частично расширяются в последующей первой турбине 7, обеспечивая работу.

Как только вторая камера сгорания начинает работать, дополнительное топливо добавляется через трубопровод 10 подачи горючего к частично расширенным газам 8 в горелках второй камеры 9 сгорания и воспламеняется во второй камере 9 сгорания. Например, камеры сгорания 9 представляют собой кольцевые камеры сгорания. Горячие газы 11 расширяются в последующей второй турбине 12, обеспечивая работу. Отработавшие газы 13 могут быть поданы на утилизационный паровой котел электростанции с комбинированным циклом или на другой потребитель тепла отходящих газов, с целью эффективного использования отработавшего газа.

Для управления входного весового расхода компрессор 1 имеет, по меньшей мере, один ряд 14 регулируемого входного направляющего аппарата компрессора.

Некоторое количество сжатого газа 3 ответвляется и используется в качестве охлаждающего воздуха 22 высокого давления, повторно охлажденного посредством охладителя 33 охлаждающего воздуха высокого давления, и подается в качестве охлаждающего воздуха 22 в первую камеру 4 сгорания (трубопровод подачи охлаждающего воздуха не показан) и в первую турбину. Весовой расход охлаждающего воздуха 22 высокого давления, который подается в турбину 7 высокого давления, может контролироваться в данном примере посредством клапана 21 управления охлаждающего воздуха высокого давления.

Некоторое количество охлаждающего воздуха 22 высокого давления подается так называемым транспортирующим воздухом 24 в пики горелок и используется для охлаждения пик горелок и/или для содействия подачи и смешивания топлива в горелках. Весовой расход транспортирующего воздуха 24 может контролироваться посредством клапана 17 управления.

Некоторое количество воздуха, частично сжатого, ответвляется от компрессора 1, повторно охлаждается посредством охладителя 34 охлаждающего воздуха высокого давления, и подается во вторую камеру 9 сгорания и во вторую турбину в качестве охлаждающего воздуха 23 среднего давления. Весовой расход охлаждающего воздуха 23 среднего давления может контролироваться в данном примере посредством клапана 16 управления охлаждающего воздуха среднего давления.

Более того, некоторое количество воздуха, частично сжатого, ответвляется от компрессора 1 в качестве охлаждающего воздуха 20 низкого давления и подается во вторую турбину 12. Весовой расход охлаждающего воздуха 20 низкого давления может контролироваться в данном примере посредством клапана 15 управления охлаждающего воздуха низкого давления.

Данная газотурбинная установка содержит блок 31 управления, который управляет работой газовой турбины через подключенные общепринятые линии 32 управления, и работой системы воздушного охлаждения посредством подключенных к органам управления данной системы общепринятых линий (25, …, 30) управления. Необходимо отдельно остановиться на описании общепринятых линий управления, которые не выходят за рамки настоящего изобретения и служат для реализации способа согласно изобретению. Данные линии содержат измерительные линии для передачи важных параметров процесса в газовую турбину, особенно для измерения температуры на выходе из турбины первой турбины 7 и второй турбины 12, величины давления на выходе компрессора, величины давления в камерах сгорания, температуры воздуха 2 на впуске и температуры воздуха 3 на выходе компрессора, положение регулируемого входного направляющего аппарата 14 компрессора и также значение мощности генератора 19. Более того, они содержат линии управления для управления регуляторами подачи топлива для управления подачей 5, 10 топлива и также линии управления для управления регулируемым входным направляющим аппаратом 14 компрессора.

Для контроля величин температур охлаждающего воздуха, блок 31 управления подключается к охладителю 33, 34 посредством линии 30 управления охладителя среднего давления и посредством линии 29 управления охладителя высокого давления. Для управления воздушными потоками блок 31 управления подключается к клапану 15 управления охлаждающего воздуха низкого давления посредством линии 25 управления клапаном управления охлаждающего воздуха низкого давления, к клапану 16 управления охлаждающего воздуха среднего давления посредством линии 28 управления клапаном управления охлаждающего воздуха среднего давления и к клапану 21 управления охлаждающего воздуха высокого давления посредством линии 26 управления клапаном управления охлаждающего воздуха высокого давления. Для управления потоком 24 транспортирующего воздуха блок 31 управления также подключается к клапану 17 управления.

В блоке 31 управления хранится, наряду с параметрами системы управления стандартного режима работы, по меньшей мере, один комплект параметров управления конкретного режима работы, который отличается от стандартного режима и который может быть выбран оператором через интерфейс «человек-машина», такой как щит управления или панель управления оператора. Данный комплект параметров управления включает в себя, например, измененные заданные значения для температур горячего газа, потоков охлаждающего воздуха, температур повторно охлажденного охлаждающего воздуха и ТАТ. Данные параметры управления хранятся в виде таблиц или как функции.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

1. Компрессор

2. Воздух на впуске

3. Воздух на выходе компрессора

4. Первая камера сгорания

5. Трубопровод подачи горючего

6. Горячие газы

7. Первая турбина

8. Частично расширенные горячие газы

9. Вторая камера сгорания

10. Трубопровод подачи горючего

11. Горячие газы

12. Вторая турбина

13. Отработавший газ (на утилизационный паровой котел)

14. Регулируемый входной направляющий аппарат компрессора

15. Клапан управления охлаждающего воздуха низкого давления

16. Клапан управления охлаждающего воздуха среднего давления

17. Клапан управления транспортирующим воздухом

18. Вал

19. Генератор

20. Охлаждающий воздух низкого давления

21. Клапан управления охлаждающего воздуха высокого давления

22. Охлаждающий воздух высокого давления

23. Охлаждающий воздух среднего давления

24. Транспортирующий воздух

25. Линия управления клапаном управления охлаждающего воздуха низкого давления

26. Линия управления клапаном управления охлаждающего воздуха высокого давления

27. Линия управления клапаном управления транспортирующего воздуха

28. Линия управления клапаном управления охлаждающего воздуха среднего давления

29. Линия управления охладителя охлаждающего воздуха высокого давления

30. Линия управления охладителя охлаждающего воздуха среднего давления

31. Блок управления газовой турбиной

32. Линии управления и измерений газовой турбины

33. Охладитель охлаждающего воздуха высокого давления

34. Охладитель охлаждающего воздуха среднего давления ТАТ - Температура на выходе из турбины TIT - Температура на входе в турбину

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации газотурбинной установки, в которой сжатый воздух выходит из компрессора и подается для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры сгорания или турбины. При этом, по меньшей мере, один поток охлаждающего воздуха предназначен для достижения конкретных эксплуатационных задач, а именно направляется из компрессора или стороны выпуска компрессора на термически нагруженные компоненты. Также представлена газотурбинная установка для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет достичь эксплуатационной гибкости при регулировании системы воздушного охлаждения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации газотурбинной установки, содержащей компрессор (1), который на впуске всасывающей стороны всасывает воздух (2) и нагнетает его для обеспечения подачи воздуха (3) на выходе компрессора на напорной стороне, камеру сгорания (4, 9), в которой сгорает топливо (5, 10), используя воздух (3) на выходе компрессора, образуя горячие газы (6, 11), а также турбину (7, 12), в которой горячие газы (6, 11) расширяются, осуществляя работу, характеризующийся тем, что
сжатый воздух, выходящий из компрессора (1), направляют в виде потока охлаждающего воздуха в камеру сгорания (4, 9) и/или в турбину (7, 12) для охлаждения термически нагруженных компонентов, при этом по меньшей мере одним из потоков охлаждающего воздуха управляют органом управления (15, 16, 17, 21) в зависимости от эксплуатационной задачи, при этом
потоком охлаждающего воздуха среднего давления и/или потоком охлаждающего воздуха низкого давления для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) управляют в зависимости от температуры на выходе из турбины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксплуатационного срока службы уменьшают температуру горячего газа в камере сгорания (4, 9) и поток охлаждающего воздуха для охлаждения термически нагруженных компонентов в камере (4, 9) сгорания и/или в турбине (7, 12) увеличивают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксплуатационного срока службы, температуру горячего газа в камере (4, 9) сгорания уменьшают, поток охлаждающего воздуха высокого давления увеличивают, а поток охлаждающего воздуха среднего давления и/или поток охлаждающего воздуха низкого давления оставляют неизменным или уменьшают.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения работоспособности под частичной нагрузкой температуру смешения снижают, а по меньшей мере один поток охлаждающего воздуха для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) увеличивают.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения работоспособности под частичной нагрузкой температуру смешения снижают, поток охлаждающего воздуха высокого давления для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) увеличивают, а поток охлаждающего воздуха среднего давления и/или поток охлаждающего воздуха низкого давления для охлаждения термически нагруженных компонентов оставляют неизменным или уменьшают.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что потоком охлаждающего воздуха для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) управляют в зависимости от давления на выходе компрессора.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при низкой температуре окружающей среды поток охлаждающего воздуха для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) увеличивают для того, чтобы уменьшить давление на выходе компрессора.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при работе под частичной нагрузкой, поток охлаждающего воздуха среднего давления и/или поток охлаждающего воздуха низкого давления для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 12) уменьшают в зависимости от температуры на выходе из турбины для того, чтобы удерживать температуру на выходе из турбины постоянной.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что вне зависимости от температуры на выходе из турбины поток охлаждающего воздуха среднего давления и/или поток охлаждающего воздуха низкого давления не уменьшают ниже минимального значения.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что температурой повторно охлаждённого воздуха вторичного охладителя (33, 34), в котором поток охлаждающего воздуха повторно охлаждается, управляют в зависимости от потока охлаждающего воздуха.

11. Газотурбинная установка, содержащая компрессор (1), который на всасывающей стороне всасывает воздух (2) на впуске и нагнетает его для обеспечения наличия воздуха (3) на выходе компрессора на напорной стороне, камеру сгорания (4, 9), в которой топливо (5, 10) сгорает, используя воздух (3) на выходе компрессора, образуя горячие газы (6, 11) и турбину (7, 12), в которой горячие газы (6, 11) расширяются, осуществляя работу, при этом
для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры (4, 9) сгорания и/или турбины (7, 11) поток охлаждающего воздуха направляется из компрессора (1) и/или со стороны выхода компрессора (1) на термически нагруженные компоненты блоком (31) управления газовой турбиной, отличающаяся тем, что
газовая турбина содержит по меньшей мере один орган (16, 17) управления для управления потоком охлаждающего воздуха среднего давления и/или по меньшей мере один орган (15) управления для управления потоком охлаждающего воздуха низкого давления.

12. Газотурбинная установка по п.11, отличающаяся тем, что по меньшей мере один орган (15, 16, 17, 21) управления имеет минимальное открытие, которое обеспечивает наличие минимального потока охлаждающего воздуха, поступающего на термически нагруженные компоненты.

13. Газотурбинная установка (10) по п.11 или 12, отличающаяся тем, что по меньшей мере один термически нагруженный компонент содержит отверстия для охлаждающего воздуха, которые имеют возможность пропускать поток воздуха, который по меньшей мере на 30% больше, чем пропускная способность потока, которая требуется для достижения расчётного срока службы расчётного режима с полной нагрузкой.