Изобретение относится к способу и системе регулирования газового состава в газовой турбине с рециркуляцией отходящих газов.
Рециркуляция отходящих газов является технологией, которая, в принципе, может использоваться в газовых турбинах для самых различных целей, например контроля выбросов, уменьшения объема отходящих газов для отделения диоксида углерода и т.д. При рециркуляции отходящих газов в газовой турбине их существенная доля ответвляется от всего потока и обычно после охлаждения и очистки снова вводится во входной массовый поток турбины или подается к ее компрессору, причем возвращенный поток отходящих газов смешивается со свежим воздухом, после чего эта смесь подается к компрессору.
Предпочтительно за счет рециркуляции отходящих газов можно повысить парциальное давление диоксида углерода в них, чтобы уменьшить потери мощности и кпд электростанций с отделением диоксида углерода. Кроме того, рециркуляция отходящих газов предложена с целью снижения концентрации кислорода во всасываемых газах газовых турбин, чтобы за счет этого уменьшить выброс NOx.
Для рециркуляции отходящих газов, например, в US 7536252 В1 описан способ управления рециркулирующим потоком отходящих газов турбомашины, возвращаемый через систему рециркуляции к входу турбомашины. В этом способе определяется заданная рециркулирующая доля отходящих газов, которая включает в себя долю потока отходящих газов во входном потоке турбомашины, и фактическое значение устанавливается на заданное значение.
Из ЕР 2248999 известна электростанция с рециркуляцией отходящих газов и способ эксплуатации такой электростанции, при котором в зависимости от нагрузки регулируются частота рециркуляции и температура, до которой охлаждаются рециркулированные отходящие газы. В этой и других известных публикациях используется частота рециркуляции, т.е. отношение рециркулированных отходящих газов к всасываемому массовому потоку турбомашины или доля рециркулированных отходящих газов во всасываемом массовом потоке турбомашины. Практически в описанных способах проблемой является надежное определение доли или отношения. Как всасываемый, так и рециркулирующий массовые потоки могут измеряться лишь с большими затратами и неточно.
Задача изобретения состоит в создании способа надежной эксплуатации газотурбинной электростанции с рециркуляцией отходящих газов и ее регулирования.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством объектов независимых пунктов формулы изобретения. Сущностью изобретения является способ, при котором содержание или концентрация (концентрация количества веществ или массовая концентрация), по меньшей мере, одного компонента газового потока газотурбинного процесса используется непосредственно для регулирования исполнительного звена для рециркуляции отходящих газов.
В этом способе эксплуатации газотурбинной электростанции с рециркуляцией отходящих газов, содержащей газовую турбину, парогенератор-утилизатор, делитель отходящих газов, который разделяет их на первый поток для рециркуляции во всасываемый поток газовой турбины и на второй поток для вывода в окружающее пространство, и регулирующий элемент для регулирования рециркулирующего потока, в зависимости от эксплуатационного состояния газовой турбины определяется заданная концентрация, по меньшей мере, одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания рециркулированных отходящих газов. Далее измеряется фактическая концентрация этого, по меньшей мере, одного компонента в потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке, и регулируется регулирующий элемент для регулирования рециркулирующего потока в зависимости от отклонения фактической концентрации от заданной.
Один вариант способа отличается тем, что концентрация кислорода в потоке отходящих газов регулируется исполнительным звеном. При этом может регулироваться концентрация в первом, рециркулирующем потоке отходящих газов, концентрация во втором, выводимом в окружающее пространство потоке отходящих газов или концентрация потока отходящих газов перед ответвлением рециркулирующего потока.
Один альтернативный вариант способа отличается тем, что регулируется концентрация диоксида углерода в одном из потоков отходящих газов. Далее может осуществляться регулирование концентрации диоксида углерода и кислорода.
Согласно другому варианту способа, концентрация кислорода во всасываемом потоке газовой турбины регулируется после подмешивания рециркулированных отходящих газов.
Один альтернативный вариант способа отличается тем, что концентрация диоксида углерода во всасываемом потоке газовой турбины регулируется после подмешивания рециркулированных отходящих газов. Далее может осуществляться регулирование концентрации диоксида углерода и кислорода во всасываемом потоке газовой турбины регулируется после подмешивания рециркулированных отходящих газов.
В случаях, когда предусмотрено регулирование концентрации кислорода и диоксида углерода, предпочтительно взвешивание обоих параметров регулирования, поскольку на два параметра влияет только одна регулирующая переменная. Например, концентрации кислорода и диоксида углерода можно взвесить одновременно. В другом примере для обеспечения полного сгорания можно взвесить концентрацию кислорода дважды или трижды также сильно, как и концентрацию диоксида углерода.
В принципе, концентрации кислорода и диоксида углерода связаны между собой.
Регулирование обоих параметров предпочтительно, например, тогда, когда изменяется состав топлива, в частности содержание водорода в нем, или к горючим газам подмешивается кислород.
Далее предложена комбинация регулирования концентрации кислорода и/или диоксида углерода в потоке отходящих газов и концентрации во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания рециркулированных отходящих газов. Для этого способа взвешивание обоих параметров регулирования является предпочтительным, поскольку на два или более параметров влияет только одна регулируемая величина.
В другом варианте способ отличается тем, что заданная концентрация определяется в зависимости от мощности газотурбинной электростанции. Вместо мощности можно использовать также зависимость от другого важного эксплуатационного параметра или от комбинации эксплуатационных параметров, таких как температура на входе турбины (например, по ISO 2314), температура горячих газов, температура на выходе турбины, выходное давление компрессора или положение регулируемых входных лопаток компрессора. Далее заданная концентрация может определяться в зависимости от окружающих условий, в частности окружающей температуры или температуры на входе компрессора. При этом заданная концентрация является, например, функцией одного параметра или комбинации названных параметров.
Максимальная рециркуляция отходящих газов часто ограничена концентрацией кислорода, необходимой для стабильного полного сгорания. В этой связи стабильное полное сгорание означает, что выбросы СО (моноксид углерода) и UHC (miburned hydrocarbon - несгоревшие углеводороды) остаются в допустимых пределах, а пульсации давления в камере сгорания - в допустимом диапазоне. Допустимые выбросы СО и UHC составляют обычно порядка ррm (в большинстве случаев в однозначном ррm-диапазоне). Пульсации, которые при нехватке кислорода могут возрастать с крутым градиентом, должны оставаться ниже 10% давления в камере сгорания. Обычно они лежат ниже 1-2% давления в камере сгорания. При возрастании выбросов СО, UHC или пульсаций давления в камере сгорания выше предельного значения регулирующий элемент осуществляет подрегулирование первого потока отходящих газов. Например, первый поток отходящих газов уменьшается, как только выбросы СО, UHC или пульсации давления в камере сгорания превышают предельное значение.
В одном варианте способа корректируется заданная концентрация диоксида углерода или кислорода в зависимости от выбросов СО, UHC или пульсаций давления в камере сгорания или комбинации двух или всех трех параметров.
Другой предпочтительный вариант способа отличается тем, что рециркулированные отходящие газы охлаждаются в обратном охладителе до температуры обратного охлаждения, причем она определяется в качестве функции мощности. Вместо мощности можно также использовать зависимость от другого важного эксплуатационного параметра или комбинации эксплуатационных параметров, таких как температура на входе турбины, температура горячих газов, температура на выходе турбины, выходное давление компрессора или положение регулируемых входных лопаток компрессора. Далее температура обратного охлаждения может определяться в зависимости от окружающих условий, в частности окружающей температуры. При этом температура обратного охлаждения является функцией одного параметра или комбинации названных параметров.
Для стабильного и быстрого регулирования состава всасываемого потока газовой турбины далее предложено, что измеряются потеря давления всасывания между окружающим пространство и местом подмешивания отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины и потеря давления отходящих газов между их делителем и окружающим пространством, чтобы определить разность давлений, имеющуюся в распоряжении без дополнительных газодувок отходящих газов или бустеров для рециркуляции отходящих газов между их делителем и местом подмешивания. В качестве альтернативы разность давлений между делителем отходящих газов и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины может измеряться также непосредственно. В зависимости от разности давлений корректируется регулирование регулирующего элемента.
Эта корректировка предпочтительна в переходном режиме газовой турбины, в частности в случае быстрых переходных процессов, поскольку, например, за счет закрывания регулируемых направляющих лопаток компрессора уменьшается всасываемый массовый поток. В результате уменьшаются потери давления всасывания, потери давления через всасывающий фильтр и разрешение перед входом газовой турбины. В то же время с уменьшением массового потока уменьшаются потери давления отходящих газов, например потери давления через подключенную к газовой турбине систему отделения диоксида углерода. Эти потери давления изменяются между частичной и полной нагрузками на коэффициент 2-3. В случае полной нагрузки сумма этих обеих потерь давления составляет порядка 30-50% необходимой для рециркуляции отходящих газов разности давлений, так что изменения разности давлений при неизменной настройке регулирующего элемента вызывают значительные изменения в рециркулирующем потоке и, тем самым, в составах всасываемого потока и потока отходящих газов. Также возможны системы рециркуляции, работающие вообще без дополнительных газодувок отходящих газов и только с разностью давлений. Эти системы соответственно еще более чувствительно реагируют на изменения разности давлений.
В одном варианте способа в качестве регулирующего элемента для регулирования рециркулирующего потока используется регулируемая газодувка отходящих газов. Мощность газодувки может регулироваться, например, в зависимости от разности давлений между делителем отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины. Обычно мощность газодувки регулируется обратно пропорционально разности давлений между делителем отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины.
В другом варианте способа в качестве регулирующего элемента для регулирования рециркулирующего потока используется заслонка и/или клапан. Обычно открывание заслонки в направлении пропускания регулируется для рециркуляции отходящих газов, или открывание клапана регулируется обратно пропорционально разности давлений между делителем отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины. При этом сам делитель отходящих газов может быть выполнен в качестве регулирующего элемента, например в виде заслонки.
Далее предложена комбинация способа регулирования, при котором в зависимости от разности давлений между делителем отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины в качестве регулирующих элементов для регулирования рециркулирующего потока используются регулируемая газодувка отходящих газов и заслонка и/или клапан.
Из-за больших объемов рециркуляционных магистралей, котла-утилизатора, обратных охладителей или теплообменников, лежащих обычно между местом измерения для определения концентрации, по меньшей мере, одного компонента потока отходящих газов перед входом газовой турбины, и умеренных для уменьшения потерь давления скоростей течения в этих объемах, проходит определенный отрезок времени между моментом, в который газы с определенной концентрацией компонента протекают мимо места измерения, и моментом, в который эти газы достигают входа газовой турбины. В зависимости от положения места измерения, расположения электростанции и рабочей точки отрезок времени может составлять от нескольких секунд до нескольких минут, чтобы обеспечить стабильное регулирование, предпочтительно учитывать этот отрезок времени. Для этого один вариант способа отличается тем, что регулирование регулирующего элемента происходит с временной задержкой, пропорциональной времени, которое требуется отходящим газам для прохождения от места измерения газового состава до входа в газовую турбину.
Чтобы учесть влияние эксплуатационного состояния газовой турбины на временную задержку, в другом варианте способа временная задержка пропорциональна мощности газовой турбины и/или положению регулируемых направляющих лопаток компрессора.
В одном варианте способа рециркуляция отходящих газов осуществляется для того, чтобы для уменьшения выбросов NOx обеспечить газовой турбине бедный кислородом всасываемый газ. В другом варианте за счет рециркуляции отходящих газов газовой турбине обеспечивается бедный кислородом всасываемый газ, чтобы можно было стабильно сжигать богатый водородом горючий газ. Еще один вариант способа отличается тем, что второй поток отходящих газов перед отдачей в окружающее пространство направляется через систему отделения диоксида углерода и последний отделяется от второго потока отходящих газов. Таким образом, к системе отделения диоксида углерода подается поток отходящих газов с отрегулированной высокой концентрацией диоксида углерода, благодаря чему за счет отделения диоксида углерода минимизируются высокие потери мощности и кпд всей электростанции.
Помимо способа объектом изобретения является газотурбинная электростанция для его осуществления. Такая электростанция включает в себя газовую турбину с регулятором, парогенератор-утилизатор и разделитель отходящих газов, который разделяет их на первый поток для рециркуляции во всасываемый поток газовой турбины и на второй поток для отдачи в окружающее пространство, и регулирующий элемент для регулирования первого потока отходящих газов. Электростанция отличается тем, что в регуляторе в зависимости от эксплуатационного состояния определяется заданная концентрация, по меньшей мере, одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания рециркулированных отходящих газов, и предусмотрен измерительный прибор для измерения фактической концентрации этого, по меньшей мере, одного компонента в потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания первого потока отходящих газов. Зависимость заданной концентрации от эксплуатационного состояния газовой турбины может определяться, например, посредством функций или таблиц.
Согласно одному варианту газотурбинной электростанции, она включает в себя измеритель разности давлений между делителем отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины. В качестве альтернативы электростанция включает в себя измеритель потери давления всасывания, который измеряет потерю давления между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины, и измеритель потери давления отходящих газов, который измеряет потерю давления между делителем отходящих газов и окружающим пространством. По сумме обеих потерь давления определяется разность давлений для рециркуляции отходящих газов.
Все описанные преимущества применяются не только в указанных комбинациях, но и в других комбинациях или сами по себе, не выходя за рамки изобретения. Например, вместо применения газодувки отходящих газов может быть предусмотрен бустер. В упрощенном виде, в целом, описано регулирование регулирующего элемента. Оно замещает регулирование или управление. Специалисту известны различные стратегии регулирования, такие как двухточечное регулирование, регулирование с помощью пропорционального регулятора, интегральные или пропорционально-интегральные регуляторы.
Другие примеры выполнения описаны в зависимых пунктах формулы.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи, которые служат только для пояснения изобретения и не ограничивают его. На чертежах схематично изображают:
- фиг.1: газотурбинную электростанцию с возвратом отходящих газов;
- фиг.2: характеристики потери давления на входе, потери давления отходящих газов, разности давлений для рециркуляции и концентрации диоксида углерода на входе компрессора газовой турбины в зависимости от времени после сброса нагрузки.
На фиг.1 схематично изображены основные элементы газотурбинной электростанции. Газовая турбина 6 включает в себя компрессор 1, сжатый в нем воздух для горения подается в камеру 4 сгорания и сжигается в ней с топливом 5. После этого горячие газообразные продукты сгорания расширяются в турбине 7. Выработанная в ней полезная энергия преобразуется затем в электрическую энергию, например, с помощью установленного на том же валу первого генератора 25.
Выходящие из турбины 7 горячие отходящие газы 8 для оптимального использования еще содержащейся в них энергии используются в парогенераторе-утилизаторе 9 для вырабатывания свежего пара 30 для паровой турбины 13 или для других установок. Выработанная в паровой турбине 13 полезная энергия преобразуется затем в электрическую энергию, например, с помощью установленного на том же валу второго генератора 26. Контур 39 водяного пара представлен в упрощенном виде и лишь схематично конденсатором 14 и трубопроводом 16 питательной воды. Различные напорные ступени, насосы питательной воды и т.д. не показаны, поскольку не являются объектом изобретения.
Часть отходящих газов 19 парогенератора-утилизатора 9 разделяется после него в делителе 29 течения, который может быть выполнен регулируемым, на первый 21 и второй 20 потоки. Поток 21 возвращается во всасывающий трубопровод газовой турбины 6 и смешивается там с окружающим воздухом 2. Невозвращенный поток 20 обычно продолжает охлаждаться в обратном охладителе 23 и подается к системе 18 отделения диоксида углерода. Из него обедненные диоксидом углерода отходящие газы 22 выводятся по трубе 32 в окружающее пространство. Для преодоления потерь давления в системе 18 и трубопроводе для отходящих газов может быть предусмотрена газодувка 10 для них. Отделенный в системе 18 диоксид углерода 31 обычно сжимается в компрессоре и отводится для хранения или дальнейшей обработки. Система 18 снабжается через паровой экстрактор 15 паром, обычно среднего или низкого давления, который ответвляется из паровой турбины 13. Пар снова возвращается в контур водяного пара после отдачи энергии в системе 18. В изображенном примере пар конденсируется и через обратный конденсатопровод 17 вводится в питательную воду.
Поток 20 может подаваться в трубу 32 также непосредственно через байпас 24.
Возвращенный поток 21 охлаждается в обратном охладителе 27 отходящих газов, который может быть оборудован конденсатором, приблизительно выше окружающей температуры. Ниже по потоку за обратным охладителем 27 может быть расположен бустер или газодувка 11 для рециркулирующего потока 21. Этот возвращенный поток 21 смешивается с окружающим воздухом 2, прежде чем смесь в виде всасываемого потока будет подаваться через вход 3 компрессора к газовой турбине 3. При этом свежий окружающий воздух 2 направляется сначала через воздушный фильтр 28 большого входного сечения, прежде чем будут подмешаны рециркулированные отходящие газы 21.
Всасываемый поток газовой турбины 6 регулируется посредством регулируемых направляющих лопаток 33 компрессора. Всасываемый поток и результирующий поток отходящих газов, в основном, определяют потерю Δpin давления всасывания между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины 6, а также потерю Δpout давления отходящих газов между их делителем 29 и окружающим пространством. Разность давлений между этими двумя позициями оказывает существенное влияние на количество рециркулированных отходящих газов. Для более точного и быстрого регулирования потеря Δpin давления всасывания между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток измеряется с помощью устройства 35 измерения давления всасывания, а потеря Δpout давления отходящих газов между их делителем 29 и окружающим пространством - с помощью устройства 34 измерения давления отходящих газов. Измеренные разности давлений передаются на регулятор (он и измерительные линии не показаны). Влияние разности Δpres давлений на рециркулированный первый поток 21 отходящих газов в регуляторе приближается, а мощность газодувки 11 и/или положение делителя 29 согласуется, чтобы учитывать изменения разности Δpres давлений. Регулятор 40 и газодувка 11 соединены через сигналообмен с газодувкой для рециркуляции отходящих газов. Регулятор и делитель 29 отходящих газов соединены через сигналообмен с делителем.
Вместо устройств 34, 35 для измерения давления можно непосредственно измерить разность Δpres давлений или приблизить ее в качестве функции положения регулируемых направляющих лопаток 33 компрессора.
Чтобы можно было регулировать концентрацию кислорода во входном потоке газовой турбины 6, концентрация кислорода измеряется с помощью измерителя 36 кислорода во входном потоке. Дополнительно в изображенном примере предусмотрен измеритель 37 кислорода в потоке отходящих газов. За счет хорошего перемешивания потока отходящих газов в предназначенных для них каналах и в котле-утилизаторе 9 измерение кислорода в потоке отходящих газов после котла-утилизатора 38 точно осуществляется всего лишь с помощью одного или нескольких измерительных зондов. Однако из-за больших объемов состав отходящих газов в газовой турбине 6 измеряется только с временной задержкой, что в переходном режиме газовой турбины 6 может привести к ошибкам регулирования. Поэтому в одном варианте измеритель кислорода в потоке отходящих газов после котла-утилизатора 38 используется в установившемся режиме, а в переходном режиме используется измеритель 37 кислорода в потоке отходящих газов непосредственно после выхода из турбины 7 или измеритель 36 кислорода во входном потоке.
В качестве альтернативы или в комбинации может быть предусмотрен также измеритель 36 диоксида углерода во входном потоке или измеритель 37 диоксида углерода в потоке отходящих газов и/или измеритель диоксида углерода в потоке отходящих газов после котла-утилизатора 38.
В изображенном примере регулятор через сигналообмен к газовой турбине регулирует газовую турбину. Кроме того, контур водяного пара регулируется через сигналообмен к нему, а система отделения диоксида углерода - через сигналообмен к ней.
В качестве альтернативы отдельные основные компоненты электростанции, т.е. газовая турбина, паровая турбина и система отделения диоксида углерода, содержат сообщающиеся между собой собственные регуляторы или регулируются одним вышестоящим регулятором. Последний является тогда регулятором, причем регулятор компонентов не показан.
Газовая турбина 6 изображена с простой камерой 4 сгорания. Изобретение применимо без ограничения также в газовых турбинах с последовательным сжиганием, известных, например, из ЕР 0718470.
Характеристики потери Δpin давления всасывания между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины 6 и потери Δpout давления отходящих газов между их делителем 29 и окружающим пространством, а также результирующая разность Δpres давлений между потерей Δpin давления всасывания и потерей Δpout давления отходящих газов в зависимости от времени t изображены на фиг.2 безразмерно для сброса нагрузки в качестве примера быстрого переходного процесса. При этом потери давления и разность нормированы результирующей разностью давлений при полной нагрузке. В примере нагрузка газовой турбины сбрасывается в момент t0, т.е. генератор 25 отсоединяется от сети. В качестве реакции на сброс нагрузки регулятор закрывает регулируемые направляющие лопатки 33 компрессора, в результате чего уменьшаются всасываемый поток и соответственно потеря Δpin давления всасывания. Из-за больших объемов парогенератора-утилизатора 9, трубопроводов отходящих газов и системы 18 отделения диоксида углерода потеря Δpout давления отходящих газов между их делителем 29 и окружающим пространством падает с небольшой задержкой.
Кроме того, на фиг.2 в зависимости от времени t изображена характеристика концентрации диоксида углерода во входном потоке. Даже если концентрация диоксида углерода в горячих отходящих газах газовой турбины 6 уменьшается после сброса нагрузки практически без временной задержки, концентрация диоксида углерода во входном потоке остается сначала вплоть до момента t1 постоянной при предположении, что постоянным остается соотношение рециркуляции. Лишь при заметной временной задержке порядка 0,5-3 минуты концентрация диоксида углерода во входном потоке начинает падать.
В соответствии с изменяющимися соотношениями давлений регулятор должен сначала согласовать положение делителя 29 отходящих газов или мощность газодувки отходящих газов для первого частичного потока 21. Как только отходящие газы с изменившейся концентрацией диоксида углерода достигнут входа газовой турбины 6, регулятор должен для компенсации продолжать согласовывать положение делителя 29 отходящих газов или мощность газодувки отходящих газов для первого частичного потока 21.
Перечень ссылочных позиций
1 - компрессор
2 - окружающий воздух
3 - вход компрессора
4 - камера сгорания
5 - топливо
6 - газовая турбина
7 - турбина
8 - горячие отходящие газы газовой турбины
9 - парогенератор-утилизатор
10 - газодувка отходящих газов для их второго частичного потока (к системе отделения диоксида углерода)
11 - газодувка отходящих газов для их первого частичного потока (рециркуляция отходящих газов)
12 - байпасная заслонка или клапан
13 - паровая турбина
14 - конденсатор
15 - паровой экстрактор для системы отделения диоксида углерода
16 - трубопровод питательной воды
17 - обратный конденсатопровод
18 - система отделения диоксида углерода
19 - отходящий газ парогенератора-утилизатора
20 - второй частичный поток отходящих газов (трубопровод отходящих газов к системе отделения диоксида углерода)
21 - первый частичный поток отходящих газов (рециркуляция отходящих газов)
22 - бедные диоксидом углерода отходящие газы
23 - обратный охладитель отходящих газов (для их второго частичного потока)
24 - байпас для отходящих газов к дымовой трубе
25 - первый генератор
26 - второй генератор
27 - обратный охладитель отходящих газов (для их первого частичного потока)
28 - фильтр
29 - делитель отходящих газов
30 - свежий пар
31 - отделенный диоксид углерода
32 - дымовая труба
33 - регулируемые направляющие лопатки компрессора
34 - измеритель давления отходящих газов
35 - измеритель входного давления
36 - измеритель диоксида углерода и/или кислорода во входном потоке
37 - измеритель диоксида углерода и/или кислорода в отходящих газах газовой турбины
38 - измеритель диоксида углерода и/или кислорода в отходящих газах парогенератора-утилизатора
39 - контур водяного пара
СCO2 - концентрация диоксида углерода
Δpin - потеря давления всасывания
Δpout - потеря давления отходящих газов
Δpres - разность давлений
t - время
t0 - момент запуска переходного процесса
Изобретение относится к энергетике. В способе эксплуатации газотурбинной электростанции с рециркуляцией отходящих газов в зависимости от эксплуатационного состояния газовой турбины определяется заданная концентрация по меньшей мере одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания отходящих газов. Кроме того, измеряется фактическая концентрация этого по меньшей мере одного компонента в потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке, и регулирующий элемент регулируется для регулирования рециркулирующего потока в зависимости от отклонения фактической концентрации от заданной. В газотурбинной электростанции с рециркуляцией отходящих газов содержится регулятор, в котором определяется заданная концентрация по меньшей мере одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины, и измерительный прибор для измерения фактической концентрации этого по меньшей мере одного компонента. Изобретение позволяет повысить надежность эксплуатации газотурбинной электростанции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Способ эксплуатации газотурбинной электростанции с рециркуляцией отходящих газов, содержащей газовую турбину (6), парогенератор-утилизатор (9), делитель (29) отходящих газов, с помощью которого их разделяют на первый поток (21) для рециркуляции во всасываемый поток газовой турбины (6) и на второй поток (20) для вывода в окружающее пространство, а также регулирующий элемент (11, 29) для регулирования первого потока (21) отходящих газов, отличающийся тем, что в зависимости от эксплуатационного состояния газовой турбины определяют заданную концентрацию по меньшей мере одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания рециркулированных отходящих газов, измеряют фактическую концентрацию этого по меньшей мере одного компонента в потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке и регулируют регулирующий элемент (11, 29) для регулирования первого потока (21) отходящих газов в зависимости от отклонения фактической концентрации от заданной, причем концентрацию по меньшей мере одного компонента газового потока газотурбинного процесса используют непосредственно для регулирования регулирующего элемента (11, 29).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрацию кислорода и/или диоксида углерода в одном из потоков отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины регулируют после подмешивания рециркулированных отходящих газов.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что заданную концентрацию определяют в зависимости от мощности и/или окружающих условий.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рециркулированные отходящие газы охлаждают в обратном охладителе (27) до температуры обратного охлаждения, причем температуру обратного охлаждения определяют в качестве функции мощности и/или окружающих условий.
5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что измеряют потерю (Δpin) давления всасывания между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины (6) и потерю (Δpout) давления отходящих газов между их делителем (29) и окружающим пространством, чтобы определить результирующую разность (Δpres) давлений для рециркуляции отходящих газов, и/или непосредственно измеряют разность (Δpres) давлений между делителем (29) отходящих газов и местом подмешивания отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины (6) и в зависимости от разности (Δpres) давлений корректируют регулирование регулирующего элемента (11, 29).
6. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, отличающийся тем, что в качестве регулирующего элемента для регулирования рециркулирующего потока используют газодувку (11) отходящих газов.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что мощность газодувки (11) отходящих газов увеличивают обратно пропорционально разности (Δpres) давлений между их делителем (29) и местом подмешивания их рециркулированного первого потока (21) отходящих газов.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регулирующего элемента для регулирования рециркулирующего потока используют заслонку (29) и/или клапан.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что открывание заслонки в направлении пропускания для рециркуляции отходящих газов или открывание клапана увеличивают обратно пропорционально разности (Δpres) давлений между делителем (29) отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины (6).
10. Способ по любому из пп. 1, 2, 4, 5, 7-9, отличающийся тем, что регулирование регулирующего элемента осуществляют с временной задержкой, пропорциональной времени, которое требуется отходящим газам для прохождения от места измерения газового состава до входа в газовую турбину (6).
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что временная задержка пропорциональна мощности газовой турбины (6) и/или положению регулируемых направляющих лопаток (33) компрессора.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй поток (20) отходящих газов перед выводом в окружающее пространство направляют через систему (18) отделения диоксида углерода и отделяют диоксид углерода от второго потока (20) отходящих газов.
13. Способ по одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7-9, 11, 12, отличающийся тем, что с помощью регулирующего элемента (11, 29) в зависимости от выбросов моноксида углерода, несгоревших углеводородов и/или от пульсаций в камере сгорания газовой турбины (6) осуществляют подрегулирование рециркулированного первого потока отходящих газов.
14. Газотурбинная электростанция с рециркуляцией отходящих газов, содержащая газовую турбину (6) с регулятором, парогенератор-утилизатор (9) и делитель (29) отходящих газов, выполненный с возможностью их разделения на первый поток (21) для рециркуляции во всасываемый поток газовой турбины (6) и на второй поток (20) для вывода в окружающее пространство, а также регулирующий элемент (11, 29) для регулирования первого потока (21) отходящих газов, отличающаяся тем, что в регуляторе задана концентрация по меньшей мере одного компонента в одном потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке газовой турбины после подмешивания рециркулированных отходящих газов в зависимости от эксплуатационного состояния, и предусмотрен измерительный прибор (36, 37, 38) для измерения фактической концентрации этого по меньшей мере одного компонента в потоке отходящих газов и/или во всасываемом потоке после подмешивания первого потока (21) отходящих газов, причем концентрация по меньшей мере одного компонента газового потока газотурбинного процесса использована непосредственно для регулирования регулирующего элемента (11, 29).
15. Электростанция по п. 14, отличающаяся тем, что между делителем (29) отходящих газов и местом их подмешивания во всасываемый поток газовой турбины (6) предусмотрен измеритель разности давлений и/или предусмотрены измеритель (35) потери давления всасывания, выполненный с возможностью измерения потери (Δpin) давления всасывания между окружающим пространством и местом подмешивания рециркулированных отходящих газов во всасываемый поток газовой турбины (6), и измеритель (34) потери давления отходящих газов, выполненный с возможностью измерения потери (Δpout) давления отходящих газов между их делителем (29) и окружающим пространством, и по сумме обеих потерь (Δpin, Δpout) давления определяют разность (Δpres) давлений для рециркуляции отходящих газов.
