用于操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统和方法技术方案

本文中公开了一种用于在下调模式中操作燃气涡轮(12)的同时维持排放标准的系统和相关方法。系统包括燃气涡轮(12)，其包括压缩机(18)、燃烧器(26)、涡轮(30)和排出区段(38)。燃烧器(26)包括定位在多个主燃料喷嘴(104)和中心燃料喷嘴(102)下游的多个轴向分级的燃料喷射器(120)。燃气涡轮(12)还包括放气(20)提取口(50)，其与压缩机(18)、压缩机排放壳体(52)或燃烧器(26)中的至少一个流体连通。系统还包括控制器，其编程为在燃气涡轮(12)的下调操作期间从放气(20)提取口(50)放出压缩的空气(20)且激励多个轴向分级的燃料喷射器(120)。

System and method for maintaining a discharge standard while operating a gas turbine

A system and related methods for maintaining a discharge standard while operating a gas turbine (12) in a reduced mode are disclosed herein. The system comprises a gas turbine (12) comprising a compressor (18), a burner (26), a turbine (30), and a discharge section (38). The burner (26) includes a plurality of axially graded fuel injectors (120) positioned downstream of a plurality of main fuel nozzles (104) and a central fuel nozzle (102). The gas turbine (12) also includes a bleed (20) extraction port (50) that communicates with at least one of the compressor (18), the compressor discharge housing (52), or the burner (26). The system further includes a controller programmed to release compressed air (20) from a bleed (20) extraction port (50) during a downward operation of the gas turbine (12) and to stimulate a plurality of axially graded fuel injectors (120).

【技术实现步骤摘要】
用于操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月27日提交的美国临时申请序列号62/210,636的提交日期的权益，所述申请以其整体通过引用并入本文中。
本专利技术大体上涉及燃气涡轮发电厂，诸如具有蒸汽源和干式低NOx(DLN:DryLowNOx)燃烧系统的联合循环或热电联合发电厂。更具体地，本专利技术涉及用于在下调模式(turndownmode)中操作燃气涡轮的同时维持排放标准(emissioncompliance)的系统和方法。
技术介绍
燃气涡轮发电厂(诸如联合循环或热电联合发电厂)大体上包括：具有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮；设置在涡轮下游的余热回收蒸汽发生器(HRSG)；以及与HRSG流体连通的蒸汽涡轮。在操作期间，空气经由进气系统进入压缩机，且在其朝向至少部分地包绕燃烧器的压缩机排放或扩散器壳体发送时被逐渐地压缩。压缩的空气的至少一部分与燃料混合且在限定于燃烧器内的燃烧室内焚烧，由此生成高温和高压燃烧气体。燃烧气体沿着热气体路径从燃烧器发送穿过涡轮，在该处它们在流过联接至转子轴的静止轮叶和可旋转的涡轮叶片的交替级时逐渐地膨胀。动能从燃烧气体转移到涡轮叶片，因此促使转子轴旋转。转子轴的旋转能可经由发电机转换成电能。燃烧气体作为排气退出涡轮，且排气进入HRSG。来自排气的热能被转移到流过HRSG的一个或更多个换热器的水，由此产生过热蒸汽。过热蒸汽然后发送到蒸汽涡轮中，蒸汽涡轮可用于生成另外的电力，因此提高总体发电厂效率。对来自基于燃气涡轮的发电厂的低排放的监管要求在这些年不断变得更严苛。全世界的环境机构现在要求来自新的和现有的燃气涡轮二者的氮的氧化物(NOx)和其他污染物和一氧化碳(CO)的甚至更低的排放水平。为了使燃料效率与排放要求平衡，各种类型的燃气涡轮利用干式低NOx(DLN)燃烧系统，其利用贫预混燃烧技术。GeneralElectric公司(Schenectady,NewYork)的DLN-1或DLN-1+类型燃烧器是两级预混燃烧器，其设计成用于与天然气燃料一起使用，且可能能够利用液体燃料来操作。DLN-1或DLN-1+类型燃烧器提供燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括定位在燃烧器中心轴线上的副燃料喷嘴，该副燃料喷嘴由围绕副燃料喷嘴环形地布置的多个主燃料喷嘴环绕。在基础负载或峰值负载期间，DLN-1或DLN-1+类型燃烧器可构造成利用贫预混燃料/空气构思来维持非常低的排出排放物水平，同时维持高水平的效率。通常期望的是操作员在不需要发电时的时段期间下调燃气涡轮，因此可能地节约燃料且允许再次需要电力时的快速恢复时间。然而，在低负载水平(诸如在调节操作期间)下，DLN-1或DLN-1+燃烧系统通常要求进气放出加热系统(inletairbleedheatingsystem)，以实现扩展的下调NOx标准。进气放出加热系统添加另外的成本至发电厂操作。因此，需要提供允许用于DLN燃气涡轮下调NOx排放标准的进气放出加热系统的消除的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在下列描述中阐述，或可从描述变得明显，或可通过本专利技术的实践而习得。本专利技术的一个实施例是一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统。系统包括燃气涡轮，其包括成串流顺序的压缩机、燃烧器、涡轮和排出区段。燃烧器包括定位在多个主燃料喷嘴和中心燃料喷嘴下游的多个轴向分级的燃料喷射器。燃气涡轮还包括放气提取口(bleedairextractionport)，其与压缩机、压缩机排放壳体或燃烧器中的至少一个流体连通。系统还包括控制器，其编程为在燃气涡轮的下调操作期间从放气提取口放出压缩的空气以及激励多个轴向分级的燃料喷射器。本公开的另一个实施例包括一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的方法。该方法包括：焚烧燃料以生成穿过燃烧器的热气体路径的燃烧气体的流，其中燃料在燃烧器的主燃烧区和副燃烧区中的至少一个中焚烧，且其中主燃烧区和副燃烧区形成在多个轴向分级的燃料喷射器的上游。该方法还包括从流体地联接至燃气涡轮的压缩机、燃烧器或涡轮的至少一个提取口提取放气，以及激励多个轴向分级的燃料喷射器。本专利技术的第一技术方案提供了一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统，包括：燃气涡轮，其包括成串流顺序的压缩机、燃烧器、涡轮和排出区段，其中所述燃烧器包括定位在多个主燃料喷嘴和中心燃料喷嘴下游的多个轴向分级的燃料喷射器，所述燃气涡轮还包括放气提取口，其中所述放气提取口与所述压缩机、压缩机排放壳体或所述燃烧器中的至少一个流体连通；以及控制器，其编程为在所述燃气涡轮的下调操作期间从所述放气提取口放出压缩的空气且激励所述多个轴向分级的燃料喷射器。本专利技术的第二技术方案是在第一技术方案中，所述放气提取口经由放气进气口流体地联接至所述压缩机且至所述涡轮。本专利技术的第三技术方案是在第一技术方案中，所述放气提取口经由放气进气口流体地联接至所述压缩机且至余热回收蒸汽发生器上游的所述排出区段。本专利技术的第四技术方案是在第一技术方案中，所述放气提取口经由放气进气口流体地联接至所述燃烧器且至所述涡轮。本专利技术的第五技术方案是在第一技术方案中，所述放气提取口经由放气进气口流体地联接至所述燃烧器且至余热回收蒸汽发生器上游的所述排出区段。本专利技术的第六技术方案是在第一技术方案中，还包括氧化催化剂系统，其中所述氧化催化剂系统设置在所述排出区段内。本专利技术的第七技术方案是在第一技术方案中，还包括稀释剂喷射系统，其具有与所述燃烧器的热气体路径流体连通的稀释剂供应源，其中所述稀释剂供应源将包括蒸汽、水或氮中的至少一个的稀释剂提供至所述燃烧器。本专利技术的第八技术方案是在第七技术方案中，所述稀释剂供应源与所述主燃料喷嘴中的至少一个连体连通。本专利技术的第九技术方案是在第七技术方案中，所述稀释剂供应源所述主燃料喷嘴的下游和所述多个轴向分级的燃料喷射器的上游处流体地联接至所述燃烧器。本专利技术的第十技术方案是在第一技术方案中，还包括设置在所述压缩机的进口处的多个进口导叶。本专利技术的第十一技术方案提供了一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的方法，包括：焚烧燃料以生成穿过燃烧器的热气体路径的燃烧气体的流，其中所述燃料在所述燃烧器的主燃烧区和副燃烧区中的至少一个中焚烧，其中所述主燃烧区和所述副燃烧区形成在多个轴向分级的燃料喷射器的上游；从流体地联接至所述燃气涡轮的压缩机、所述燃烧器或涡轮的至少一个提取口提取放气；以及激励所述多个轴向分级的燃料喷射器。本专利技术的第十二技术方案是在第十一技术方案中，还包括将稀释剂经由多个主燃料喷嘴喷射到所述主燃烧区中。本专利技术的第十三技术方案是在第十一技术方案中，还包括将稀释剂经由中心燃料喷嘴喷射到所述副燃烧区中。本专利技术的第十四技术方案是在第十一技术方案中，还包括将稀释剂在中心燃料喷嘴的下游和所述多个轴向分级的燃料喷射器的上游出喷射到所述热气体路径中。本专利技术的第十五技术方案是在第十四技术方案中，将所述稀释剂喷射到所述热气体路径中包括将水、蒸汽和氮中的至少一个喷射到所述燃烧器中。本专利技术的第十六技术方案是在第十一技术方案中，还包括经由设置在所述涡轮下游的氧化催化剂系统来洗涤所述燃烧气体的流。本专利技术的第十七技术方案是在第十本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统，包括：燃气涡轮(12)，其包括成串流顺序的压缩机(18)、燃烧器(26)、涡轮(30)和排出区段(38)，其中所述燃烧器(26)包括定位在多个主燃料喷嘴(104)和中心燃料喷嘴(102)下游的多个轴向分级的燃料喷射器(120)，所述燃气涡轮(12)还包括放气(20)提取口(50)，其中所述放气(20)提取口(50)与所述压缩机(18)、压缩机排放壳体(52)或所述燃烧器(26)中的至少一个流体连通；以及控制器(132)，其编程为在所述燃气涡轮(12)的下调操作期间从所述放气(20)提取口(50)放出压缩的空气(20)且激励所述多个轴向分级的燃料喷射器(120)。

【技术特征摘要】
2015.08.27 US 62/210636;2016.08.16 US 15/2377261.一种用于在下调模式中操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统，包括：燃气涡轮(12)，其包括成串流顺序的压缩机(18)、燃烧器(26)、涡轮(30)和排出区段(38)，其中所述燃烧器(26)包括定位在多个主燃料喷嘴(104)和中心燃料喷嘴(102)下游的多个轴向分级的燃料喷射器(120)，所述燃气涡轮(12)还包括放气(20)提取口(50)，其中所述放气(20)提取口(50)与所述压缩机(18)、压缩机排放壳体(52)或所述燃烧器(26)中的至少一个流体连通；以及控制器(132)，其编程为在所述燃气涡轮(12)的下调操作期间从所述放气(20)提取口(50)放出压缩的空气(20)且激励所述多个轴向分级的燃料喷射器(120)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放气(20)提取口(50)经由放气(20)进气口(54)流体地联接至所述压缩机(18)且至所述涡轮(30)。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放气(20)提取口(50)经由放气(20)进气口(54)流体地联接至所述压缩机(18)且至余热回收蒸汽发生器(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：DD范代尔，MA科卡，JP克罗辛斯基，MK拉尔，J哈珀，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US