CN1143953C

CN1143953C - 排气再循环式燃气轮机设备的运行方法

Info

Publication number: CN1143953C
Application number: CNB981031854A
Authority: CN
Inventors: 片冈真记; 元昭; 宇多村元昭; 明; 桑原孝明
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: CN1207453A; US20010000049A1; US6256976B1; US20020043063A1; EP0887530A2; KR19990007373A; EP0887530A3; US6363709B2; US6598402B2

Abstract

扩宽一排气再回收式联合循环电站的部分载荷运行范围，在该联合循环电站中，将一燃气轮机和一蒸汽轮机联合在一起，进一步提高了热效率。当在部分载荷运行期间，使燃气轮机排气再循环，而后使之返回该压缩机时，抑制压缩机内的内部气体的温度变化，以增加排气再循环量。部分载荷运行范围可以被扩宽并可以进一步提高热效率。

Description

排气再循环式燃气轮机设备的运行方法

技术领域

本发明涉及一种排气再循环式燃气轮机设备的运行方法，还涉及一种燃气轮机设备，更具体地说，涉及一种排气再循环型联合循环电站，其中排气被再循环到一压缩机的进气口侧。

背景技术

日本特开平No.7-34900已经公开了一种排气再循环型联合电站，其中来自一燃气轮机的排气的一部分被返回到一压缩机的一进气口，以提高压缩机空气进气温度，以便可以防止一在部分载荷期间的燃烧温度或燃气轮机排气温度的下降，进而防止在部分载荷期间的循环热效率的下降。

另外，根据日本特开昭No.56-141040，在再循环的燃气进入压缩机之前，喷射水雾，从而使水雾汽化。在压缩机外部的压缩空气通道上提供有一冷却装置，通过供给冷却剂，热量被回收，从而提高排气的热回收率。

然而，日本特开平No.7-34900没有公开任何有关通过稳定的排气再循环实现扩大高效率部分载荷运行范围的措施。而且，日本特开昭No.56-141040也没有描述任何有关部分载荷运行的信息。

联合的循环电站具有这样一个特征，即存在着使电站效率最大化的周围大气温度，在除此大气温度之外的其它温度下电站的效率下降。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种排气再循环式燃气轮机设备，该设备具有一宽的使其能够高效率运行的部分载荷运行范围。

本发明的另一目的是提供一种排气再循环式燃气轮机设备，该设备即使在外部温度改变时，也能够得到所需求的有效输出。

为解决上述问题，本发明提供了一种排气再循环式燃气轮机设备的运行方法，包括以下步骤：在一压缩机内压缩空气；在一燃烧室内燃烧压缩空气和燃料；用来自所述燃烧室的燃气轮机排气来驱动一燃气涡轮机；通过一再循环管路将所述燃气轮机排气的一部分再循环至所述压缩机的一入口；根据所述燃气轮机载荷的变化而调节返回到所述压缩机入口的燃气轮机排气的量；以及通过从一喷射装置喷射液滴而将液滴导入压缩机内，以便在所述压缩机内的流动过程中将所导入的液滴汽化，其中，在所述调节步骤中，与不将液滴引入所述压缩机内部的情况相比，所述的返回到所述压缩机入口的燃气轮机排气的量增加。

根据本发明的一个方面，第一发明提供了一种排气再循环式燃气轮机设备，其包括：一用于压缩空气的压缩机；一用于燃烧从该压缩机排出的压缩空气和燃料的燃烧室；一个由从燃烧室排出的燃气轮机排气驱动的燃气涡轮机；一用于将燃气轮机排气的一部分再循环至该压缩机的一入口的再循环管路；一用于根据燃气轮机载荷的变化调节返回到压缩机入口的燃气轮机排气的量的再循环量控制装置；和一用于将液滴导入压缩机内部的喷射装置，在该压缩机内，包含有流过再循环管路的燃气轮机的排气和空气的混合气体如此地流动，以便在压缩机内的流动过程中使导入的液滴汽化。

因此，空气在压缩机内被压缩，压缩空气和燃料在燃烧室内燃烧，燃气涡轮机由从燃烧室出来的燃气轮机排气驱动，燃气轮机排气的一部分通过再循环管路被再循环至压缩机的入口，根据燃气轮机载荷的变化来调节返回到压缩机入口的燃气轮机排气的量，并且从喷射装置喷射液滴以便将液滴导入压缩机内，在该压缩机内，包含有流过再循环管路的燃气轮机的排气和空气的混合气体如此地流动，以致于在压缩机内的流动过程中使导入的液滴汽化。

由于液滴在压缩机内的汽化，压缩机出口温度的升高得到了抑制，从而升高进入压缩机的混合气体的温度，可以增加再循环量并可以提高压缩机内的热效率。因此，可以扩宽压缩机可以有效运行的部分载荷的运行范围。

根据本发明的一个实施例，燃气轮机排气再循环式燃气轮机设备包括：一用于压缩空气的压缩机；一用于燃烧从该压缩机排出的压缩空气和燃料的燃烧室；一个由从燃烧室排出的燃气轮机排气驱动的燃气涡轮机；一用于将燃气轮机排气的一部分再循环至该压缩机的一入口的再循环管路；一用于根据燃气轮机载荷的变化调节返回到压缩机入口的燃气轮机排气的量的再循环量控制装置；和一个用于在供给压缩机的空气和流过所述再循环管路的燃气轮机排气上喷射液滴以便将液滴导入压缩机的喷射装置，在该压缩机内，燃气轮机的排气和空气如此地流动，以致于在所述压缩机内的流动过程中使导入的液滴汽化。因此，除了上述的之外，有可能在压缩机的相对上游处汽化液滴以便压缩机内的温度可以连续变化。

在通过在压缩机内使液滴汽化来抑制压缩机出口温度的升高的同时，可以提高进入压缩机的混合气体的温度，进而导致再循环量的增加。而且，压缩机内热效率的提高使得允许压缩机高效率运行的部分载荷的运行范围扩宽。

第二个发明提供了一种排气再循环式燃气轮机设备，其包括：一用于压缩空气的压缩机；一用于燃烧从该压缩机排出的压缩空气和燃料的燃烧室；一个由从燃烧室排出的燃气轮机排气驱动的燃气涡轮机；一用于将燃气轮机排气的一部分再循环至该压缩机的一入口的再循环管路；一个用于根据燃气轮机载荷的变化调节返回到压缩机入口的燃气轮机排气的量的再循环量控制装置；一用于将液滴导入压缩机的内部的喷射装置，在该压缩机内，包含有流过再循环管路的燃气轮机的排气和空气的混合气体如此地流动，以致于在所述压缩机内的流动过程中使导入的液滴汽化；和一个用于根据再循环量控制液滴的喷射量的喷射量控制装置。

在通过在压缩机内使液滴汽化来抑制压缩机出口温度的升高的同时，可以提高进入压缩机的混合气体的温度，从而导致再循环量的增加。而且，因为可以提高压缩机内的热效率，因而可以扩宽允许压缩机高效率运行的部分载荷的运行范围。

压缩机进气温度和排出温度的变化取决于再循环量，因而可以适当地调节喷射量。

因此，通过利用适合于实际用途的简单装置，根据需要将液滴喷射到导入压缩机内的空气中，从而使导入的液滴在压缩机内汽化，可以实现扩宽部分载荷的运行范围和提高联合的循环电站的效率。

第三个发明提供了一种排气再循环式燃气轮机设备，其包括：一用于压缩空气的压缩机；一用于燃烧从该压缩机排出的压缩空气和燃料的燃烧室；一个由从燃烧室排出的燃气轮机排气驱动的燃气涡轮机；一用于将燃气轮机排气的一部分再循环至该压缩机的一入口的再循环管路；一用于将液滴导入压缩机的内部的喷射装置，在该压缩机内，包含有流过再循环管路的燃气轮机的排气和空气的混合气体如此地流动，以致于在该压缩机内的流动过程中使导入的液滴汽化；一用于监测供给压缩机的空气的温度的温度监测器；和一用于进行如此的控制的控制装置，即在监测温度被设置在第一温度范围内的情况下，使再循环执行并停止从喷射装置喷射液滴，在高于第一温度范围的第二温度范围内的情况下，使再循环执行并使喷射装置喷射液滴，在高于第二温度范围的第三温度范围内的情况下，使再循环停止并使喷射装置喷射液滴。

这样，无论外部温度如何变化，都将很容易地有效提供一所需要的载荷。

一排气再循环式燃气轮机设备最好包括一控制装置，该控制装置用于根据供给压缩机的空气的湿度控制来自所述喷射装置的液滴的喷射量。

为了替换第三发明中的控制装置，第四发明提供了一种排气再循环式燃气轮机设备，其包括：一用于进行如此的控制的控制装置，即在监测温度被设置在第一温度范围内的情况下，使再循环执行并停止从喷射装置喷射液滴，在高于第一温度范围的第二温度范围内的情况下，使再循环停止并停止从喷射装置喷射液滴，在高于第二温度范围的第三温度范围内的情况下，使再循环停止并使喷射装置喷射液滴。

本申请的上述第一发明所述的排气再循环式燃气轮机设备还包括一个用于根据供给压缩机的空气的湿度控制来自所述喷射装置的液滴喷射量的控制装置。

根据本发明的第五个方面，提供了一种排气再循环式燃气轮机设备，包括：一用于压缩空气的压缩机；一个用于燃烧从该压缩机排出的压缩空气和燃料的燃气轮机燃烧室；一个由从燃烧室排出的燃气轮机排气驱动的燃气涡轮机；一用于将燃气轮机排气的一部分再循环至该压缩机的一入口的再循环管路；和一二氧化碳气体分离装置，该分离装置安装在燃气轮机排气的流动通道内，用于降低在包含有再循环排气的空气被导入燃气轮机燃烧室之后排出的燃气轮机排气中二氧化碳气体的浓度。

因此，可以有效地除去二氧化碳(例如，CO₂)，同时达到高效率的运行。而且，可以降低二氧化碳分离装置的尺寸。因为微型化可以降低燃气轮机排气通道的压力损失，因此可以抑制燃气轮机运行过程中效率的降低，由此，对高效率运行大有帮助。

二氧化碳气体分离装置可以被设置在燃气轮机排气再循环管路的分支部分(diverging portion)和排出燃气轮机排气的一排气部分(emittingportion)之间。因此，可以去除包含有高浓度的二氧化碳气体的燃气轮机排气，以便除了上述的效果之外，还可以将二氧化碳气体分离效率保持在一高水平。而且，由于可进一步降低压力损失，所以可加强高效率运行。

二氧化碳气体分离装置或者可以被设置在燃气轮机排气通道的燃气涡轮机和再循环管路的分支部分之间。因此，可以提供燃气轮机排气中的大量排气，从而除了上述的效果之外，还可以将二氧化碳气体的分离效率保持在一高水平。

二氧化碳气体分离装置可以被设置在再循环管路上。因此，可以很容易地安装二氧化碳气体分离装置。而且，该装置的维护工作也很方便。并且可以降低排气至空气的排放部分处的压力损失，可以进一步抑制燃气轮机的效率的下降。

附图说明

通过下面参照附图对本发明的描述，可以更清楚本发明的其它特征和优点。附图包括：

图1是本发明的一个实施例的示意图；

图2是一组合控制装置的示意图，用于说明该装置的控制；

图3是表示压缩机叶片附近的流动性能的曲线图；

图4是表示由于喷射水而引起的压缩机内入射角的变化的曲线图；

图5示出了再循环率和喷射率之间的关系曲线；

图6是一喷射喷嘴的示意图；

图7是一组合控制装置的示意图，用于说明该装置的控制；

图8是表示压缩机出口温度和喷射率之间的关系的曲线图；

图9是表示载荷、再循环率和混合气体温度之间的关系的曲线图；

图10是表示相对于载荷的热效率的曲线图；

图11是本发明的一个实施例的示意图；

图12是一组合控制装置的控制示意图；

图13是一控制线路的示意图；

图14是表示由大气温度决定的效率特性的示意曲线图；

图15是表示大气温度和电站输出功率的示意曲线图；

图16是表示由大气温度决定的电站效率的示意曲线图。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一个实施例。包含有一燃气轮机进气喷水系统的排气再循环型联合电站包括：一用于吸入并压缩空气的压缩机(压缩机)1、一用于混合并燃烧压缩空气和燃料的燃烧室2；一个由来自燃烧室2的燃烧气体驱动的燃气涡轮机3；一用于回收从燃气涡轮机3排出的燃气轮机废热从而通过与所提供的水进行热交换而产生蒸汽的废热回收锅炉4；一个由蒸汽驱动的蒸汽轮机5，该蒸汽由燃气轮机废热回收锅炉4产生；一个与蒸汽轮机5相连的发电机6；一再循环装置(管)9，该装置9包括一用于取出燃气涡轮机3的排气的一部分并将其再循环至一压缩机的入口的再循环路径；和一用于控制再循环量的再循环量控制装置(排气再循环量调节阀)10。

参见图1，虽然压缩机(压缩机)1、燃气涡轮机3、蒸汽轮机5和发电机6被连接在同一轴上，但是也允许每一个涡轮机驱动其各自的发电机。

这样联合电站还包括一用于控制供给燃烧室2的燃料量的燃料量控制阀(燃料供给系统)7和一用于控制燃料量控制阀7和再循环量控制装置10的组合控制装置8。

根据该第一实施例，用于喷射细小液滴的喷射喷嘴11被设置在一吸入管21上。一用于控制喷射量的供给水量调节阀12、一用于储存水的水箱13和一给水泵14设置在将水供给喷射喷嘴的一管路上。如果上述的喷嘴需要一个用于得到细小液滴的空气供给装置，那么就在一吸气供给管路上设置一空气流量调节阀15。

至于细小的雾化液滴，其平均的液滴直径(S.M.D)大约为10μm。

上述的联合电站所产生的输出由用于控制燃烧室2的燃料量的燃料量控制阀7、再循环量控制装置10、喷射量(供水量)调节阀12、空气流量调节阀15来操作并通过调节它们的打开程度来决定。这些操作端的控制依赖于来自组合控制装置8的操作信号。组合控制装置8接收一个来自联合电站的一中心动力供给控制室16的载荷需求信号Ld，并控制整个电站，以便适当地控制空气量、燃料量和喷射量。

下面参照图2描述组合控制装置的一个实施例。

为控制燃料量，首先由一减法器AD1得到在一载荷需求信号Ld和一实际载荷L之间的偏差，并由一调节装置PI1得到一燃料目标信号Fd。然后，由一减法器AD2得到在燃料目标信号Fd和实际燃料量F之间的偏差，并由调节装置PI2调节燃料量控制阀7以确定将被供到燃烧室的燃料量。根据这种控制过程，载荷越大，供给到燃烧室2的燃料量就越大。

至于再循环量的控制，在一接收载荷信号Ld的功能发生器FG1中，载荷越小，则得到的输出信号S1就越大。该信号S1被供给调节装置PI3，以便控制再循环量控制装置10。

当燃烧温度的一个运行值被输入到AD2或AD3，并且AD2或AD3进行算术运算时，根据需求进行校正以抑制燃烧温度的偏差。至于燃烧温度的运行值，排气温度和压缩机排出压力被输入FG2，在其内，在燃气轮机排气温度和压力的基础上计算燃烧温度，而后输出。

当载荷降低时，根据供给速度增加再循环量，防止燃烧温度或燃气轮机排气温度伴随载荷的降低而降低。最好，可以将燃烧温度(燃气轮机排气温度)保持在一基本上不随载荷而变的恒定水平。在图1的功能发生器FG1中，燃气轮机排气量的再循环率根据载荷来确定。因此，在同一视图所示的实施例中，功能发生器FG1的输出信号S1可以保持燃气轮机的排气温度基本上恒定，不随载荷而变化。

同样，通过回收排气的熵，可以防止在部分载荷时降低效率。

这样，燃气轮机排气温度可以保持在一基本不变的水平，不随载荷而变化。

至于改善压缩机的性能，以防止部分载荷运行时组合温度(combinationtemperature)的下降或燃气轮机排气温度的降低，使具有大气温度的外部空气与高温的燃气轮机排气在压缩机入口处混合以得到进气。当载荷降低时，再循环的燃气轮机排气量增加。然后，当燃气轮机排气增加时，自然吸入空气的温度也会增加，从而相应地也增加压缩机1内的温度。如图3所示，在压缩机叶片附近的流体的性能发生变化。图3中，标记A表示轴向流动速度，它是从固定坐标看的流动速度矢量；标记B代表表观速度，它是从旋转坐标看的流动速度矢量；标记C代表转动叶片圆周速度。通常，压缩机内转动叶片的圆周速度是恒定的。如果将一轴向速度设计为是恒定不变的，则流向压缩机转动叶片的一表观速度B与叶片平行，如(A)中所示，其代表正常运行状况。然而，如果吸入空气温度升高以致压缩机内的燃气温度也升高，则表观速度B的入射角α增加，以增加轴向速度A’，如(B)中所示。因此，在温度升高的压缩机的后端(例如，靠近最后一级转动叶片)，在叶片上出现流动分离，以致产生脱流。如果该现象比较严重，会引起一负脱流，以致使燃气轮机不可能稳定地运行。所以，即使再循环量伴随燃气轮机载荷的降低而增加，也仍然存在一燃气轮机排气再循环量的上限，由此，限定了部分载荷运行的范围。

根据本实施例，将在压缩机内被汽化的液滴导入吸入空气，其中具有大气温度的外部空气和高温的燃气轮机排气相互混合。因此，如图3(c)所示，压缩机的内部燃气被冷却，从而在压缩机的后端降低轴向速度A’。因此，入射角α也被降低，以致表观速度B变为与叶片平行，从而使压缩机性能稳定。因为压缩机的内部燃气可以由压缩机内的液滴的汽化来冷却，压缩机的吸入空气温度可以被进一步提高。也就是，因为燃气轮机排出空气再循环量可以被进一步增加，所以可以扩展高效的部分载荷的运行范围。

图4示出了入射角相对于喷射量的变化。通常，燃气轮机是在0℃-50℃的大气温度下运行。在此范围内，压缩机的性能是稳定的，不随由压缩机吸入空气温度的变化而引起的入射角的变化而改变。然而，如果压缩机吸入空气温度超过了此范围，入射角的绝对值就增加了，于是压缩机的性能会变得不稳定。在最坏的情况下，会出现一正脱流(脱流)或一负脱流(扼流)。

根据本发明，通过将需要被汽化的液滴导入压缩机的内部，使压缩机内的内部燃气被冷却，进而提高入射角。如图3所示，虽然当吸入空气温度为50℃时入射角处于常规运行范围的下限，通过在压缩机的进口处喷射液滴以冷却压缩机内的内部燃气，使入射角逐步恢复，从而使入射角恢复到0度，并且喷射量为1.5％。如果增加喷射量，那么存疑的正脱流(脱流)要求选择一适当的喷射量。

如上所述，导入的液滴在压缩机内被汽化使得压缩机进气和排气之间的温差最小化。进气温度基本上恒定，而排气温度下降或排气温度的减小量变得大于进气温度的减小量。

这样，可以在压缩机排气温度基本恒定的情况下增加再循环量。

因此，即使在低的部分载荷运行状态下，也可以得到再循环。

与上述的现有技术相比，通过使将被汽化的液滴导入如上所述的混合气体在其内流动的压缩机内从而使液滴在压缩机内汽化，可以提高部分载荷下的效率。进入压缩机内的水的液滴被汽化，并且如果汽化是完全的，那么压缩机内的燃气将受到绝热压缩。此时，在蒸汽的恒定压力下的比热大约是压缩机内常规温度(300℃)下的混合气体的两倍。因此，从热功率的观点来看，如果以混合气体为基础进行计算，当重量大约是被汽化的水滴的两倍的混合气体作为一种工作液体使用时，可以产生相同的效果。也就是说，在压缩机出口处混合气体温度的下降具有一效应(温度升高抑制效应)。如此地在压缩机内的水滴的汽化引起在压缩机出口处的混合气体温度的下降。该压缩机的运行动力等于压缩机入口和出口之间的混合气体熵的差值，而且混合气体的熵与其温度成比例。因此，如果在压缩机出口处混合气体的温度下降，可降低压缩机所需的运行动力，从而可提高效率。

如果假定压缩机入口处的吸入空气温度、压缩机出口处的温度、燃烧温度和燃气轮机排出温度分别为T1、T2、T3和T4，那么燃气轮机的效率η致由下面的公式给出。

〔公式1〕

η = 1 - \frac{T_{4} - T_{1}}{T_{3} - T_{2}}

如果由于通过喷射水的混合物而产生的汽化使压缩机排出温度T2下降到T2’(＜T2)，则上述公式右边的第二项将变得更小，从而可以清楚地看出由水的喷射而引起的效率的提高。换言之，虽然从燃气轮机(一热机)释放出的热能Cp(T4-T1)在应用本发明之前和之后没有大幅度地变化，但是当应用本发明时，由Cp(T2-T2’)或一压缩机功的减小量增加了所装载的燃料能量Cp(T3-T2’)。因为压缩机功的减小量等于增加的输出，所以燃料的这一增加基本上完全为燃气轮机的输出的增加作贡献。也就是说，增加的输出得到了100％的热效率。因此，提高了可以提高燃气轮机的热效率。由于燃烧温度被保持在一恒定不变的水平，基础循环(bottoming cycle)的热效率与未应用本发明之前的热效率相同。因此，提高了联合循环整体的热效率。

仅降低进入压缩机的混合气体的温度可能以一种有限的方式略微地提高压缩机的性能，如图3所示。

另外，在一低的部分载荷运行状态下，使进入的空气冷却以致增加导入压缩机1内的进入空气的重量流率，导致有可能在一较低载荷下增加被驱动的燃气轮机的载荷。

如果喷射的液滴的直径较大，它与压缩机1的叶片或壳体相撞击以便其从金属接收热量而被汽化。因此，可以阻碍工作液体的温度降低效果。因此，从这个观点出发，要求液滴的直径要尽可能地小。

喷射的液滴具有液滴直径的分布情况。为防止液滴撞击在压缩机1的叶片或壳体上或侵蚀叶片，喷射液滴的直径被控制在50μm或更小。为使对叶片的影响最小，其最大直径要求在50μm或更小。

因为液滴的直径越小，液滴在流动空气中的分布就可以更均匀，从而可以抑制压缩机内的温度分布，所以最理想的是Sautor平均直径(S.D.M.)是30μm或更小。因为从喷射喷嘴排出的液滴的分布是颗粒状的，所以很难测量上述的最大直径。因此在实际应用中，采用上述的Sautor平均直径(S.D.M.)的测量。虽然希望液滴的直径尽可能地小，但是用于产生小液滴的喷射喷嘴需要具有高精度的生产技术。因此，技术上允许的尽可能小的液滴的一较低的范围是其上述直径的实际范围。从这样的一个观点来看，对于上述的主要的液滴直径，最大直径和平均直径，1μm是一下限。另外，液滴的直径越小，用于产生这样的液滴所消耗的能量就越多。因此，考虑到产生液滴所消耗的能量，确定上述的下限是允许的。如果液滴的尺寸允许其在大气中浮动以使其不易于下降，那么通常该种液滴的接触表面的状态是最好的。

空气通过压缩机的时间是非常短的。为了在此时间内更好地汽化液滴并增强汽化效率，最好使Sautor平均直径(S.D.M.)小于30μm。

因为能够产生小液滴的喷射喷嘴的生产需要有高精度的生产技术，所以技术上允许液滴直径降低的下限是上述颗粒尺寸的下限。例如，这样的下限是1μm。

这是因为如果液滴直径太大，其在压缩机内的汽化就很困难。

液滴的导入量可以根据温度、湿度和输出的增加来调节。考虑到液滴在从喷射点到压缩机入口这一间隔内的汽化量，可以导入多于相对于进入空气重量流率的2wt％的液滴量。其上限被确定在一能够将压缩机的功能保持在一良好的状态的范围内。例如，可以将上限确定为5wt％，从而导入的液滴量的范围低于此值。

虽然考虑到夏季和干燥的条件可以调节导入量，但是为了进一步增加输出，可以在0.8wt％或更多和5wt％或更少的情况下导入。

允许附加设置喷射喷嘴以便在所有压缩气体中喷射液滴。

下面将参照图6描述喷射喷嘴11的位置，在此，参考标号22代表IGV。

喷射喷嘴可以设置在11a至11d的任意位置上。喷射喷嘴11a所处的位置距压缩机出口有一预定的距离。然而，如果在吸入管路21内设置一消音器，那么它被设置在相对其处于下游的位置上。因此，如果不仅是想得到高效率的部分载荷工况而且还想得到高效率的增加输出的工况，那么最好是使液滴的一部分在其被引入压缩机内之前和在其被引入压缩机内之后汽化，它在压缩机内流动的期间被进一步汽化。

喷射喷嘴11b被设置在一导入叶片上，该导入叶片设置于最上游内，而该最上游是压缩机的一导入部分，设置于压缩机的入口处。一空气供给管路和一供水管路被设置在相同的叶片内。因此，使从喷射喷嘴到气流的阻力得到了抑制并且液滴可以在没有提供用于安装喷嘴的特殊的空间的情况下被喷射。

一喷射喷嘴11c被设置在上述的导向叶片和IGV之间。这可以防止喷射的液滴在进入压缩机之前被汽化并可以防止混合气体的重量流率增加。从此观点考虑，最好将喷射喷嘴安装在靠近IGV处。

通过11a-11c的设置，可以得到液滴在压缩机内的连续的汽化。另外，通过尽可能多地在压缩机的相对上游处进行汽化，可以降低压缩机的排气温度，从而可以抑制压缩机排气温度的升高。

一喷射喷嘴11d被设置在压缩机的中部。为防止在后端叶片处很可能出现的压缩机叶片的脱流，该喷射喷嘴可以被设置在压缩机的中段靠近后端处。在此情形下，喷嘴被安装在一固定的叶片上，如其放大的视图所示，并且在该叶片内设置一供水装置和空气供给装置。

流入压缩机内的喷射液滴在压缩机的叶片之间沿其流线流动。在该压缩机内，进入的空气由绝热压缩而加热，以便液滴由此热量从表面开始汽化并且当其直径降低时，传递到后端叶片。在此过程中，汽化所需的汽化潜热降低了压缩机内混合气体的温度，因为它依赖于压缩机内的混合气体。

上述喷射喷嘴11的喷射量被控制成相当于燃烧气体的再循环量。例如，其控制使得再循环量较大时的喷射量大于再循环量较小时的喷射量。

在联合电站的燃气轮机处于部分载荷运行时，由通过再循环管9的燃气轮机的排气和通过吸入管路21供给的空气组成的混合气体被导入压缩机1，在该压缩机1内，上述的混合气体被压缩并被排出。

在此条件下，上述的细小的液滴从上述的喷射喷嘴11中喷射出并被导入该压缩机，并且在压缩机1内的流动过程中，液滴被汽化。

借助于调节由再循环量决定的喷射量，与仅进行燃气轮机排气再循环的情况相比，可以扩大部分载荷运行的范围，而部分载荷运行范围内的高效率运行可通过再循环燃气轮机排气来实现。

在部分载荷运行期间，特别是低载荷运行时，伴随着再循环量的增加，压缩机的进气温度升高，有可能提高由于压缩机进气温度的升高而降低的压缩机的特性。

下面参照图2描述喷射量的控制。

在此控制中，在一接收载荷需求信号Ld的功能发生器FG1中，当载荷降低时其变大的一输出信号S1，和在一功能发生器FG2中，计算燃气轮机排气温度和压缩机输出压力从而修正在实际运行中的一燃烧温度变化的一燃烧温度信号一同作用到一减法器AD3上，而后将一修正的再循环率信号从功能发生器FG1输出。该信号被输入给功能发生器FG3，在该功能发生器FG3内，当再循环量增加时，喷射量增加。可以得到相对于再循环量的水滴喷射量的一输出信号S2。该信号S2和实际测量的下一个压缩机的燃气温度一同作用到减法器AD14上，而后输出一个修正的功能发生器FG3的喷射量信号。该信号被提供给一调节器P14以控制喷射量(供给水量)调节阀12。借此控制，可以根据再循环率调节喷射量。

如果需要产生细小的液滴，则允许打开空气流动调节阀15。图5示出了喷射率相对于再循环率的控制线，假设燃气轮机排气温度是恒定不变的。喷射率相对于再循环率基本上线性地增加。

虽然如上所述，压缩机内叶片的安装角由再循环运行而改变，但是通过上述的控制线的控制，可以将它恢复到排气再循环之前的一状态。例如，在大气温度为15℃时，当再循环量是排气重量流量的10％时，喷射量(以外部空气重量为基础)大约为3％，而当再循环量是20％时，喷射量大约为5.5％。

图9示出了混合气体进气温度和再循环率相对于每一个载荷的关系。吸入到压缩机1内的混合气体(体积流率)是恒定的，不随载荷而变，因为燃气涡轮机3是以一恒定的速度转动的。当载荷下降时，燃气轮机排气再循环量增加，以致压缩机进气温度相应地升高。相反，如果再循环量增加，以致混合气体进气温度升高，则燃气轮机的输出由于压缩机吸入的重量流率的降低而下降。在现有技术的普通再循环燃气轮机中，如果考虑末级叶片上的脱流或类似现象，则压缩机进气温度的上限为50℃，因此再循环量受到了限制以致也限制了燃气轮机的输出的降低。然而，根据本实施例，在压缩机的入口喷射细小的液滴以便冷却压缩机内部的气体，提高了在压缩机叶片附近的液体的性能。由此，可以增加燃气轮机排气再循环量以便能够实现在一较低载荷下的运行并且能够实现一更高效率的部分载荷运行。虽然从压缩机1排出的压缩空气的温度由于压缩机内水滴的汽化而降低，但是通过增加燃料加载量，可以将燃烧温度保持在一恒定的水平。而后，燃烧气体在燃气涡轮机3内，在其绝热膨胀过程中做功。因为燃烧气体的一部分被消耗用于驱动压缩机1和发电机6，所以其净输出等于其差值。

从燃气涡轮机3排出的燃气轮机的部分排气通过再循环装置9和控制装置(排气再循环量调节阀)10进行再循环，作为压缩机1内的进入空气的一部分。在燃气轮机废热回收锅炉4中，产生高压蒸汽，该蒸汽驱动蒸汽涡轮机5和发电机6产生动力。

图10示出了因联合循环中的各种负荷引起的效率下降与一般的联合循环、排气再循环型联合循环和本发明中的效率下降的比较。虽然就一般的联合循环的循环热效率来说，在一直至载荷的90％的范围内的效率下降并不很大，在该范围内进行的是燃烧温度恒定的运行，在一小于90％载荷的运行状态下燃烧温度下降。所以效率的下降迅速，以致在由底边(bottoming side)上的限制条件所确定的一载荷，即25％载荷时，效率下降的相对值大约为40％。通过上述的IGV等进行的燃烧温度恒定运行根据设备的不同具有一略有不同的范围。然而，在大多数情况下，即使它是很小的，效率的下降最高至80％。虽然在燃气轮机排气再循环型联合循环中，其循环热效率的下降小于一般的联合循环，但它由于压缩机进气温度的限制而不能在多于65％载荷的情形下运行。相反，根据本发明，通过冷却压缩机内的内部气体，压缩机驱动功率下降并且其输出增加，从而提高了热效率。因此，相对于每一载荷的效率下降被进一步降低了。所以，与燃气轮机排气再循环型联合循环相比，可以实现低载荷运行，并且理论上，能够实现直至大约30％载荷下的运行，在此载荷下，在燃气轮机排气中的氧浓度是零。效率下降大约为10％。

最好根据设备的设置来确定一下限，通常，可以认为在多数情况下，可以进行直至至少50％载荷的再循环。

虽然图10所涉及的由IGV等控制的运行是在联合循环的载荷为100-90％或80％的一范围内，但是本发明并不局限于此实施例，如果载荷从100％下降，则允许相应地控制再循环量。

为在载荷降低时增加再循环量，假设燃烧温度为1430℃，压缩机出口温度为370℃，以便防止压缩机出口温度超过370℃，当联合循环的载荷是74％时，压缩机进气温度是150℃，当联合循环的载荷是50％时，压缩机进气温度是112℃，当联合循环的载荷是30％时，压缩机进气温度是240℃。根据本实施例，通过导入欲在压缩机内汽化的液滴来降低压缩机出口温度，可以避免可能在压缩机的末端出现的麻烦。因此，通过控制将在压缩机内被汽化的液滴的喷射量而提高再循环率，有可能控制成使得压缩机入口处的混合气体的温度升高。另外，与一般的再循环电站相比，可以增加再循环量，以便即使在低的部分载荷运行范围内也可以增加再循环量。

根据本实施例，在一联合电站至少为50％-80％的载荷范围内，有可能控制成使得当再循环量增加时，上述的喷射量增加，当载荷降低时，再循环量连续增加。

而且，在联合电站至少为50％-80％的载荷范围内，通过控制上述的与载荷相对应的再循环量以便抑制燃烧室内的燃烧温度的偏差(例如，当载荷降低时，进行控制以致再循环量增加)和将液滴导入压缩机内，有可能抑制在压缩机出口处的压缩空气的温度的升高。

在组合控制装置8中可以进行以下控制。

在联合电站50％-80％的载荷范围内，根据载荷控制上述的再循环量和上述的液滴喷射量以抑制燃烧室内燃烧温度的偏差。

当载荷降低时，再循环量增加，并且喷射量也增加以便抑制燃烧温度的下降，将其保持在高水平。由此，在部分载荷的一较宽的范围内能够实现高效率运行。

此外，为在联合循环50％-80％的载荷范围内抑制燃烧室内燃烧温度的偏差，通过将液滴导入压缩机内并根据载荷控制上述的再循环量，从而使压缩机出口处的压缩空气的温度升高可以得到抑制。因为当再循环量增加时，压缩机出口温度升高，液滴被导入压缩机内并在其内汽化以便将温度保持在一可允许的范围内。

另外，在上述的联合循环中，根据载荷的变化调节返回到压缩机入口的燃气轮机排气量，并在联合电站50％-80％的载荷范围内，根据载荷控制上述的再循环量以抑制燃烧室内燃烧温度的偏差，由此控制上述的在压缩机内的流动过程中将被汽化的喷射量。在此过程中，对再循环量的控制使得其在载荷降低时连续增加。虽然如果对再循环量的控制使得其在载荷降低时连续增加，但由于压缩机等的原因，在再循环量的增加量中存在一上限，因此应如此地调节在压缩机内汽化的液滴的导入量，从而当载荷降低时液滴的导入量增加。因此，当载荷在部分载荷的一较宽的范围内降低时，可以连续地增加再循环量。

由于上述的上限是一进行再循环的上限载荷，如果当载荷从100％开始下降时执行再循环，则上述的上限范围被扩展了。而且，由于下限由设备的设置来决定，因此有可能在一较宽的范围内进行控制以增加再循环量。

下面将参照图1和其它附图，描述本发明的第二实施例。第二实施例的基本结构与第一实施例相同。虽然在第一实施例中，喷射量是根据燃气轮机排气再循环量来控制的，但根据本实施例，喷射量控制方法的不同之处在于根据在压缩机出口处测量的气体温度来控制喷射量，然而燃气轮机排气再循环量的控制与第一实施例相同。虽然联合电站的设备结构与第一实施例的相同，但已经增加了一用于测量压缩机出口的气体温度并将此信号输入到组合控制装置8的装置，作为一喷射量控制装置。图7示出了本实施例的一个组合控制装置8。根据本实施例，如图7中所示，将一个测得的压缩机出口气体温度输入功能发生器FG3，而后计算一喷射量，以便在再循环燃气轮机排气之前抑制压缩机出口气体温度的偏差，或最好使温度保持恒定不变。这样控制喷射量以便当出口温度升高时增加喷射量。根据得到的喷射量信号借助于调节器IP4，控制喷射量(供给水量)调节阀12。另一方面，因为燃烧温度可以由喷射来改变，在液滴被喷射的情形下的燃料流率通过将喷射量信号施加到一从载荷需求信号Ld和实际载荷L得到的燃料流率信号上而得到适当的控制，由此得到一恒定不变的燃烧温度。作为一个实例，图8示出了一用于在燃气轮机排气再循环之前，从当大气温度为15℃时的一压缩机出口气体温度，计算一压缩机出口气体温度的控制线。虽然当燃气轮机排气再循环量为10％时，压缩机出口气体温度大约为450℃，通过在压缩机入口进行大约2.5％的喷射，在进行燃气轮机排气再循环之前，压缩机出口气体温度的恒定运行是有可能实现的。而且，因为即使燃气轮机排气再循环量保持恒定，压缩机出口气体温度也根据大气温度的变化而改变，最理想的情况是控制线包含作为一参数的大气温度。由此，可以实现一不遵从输出功率的细微变化或温度的改变的运行状态，以便运行控制变得更为方便。

因为容易引起压缩机故障的压缩机后端的温度可以被直接地反映出，所以可以实现较高精度的运行。

下面将参照图1和其它附图，描述本发明的第三实施例。第三实施例的基本结构与第一实施例相同。

本实施例的一个特征是设置了用于监测压缩机入口处的混合气体温度的一个监测单元，并且根据由该温度监测单元提供的一温度控制喷射量。

例如，它是这样控制的，使得当进入压缩机的混合气体的温度是高的而不是低的时，由组合控制装置8控制喷射出更多的液滴。而且，控制喷射量以便得到排气再循环之前的压缩机出口温度。

因此，即使在低的部分载荷运行期间，也可以实现高效率运行。

下面将参照图1和其它附图描述本发明的第四实施例。第四实施例的基本结构与第一实施例相同。

本实施例的一个特征是由组合控制装置8根据来自联合循环电站载荷测量装置的一信号控制喷射量。

例如，它是这样控制的，使得当载荷是低的而不是高的时，喷射更多的液滴。

因此，在低的部分载荷运行期间，可以实现高效率运行。

在正常运行状态下也经常测量载荷，并且可以很容易地控制该载荷，因为可以得到这样一信号。

下面将参照图1和其它附图描述本发明的第五实施例。

该实施例的基本结构与第一实施例相同。本实施例的一特征是不具有被供以来自燃气涡轮机3的排出气体的一废热回收锅炉4和被供以在燃气轮机废热回收锅炉4中产生的蒸汽的一蒸汽轮机的燃气轮机装置。

如在第一实施例中所述，设置有一喷射单元，用于将液滴导入压缩机1内，在该压缩机内，包括有流过上述的再循环管路的燃气轮机排气和空气的混合气体如此地流动，以致于在该压缩机内的流动过程中使导入的液滴被汽化。因此，根据上述联合循环电站的载荷变化调节返回到压缩机的燃气轮机排气的量。液滴从喷射单元喷射入压缩机，在该压缩机内，包括有流过上述再循环管路的燃气轮机排气和空气的混合气体如此地流动，以致于在该压缩机内的流动过程中使导入的液滴被汽化。

另外，还提供了一个用于控制与上述再循环量相对应的喷射量的喷射量控制单元。对应于联合循环电站的载荷，当载荷是低的而不是高的时，控制该单元使喷射量更多。

而且，根据被导入压缩机入口的混合气体温度的变化控制喷射量。喷射量的控制使得当混合气体的温度高而不是低时，喷射量更多。

因此，如上所述，压缩机内的内部气体的温度可以被降低以便可以提高压缩机的性能。由此，可以增加燃气轮机排气再循环量以致可以扩展部分载荷的运行范围。而且，通过将水滴喷射入压缩机的进入空气这一效应，其热效率可以比燃气轮机排气再循环型燃气轮机装置提高得更多。

下面参照图11-16描述本发明的第六实施例。在第六实施例中，根据被导向压缩机的排气温度控制喷射量和再循环量。

图11给出了本实施例的一个示意图。该示意图具有基本上与第一实施例的示意图相同的结构。在此实施例中，再循环排气从燃气轮机度热回收锅炉4的下游端引入。

虽然用于取出燃气涡轮机3的排气的一部分的管路9可以设置在燃气轮机废热回收锅炉的任一位置，如废热回收锅炉的进口部分和出口部分，但是它应该如本实施例那样设置在燃气轮机废热回收锅炉的出口部分，以便有效利用燃气轮机排气中的热量。操作端(operation ends)包括一用于控制将在燃烧室2中充入的燃料量的燃料量控制阀7、一再循环量控制装置10、一喷射量调节阀12和空气流量调节阀15，并且这些操作端根据从组合控制装置8发出的一操作信号来控制。这样的一操作能够控制联合电站的动力产生效率。用于监测提供给压缩机的空气温度的一温度监测单元18的信号被传送给组合控制单元。最好，湿度监测单元19的信号也被传递。温度监测单元18和湿度监测单元19可以设置在再循环排气的一分支部分处或设在喷射喷嘴11的上游内。整个电站由来自组合控制单元8的指令控制，以便适当地控制再循环量、燃料量、空气量和喷水量。例如，输入一压缩机进气温度，以提高电站效率，从而将电站载荷控制为一常数。

图12示出了组合控制单元的控制原理的一范例。首先，由减法器AD1得到一载荷需求信号Ld和实际载荷L之间的差值，而后从一调节器PI1得到一燃料量目标信号Fd。接着，由减法器AD2得到燃料量目标信号Fd和实际燃料量F之间的差值，并由调节器PI2调节燃料量控制阀7，以便确定装在燃烧室内的燃料量。可以以此方式控制燃料量。例如，当载荷增加时，该控制能够增加将装在燃烧室2中的燃料量。根据压缩机进气温度，最好再加上压缩机进入湿度，由一功能发生器3(FG12)发出一个再循环量的指令信号S1。该信号被提供给一调节器13以便控制再循环控制装置10。而且，功能发生器3(FG12)产生一有关从一喷射喷嘴11喷出的喷射量的指令信号S2。该信号被提供给一调节器P14并控制一供给水量调节阀12和一空气流调节阀15，以便控制从喷射喷嘴11喷出的液滴的喷射量。这对利用一功能发生器4(FG12)由燃气轮机排气温度和压缩机出口压力计算一燃烧温度并将该值施加到一减法器AD2上以进行燃料量的修正控制是有利的。当压缩机进气温度或外部空气温度出现变化时，根据该变化调节燃料，由此抑制燃烧温度的变化，以使燃烧温度保持不变。虽然保持燃烧温度不变对实现高效率的电站运行是重要的，但是在实际运行中燃烧温度还是有可能发生变化。因此，如果燃烧温度的变化是根据从燃气轮机的实际排气温度和压缩机排气压力估算出的一实际燃烧温度来控制的话，则在喷射水或再循环时抑制燃烧温度下降的同时有可能实现该运行。这防止了因燃料温度的降低而引起的效率的下降。

而且，理想的是通过减法器AD1得到载荷需求信号Ld和实际载荷L之间的差值，并修正功能发生器3的一输出。这可帮助保持载荷恒定。

理想的是实现以功能发生器3的输出为基础的一个最佳效率的电站运行。

因为在实际运行中可以改变电站的效率，理想的是利用减法器AD5计算一需求的电站效率ηd和实际电站效率η之间的差值并将减法器AD5的输出施加到减法器AD3、AD4上，以便修正功能发生器1的输出。因此，即使在实际运行中也可以达到高效率运行。

功能发生器3根据一来自燃气轮机排气温度监测器24的信号和一来自压缩机排气温度监测器23的信号计算出一燃烧温度并将一信号发送给AD2。例如，有可能进行如此的计算，以致于当燃气轮机排气温度高时的燃烧温度高于当燃气轮机排气温度低时的燃烧温度或者当压缩机排气压力高时的燃烧温度比压缩机排气压力低时的燃烧温度高。

对应于燃烧温度的一数值可以由其它的装置输出。功能发生器4以压缩机进气温度为基础控制一喷射喷嘴11的喷射量。而且，它控制再循环量。喷射量等最好以压缩机入口湿度为基础进行修正。当温度升高时，喷射量(或喷射量的一限定值)增加，以便喷射量(或喷射量的一限定值)可以被调节成当湿度低时其喷射量比湿度高时的大。

当供给压缩机的被监测到的空气温度位于一设置的第一温度范围内时，执行再循环，并停止来自喷射单元的液滴喷射。如果监测到的温度处于一高于第一温度范围的第二温度范围内，则停止再循环，并停止来自喷射单元的液滴喷射。如果监测到的温度处于一高于第二温度范围的第三温度范围内，则停止再循环，并将喷射单元控制成喷射液滴。最理想的是设置一范围的上限和下限，在该范围内可以保证一高的联合电站效率，从而将它们设置到一在第一温度范围和第二温度范围之间的变化温度和一在第二温度范围和第三温度范围之间的变化温度。最好是在15℃到22℃之间的一范围内设置上述的各个温度，这一范围保证一高的联合电站效率。如果某一电站偏离了该范围，最好是根据该电站的情况设置这些值。

通过监测压缩机进气温度，控制再循环量和水喷射量，以便达到这样一个能够使电站效率最大化的压缩机进入温度并始终实现一恒定的电站载荷。在第一温度范围的情形下，例如，如果压缩机进气温度低于一能够实现高电站效率的进入空气温度范围，则要求压缩机进气温度被输入到其内的功能发生器FG3发送一信号S1，该信号S1在进气温度降低时增加再循环率。

信号S1被提供给调节器PI3以控制再循环控制装置10。信号S1将再循环量控制到一所要求的输出，并可以被用作为再循环量的一极限值。

在第二温度范围的情形下，停止再循环和来自喷射喷嘴11的液滴喷射。在第三温度范围的情形下，例如，如果压缩机进气温度高于能够实现高电站效率的进入空气温度，则要求压缩机进气温度和湿度被输入到其内的功能发生器FG1发送一信号S2，该信号S2在进入空气温度升高或相对湿度降低时增加喷射率。

将信号S2供给调节器PI4以控制供给水量调节阀12和空气流量调节阀15。

因此，即使外部空气温度改变，通过再循环量控制和喷射量控制，压缩机进气温度也可以保持为常数或可以极好地抑制变化。由此，即使当大气温度改变时，联合电站也可以在一高的电站效率下运行。

因为第一温度范围和第三温度范围是通过第二温度范围提供的，如果大气温度改变，则可以很方便地实现具有高的联合电站效率的第二温度范围内的控制。无论大气温度的变化如何，都可高效率地得到所希望的输出。

因此，可以构造出一个不易于受温度变化影响的高稳定性的电站。

根据具体情况，有可能缩小上述的第二温度范围并将其设置为某一温度。这样一情形对实现高效率运行是有利的。

因为燃气轮机排气再循环和水滴喷射借助于产生一高电站效率的大气温度发生转化，所以可以方便地进行电站控制。

下面将描述高效率运行。电站效率由电站输出(燃气轮机输出和蒸汽轮机输出)和燃料流率来决定。

图14示出了一随大气温度变化的效率性能曲线。如果大气温度下降至低于一能够使电站效率最大化的大气温度，则压缩机进气重量流率增加。另一方面，因为燃烧温度是恒定的，燃料流率增加以致燃气轮机的输出也增加。

虽然蒸汽循环受燃气轮机排气流率的增加的影响，而燃气轮机排气流率的增加伴随着压缩机进气重量流动速率的增加和燃气轮机排气温度因大气温度的下降而引起的下降，但蒸汽轮机的输出增加了，这是因为燃气轮机排气流率的影响是很大的。

然而，因为蒸汽轮机输出的增加率要小于燃气轮机输出的增加率，所以电站输出的增加率小，以致电站的效率也小。

另一方面，如果大气温度升高超过一能够使电站效率最大化的大气温度，则燃料流率降低，压缩机进气重量流率也降低，以致燃气轮机和蒸汽轮机的输出下降。特别是，因为燃气轮机输出的下降很大，因此电站效率降低了。

图15示出了一大气温度和电站输出之间的关系。电站输出根据大气温度而改变，当大气温度降低时，电站输出增加，如图中虚线所示。然而，在实际的发电厂中，每一个核定输出都被精确测定，因此可以认为一个超过该限度的运行是不会被执行的。所以，如果达到了核定输出，则不管以实线示出的大气温度如何，都会继续核定输出的恒定运行，而且此时，燃气轮机是在部分载荷下运行。如果大气温度升高，则燃气轮机压缩机进气重量流率和燃料流率降低，从而电站输出下降。

图16示出了一随大气温度变化的电站效率性能曲线。在上述的联合电站中，如果执行核定输出的恒定运行，则此时燃气轮机处于部分载荷下运行，因此电站效率大幅度地下降。然而，由此实施例，燃气轮机进气温度可以与允许高电站效率的大气温度相同。

例如，在相对于燃气轮机排气流率为0-40％的再循环率的情况下，电站效率可以提高大约0-1.5％的相对值。如果压缩机进气温度高于具有一高电站效率的大气温度，则借助于喷射量为0-0.2％的燃气轮机进气流率，通过将液滴从水喷射喷嘴11喷到燃气轮机进入空气中可使电站效率提高大约0.1％的相对值。因此，如果大气温度是低的，则通过利用燃气轮机排气再循环系统将燃气轮机排气的一部分返回到压缩机进口，可使压缩机进气重量流率降低，从而降低电站输出。所以，燃气轮机可以在核定输出功率为常数的情形下运行，而不是在其部分载荷下运行。而且，如果大气温度是高的，通过利用进入空气水喷射系统增加压缩机的进气重量流率，可以增加电站的输出，从而可以达到一高效率下的恒定载荷运行，而不随大气温度变化。下面参考图11-16描述本发明的第七实施例。

第七实施例基本上具有与第六实施例相同的结构，除了：如果供给压缩机的空气的监测温度处于第六实施例控制下的第一温度范围内，则执行上述的再循环并且停止来自喷射单元的液滴喷射。如果监测温度处于高于第一温度范围的第二温度范围内，则执行上述的再循环同时控制喷射单元以喷射液滴。如果监测温度处于高于第二温度范围的第三温度范围内，则停止上述的再循环并同时控制喷射单元以喷射液滴。

第一温度范围和第二温度范围之间的变化温度，及第二温度范围和第三温度范围之间的变化温度可以用与第六实施例中相同的方式来设置。图13示出了控制线的一个范例。

首先，在第一温度范围(例如，在一当压缩机进气温度低于一能够使电站效率最大化的压缩机进气温度的情形下)内，进行如此的控制以便当压缩机进气温度降低时增加再循环量。

在第二温度范围内(例如，在这样的一个温度范围内，其中的压缩机进气温度包括一使得电站效率最大化的压缩机进气温度)，燃气轮机排气被再循环并且进行上述的来自水喷射喷嘴11的液滴喷射。在此实施例中，图13示出了一种第二温度范围大于19℃和小于25℃的情形。最好，第二温度范围被分成相对于设置值的一高温侧和一低温侧。该设置值最好是相对于一个使联合电站效率较高的这样一个值来确定。例如，它可以被设置在一15℃-22℃的范围内。而且，第二温度范围可以通过提供公差为±2℃-±3℃的设置值来设定。

上述的第二温度范围应该被设置成处于使电站可以稳定运行的范围。具体地说，压缩机进气温度公差可以为大约5℃。

在上述的低温范围内，再循环量保持恒定不变，并且进入空气水喷射系统开始起动。来自水喷射喷嘴的液滴的喷射量(或喷射量的限定值)最好被设置得当温度较高时，喷射量较大。可以将喷射量控制到这样一个压缩机进气温度，即在该温度下当电站的载荷恒定不变时，电站的效率是增加的。有可能这样控制，即使得再循环量保持不变直到压缩机进气温度达到一使电站效率最大化的压缩机进气温度，并且当压缩机进气温度升高时，喷射量增加。

在高温范围内，最好控制使得喷射量保持不变，与供给压缩机的空气温度为低的时候比较，当供给压缩机的空气温度较高时再循环量降低。

在第三温度范围内(例如，当压缩机进气温度高于一使电站效率最大化的压缩机进气温度的情形下)，燃气轮机的排气再循环停止并且从水喷射喷嘴11喷射水。例如，可以这样控制使得当压缩机进气温度升高时，喷射量增加。

因此，即使外部空气温度改变，也可以达到高效率的恒定运行。

因为提供了一个即使当外部空气温度改变时也可以进行燃气轮机排气的再循环和来自水喷射喷嘴11的液滴的喷射的范围，所以可以在第二温度范围内进行平稳的转换。

而且，有可能在高电站效率的一温度范围内阻止电站效率和输出的改变。也就是说，在达到平稳的液滴喷射和再循环的同时有可能通过防止输出的变化而抑制距一理想输出的偏差。

通过构成这样一个可以在上述的第二温度范围内进行液滴的喷射和燃气轮机排气的再循环的温度范围或一个可以进行来自水喷射喷嘴11的喷水和燃气轮机排气的再循环的转换的范围，即使外部空气温度产生突然变化，也可以对其作出快速响应继续高效率的运行。而且，即使当外部空气温度改变时，此实施例也能够对保证高效率运行和抑制载荷变化(最好，恒定载荷运行)作出较大贡献。特别是，有可能很容易地抑制由于外部空气温度的改变而引起的喷射量的变化和由于再循环量的变化而引起的输出的变化。

下面将参照图17描述本发明的第八实施例。

第八实施例包括一二氧化碳气体凝结装置，用于凝结二氧化碳以便降低燃气轮机排气中的二氧化碳(例如，CO2)，还包括一二氧化碳气体分离装置41，用于降低包含有凝结的二氧化碳气体的燃气轮机排气中所含的二氧化碳的浓度。

在燃气轮机排气再循环电站中，通过将燃气轮机排气返回到燃气轮机的进口以得到燃气轮机循环中的再循环，二氧化碳气体的浓度变得比常规的电站更高。随着再循环量的增加，燃气轮机排气中的二氧化碳的浓度变得更高。因此，二氧化碳分离的效率也升高。当燃气轮机排气中氧的浓度变为零时，即燃气轮机排气再循环率为75％时，燃气轮机排气中的二氧化碳的浓度变为大约四倍于常规电站的燃气轮机排气中二氧化碳的浓度。

因为二氧化碳气体分离装置的性能与二氧化碳气体的浓度、容积流率和转化面积相对应，如果二氧化碳的浓度变为四倍而二氧化碳气体分离装置的性能是相同的，则转化面积可以被降低1/4。

为此，通过将包含有凝结的二氧化碳气体的燃气轮机排气导入二氧化碳气体分离装置41，可以降低二氧化碳气体。因此，与二氧化碳气体分离装置仅被安装在燃气轮机电站中的情形相比，可以以一高效率分离二氧化碳。而且，如果保证与常规电站中的二氧化碳分离装置有相同的分离性能，那么可以降低二氧化碳气体分离装置的尺寸。

因此，因为可以降低安装在燃气轮机排气的流动通道上的二氧化碳气体分离装置的大小，故可以抑制压力损失，并对燃气轮机的高效率运行大有帮助。

另外，在二氧化碳气体凝结装置中，燃气轮机排气被再循环，以便根据此实施例运行燃气轮机，产生高浓度的二氧化碳气体并且将高浓度的燃气轮机排气导入到二氧化碳气体分离装置。因此，可以以较高的效率运行燃气轮机。

因为可以在一高效率下分离二氧化碳并达到燃气轮机的高效率运行，所以有这样一个基本的原则，即当构造一燃气轮机或联合电站时，需要考虑到环境污染问题，要对保护环境有利。

喷射喷嘴11最好是以上述实施例中的方式运行。

第八实施例基本上可以具有第六实施例的结构。第八实施例包括有一二氧化碳气体分离装置41a，与第六实施例的结构一样，该分离装置41a设置在一排气通道31上。

从燃气涡轮机3排出的燃气轮机排气通过一再循环装置9提供到压缩机1的上游。包含有空气和再循环排气的混合气体被导入压缩机1内以便升高压力。从压缩机1排出的混合气体和燃料被导入燃气轮机燃烧室2并一同燃烧。因此，具有比一般的没有再循环装置的燃气轮机更高的二氧化碳浓度的燃气轮机排气从燃气轮机燃烧室2排出，用以驱动燃气涡轮机3。具有高二氧化碳浓度的燃气轮机排气的一部分被分流到再循环装置9，剩下的部分被导入安装在分支部分下游的燃气轮机排气通道31上的二氧化碳气体分离装置41a，以便降低二氧化碳的浓度。在二氧化碳的浓度被降低之后，燃气轮机排气通过一烟道或类似物排向空气。

因此，除了上述的基本效果之外，与本发明的二氧化碳气体分离装置41被安装在燃气轮机排气通道32上或位于燃气轮机和再循环装置9的分支部分之间的再循环装置9上的情形相比，供到二氧化碳气体分离装置41的燃气轮机排气的二氧化碳浓度可以保持在一高的水平。由此，可以高效率地分离二氧化碳。而且，在不需要这样高的效率的情形下，可以降低二氧化碳气体分离装置41的尺寸，同时保证所需的性能。由于尺寸的降低，可以降低燃气轮机排气通道内的压力损失，进而有助于燃气轮机的高效率运行。此外，因为由再循环装置9分流并排到空气中的燃气轮机排气量被导入二氧化碳气体分离装置41，该量可以小于另外的部分，由此可以抑制压力损失，进而有助于燃气轮机的高效率运行。

即使在控制再循环量以使其产生偏流的情形下，排到空气中的二氧化碳的控制也可以方便地进行。

为了在达到高稳定性的再循环运行的同时，以高效率分离二氧化碳气体，最好，再循环量低于燃气轮机排气的流动速率的75％。

作为二氧化碳气体分离装置41，有可能使用一个具有二氧化碳气体分离性能的装置，它能够将供到二氧化碳气体分离装置的二氧化碳的浓度降低5％-10％。例如，二氧化碳气体分离装置可以是一个使用氨基吸收剂的装置。

在燃气轮机废热回收锅炉4被设置在再循环装置9的分支部分的下游内的情形中，为了使结构更加紧凑、材料强度更好，二氧化碳气体分离装置最好位于燃气轮机废热回收锅炉的下游内。为了简化燃气轮机排气通道上的装置设备，该装置可以设置在燃气轮机废热回收锅炉的内部。

下面将参照附图17描述本发明的第九实施例。

第九实施例基本上可以使用第八实施例的结构。根据第九实施例，用一个二氧化碳气体分离装置41b代替第八实施例的二氧化碳气体分离装置41a，该装置41b安装在位于燃气轮机和再循环装置9的分支部分之间的燃气轮机排气通道32上。

从燃气涡轮机3排出的燃气轮机排气通过再循环装置9被提供给压缩机1。将包含有空气和再循环排气的混合气体导入到压缩机1内以便升高压力。将从压缩机1排出的混合气体和燃料导入燃气轮机燃烧室2中并使之一同燃烧。因此，比没有提供再循环装置的一般的燃气轮机具有较高的二氧化碳浓度的燃气轮机排气从燃气轮机燃烧室2排出，以驱动燃气涡轮机3。具有高的二氧化碳浓度的燃气轮机排气被导入二氧化碳气体分离装置41b，以便降低二氧化碳气体的浓度。二氧化碳浓度被降低后的一部分燃气轮机排气被分流到再循环装置9，剩下的部分通过烟道等被排向空气。

除了上述的第八实施例的基本效果之外，与二氧化碳气体分离装置41安装在再循环装置或排气通道31上的情形相比，可以将更大量的高浓度二氧化碳气体提供给二氧化碳气体分离装置41b。因此，二氧化碳气体分离装置41b的单位面积的吸收率提高了，以致可以提高二氧化碳气体分离效率。如果不需要这样高的效率，在保证一所需的性能的同时，可以降低二氧化碳气体分离装置41的尺寸。

下面将参照附图17，描述本发明的第十实施例。

第十实施例基本上可以使用第八实施例的结构。根据第十实施例，用一个二氧化碳气体分离装置41c代替第八实施例的二氧化碳气体分离装置41a，该装置41c安装在再循环装置9上。

从燃气涡轮机3排出的燃气轮机排气通过再循环装置9被提供到压缩机1的上游。包含有空气和再循环排气的混合气体被导入压缩机1内以便升高压力。从压缩机1排出的混合气体和燃料被导入燃气轮机燃烧室2并一同燃烧。因此，比没有提供再循环装置的一般的燃气轮机具有较高的二氧化碳浓度的燃气轮机排气从燃气轮机燃烧室2排出，以驱动燃气涡轮机3。具有高的二氧化碳浓度的部分燃气轮机排气被分流到再循环装置9，而剩下的部分通过烟道等被排向空气。被分流到再循环装置9的排气被导入二氧化碳气体分离装置41c中，在该装置内，降低二氧化碳的浓度。在二氧化碳的浓度被降低之后，燃气轮机排气被再次提供到压缩机1内。

如上所述，除了第八实施例的基本效果之外，它不必安装在一用于将燃气轮机排气排向空气的管路中产生一压力损失的二氧化碳气体分离装置41，由此，对燃气轮机的高效率运行大有帮助。而且，二氧化碳气体分离装置41c除了另行安装在一现存的燃气轮机电站中之外，还可以很容易地安装。此外，因为将二氧化碳气体分离装置41c安装成与燃气轮机排气经常流动的一系统分开，因此在如果需要使用再循环装置的燃气轮机电站中，其维护也很方便。即使在进行二氧化碳气体分离装置41c的维护工作的情形下，也有可能在进行维护工作的同时，通过将流向再循环管路的燃气轮机的排气关闭而继续燃气轮机的运行。

根据本发明，有可能提供一种具有一宽的部分载荷运行范围、能够有效运行的排气再循环式燃气轮机设备。

本领域中的技术人员可以进一步地看出，以上描述是所公开装置的最佳实施例，在不偏离本发明的宗旨和范围的情况下，可以对本发明做出多种形式的变化和修改。

Claims

1.一种排气再循环式燃气轮机设备的运行方法，包括以下步骤：

在一压缩机内压缩空气；

在一燃烧室内燃烧压缩空气和燃料；

用来自所述燃烧室的燃气轮机排气来驱动一燃气涡轮机；

通过一再循环管路将所述燃气轮机排气的一部分再循环至所述压缩机的一入口；

根据所述燃气轮机载荷的变化而调节返回到所述压缩机入口的燃气轮机排气的量；以及

通过从一喷射装置喷射液滴而将液滴导入压缩机内，以便在所述压缩机内的流动过程中将所导入的液滴汽化，

其中，在所述调节步骤中，与不将液滴导入所述压缩机内部的情况相比，所述的返回到所述压缩机入口的燃气轮机排气的量增加。

2.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，所述喷射装置将液滴喷射在供给所述压缩机的空气和流过所述再循环管路的燃气轮机排气中，以便将液滴导入压缩机内部。

3.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，在压缩机上游处，所述喷射装置所喷射的液滴的平均直径为30μm或更小。

4.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，所述喷射装置根据所述再循环量而喷射液滴。

5.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，所述喷射装置根据燃气轮机设备载荷的变化而喷射液滴。

6.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，所述喷射装置根据被导入所述压缩机内的空气和燃气轮机排气的混合气体的温度的变化而喷射液滴。

7.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述调节步骤和所述导入步骤中，控制所述再循环量和所述液滴的喷射量，以便在50％-80％的范围内的燃气轮机载荷下抑制所述燃烧室的燃烧温度的变化。

8.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，所述燃气轮机设备是联合循环电站的一个设备，它还包括一个废热回收锅炉，用于回收来自燃气涡轮机的排气的热量，以便通过与供给水的热交换而产生蒸汽，以及一个蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机由废热回收锅炉所产生的蒸汽来驱动；

其中，在所述导入步骤中，所述喷射装置喷射液滴，从而，当联合循环电站载荷在50％-80％的范围内降低时，可使再循环量连续增加。

9.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，还包括下列步骤：

监测供给所述压缩机的空气的温度，以及

进行控制，以便在设置所述监测温度的一第一温度范围内的情况下，执行所述再循环并停止来自所述喷射装置的液滴喷射，在高于所述第一温度范围的一第二温度范围内的情况下，执行所述再循环并执行来自所述喷射装置的液滴喷射，在高于所述第二温度范围的一第三温度范围内的情况下，使所述再循环停止并执行来自所述喷射装置的液滴喷射。

10.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，还包括下列步骤：

监测供给所述压缩机的空气的温度；和

进行控制，以便在设置所述监测温度的一第一温度范围内的情况下，执行所述再循环并停止来自所述喷射装置的液滴喷射，在高于所述第一温度范围的一第二温度范围内的情况下，使所述再循环停止并停止来自所述喷射装置的液滴喷射，在高于所述第二温度范围的一第三温度范围内的情况下，使所述再循环停止并执行来自所述喷射装置的液滴喷射。

11.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述导入步骤中，所述喷射装置根据供给所述压缩机的空气的湿度而喷射液滴。

12.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，还包括下列步骤：在燃气轮机排气的一流动通道内分离二氧化碳气体，以便降低在包含有再循环排气的空气被导入所述燃烧室之后排出的燃气轮机排气中的二氧化碳气体的浓度。

13.根据权利要求12所述的运行方法，其特征在于，在所述分离步骤中，在所述燃气轮机排气通道的所述再循环管路的一分支部分和用于将所述燃气轮机排气排向空气的一排气部分之间分离二氧化碳气体。

14.根据权利要求12所述的运行方法，其特征在于，在所述分离步骤中，在所述燃气轮机和所述再循环管路的一分支部分之间从燃气轮机排气通道并在燃气轮机排气通道处分离二氧化碳气体。

15.根据权利要求12所述的运行方法，其特征在于，在所述分离步骤中，在所述再循环管路上分离二氧化碳气体。

16.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述调节步骤中，根据载荷而控制所述再循环量，以便在燃气轮机载荷在50％-80％范围内的情形下抑制燃烧室的燃烧温度的变化；并且，在所述导入步骤中，将液滴导入所述压缩机内，以便抑制在所述压缩机的出口处压缩空气温度的升高。

17.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，还包括下列步骤：回收来自燃气涡轮机的排气的热量，以便通过与供给水进行的热交换而产生蒸汽；通过由所述回收产生的蒸汽而驱动一蒸汽涡轮机；在所述调节步骤中，根据载荷而控制所述再循环量，以便在联合循环电站载荷在50％-80％范围内的情形下抑制燃烧室的燃烧温度的变化；以及，在所述导入步骤中，控制所述液滴的喷射量，以便当载荷降低时连续增加再循环量。