專利名稱：液化天然氣發(fā)電站及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有燃氣輪機的液化天然氣(LNG)發(fā)電站，尤其涉及 具有燃氣溫度控制系統(tǒng)的LNG發(fā)電站。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及采用液化天然氣(LNG)作為燃料的LNG發(fā)電站以及該 LNG發(fā)電站的運行方法。
通用燃氣輪機發(fā)電設(shè)施具有燃燒室。該燃燒室將燃料與壓縮空氣相 混和，并燃燒該燃料來產(chǎn)生高溫高壓燃氣。這種燃氣被導(dǎo)入到燃氣輪機 來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動能量被傳輸?shù)桨l(fā)電站來產(chǎn)生電力。
被普遍認為是清潔能源的液化天然氣常被用作導(dǎo)入到該燃燒室的燃 料。LNG汽化設(shè)施使LNG汽化成為燃氣。
在燃氣輪機發(fā)電站中，LNG汽化設(shè)施和燃氣輪機發(fā)電設(shè)施通常是分 開建造的。所以，在這兩個設(shè)施之間不存在交聯(lián)運行，它們是獨立運行 的。例如，日本專利No. 3214709、日本專利申請公開特開平2-240499、 日本專利申請公開2001-124295、日本專利申請公開2002-l 15564、日本專 利申請公開2002-188460和日本專利申請公開2003-49718描述了LNG汽化設(shè)施的控制裝置和方法，但是，這些文件沒有公開發(fā)電設(shè)施的控制裝 置和方法。
最近建造的緊湊發(fā)電站具有緊鄰發(fā)電設(shè)施的LNG汽化設(shè)施。
該緊湊發(fā)電站具有安裝在LNG汽化設(shè)施內(nèi)的絕熱LNG貯罐。增壓泵 對存儲在該LNG貯罐中的LNG加壓，并將該LNG輸送到汽化器，該汽化 器使該LNG汽化。
即使該LNG貯罐是絕熱的，熱量進入該LNG貯罐也是不可避免的。 所以，不斷有少量燃氣從所存儲的LNG中汽化。這些燃氣被稱為汽化燃 氣(BOG)。
該LNGC罐中產(chǎn)生的BOG通過BOG出口閥排放。從其他LNG貯罐排 放的BOG被收集到一起并由BOG壓縮機加壓。此后，該BOG與從該汽化 器輸出的LNG通過燃氣供應(yīng)管道加以混合，并被供應(yīng)到該發(fā)電設(shè)施。
日本所用的大多數(shù)LNG是進口的，LNG的特性隨LNG的原產(chǎn)地而變 化。所以，存儲在不同LNG貯罐中的LNG成分可能彼此不同。這種不同 導(dǎo)致發(fā)熱量差異。
因此，該發(fā)電設(shè)施在燃氣供應(yīng)管道上裝備有熱量計或氣體色譜儀來 檢測或計算該燃氣的發(fā)熱量，并控制該LNG汽化設(shè)施的燃氣流動速率以 便使該燃氣的發(fā)熱量保持在小的范圍之內(nèi)。
此外，該發(fā)電設(shè)施還在連接到燃料控制閥的燃氣供應(yīng)管道上裝備有 燃氣加熱/冷卻設(shè)備。測量該燃氣加熱/冷卻設(shè)備出口處的燃氣溫度，并把 測量信號傳送到該燃氣加熱/冷卻設(shè)備。該燃氣加熱/冷卻設(shè)備控制該燃氣 的溫度，以便使導(dǎo)入到該燃氣輪機的燃氣溫度保持合適的值。
在其中的LNG汽化設(shè)施和發(fā)電設(shè)施彼此相鄰建造以使其緊湊的發(fā)電 站中，該LNG汽化設(shè)施中可能沒有足夠的空間安裝用于生成BOG的處理 設(shè)備。
BOG的量在很大的范圍內(nèi)變化。舉例來說，在接收LNG時，會產(chǎn)生大量的BOG。在冬季氣溫低的時候，BOG的量就比較少。
所以，根據(jù)LNG貯罐的壓力，采用例如BOG出口閥和BOG壓縮機這
樣的設(shè)備來控制BOG的流動速率，以防止LNG貯罐中的過度壓力上升。
結(jié)果，BOG生成速率的變化直接影響發(fā)電設(shè)施中的燃氣輪機。
燃氣輪機對于燃料具有限度。這個限度大約是由表達式(1)所示的、
被稱為沃伯指數(shù)(Wobbe Index)的值(該指數(shù)是該燃氣發(fā)熱量、比重和
燃燒溫度的函數(shù))。
沃伯指數(shù)=,LHV (1)
其中LHV為低發(fā)熱量；Mwgas為該燃氣的比重；Tgas為該燃氣的絕 對溫度(蘭金度)。
BOG的發(fā)熱量不同于LNG的發(fā)熱量。所以，隨著BOG流動速率變化， 燃氣質(zhì)量特性迅速地變化。結(jié)果，流入該發(fā)電設(shè)施的燃氣輪機的燃料的 卡路里就發(fā)生變化。
如果燃料的卡路里頻繁變化，卡路里就不可能維持在該沃伯指數(shù)的 限定范圍(例如說±5 %)之內(nèi)。所以，有必要在該燃氣供應(yīng)管道中游 增加設(shè)施，例如在外部燃燒該BOG的閃燃設(shè)備(flare facility)，和/或調(diào) 節(jié)燃氣流動速率的貯罐。另外，如果該燃氣中BOG的混合比例上升到接 近100%，就很難運行該燃氣輪機。
如果在采取了這些防范措施后該燃料指數(shù)的指數(shù)值仍然偏離該限定 范圍，就必須停止該發(fā)電站的運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種LNG發(fā)電站及 其運行方法，即使在該BOG生成速率變化時本發(fā)明的LNG發(fā)電站也能夠可靠地實現(xiàn)連續(xù)運行。
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種LNG發(fā)電站，包括(a)具有燃氣輪
機和發(fā)電機的燃氣輪機發(fā)電單元；(b)被設(shè)計成將汽化LNG作為燃氣供 應(yīng)到該燃氣輪機發(fā)電單元的LNG汽化設(shè)施；(c)從該LNG汽化設(shè)施延伸 到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣供應(yīng)管道；(d)設(shè)置在該燃氣供應(yīng)管道 上該LNG汽化設(shè)施和該燃氣輪機單元之間的燃氣加熱/冷卻設(shè)備，被設(shè)計 成加熱/冷卻被導(dǎo)入到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣；(e)被設(shè)計成檢測 該燃氣的發(fā)熱量的發(fā)熱量檢測器；(f)連接在該燃氣供應(yīng)管道上該燃氣 加熱/冷卻設(shè)備和該燃氣輪機單元之間的溫度檢測器，被設(shè)計成檢測燃氣 的溫度；以及(g)該燃氣加熱/冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計成控 制供應(yīng)到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣溫度，該溫度控制設(shè)備具有連接 到該發(fā)熱量檢測器的目標(biāo)溫度計算器，被設(shè)計成接收該燃氣的發(fā)熱量并 計算被導(dǎo)入到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣的目標(biāo)溫度；以及連接到該目 標(biāo)溫度計算器和該燃氣加熱/冷卻設(shè)備的命令發(fā)生器，被設(shè)計成接收該目 標(biāo)溫度和由該溫度檢測器檢測到的該燃氣的溫度信號，并通過比較該目 標(biāo)溫度和該燃氣溫度來生成控制該燃氣加熱/冷卻設(shè)備的命令。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于LNG發(fā)電站的燃氣溫度控 制系統(tǒng)，該發(fā)電站具有包括燃氣輪機和發(fā)電機的燃氣輪機發(fā)電單元，被 設(shè)計成將汽化LNG作為燃氣供應(yīng)到該燃氣輪機發(fā)電單元的LNG汽化設(shè) 施，以及從該LNG汽化設(shè)施延伸到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣供應(yīng)管道， 該系統(tǒng)包括(a)連接在該燃氣供應(yīng)管道上該LNG汽化設(shè)施和該燃氣輪 機單元之間的燃氣加熱/冷卻設(shè)備，被設(shè)計成加熱和冷卻被導(dǎo)入到該燃氣 輪機發(fā)電單元的燃氣；(b)被設(shè)計成檢測該燃氣的發(fā)熱量的發(fā)熱量檢測 器；(c)連接在該燃氣供應(yīng)管道上該燃氣加熱/冷卻設(shè)備和該燃氣輪機 單元之間的溫度檢測器，被設(shè)計成檢測該燃氣的溫度；以及(d)該燃氣 加熱/冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，它被設(shè)計成控制供應(yīng)到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣的溫度，該溫度控制設(shè)備具有連接到該發(fā)熱量檢測器的目 標(biāo)溫度計算器，被設(shè)計成接收該燃氣的發(fā)熱量并計算被導(dǎo)入到該燃氣輪 機發(fā)電單元的燃氣的目標(biāo)溫度；以及連接到該目標(biāo)溫度計算器和該燃氣 加熱/冷卻設(shè)備的命令發(fā)生器，被設(shè)計成接收該燃氣的目標(biāo)^U度和由該溫 度檢測器檢測到的該燃氣的溫度信號，并通過比較該目標(biāo)溫度和該燃氣 的溫度來生成控制該燃氣加熱/冷卻設(shè)備的命令。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種運行LNG發(fā)電站的方法，該方 法包括(a)檢測由LNG汽化設(shè)施供應(yīng)的燃氣的發(fā)熱量；(b)生成控 制該燃氣溫度的命令；(c)根據(jù)該命令加熱/冷卻該燃氣并將該燃氣導(dǎo) 入到燃氣輪機發(fā)電單元；(d)檢測被導(dǎo)入到該燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣 溫度；以及(e)根據(jù)該發(fā)熱量計算被導(dǎo)入到該燃氣輪機發(fā)電單元中的燃 氣的目標(biāo)溫度；其中通過將該燃氣溫度與該目標(biāo)溫度加以比較來生成該 命令。


根據(jù)下面結(jié)合附圖對本發(fā)明特定的、說明性實施例的討論，本發(fā)明 的上述和其他特點和改進會變得更清楚，在這些附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LNG發(fā)電站的方框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的溫度控制設(shè)備的方框圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LNG發(fā)電站的方框圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的LNG發(fā)電站的方框圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的溫度控制設(shè)備的方框圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的LNG發(fā)電站的方框圖；以及 圖7是一個典型燃氣輪機發(fā)電單元的方框圖。
具體實施方式
下文將參考這些附圖來說明本發(fā)明的多個實施例。第一實施例
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LNG發(fā)電站的方框圖。該LNG發(fā)電站 具有LNG汽化設(shè)施40和發(fā)電設(shè)施41 。
LNG汽化設(shè)施41具有多個LNG貯罐1。這些LNG貯罐是絕熱的。各 LNG忙罐1通過各自的BOG出口閥4被連接到公共BOG壓縮機4C。各 LNG貯罐1也通過各自的增壓泵2連接到公共汽化器3。燃氣供應(yīng)管 道6從BOG壓縮機4C和汽化器3延伸到發(fā)電設(shè)施41。
在發(fā)電設(shè)施41中，燃氣供應(yīng)管道6通過燃料控制閥10延伸到燃氣輪 機發(fā)電單元ll。發(fā)熱量檢測器5例如用于檢測或計算燃氣發(fā)熱量的熱量 計或氣體色譜儀，被安裝在燃氣供應(yīng)管道6上LNG汽化設(shè)施40和燃料控 制閥10之間。
燃氣加熱/冷卻設(shè)備7設(shè)置于燃氣供應(yīng)管道6上發(fā)熱量檢測器5 和燃氣控制閥10之間。溫度檢測器8被安裝在燃氣供應(yīng)管道6上燃氣 加熱/冷卻設(shè)備7和燃料控制閥10之間以便檢測燃氣加熱/冷卻設(shè)備7 的出口處的燃氣溫度。溫度控制設(shè)備14被連接到發(fā)熱量檢測器5、溫度 檢測器8和燃氣加熱/冷卻設(shè)備7。
圖7是燃氣輪機發(fā)電單元ll的方框圖。在燃氣輪機發(fā)電單元ll中， 被壓縮機30壓縮的壓縮空氣31在燃燒室32中與燃料或汽化LNG33混合。 燃燒室32燃燒燃料33來產(chǎn)生高溫高壓燃燒氣體34。這種燃燒氣體34被導(dǎo) 入到燃氣輪機35來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，其中的轉(zhuǎn)動能量被傳輸?shù)桨l(fā)電機36來產(chǎn)生 電力。
LNG貯罐1中存儲的LNG由增壓泵2加壓，并被供應(yīng)到汽化器3。 汽化器3使該LNG汽化。
LNG貯罐1中產(chǎn)生的BOG從BOG出口閥4排出并被輸送到BOG壓縮機4C。如果LNG汽化設(shè)施40具有多個LNG貯罐1，則來自各LNG貯 罐1的BOG就被收集起來并被輸送到BOG壓縮機4C。 BOG壓縮機4C對 該BOG加壓。此后，該BOG通過燃氣供應(yīng)管道6與汽化器3輸出的 LNG混合，并被供應(yīng)到發(fā)電設(shè)施41。
在發(fā)電設(shè)施41中，燃料控制閥10調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃氣輪機發(fā)電單元11的 燃氣的流動速率。溫度檢測器8檢測到的溫度被傳送到溫度控制設(shè)備 14。利用溫度控制設(shè)備14，可以減少附加設(shè)施，例如用于外部燃燒BOG
的閃燃設(shè)備或用于緩沖燃氣流動速率的貯罐。
溫度控制設(shè)備14包括目標(biāo)溫度計算器151和命令生成器16。目標(biāo)溫度 計算器151從發(fā)熱量檢測器5接收信號。作為發(fā)熱量檢測器5，可以使 用能檢測估計發(fā)熱量的燃氣熱量計或氣體色譜儀。然后，目標(biāo)溫度計算 器151計算并輸出目標(biāo)溫度T1。命令生成器16接收該目標(biāo)溫度信號T1和 由安裝在燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出口處的溫度檢測器8檢測到的溫度 信號，并將控制命令輸出到燃氣加熱/冷卻設(shè)備7。
圖2是溫度控制設(shè)備14的方框圖。目標(biāo)溫度計算器151從發(fā)熱量檢 測器5接收發(fā)熱量信號，更具體地講，接收低發(fā)熱量(LHV)信號，并 借助表達式(2)計算目標(biāo)溫度T1，以便由表達式(1)表示的沃伯指數(shù) 保持基本不變。溫度計算器151將T1信號傳送到命令生成器16。
目標(biāo)溫度Tl =(LHV乙 (2)
其中WI是該燃氣的沃伯指數(shù)的目標(biāo)值，而M是該燃氣的比重。 在命令生成器16中，比較器161將目標(biāo)溫度T1和由溫度檢測器8檢 測到的溫度T2加以比較。PID計算器162對T1和T2間的偏差進行P (比例) /1 (積分)/D (微分)運算，并將合適的溫度控制命令輸出到燃氣加熱/ 冷卻設(shè)備7。根據(jù)該溫度控制命令，燃氣加熱/冷卻設(shè)備7能夠使作為BOG和LNG混合物的燃氣的沃伯指數(shù)維持基本不變。
如上所述，該LNG發(fā)電站的第一實施例根據(jù)流過LNG汽化設(shè)施40中 的燃料供應(yīng)管道6的燃氣的發(fā)熱量設(shè)定燃氣出口處的目標(biāo)溫度T1。將目 標(biāo)溫度T1和燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實際燃氣出口溫度T2加以比 較，而且對該溫度加以控制以便保持燃氣出口溫度T2適合于燃氣輪機發(fā) 電單元ll。所以，即使該燃料特性由于BOG生成速率的變化而頻繁變化， 或者即使BOG/LNG混合比例上升到大約100。/。，也能夠通過改變目標(biāo)溫 度T1而將沃伯指數(shù)維持在限定范圍(例如±5%)之內(nèi)。故而，該LNG 發(fā)電站能夠可靠地連續(xù)運行。
第二實施例
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LNG發(fā)電站的方框圖。如圖3所示， 本實施例與第一實施例有局部差別，這個差別體現(xiàn)在溫度控制設(shè)備14從 BOG出口閥4而不是從發(fā)熱量檢測器5接收信號。
安裝在溫度控制設(shè)備14內(nèi)的目標(biāo)溫度計算器152接收表示已打開 BOG出口閥4的數(shù)量的信號，該信號被用作相當(dāng)于發(fā)熱量的狀態(tài)量信號 以代替由發(fā)熱量檢測器5檢測到的發(fā)熱量。已打開BOG閥4的數(shù)量的信 號被輸入到目標(biāo)溫度計算器152。
其他結(jié)構(gòu)特征與圖1、圖2和圖7所示的第一實施例沒有差別， 它們被賦予完全相同的參考符號，這里省略對其詳細說明。 ,在根據(jù)本實施例的LNG發(fā)電站中，已打開BOG出口閥4的數(shù)量的信 號被發(fā)送到目標(biāo)溫度計算器152。根據(jù)已打開BOG出口閥4的數(shù)量，目 標(biāo)溫度計算器152計算適合于發(fā)電設(shè)施41的目標(biāo)溫度T1并將T1信號發(fā)送 到命令生成器16。
命令生成器16將經(jīng)過目標(biāo)溫度計算器152的計算所獲得的目標(biāo)溫度 Tl和燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實際燃氣出口溫度T2加以比較。命令生成器16中的PID計算器162 (見圖2)對T1和T2之間的偏差進行P (比 例)/1 (積分)/D (微分)運算，并將合適的溫度控制命令輸出到燃氣 加熱/冷卻設(shè)備7。根據(jù)該溫度控制命令，燃氣加熱/冷卻設(shè)備7能夠使 作為BOG和LNG混合物的燃氣的沃伯指數(shù)保持基本不變。
正如上面所述的那樣，該LNG發(fā)電站根據(jù)作為狀態(tài)量信號的已打開 BOG出口閥4的數(shù)量將T1設(shè)定為該燃氣在燃氣出口處的目標(biāo)溫度，其中 該狀態(tài)量信號相當(dāng)于沃伯指數(shù)表達式中的所檢測到的發(fā)熱量。所獲得目 標(biāo)溫度Tl和燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實際燃氣出口溫度T2由比較 器161進行相互比較。溫度被控制成使燃氣出口溫度T2保持適合于燃氣輪 機發(fā)電單元ll。所以，即使燃料特性由于BOG生成速率的變化而頻繁變 化，或者即使該BOG/LNG混合比例上升到大約100。/。，沃伯指數(shù)也能夠 通過改變目標(biāo)溫度T1而被保持在限定范圍(例如±5%)之內(nèi)。故而， 該LNG發(fā)電站能夠可靠地連續(xù)運行。
第三實施例
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的LNG發(fā)電站的方框圖。圖5是 本實施例中所用的溫度控制設(shè)備的方框圖。
如果LNG汽化設(shè)施40中的已運行出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，燃氣的 發(fā)熱量變化對已運行的BOG出口閥數(shù)量的變化會有小的延遲。
所以，如果像第一實施例中那樣，將來自發(fā)熱量檢測器5 (例如燃 氣熱量計或氣體色譜儀)的檢測信號導(dǎo)入到溫度控制設(shè)備14，那么與第 二實施例中表示已運行BOG出口閥4數(shù)量的信號被導(dǎo)入到溫度控制設(shè) 備14的情況相比，響應(yīng)速度會下降，但精度會提高。
相反，如果像第二實施例中那樣將已運行BOG出口閥數(shù)量信號導(dǎo)入 到溫度控制設(shè)備14，那么與來自發(fā)熱量檢測器5 (例如燃氣熱量計或氣 體色譜儀)的檢測信或少會下降，但響應(yīng)速度會更快。
所以，本發(fā)明已被設(shè)計成獲得溫度控制設(shè)備14，該控制設(shè)備既利用 了第一實施例的高精度特點，也利用了第二實施例的高響應(yīng)速度特點。
在本實施例中，目標(biāo)溫度計算單元15被用來代替第一實施例中的目 標(biāo)溫度計算器l51或第二實施例中的目標(biāo)溫度計算器152 。
在圖5中，來自發(fā)熱量檢測器5的檢測信號被發(fā)送到第一目標(biāo)溫 度計算器151。已打開BOG出口閥4的數(shù)量被作為狀態(tài)量信號發(fā)送到第 二目標(biāo)溫度計算器152，其中該狀態(tài)量信號相當(dāng)于BOG出口閥4所檢測 到的發(fā)熱量。目標(biāo)溫度計算器151和152各自計算目標(biāo)溫度T1。至于這些 目標(biāo)溫度計算器151和152如何借助表達式(2)來計算目標(biāo)溫度T1以使表 達式(1)所表示的沃伯指數(shù)維持基本不變，在第一和第二實施例中已經(jīng) 加以說明。
圖5中的標(biāo)號"153"表示用于檢測已打開BOG出口閥4數(shù)量的變 化的變化檢測器。當(dāng)已打開BOG出口閥4的數(shù)量變化時，變化檢測器153 檢測這種變化并將切換信號發(fā)送到開關(guān)154以便使第二目標(biāo)溫度計算器 152的計算結(jié)果被發(fā)送到命令生成器16。在已打開BOG出口閥4的數(shù)量 發(fā)生變化之后再經(jīng)過后面將要加以說明的特定時段(預(yù)定時段)，變化 檢測器153發(fā)給開關(guān)154返回信號(或者操作取消信號)，以便使第一目 標(biāo)溫度計算器151的計算結(jié)果代替第二目標(biāo)溫度計算器152的計算結(jié)果被 發(fā)送到命令生成器16。
變化檢測器153的預(yù)定時段的設(shè)置方法如下。即，該燃氣的發(fā)熱量在 己打開出口閥4的數(shù)量變化之后略遲一點才開始變化，然后變成穩(wěn)定的 值?？紤]該數(shù)值變成穩(wěn)定值的時段，就可以設(shè)置變化檢測器153的預(yù)定時 段。
現(xiàn)在假設(shè)已打開BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生了變化。那么，已打開 BOG出口閥4的數(shù)量信號立即變化。所以，變化檢測器153立即工作，并且第二目標(biāo)溫度計算器152利用表達式(2)計算對燃氣輪機發(fā)電單元 ll最佳的燃氣目標(biāo)溫度Tl，以便表達式(1)中所示的沃伯指數(shù)保持基本
不變。變化檢測器153將該值輸出到命令生成器16。
在已打開BOG出口閥4的數(shù)量變化之后再經(jīng)過上述預(yù)定時段，變化 檢測器153將返回信號發(fā)給命令生成器16。而開關(guān)154傳送第一目標(biāo)溫度 計算器151根據(jù)來自發(fā)熱量檢測器5的檢測信號所得的計算結(jié)果，以代 替第二目標(biāo)溫度計算器152的計算結(jié)果。
一旦已打開BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，命令生成器16就將第二 目標(biāo)溫度計算器152輸出的目標(biāo)溫度T1和溫度檢測器8檢測到的、燃氣 加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實際燃氣出口溫度T2加以比較。命令生成器 16通過控制燃氣加熱/冷卻設(shè)備7來控制該燃氣出口溫度，以使該燃氣 出口溫度基本等于目標(biāo)溫度T1。在變化檢測器153的上述預(yù)定時段之后， 命令生成器16將第一目標(biāo)溫度計算器151輸出的目標(biāo)溫度T1和溫度檢測 器8檢測到的、燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實際燃氣出口溫度T2加 以比較。命令生成器16通過控制燃氣加熱/冷卻設(shè)備7來控制該燃氣出 口溫度，以使該燃氣出口溫度基本等于目標(biāo)溫度T1。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的LNG發(fā)電站中，流過LNG 汽化設(shè)施40中的供應(yīng)管道的燃氣的發(fā)熱量信號以及作為狀態(tài)信號的已打 開BOG出口閥數(shù)量信號被輸入到溫度控制設(shè)備14，該狀態(tài)信號相當(dāng)于該 發(fā)熱量。如果已打開BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，根據(jù)已打開BOG 出口閥4的數(shù)量所獲得的目標(biāo)溫度T1首先被輸出到命令生成器16。在經(jīng) 過事先設(shè)置的預(yù)定時段之后，根據(jù)該發(fā)熱量信號所獲得的另一個目標(biāo)溫 度T1被輸出到命令生成器16。所以，溫度控制設(shè)備14對已打開BOG出口
閥的數(shù)量變化響應(yīng)非常迅速，而且具有高的精度。
所以，由于上述原因，即使燃料特性由于BOG生成速率的變化而頻 繁變化，或者即使BOG/LNG混合比例升高到大約100。/。，也能夠像前面的實施例那樣，通過改變該目標(biāo)溫度而將沃伯指數(shù)維持在該限定范圍(例 如±5%)之內(nèi)。故而，該LNG發(fā)電站能夠可靠地連續(xù)運行。
在本實施例中，如果已打開BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，目標(biāo)溫 度計算單元15就首先讓第二目標(biāo)溫度計算器152的計算結(jié)果通過變化檢 測器153輸出。在預(yù)定時段之后，第一目標(biāo)溫度計算器151的結(jié)算結(jié)果才 由開關(guān)154輸出。
但是，本實施例可以按照如下方式修改。即，不切換這些計算結(jié)果， 而是對第一 目標(biāo)溫度計算器151和第二目標(biāo)溫度計算器152的輸入進行相 互切換，以便僅僅由變化檢測器153選擇的目標(biāo)溫度計算器來計算目標(biāo)溫 度T1。舉例來說，如果變化檢測器153檢測到己打開BOG出口閥數(shù)量的 變化，那么只由第二目標(biāo)溫度計算器152計算目標(biāo)溫度T1并將計算結(jié)果輸 出到命令生成器16。在變化檢測器153的預(yù)定時段之后，只由第一目標(biāo)溫 度計算器151計算目標(biāo)溫度T1并將計算結(jié)果輸出到命令生成器16。
第四實施例
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的LNG發(fā)電站的方框圖。本實施例 是第三實施例的一種擴展。如圖6所示，溫度控制設(shè)備14中安裝了發(fā)熱 量檢測器5的動態(tài)特性模型17。
動態(tài)特性模型17根據(jù)已打開BOG出口閥4的數(shù)量生成提前控制信 號(前饋信號)。命令生成器16接收該前饋信號作為校正信號。所以， 如果發(fā)熱量信號和相當(dāng)于該發(fā)熱量信號的狀態(tài)信號(已打開BOG出口閥 的數(shù)量)在組合時導(dǎo)致檢測延遲(基本延遲和靜寂時間)，該延遲可以 得到補償。于是，能夠以快速響應(yīng)速度和極高的精度獲得目標(biāo)溫度T1。
所以，命令生成器16能夠?qū)⒛繕?biāo)溫度Tl和燃氣加熱/冷卻設(shè)備7出 口處的實際燃氣出口溫度T2加以比較，并執(zhí)行溫度控制以使該燃氣出口 溫度是該燃氣輪機發(fā)電設(shè)備ll的最佳溫度。所以，即使該燃料特性由于BOG生成速率的變化而頻繁變化，或者即使BOG/LNG混合比例上升到大 約100%，沃伯指數(shù)也能夠通過改變該目標(biāo)溫度而被維持在該限定范圍 (例如±5%)之內(nèi)。故而，該LNG發(fā)電站能夠可靠地連續(xù)運行。
而且，動態(tài)特性模型17所生成的提前控制信號被作為校正信號發(fā)送 到命令生成器16。所以，該溫度能夠被提前控制。另外，該燃氣的燃料 指數(shù)也能夠在大的范圍內(nèi)以較高精度被維持在該限定范圍之內(nèi)。
在上述的每個實施例中，燃氣輪機發(fā)電單元ll不限于簡單的燃氣輪 機發(fā)電設(shè)施，它可以是組合循環(huán)發(fā)電站或既包括組合循環(huán)發(fā)電站也包括 水電站的另外一種發(fā)電站。
借助上述公開可以對本發(fā)明進行各種修改和變化。所以應(yīng)理解的是， 在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠以不同于本文具體所描述的方式 來實施。
權(quán)利要求
1、一種LNG發(fā)電站，包括燃氣輪機發(fā)電單元，具有燃氣輪機和發(fā)電機；LNG汽化設(shè)施，被設(shè)計成將汽化LNG作為燃氣供應(yīng)給所述燃氣輪機發(fā)電單元；從所述LNG汽化設(shè)施延伸到所述燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣供應(yīng)管道；燃氣加熱/冷卻設(shè)備，設(shè)置在所述燃氣供應(yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃氣輪機單元之間，并被設(shè)計成加熱和冷卻被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元中的燃氣；發(fā)熱量檢測器，被設(shè)計成檢測所述燃氣的發(fā)熱量；溫度檢測器，連接在所述燃氣供應(yīng)管道上所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備和所述燃氣輪機單元之間，并被設(shè)計成檢測所述燃氣的溫度；以及所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計成控制供應(yīng)到所述燃氣輪機發(fā)電單元的所述燃氣的溫度，所述溫度控制設(shè)備具有連接到所述發(fā)熱量檢測器的目標(biāo)溫度計算器，被設(shè)計成接收所述燃氣的發(fā)熱量并計算被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元的所述燃氣的目標(biāo)溫度；以及連接到所述目標(biāo)溫度計算器和所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備的命令生成器，被設(shè)計成接收所述目標(biāo)溫度和由所述溫度檢測器檢測到的所述燃氣的溫度信號，并通過比較所述目標(biāo)溫度和所述燃氣溫度來生成命令以控制所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備。
2、 如權(quán)利要求1所述的LNG發(fā)電站，其中所述發(fā)熱量檢測器是連接 在所述燃氣供應(yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備之 間的熱量計。
3、 如權(quán)利要求1所述的LNG發(fā)電站，其中所述發(fā)熱量檢測器是連接 在所述燃氣供應(yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備之 間的氣體色譜儀。
4、 如權(quán)利要求1所述的LNG發(fā)電站，其中所述發(fā)熱量檢測器是用于 檢測所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)并計算相當(dāng)于所述燃氣的發(fā)熱量的數(shù)值的 設(shè)備。
5、 如權(quán)利要求1所述的LNG發(fā)電站，其中所述第一發(fā)熱量檢測器是 用于檢測所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)并計算等價于所述燃氣的發(fā)熱量的數(shù) 值的設(shè)備，所述第二發(fā)熱量檢測器是連接在所述燃氣供應(yīng)管道上所述 LNG汽化設(shè)施和所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備之間的設(shè)備，并且所述目標(biāo)溫度 計算器被設(shè)計成接收由所述第一和第二發(fā)熱量檢測器檢測到的發(fā)熱量信號
6、 如權(quán)利要求5所述的LNG發(fā)電站，其中所述命令生成器具有所述 第二發(fā)熱量檢測器的動態(tài)特性模型。
7、 如權(quán)利要求6所述的LNG發(fā)電站，其中所述命令生成器被設(shè)計成 利用來自所述第一發(fā)熱量檢測器的信號通過動態(tài)特性模型校正來自所述 第二發(fā)熱量檢測器的信號的延遲。
8、 一種用于LNG發(fā)電站的燃氣溫度控制系統(tǒng)，所述LNG發(fā)電站具有 包含燃氣輪機和發(fā)電機的燃氣輪機發(fā)電單元、被設(shè)計成將汽化LNG作為 燃氣供應(yīng)到所述燃氣輪機發(fā)電單元的LNG汽化設(shè)施、以及從所述LNG汽 化設(shè)施延伸到所述燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣供應(yīng)管道，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述燃氣供應(yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃氣輪機單元 之間的燃氣加熱/冷卻設(shè)備，被設(shè)計成加熱和冷卻被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣；被設(shè)計成檢測所述燃氣的發(fā)熱量的發(fā)熱量檢測器；連接在所述燃氣供應(yīng)管道上所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備和所述燃氣輪 機單元之間的溫度檢測器，被設(shè)計成檢測所述燃氣的溫度；以及所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計成控制供應(yīng)到所述 燃氣輪機發(fā)電單元的所述燃氣的溫度，所述溫度控制設(shè)備具有連接到所述發(fā)熱量檢測器的目標(biāo)溫度計算器，被設(shè)計成接收所述燃 氣的發(fā)熱量并計算被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元的所述燃氣的目標(biāo)溫 度；以及連接到所述目標(biāo)溫度計算器和所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備的命令生成 器，被設(shè)計成接收所述目標(biāo)溫度和由所述溫度檢測器檢測到的所述燃氣 的溫度信號，并通過比較所述目標(biāo)溫度和所述燃氣溫度來生成命令以便 控制所述燃氣加熱/冷卻設(shè)備。
9、 一種運行LNG發(fā)電站的方法，所述方法包括檢測由LNG汽化設(shè)施供應(yīng)的燃氣的發(fā)熱量；生成控制所述燃氣的溫度的命令；根據(jù)所述命令來加熱/冷卻所述燃氣并將所述燃氣導(dǎo)入到燃氣輪機 發(fā)電單元；檢測被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元的所述燃氣的溫度；以及 根據(jù)所述發(fā)熱量計算被導(dǎo)入到所述燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣的目標(biāo) 溫度；其中通過將所述燃氣的溫度和所述目標(biāo)溫度加以比較來生成所述命令。
10、如權(quán)利要求9所述的運行LNG發(fā)電站的方法，其中所述檢測發(fā)熱量的步驟包括檢測所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)，計算等價于所述燃氣的發(fā)熱量的數(shù)值，作為第一發(fā)熱量，以及 檢測所述燃氣在加熱/冷卻前的發(fā)熱量，作為第二發(fā)熱量；以及所述生成的步驟包括利用所述第一發(fā)熱量并通過動態(tài)特性模型來校正所述第二發(fā) 熱量檢測對所述燃氣的發(fā)熱量的實際變化的延遲。
全文摘要
一種LNG(液化天然氣)發(fā)電站具有加熱/冷卻設(shè)備，該加熱/冷卻設(shè)備由溫度控制設(shè)備生成的命令加以控制，該溫度控制設(shè)備接收該燃氣的發(fā)熱量和溫度。從LNG汽化設(shè)施導(dǎo)入到燃氣輪機發(fā)電單元的燃氣的發(fā)熱量由發(fā)熱量檢測器檢測，該燃氣的溫度由溫度檢測器檢測。安裝在該溫度控制設(shè)備中的目標(biāo)溫度計算器根據(jù)該發(fā)熱量計算目標(biāo)溫度，安裝在該溫度控制設(shè)備中的命令生成器通過比較該目標(biāo)溫度和該燃料溫度來生成該命令。
文檔編號F02C7/224GK101684749SQ20091020659
公開日2010年3月31日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日
發(fā)明者三角滋, 中川俊二, 日野史郎, 杉森洋一, 寬 辻 申請人:株式會社東芝