用于操作燃氣輪機的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于操作燃氣輪機的方法。具體而言，燃氣輪機(1)具有帶可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的壓縮機(2)。燃氣輪機輸出功率至少部分地通過控制可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口來控制?？勺?nèi)肟趯驅(qū)~開口被控制在最大開口與最小開口之間。表示由可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的函數(shù)(F)具有從可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的最大開口到最小開口的增大的線趨勢(T)。函數(shù)(F)具有函數(shù)(F)在其中小于應力極限(L)的操作窗(OW1,OW2,OW3)，以及在兩個操作窗(OW1,OW2,OW3)之間的至少一個中間窗(IW1,IW2)，在中間窗(IW1,IW2)中，函數(shù)(F)大于應力極限(L)。在從一個操作窗(OW1,OW2,OW3)穿過中間窗(IW1,IW2)移動到另一個操作窗(OW1,OW2,OW3)時，操作窗(OW1,OW2,OW3)中的可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的調(diào)節(jié)通過以給定速度打開或閉合可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)來完成。
【專利說明】
用于操作燃氣輪機的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于操作燃氣輪機的方法，其可用于獨立的但也可用于聯(lián)合的循環(huán)發(fā)電設備操作。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電設備的燃氣輪機通常設計成在高負載(例如，燃氣輪機標稱負載的60%到100%之間)下以高效率和降低的排放操作。在低負載下操作意味著高排放，但由于低負載下的操作是例外且將僅在有限時間內(nèi)執(zhí)行，故接受這些高排放。
[0003]目前，燃氣輪機必須和可恢復的發(fā)電設備一起操作;這需要燃氣輪機的更大靈活性，且大體上需要燃氣輪機在低負載下操作較長時間；這使得在低負載下以高排放操作不再可接受。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個方面包括提供一種允許燃氣輪機在低負載下操作的方法。
[0005]本發(fā)明的另一個方面包括提供一種允許燃氣輪機在低負載下停機的方法，使得燃氣輪機在電網(wǎng)頻率(其中發(fā)電機由連接或未連接到電網(wǎng)的燃氣輪機驅(qū)動)下運行，但發(fā)電機不提供電力至電網(wǎng)或它們僅提供有限電力至電網(wǎng)；在此情況下，燃氣輪機準備好在發(fā)電機需要時快速加載來將電力提供至電網(wǎng)。
[0006]這些和其它方面可通過提供根據(jù)所附權(quán)利要求的方法來獲得。
【附圖說明】
[0007]進一步的特征和優(yōu)點將從該方法的優(yōu)選但非排他實施例的描述變得更清楚，其在附圖中通過非限制性示例的方式示出，在附圖中:
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的操作窗中的可能的VIGV開口-壓縮機葉片應力關(guān)系；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的操作窗中的可能的VIGV開口-壓縮機葉片應力關(guān)系；
圖3示出了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的示例；
圖4和圖5示出了燃燒室和其主要構(gòu)件；
圖6和圖7示出了具有不同開口的VIGV。
[0008]參考標號 I燃氣輪機
2壓縮機 2a_2d壓縮機級 3燃燒室 4渦輪
6可變?nèi)肟趯驅(qū)~ 9燃燒器 10焚燒器
12槽口
13預混燃料噴射器 14引導燃料噴射器 15鍋爐 16汽輪機 17冷凝器 18栗 20排氣器 21基準軸線 F表示機械應力的函數(shù) L應力極限 Iffl,IW2中間窗 Offl,OW2,Off3 操作窗 T線趨勢。
【具體實施方式】
[0009]在下文中，首先描述了燃氣輪機和燃氣輪機是其一部分的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備。
[0010]燃氣輪機I包括壓縮機2、燃燒室3和渦輪4。
[0011]壓縮機2具有可變?nèi)肟趯驅(qū)~6，其包括其位置可為了調(diào)整進入壓縮機的氧化劑(諸如空氣)的流(入口質(zhì)量流)而調(diào)整的導葉。在可變?nèi)肟趯驅(qū)~6下游，壓縮機2具有若干壓縮機級2a、2b、2c、2d，其通常分別包括旋轉(zhuǎn)葉片和靜止導葉。壓縮機級的數(shù)目取決于特定需要;例如，圖3示出了四個壓縮機級，但無論如何將清楚的是，壓縮機2可具有少于四個級或多于四個級，諸如十個級或甚至更多。
[0012]在壓縮機2的下游，燃氣輪機I具有燃燒室3。燃燒室3優(yōu)選為預混燃燒室(S卩，適于在預混狀態(tài)下燃燒燃料的燃燒室)。燃燒室3具有連接到一個或通常多于一個焚燒器10的燃燒器9。在操作期間，燃料和空氣一起供應到焚燒器1中以形成混合物，混合物然后從焚燒器10行進到燃燒器9中，其在那里燃燒。
[0013]圖5示出了焚燒器的示例。焚燒器可具有圓錐形狀，帶有用于空氣進入的槽口12和在槽口 12附近的預混燃料噴射器13。
[0014]此外，優(yōu)選地，焚燒器10還具有用于將燃料直接地噴射到燃燒器9中的引導燃料噴射器14;經(jīng)由引導燃料噴射器14噴射的引導燃料經(jīng)歷擴散燃燒。引導燃料噴射器14可位于各個焚燒器10周圍，例如，在圓周上。
[0015]在燃燒室3下游，燃氣輪機I具有渦輪4，其使燃燒室中生成的熱氣體膨脹來收集機械能，例如，啟動發(fā)電機(未示出)。
[0016]圖3示出了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的示例，其還包括接收從渦輪4排放的排氣的鍋爐15以蒸發(fā)水且生成過熱蒸汽。過熱蒸汽在汽輪機16中膨脹以進一步收集機械能，例如，用于啟動發(fā)電機(連接到燃氣輪機的相同發(fā)電機或不同發(fā)電機)。
[0017]連接在汽輪機16下游的是用于冷凝蒸汽的冷凝器17，以及用于將源自冷凝的水轉(zhuǎn)送至鍋爐15的栗18。
[0018]在穿過鍋爐15之后，排出氣體被傳送至排氣器20且排放到大氣中。
[0019]為了控制渦輪(且因此整個聯(lián)合循環(huán)發(fā)發(fā)電設備)的負載，有可能控制燃燒室3內(nèi)的熱氣體溫度;然而，此類控制將大致影響低負載下的燃氣輪機的效率。為此，為了控制燃氣輪機負載，優(yōu)選的是控制和調(diào)整經(jīng)由可變?nèi)肟趯驅(qū)~6穿過燃氣輪機的質(zhì)量流。通過該控制，一起調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量流和燃料量，使得調(diào)節(jié)燃氣輪機負載，但火焰溫度良好保持遠離貧乏吹熄狀態(tài);因此，限制或避免了火焰熄滅和高排放。
[0020]調(diào)整可變?nèi)肟趯驅(qū)~6除調(diào)整質(zhì)量流之外，還引起可變?nèi)肟趯驅(qū)~6下游的壓縮機葉片中的高應力。當可變?nèi)肟趯驅(qū)~6的開口減小時，應力增大。為此，傳統(tǒng)上，可變?nèi)肟趯驅(qū)~6的調(diào)節(jié)僅在有限開口范圍中完成，例如，在O到-30°的開口范圍中，以便限制壓縮機葉片上的應力(0°表示具有最大開口的基準位置，其中可變?nèi)肟趯驅(qū)~6相對于基準軸線21旋轉(zhuǎn)0°，該位置在圖6中示出；-30°表示具有減小的開口的位置，其中可變?nèi)肟趯驅(qū)~6相對于基準軸線21旋轉(zhuǎn)30°，且在圖7中示出)。
[0021]例如，圖1示出了可變?nèi)肟趯驅(qū)~(VIGV)開口與應力之間的關(guān)系。
[0022]函數(shù)F表示由壓縮機的葉片經(jīng)歷的應力；函數(shù)F例如可經(jīng)由施加在葉片上且連接到無線電發(fā)射機的變形傳感器來測量。
[0023]L表示對于壓縮機葉片的應力極限，高于其，可靠操作不再可能。對于葉片可限定不同應力極限，例如，對于連續(xù)操作的應力極限或?qū)τ谒矔r操作的應力極限;L表示對于連續(xù)操作的應力極限。
[0024]傳統(tǒng)上，燃氣輪機的進一步負載調(diào)節(jié)(例如，在進一步閉合VIGV超過例如-30°時，由于太高應力而不可能進行負載調(diào)節(jié))僅通過調(diào)節(jié)燃料供應而沒有任何空氣調(diào)節(jié)來完成，在太少量燃料給送至燃氣輪機的情況下具有達到貧乏吹熄狀態(tài)的風險。
[0025]發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，應力不會連續(xù)地增大，但存在應力增大的區(qū)和應力減小的區(qū)，即，應力不會以單調(diào)方式增大;這允許了以可靠方式在比有限窗(例如，O到-30°)更寬的窗中的可變?nèi)肟趯驅(qū)~調(diào)節(jié);換言之，根據(jù)本發(fā)明，有可能以有限排放(由于操作遠離貧乏吹熄狀態(tài))且在對于燃氣輪機的可靠操作狀態(tài)中，通過也在低負載下的VIGV調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)燃氣輪機負載。
[0026]根據(jù)該方法
一燃氣輪機輸出功率至少通過控制可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口(這允許控制氧化劑，即，穿過壓縮機2的入口質(zhì)量流，諸如空氣)控制，
-可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口被控制在最大開口(例如，0°，圖6)與最小開口(例如，-50°)之間，
一表示由可變?nèi)肟趯驅(qū)~下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的函數(shù)F具有從可變?nèi)肟趯驅(qū)~6的最大開口(例如，0°)到最小開口(例如，-50°)的增大線趨勢T，
一表示由可變?nèi)肟趯驅(qū)~下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的函數(shù)F具有:
操作窗0W1、0W2、0W3，其中函數(shù)F小于應力極限L，
兩個操作窗0W1-0W2和0W2-0W3之間的至少一個中間窗IWl、IW2，在中間窗IWl、IW2中，函數(shù)F大于應力極限L，
一在應力極限L處或低于應力極限L，燃氣輪機可靠地連續(xù)操作，且高于應力極限L，燃氣輪機不可以可靠地連續(xù)操作。
[0027]該方法包括
一調(diào)節(jié)操作窗0W1、0W2、0W3中的可變?nèi)肟趯驅(qū)~6，
一在從一個操作窗0W1、0W2、0W3穿過中間窗IW1、IW2移動到另一個操作窗時，以給定速度打開或閉合可變?nèi)肟趯驅(qū)~6。
[0028]例如，當在操作窗OWl中操作且期望減小燃氣輪機負載時，可變?nèi)肟趯驅(qū)~6從基準位置(最大開口，0°)到更閉合的位置(例如，-30°)閉合(供應到燃燒室3中的燃料量也減少)。然后，可變?nèi)肟趯驅(qū)~6很快(根據(jù)給定速度)從-30°閉合至-36°以快速穿過中間窗IW1。在中間窗IWl中，應力高于壓縮機葉片可連續(xù)地經(jīng)歷的應力極限L，但由于壓縮機葉片經(jīng)歷該高應力的時間有限，故穿過中間窗IWl不會影響壓縮機葉片的壽命時間。然后，從_36°，壓縮機葉片可在-36°到-39°之間進一步調(diào)節(jié)(在低負載下)。在必須克服中間窗IW2的情況下，過程與所述的相同。此外，在需要加載來代替減載(即，需要例如從操作窗0W2到操作窗OWl的通路)的情況下，過程與描述為具有明顯變化的那些相同(加載代替減載，且燃料量增大代替減小)。
[0029]在不同示例中，函數(shù)(F)可表示:
一壓縮機級中經(jīng)歷最大應力的壓縮機級的葉片的機械應力，或一第二壓縮機級2b (確定在該級處應力較高)的葉片的應力，或一第三壓縮機級2c (確定在該級處應力較高)的葉片的應力。
[0030]給定速度必須等于或大于用于可變?nèi)肟趯驅(qū)~6的調(diào)節(jié)的最小可允許速度。例如，最小可允許速度可限定中間區(qū)域IWl和/或IW2內(nèi)的最大允許時間。
[0031 ]在不同示例中，給定速度為可變?nèi)肟趯驅(qū)~6的最大調(diào)節(jié)速度，或給定速度為對應于燃氣輪機的加載或減載速度的可變?nèi)肟趯驅(qū)~的速度。
[0032]例如，燃氣輪機的連續(xù)調(diào)節(jié)可在操作窗OWl、0W2、0W3中執(zhí)行。連同該調(diào)節(jié)或作為備選，還有可能使用用于在低負載下使燃氣輪機停機的不同操作窗。
[0033]在此情況下，該方法包括調(diào)節(jié)可變?nèi)肟趯驅(qū)~，
一在對應于用于燃氣輪機的負載調(diào)節(jié)的較大入口導向?qū)~開口的第一操作窗OWl中，一在對應于用于在低負載下使燃氣輪機停機且使其準備用于負載增大的較小入口導向?qū)~開口的操作窗0W2、0W3中。
[0034]例如，燃氣輪機可在對應于具有-38°(即，在操作窗OWl內(nèi))的可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口的燃氣輪機標稱負載的40%的負載下和在對應于具有-46° (S卩，在操作窗0W2內(nèi))的可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口的燃氣輪機標稱負載的20%的負載下停機。
[0035]自然，所述特征可與彼此獨立地提供。
【主權(quán)項】
1.一種用于操作燃氣輪機的方法，其中 所述燃氣輪機(I)具有帶可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的壓縮機(2)， 燃氣輪機輸出功率至少通過控制可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口來控制， 所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~開口被控制在最大開口與最小開口之間， 表示由所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的函數(shù)(F)具有從所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的最大開口到最小開口的增大的線趨勢(T)， 所述函數(shù)(F)具有 所述函數(shù)(F)在其中小于應力極限(L)的操作窗(OWl，0W2，0W3)， 兩個操作窗(0W1，0W2，0W3)之間的至少一個中間窗(IW1，IW2)，在所述中間窗(IW1，IW2)中，所述函數(shù)(F)大于所述應力極限(L)， 在所述應力極限(L)處或低于所述應力極限(L)，所述燃氣輪機可以可靠地連續(xù)操作，且高于所述應力極限，所述燃氣輪機不可以可靠地連續(xù)操作， 其特征在于， 在所述操作窗(0W1，0W2，0W3)中調(diào)節(jié)所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)， 在從一個操作窗(OWl，0W2，0W3)穿過中間窗(IWl，IW2)移動到另一個操作窗(0W1，0W2，0W3)時以給定速度打開或閉合所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述給定速度等于或大于用于所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的調(diào)節(jié)的最小可允許速度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述給定速度為所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的最大調(diào)節(jié)速度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述給定速度為對應于所述燃氣輪機(I)的加載或減載速度的所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)的速度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6): 至少在對應于用于所述燃氣輪機(I)的負載調(diào)節(jié)的較大入口導向?qū)~開口的第一操作窗(OWl)中， 至少在對應于用于在低負載下使所述燃氣輪機停機且使其準備用于負載增大的較小入口導向?qū)~開口的操作窗(0W2，0W3)中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述壓縮機(2)具有若干壓縮機級(2a，2b，2c，2d)， 所述函數(shù)(F)表示所述壓縮機級中經(jīng)歷最大應力的壓縮機級的葉片的機械應力。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述壓縮機(2)具有若干壓縮機級(2a，2b，2c，2d)， 表示由所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的所述函數(shù)(F)表示第二壓縮機級(2b)的葉片的應力。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述壓縮機(2)具有若干壓縮機級(2a，2b，2c，2d)， 表示由所述可變?nèi)肟趯驅(qū)~(6)下游的壓縮機葉片經(jīng)歷的機械應力的所述函數(shù)(F)表示第三壓縮機級(2c)的葉片的應力。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃氣輪機(I)為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的 bο 廣,Htl
【文檔編號】F02C9/20GK105952541SQ201610131953
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】S.似拉頭, M.米可里, W.卡皮似, F.馬昵
【申請人】安薩爾多能源英國知識產(chǎn)權(quán)有限公司