操作具有分級(jí)和/或連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于操作具有分級(jí)和/或連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪的方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施用于操作具有分級(jí)和/或連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪的方法的燃?xì)鉁u輪。
【背景技術(shù)】
[0002]由于由非穩(wěn)定可再生源(例如，風(fēng)、太陽能)的發(fā)電增加，故現(xiàn)有的基于GT的發(fā)電站日益用于平衡電力需求和電網(wǎng)穩(wěn)定性，因此需要改進(jìn)的操作靈活性。這隱含了 GT發(fā)電站通常在低于基本負(fù)載設(shè)計(jì)點(diǎn)的負(fù)載下操作，即，在較低燃燒器入口和燃燒溫度下。在某些極限下，這降低了火焰穩(wěn)定性和燒盡，同時(shí)增加了 CO排放產(chǎn)生。
[0003]同時(shí)，排氣極限值和總體排放許可變得更緊，以致于需要:
在較低排放值下操作；
在部分負(fù)載操作下且在瞬變操作期間也保持低排放，因?yàn)檫@些也算作累積的排放極限。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)成應(yīng)對(duì)操作條件下的某些可變性，例如，通過調(diào)整壓縮機(jī)入口質(zhì)量或控制不同焚燒器、燃料級(jí)或燃燒器間的燃料分流。關(guān)于該方面的目的在關(guān)于分級(jí)或連續(xù)燃燒構(gòu)想的燃?xì)鉁u輪中給出，當(dāng)在不同燃燒溫度下操作第一和第二級(jí)或燃燒器的可能性已經(jīng)允許較寬負(fù)載范圍內(nèi)的操作的優(yōu)化時(shí)。
[0005]從EP0646704A1出現(xiàn)了一種用于控制燃?xì)鉁u輪發(fā)電站的方法，該燃?xì)鉁u輪發(fā)電站基本上包括壓縮機(jī)單元(I)、高壓燃燒室(4)、高壓渦輪(6)、低壓燃燒室(9)、低壓渦輪(12)和發(fā)電機(jī)(14)，用于高壓燃燒室(4)的燃料(FH)量通過由低壓渦輪(12)的出口處的溫度(T13)的值減去該處可檢測的相應(yīng)溫升(DELTA T)構(gòu)成的校正溫度信號(hào)調(diào)整。該溫度信號(hào)(T13-DELTA T)通過從低壓渦輪(12)的出口處測得的溫度減去引入到低壓燃燒室(9)中的燃料(FL)量產(chǎn)生的溫升(DELTA T)來記錄。對(duì)于低壓燃燒室(9)的燃料(FL)量，使用低壓渦輪(12)的出口處的未校正的溫度信號(hào)。
[0006]根據(jù)EP0646705A1的本發(fā)明提出了一種用于在渦輪發(fā)電站中提供部分負(fù)載操作的方法。該燃?xì)鉁u輪發(fā)電站基本上包括壓縮機(jī)單元(I)、布置在壓縮機(jī)單元(I)下游的HP燃燒室⑷、布置在該HP燃燒室(4)下游的HP渦輪(5)、布置在該HP渦輪(5)下游的LP燃燒室(8)，通過自燃操作，并且其熱氣體作用于LP渦輪(11)上。將LP燃燒室(8)中的燃料量減少至零將HP渦輪(5)的出口處的溫度保持基本上恒定。在降低LP燃燒室(8)中的燃料量期間，用于HP燃燒室(4)的燃料量還保持大致恒定，并且HP渦輪(5)的入口處的溫度因此同樣保持恒定。
[0007]關(guān)于EP0718470A2的燃?xì)鉁u輪包括壓縮機(jī)(I)、具有對(duì)應(yīng)的高壓渦輪(6)和低壓渦輪(10)的第一燃燒室⑷和第二燃燒室(8)，以及至少一個(gè)發(fā)電機(jī)(13)。燃?xì)鉁u輪的部分負(fù)載操作通過調(diào)整壓縮機(jī)導(dǎo)葉來達(dá)到標(biāo)稱負(fù)載的百分之50以下的負(fù)載而實(shí)現(xiàn)。在調(diào)整期間，高壓渦輪入口溫度保持恒定，而低壓渦輪入口溫度連續(xù)下降。低壓渦輪出口溫度保持恒定。對(duì)于低于使用導(dǎo)葉調(diào)整實(shí)現(xiàn)的那些的負(fù)載，首先是低壓接著是高壓渦輪入口溫度降低。
[0008]從EP0921292A1出現(xiàn)了一種用于調(diào)節(jié)以連續(xù)燃燒操作的燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)組的方法，其中操作第一燃燒室所必需的燃料量首先隨壓縮機(jī)的出口處主要的壓力變化而控制。該燃料量與該壓力之間的比借助于再現(xiàn)第一渦輪的入口處的溫度與該溫度的期望值的偏差的因數(shù)連續(xù)地更新。操作第二燃燒室所必需的燃料量隨第二渦輪入口處主要的壓力變化而控制，并且該燃料量與該壓力之間的比同樣借助于再現(xiàn)第二渦輪的入口溫度與該溫度的期望值的偏差的因數(shù)連續(xù)地更新。系統(tǒng)中的慣性借助于該壓力支持調(diào)節(jié)來中和。
[0009]此外，為了保護(hù)環(huán)境起見，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的CO排放需要減少。此類排放已知在燃燒室中沒有足夠的時(shí)間確保CO到0)2的氧化和/或該氧化由于與燃燒器中的冷區(qū)接觸而局部驟冷時(shí)發(fā)生。由于燃燒器入口和/或燃燒溫度在部分負(fù)載狀態(tài)下較小，故CO到0)2的氧化變更慢，因此CO排放通常在這些狀態(tài)下趨于增加。
[0010]CO排放的減少繼而可通過在燃?xì)鉁u輪的停機(jī)點(diǎn)處減小燃?xì)鉁u輪負(fù)載來利用。這由于減少的CO2(并且在一些情況中是其它污染物)排放而減小了環(huán)境影響，并且由于發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)期間的較少燃料消耗而降低了電力的總成本。最后，由于節(jié)省了 CO催化劑，故CO排放減少可投入降低第一成本。在該情況下，可避免CO催化劑(或至少減少)。同時(shí)，由于催化劑而出現(xiàn)的損失將消除(或至少減少)，并且因此發(fā)電站的總體效率提高。
[0011]根據(jù)US2012/0017601A1，該現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)為用于操作燃?xì)鉁u輪的方法，其保持了操作第二燃燒器的焚燒器的空氣比λ低于部分負(fù)載操作期間的最大空氣比Amax。該方法基本上特征為三個(gè)新元素，并且還為可獨(dú)立地或組合地實(shí)施的補(bǔ)充措施。
[0012]該情況中的最大空氣比Amax取決于在焚燒器和燃燒器的設(shè)計(jì)時(shí)將觀察到的CO排放極限，以及還取決于操作條件，即是說，尤其是焚燒器入口溫度。
[0013]第一元素為成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的操作原理的變化，這允許第二燃燒器僅在較高部分負(fù)載下進(jìn)入操作。從空載操作開始，成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉已經(jīng)打開，同時(shí)僅第一燃燒器操作。這允許在第二燃燒器必須進(jìn)入操作之前負(fù)載升高至較高相對(duì)負(fù)載。如果成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉打開并且高壓渦輪的熱氣體溫度或渦輪入口溫度達(dá)到極限，則第二燃燒器供應(yīng)有燃料。
[0014]此外，成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉快速閉合。在高壓渦輪的恒定渦輪入口溫度TIT下閉合成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉而沒有對(duì)策將導(dǎo)致相對(duì)功率的顯著減小。
[0015]為了避免該功率減小，引入到第二燃燒器中的燃燒質(zhì)量流可增加。第二燃燒器進(jìn)入操作所處的最低負(fù)載和進(jìn)入第二燃燒器中的最少燃料流因此顯著地增加。
[0016]結(jié)果，第二燃燒器的最低熱氣體溫度也增加，這減小了空氣比λ，并且因此減少了CO排放。用于減小空氣比λ的第二元素為通過在部分負(fù)載操作期間升高高壓渦輪的渦輪排氣溫度TATl和/或低壓渦輪的渦輪排氣溫度ΤΑΤ2的操作原理的變化。該升高允許了打開成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉來轉(zhuǎn)移至較高的負(fù)載點(diǎn)。
[0017]常規(guī)地，第二渦輪的最高渦輪排氣溫度針對(duì)滿載情況確定，并且燃?xì)鉁u輪和可能的下游廢熱鍋爐根據(jù)該溫度來設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致了第二渦輪的最高熱氣體溫度在部分負(fù)載操作期間不由ΤΙΤ2(第二渦輪的渦輪入口溫度)限制，其中成排的可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉閉合，而由ΤΑΤ2(第二渦輪的渦輪排氣溫度)限制。由于在具有至少一排可變壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉閉合的部分負(fù)載下，質(zhì)量流和因此橫跨渦輪的壓力比減小，故渦輪入口溫度與渦輪排氣溫度之比也減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]由于出于機(jī)械完整性原因的可能的燃燒溫度升高的限制，故現(xiàn)有的構(gòu)想可不足以在整個(gè)部分負(fù)載范圍期間將CO排放控制至給定值。
[0019]上述限制利用本發(fā)明通過同時(shí)控制第二級(jí)或第二燃燒器中的操作的焚燒器的數(shù)量和燃燒器入口導(dǎo)葉的位置來解決，從而允許了單個(gè)焚燒器在足夠低的空氣與燃料比下操作，而不需要升高渦輪操作溫度。
[0020]因此，由本發(fā)明解決的主要技術(shù)問題在于在低負(fù)載下相對(duì)于連續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)的CO排放、穩(wěn)定燃燒和燃燒效率的改進(jìn)的燃?xì)鉁u輪燃燒性能，允許了提高的操作靈活性。
[0021]在卸載燃?xì)鉁u輪，像例如，申請人的稱為GT24/GT26的連續(xù)燃燒燃?xì)鉁u輪期間，并且例如根據(jù)EP0620362A1，其中該文獻(xiàn)形成本說明書的組成部分，第二級(jí)焚燒器獨(dú)立地或組合地連續(xù)地切斷，使得焚燒器在與在較高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下的相同熱氣體溫度下保持操作，并且從而保持相同低CO排放。根據(jù)提出的方法，TAT_strike(最大局部渦輪出口溫度)保持不變，這導(dǎo)致降低的TAT2 (第二渦輪的平均渦輪出口溫度)，因?yàn)闇u輪出口溫度在切斷的焚燒器下游局部地降低。
[0022]為了保持操作中的焚燒器下游的足夠熱氣體溫度，調(diào)整壓縮機(jī)的VIGV(可變?nèi)肟趯?dǎo)葉)。對(duì)于卸載，一個(gè)或多個(gè)焚燒器切斷，并且VIGV可同時(shí)打開，以便保持相同的功率輸出。對(duì)于加載，一個(gè)或多個(gè)焚燒器開啟，并且VIGV可同時(shí)閉合，以便保持相同功率輸出。在焚燒器對(duì)于略微減小的負(fù)載設(shè)定點(diǎn)必須切斷的情況中，由于局部熱氣體溫度限制，故燃料質(zhì)量流將控制為較低，并且負(fù)載將因此下降。這通過打開VIGV來將負(fù)載調(diào)整至命令的設(shè)定點(diǎn)來補(bǔ)償。通過打開VIGV，進(jìn)入質(zhì)量流增加，因此允許至有效焚燒器的燃料質(zhì)量流的增大。此外，第二渦輪上的壓力比增大，從而增大用于不變的TAT_strike的剩余操作的焚燒器的熱氣體溫度(負(fù)載以相反順序類似地執(zhí)行)。
[0023]基于這些發(fā)現(xiàn)，構(gòu)想可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)，其在環(huán)形和/或筒形構(gòu)架中的連續(xù)燃燒(具有或不具有高壓渦輪)下運(yùn)行。
[0024]關(guān)于連續(xù)燃燒，