專利名稱：操作燃?xì)廨啓C(jī)組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的操作燃?xì)廨啓C(jī)組的方法。
背景技術(shù)：
從US5353585中已得知一種方法，其中，霧化水在燃?xì)廨啓C(jī)組的壓縮機(jī)之前導(dǎo)入吸入空氣流中。由于蒸發(fā)冷卻作用，所述吸入空氣的密度會增大，進(jìn)而，工作流體的質(zhì)量流和所述燃?xì)廨啓C(jī)組的可達(dá)到的最大功率也會隨之增加。
在US6216443中，所提出的噴射水以下述方式進(jìn)行，即液滴進(jìn)入壓縮機(jī)。液滴在壓縮過程中于所述壓縮機(jī)內(nèi)蒸發(fā)，這樣就會對所述壓縮機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的內(nèi)部冷卻。除了可增加質(zhì)量流的作用以外，所述壓縮機(jī)之前的蒸發(fā)冷卻還會降低所述壓縮機(jī)所占用的功率，并且壓縮機(jī)出口溫度也會降低，從而，可增加在隨后的燃燒室中燃燒的燃料量?？傮w上，這樣就會使所述燃?xì)廨啓C(jī)組的可達(dá)到的最大功率增加，當(dāng)然，所述最大功率主要受所述工作流體的質(zhì)量流和許可渦輪機(jī)入口溫度限制。
而且，從US6012279中可得知在兩個局部壓縮機(jī)之間噴射液體。一方面，這可在第一和第二局部壓縮機(jī)中的壓縮步驟之間同樣實(shí)現(xiàn)對所述工作流體的冷卻，另一方面，還可在第二壓縮步驟之中同樣實(shí)現(xiàn)對所述工作流體的冷卻。
在專家界中，壓縮機(jī)中的流體噴射通常涉及到不同概念，例如“高霧化(high fogging)”、“過霧化(overfogging)”、“濕壓縮(wet compression)”和“過噴冷卻(overspray cooling)”。應(yīng)當(dāng)提及的是，例如如FR1563749所述，在任何情況下，正面作用已為大家本身公知很長時間。所述工作流體中的液體在壓縮過程中的蒸發(fā)可使相當(dāng)好地接近于等溫壓縮，等溫壓縮對裝置方面的要求相對較少。
現(xiàn)在還知道，為了冷卻所述工作流體，使用作為中間冷卻器的熱交換器或真正地使用致冷機(jī)冷卻所述吸入空氣。
壓縮機(jī)中的中間冷卻器在整個操作范圍內(nèi)均以滿冷卻功率頻繁操作。現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)組在寬的負(fù)載范圍內(nèi)偏離本身最大良好設(shè)計點(diǎn)操作。
US6216443提出，液體噴射應(yīng)只在以下情況時實(shí)施，即當(dāng)所述燃?xì)廨啓C(jī)組在沒有水噴射的情況下一直在滿載下操作時和當(dāng)額定功率仍高于實(shí)際交付的有效功率時。這意味著，所述燃?xì)廨啓C(jī)組本身在所述壓縮機(jī)的最大入口體積流量的情況下操作，并且渦輪機(jī)入口溫度處于最大許可值。通過向所述壓縮機(jī)中噴射液體冷卻所述工作流體用于進(jìn)一步增加功率。在此處所提出的方法中，噴射水的必需質(zhì)量流最初依據(jù)必需提供的附加有效功率確定和噴射。因此，所述燃?xì)廨啓C(jī)組會偏離滿載點(diǎn)，并且燃料供給會連續(xù)地增加直到所述燃?xì)廨啓C(jī)組再次在滿載條件下操作為止，所述燃?xì)廨啓C(jī)組在滿載條件下操作，也即在最大許可渦輪機(jī)入口溫度并且如有必要則完全打開的入口導(dǎo)翼列的情況下操作。
然而，在實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，在水滴從噴射位置到達(dá)壓縮機(jī)入口之前可存在大約0.5至2秒的持續(xù)時間。同樣地，所述燃?xì)廨啓C(jī)組中頻繁使用的調(diào)節(jié)和控制機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件的切換時間會延遲對水噴射所引起的溫度變化的探測，因此，還會延遲它們對燃料供給的作用。這樣，就會發(fā)現(xiàn)，水噴射只有在經(jīng)過一段時滯之后才變得有效。相似地，不可能實(shí)現(xiàn)噴射水量的任意快速達(dá)到和噴射水量的任意快速增加。而且，人們還發(fā)現(xiàn)，控制線路的上述無效時間和延遲時間會以下述方式降低控制回路的穩(wěn)定性，即可能反應(yīng)速度大大降低。因此，總而言之，在壓縮過程中采用冷卻所述工作流體的措施特別是在壓縮機(jī)之前噴射水不能無限制地用于快速增加功率。

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明旨在提供幫助。其特征如權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明基于以下目的，即提供一種在本說明書最開始部分所引用類型的但可避免現(xiàn)有技術(shù)的不足的方法。特別地，所述方法可使得非?？焖佟?shí)際無滯后地對燃?xì)廨啓C(jī)組的實(shí)際高于其基本滿載功率的功率需求作出反應(yīng)。在這一點(diǎn)上，所述燃?xì)廨啓C(jī)組的所述基本滿載功率是指，所述燃?xì)廨啓C(jī)組在不具有水噴射或另一個可變非永久性操作的冷卻系統(tǒng)的情況下在通常環(huán)境條件下-特別是具有主要影響的環(huán)境溫度和環(huán)境壓力-所能產(chǎn)生的有效功率。
根據(jù)本發(fā)明，利用權(quán)利要求1中的所有技術(shù)特征可實(shí)現(xiàn)上述目的。
在接近于或超過所述燃?xì)廨啓C(jī)組的所述基本滿載功率的功率需求的情況下，本發(fā)明的核心是通過在壓縮之前和/或在壓縮的過程中和/或在兩個壓縮步驟之間冷卻所述工作流體以下述方式調(diào)節(jié)所述滿載功率，即所述燃?xì)廨啓C(jī)組一直在低于所述滿載功率的情況下操作。在這一點(diǎn)上，所述滿載功率應(yīng)理解為當(dāng)以下情況時所產(chǎn)生的有效功率，即當(dāng)過程參數(shù)例如渦輪機(jī)入口溫度或在具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下的所有渦輪機(jī)入口溫度達(dá)到最大許可值時，或當(dāng)壓縮機(jī)出口溫度或壓縮機(jī)出口壓力達(dá)到最大許可值同時所述壓縮機(jī)的吸入體積流量達(dá)到其最大值時。在具有可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列的燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下，所述吸入體積流量主要由所述入口導(dǎo)翼列的設(shè)定值確定；在這種情況下，最大入口體積流量對應(yīng)于完全打開的入口導(dǎo)翼列。不言而喻，在例如從EP620362或US5454220中所得知的具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下，所有渦輪機(jī)的渦輪機(jī)入口溫度分別為用于所述滿載操作定義的相應(yīng)的最大許可值。如開始時所述，如果所述工作流體的冷卻發(fā)生在壓縮過程之前或壓縮過程之中，在以上述方式定義的工作點(diǎn)(工況)下所交付的功率就會增加，具體地講，原因如下，一方面，由于在所述壓縮機(jī)之前的冷卻會增加所述工作流體的質(zhì)量流，另一方面，由于在壓縮過程中冷卻的情況下會降低特有壓縮機(jī)功率消耗。而且，壓縮機(jī)出口溫度會降低，從而，可供給更多的熱量，這就意味著，所述滿載功率會增加。特別地，當(dāng)液體噴霧在壓縮機(jī)入口之前噴灑到所述工作流體中時，同時會有液滴滲入到所述壓縮機(jī)中，因此，借助于蒸發(fā)冷卻可利用上述兩方面的作用。由于通過采用上述方式所述滿載功率在任一情況下均會以下述方式設(shè)定，即所述燃?xì)廨啓C(jī)組在低于所述滿載功率的情況下操作，因此，可得到可快速啟用的備用功率。由于所述燃?xì)廨啓C(jī)組本身始終通過調(diào)節(jié)所述滿載功率操作而具有備用功率，所述備用功率可通過向壓縮工作流體增加熱量供給即在對開環(huán)過程操作的燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下通過向燃燒室增加燃料供給直接調(diào)用，因此，可以非常簡單的方式實(shí)際無延遲地對迅猛的功率需求作出反應(yīng)。這就意味著，在功率需求快速變化的情況下，例如通常在過高頻率或過低頻率的情況下，不必區(qū)別對待具有冷卻的操作和不具有冷卻的操作。
換言之，也可這樣敘述，所述吸入空氣的冷卻或空氣的中間冷卻主要不是用于將所述燃?xì)廨啓C(jī)組的功率調(diào)節(jié)至位于所述基本滿載功率之上的額定值或改變有效功率輸出，根據(jù)本發(fā)明，而是用于調(diào)節(jié)所述滿載點(diǎn)，即實(shí)際用于使燃?xì)廨啓C(jī)工作程序與不同的基準(zhǔn)系統(tǒng)匹配。
為了冷卻所述工作流體，在根據(jù)本發(fā)明的所述方法的一個優(yōu)選方法改變例中，液體特別是水在所述壓縮機(jī)入口上游噴射。由于蒸發(fā)作用，會使所述工作流體的質(zhì)量流在壓縮之前冷卻。如果液體滲入到所述壓縮機(jī)之中-可能由于噴射位置距離所述壓縮機(jī)入口非常近或由于噴射量非常大使得所述工作流體在所述壓縮機(jī)入口處出現(xiàn)過飽和-滲入的液體在壓縮過程中會繼續(xù)起到冷卻作用。在這種情況下，導(dǎo)入的液體量用于度量冷卻作用。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述滿載功率由標(biāo)準(zhǔn)滿載功率并通過相應(yīng)的修正項變換確定，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)滿載功率是在ISO環(huán)境條件即15℃的空氣溫度、1013hPa的空氣壓力和60％的相對空氣濕度的條件下確定的，所述修正項用于考慮環(huán)境壓力、溫度和濕度與標(biāo)準(zhǔn)條件的偏差。這種變換對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說非常熟悉，并且燃?xì)廨啓C(jī)的制造商對他們的不同類型的機(jī)器指定了相應(yīng)的修正項。而且，在計算過程中要考慮到所述冷卻作用。在此，機(jī)器特定的相應(yīng)修正公式的確定對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也非常熟悉。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述冷卻作用以下述方式設(shè)定，即渦輪機(jī)入口溫度比最大許可渦輪機(jī)入口溫度低一定值。因此，所述冷卻作用會被控制得使渦輪機(jī)入口溫度達(dá)到額定值，所述額定值低于最大許可渦輪機(jī)入口溫度。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例優(yōu)選在以下情況時使用，即在所述燃?xì)廨啓C(jī)組具有至少一個可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列且所述燃?xì)廨啓C(jī)組的操作概念是控制所述入口導(dǎo)翼列的設(shè)定值使渦輪機(jī)入口溫度即使在低于所述滿載功率的情況下也保持為最大值時。隨后，所述冷卻作用可以下述方式控制，即某一入口導(dǎo)翼列設(shè)定值作為目標(biāo)值。所述冷卻作用的控制目標(biāo)是使所述入口導(dǎo)翼列設(shè)定值達(dá)到額定值，在所述額定值下，所述壓縮機(jī)的入口體積流量小于入口導(dǎo)翼列完全打開時的最大可能值。
在又一個實(shí)施例中，實(shí)際相對功率由所述燃?xì)廨啓C(jī)組的實(shí)際有效功率和如上所述確定的所述滿載功率確定。所述冷卻作用以下述方式設(shè)定，即所述相對功率實(shí)際值在恒定的實(shí)際有效功率下被控制至額定值，因此，所述滿載功率也會以上述這種方式變化。因此，所述冷卻作用可被控制得達(dá)到滿載性能，在所述滿載性能下，所述實(shí)際有效功率比所述滿載功率低一定的百分比。所述相對功率實(shí)際值通過調(diào)節(jié)所述滿載功率使相對功率達(dá)到低于100％特別是處于90％至95％的范圍內(nèi)的額定值控制。在所述方法的又一個改變例中，所述滿載功率借助于冷卻設(shè)定為比所述有效功率額定值大的某一絕對值，例如10MW。
在所述相對功率額定值附近限定一個無效區(qū)特別有利，在所述無效區(qū)內(nèi)，對所述冷卻作用不進(jìn)行任何干預(yù)。例如，可以想到一種處理方法，其中，所述相對功率額定值為90％，無效區(qū)為±5％。此時，僅在所述實(shí)際相對功率下降到低于85％或上升到高于95％時進(jìn)行控制干預(yù)。這樣，可從根本上確保具有大小至少為所述滿載功率的5％的可快速調(diào)用的備用功率。寬的無效區(qū)可確保，所述控制系統(tǒng)不會以過靈敏的方式反應(yīng)，并且控制干預(yù)的次數(shù)被限制為最少，這無疑會有利于穩(wěn)定操作。當(dāng)然，上述操作方法也有助于使所述相對功率通常保持在某一目標(biāo)范圍內(nèi)。如果所述燃?xì)廨啓C(jī)組的操作概念通過控制可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列和合適情況下的另一個可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)導(dǎo)翼列可使所述渦輪機(jī)入口溫度保持為某一值，例如最大許可值，則可采用另一種控制干預(yù)準(zhǔn)則，所述控制干預(yù)準(zhǔn)則為，所述入口導(dǎo)翼列應(yīng)處于完全關(guān)閉的位置并且所述渦輪機(jī)入口溫度應(yīng)下降到最大許可值以下。在上述假設(shè)下，即使所述相對功率仍處于所述無效區(qū)之內(nèi)，也可感知到進(jìn)行控制干預(yù)，并且也可感知到降低所述冷卻作用。通過采用上述方式，燃燒盡的燃料量可保持非常高，而一氧化碳和未燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧帕靠杀３址浅５汀?br> 在根據(jù)本發(fā)明的所述方法的一個實(shí)施例中，在可非?？焖俚叵蝾~定有效功率變化的情況下，所述滿載功率初始時在大致恒定的冷卻作用下變化。當(dāng)然，此時所述相對功率和相對于所述滿載功率的所保持的備用功率也會變化。在偏離根據(jù)上面所作的敘述指定的各目標(biāo)值的情況下，或在離開目標(biāo)范圍的情況下，例如在偏離指定相對功率目標(biāo)值的情況下，或在所述實(shí)際功率與所述滿載功率之差下降到最小值以下時，啟動控制所述冷卻作用。如果例如所述相對功率向上偏離目標(biāo)值和位于許可范圍以外，在所述壓縮機(jī)之前噴射的水量例如會增加。由于所述冷卻作用以上述方式增加，因此，所述滿載功率也會增加；這樣，對于恒定的有效功率來說，所述實(shí)際相對功率就會下降，并且所述燃?xì)廨啓C(jī)組的工作點(diǎn)可再次被控制至所述額定相對功率。所述程序通常不按時序運(yùn)行，而是在所述有效功率仍正向額定值調(diào)節(jié)和控制時，對所述冷卻作用的控制就已經(jīng)開始。然后，同時會以較小的梯度以下述方式向所述滿載功率變化，即例如作為用作命令參數(shù)的相對功率的值起始時增加并且僅在隨后就在額定值下被控制至穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)然，上述程序也可采用與偏離其他指定額定值例如渦輪機(jī)入口溫度、入口導(dǎo)翼列設(shè)定值等相似的方式。當(dāng)然，在所述額定有效功率降低的情況下，也可作相似的考慮；在這種情況下，所述冷卻作用降低，目的是恢復(fù)額定操作條件。這時，向所述滿載功率的變化可比向所述實(shí)際功率的變化慢很多地進(jìn)行，當(dāng)然，這是由于后者在根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的所述方法的操作過程中和在初始滿載功率時總可以達(dá)到較低功率和較高功率。此時，所述實(shí)際功率可非常快速地變化足以滿足例如在過高頻率和過低頻率的情況下出現(xiàn)的瞬時功率需求。使用可變的冷卻作用，以再現(xiàn)初始操作條件。這可相對較慢地進(jìn)行；作為一個實(shí)例，所述實(shí)際功率在秒的時間范圍內(nèi)變化，所述額定功率在分鐘的時間范圍內(nèi)變化。通過上述方法，為上述相對較為延遲的反應(yīng)和控制線路的反應(yīng)時間留有余量。
總而言之，應(yīng)當(dāng)再次敘述，本發(fā)明的核心在于利用對吸入或部分壓縮工作流體的可變冷卻操作燃?xì)廨啓C(jī)組；所述冷卻優(yōu)選通過在所述壓縮機(jī)之前、在所述壓縮機(jī)中或在兩個壓縮步驟之間噴射液體特別是水實(shí)現(xiàn)，并且在上述過程中，以下述方式設(shè)定冷卻作用，即盡管所述燃?xì)廨啓C(jī)組的相應(yīng)的實(shí)際功率輸出下的操作條件在每種情況下均接近于所述燃?xì)廨啓C(jī)組的滿載工作點(diǎn)從而可例如確保具有良好的排放值和極好的效率，但所述實(shí)際功率還是一直設(shè)在所述滿載功率之下，這樣，就會具有可比必需借助于所述可變冷卻而被最初形成得可利用的備用功率更快速調(diào)用的備用功率。在這種情況下，作為描繪表示所述燃?xì)廨啓C(jī)組的相對于所述滿載工作點(diǎn)而言的工作點(diǎn)的所述燃?xì)廨啓C(jī)組的不同操作參數(shù)(的控制)可用作所述控制系統(tǒng)的命令參數(shù)。應(yīng)當(dāng)特別提及的是作為合適命令參數(shù)的所述相對功率，其在每種情況下均定義為當(dāng)前有效功率與當(dāng)前滿載有效功率之比，所述當(dāng)前滿載有效功率取決于所述冷卻作用、從所述有效功率到達(dá)相應(yīng)滿載功率的備用功率、輪機(jī)入口溫度或可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)導(dǎo)翼列特別是可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列的設(shè)定值。此時，所述冷卻作用在每種情況下均以下述方式控制，即所述命令參數(shù)設(shè)定為額定值或在目標(biāo)范圍之內(nèi)。在向目標(biāo)值控制的情況下，在額定值附近限定一個無效區(qū)非常有利，在所述無效區(qū)內(nèi)，控制單元不起作用，目的是在最小偏差的情況下防止所述控制單元的過靈敏干預(yù)。
基于從屬權(quán)利要求和以下描述的示例性實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明的其他有利實(shí)施例。


下面，使用附圖中所示的示例性實(shí)施例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明。附圖包括圖1示出了根據(jù)本發(fā)明操作的燃?xì)廨啓C(jī)組的第一個實(shí)例；圖2示出了在使用了根據(jù)本發(fā)明的所述方法時的圖1中的所述燃?xì)廨啓C(jī)組的重要操作參數(shù)的變化的一個實(shí)例；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明操作的另一個燃?xì)廨啓C(jī)組。
這里省去了對理解本發(fā)明而言不是直接必需的元件。所述示例性實(shí)施例應(yīng)理解為純粹用于說明目的，因此，不應(yīng)用于限制特征如權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)組(燃?xì)鉁u輪機(jī)組)中，工作流體流，在這種情況下為吸入(引入)空氣流11，在一個壓縮機(jī)1中壓縮至壓力pk，并且，在上述過程中，同時將吸入空氣流11加熱至溫度Tk。壓縮空氣13流入燃燒室2中。由一個燃料量設(shè)定單元計量的燃料14與壓縮空氣13混合，并且在空氣中燃燒。未膨脹的熱燃燒氣體15以壓力p1和渦輪機(jī)入口溫度T1流入渦輪機(jī)3中。壓力p1基本上等于壓縮機(jī)出口壓力pk減去燃燒室壓力損失。未膨脹的燃燒氣體15在渦輪機(jī)3中膨脹而達(dá)到壓力pex。所述壓力與環(huán)境壓力大致相同。在膨脹的過程中，在渦輪機(jī)中做功。排出氣體16以溫度Tex流出，并且可以本身公知的方式例如用于廢熱蒸汽發(fā)生器中。渦輪機(jī)3驅(qū)動布置在一根軸上的壓縮機(jī)1和發(fā)電機(jī)5。發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生有效電功率PACT。所述有效電功率PACT在控制單元23中與額定功率值PSET作比較，燃料設(shè)定單元20的設(shè)定參數(shù)Y1以下述方式由控制偏差形成，即燃料量根據(jù)功率的控制偏差增加或降低。一般而言，渦輪機(jī)入口溫度不進(jìn)行直接測量，而是例如根據(jù)渦輪機(jī)出口溫度和壓縮機(jī)末端壓力以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式計算得到。在本實(shí)例中，計算操作在控制單元18中進(jìn)行，所述控制單元18可限制渦輪機(jī)入口溫度T1使其為最大值。當(dāng)渦輪機(jī)入口溫度已達(dá)到最大許可值時，控制單元18就會在可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列22的設(shè)定值IGV中通過設(shè)定參數(shù)Y2進(jìn)行干預(yù)，從而，可大致地確定由壓縮機(jī)1吸入的空氣流體積。當(dāng)已達(dá)到許可渦輪機(jī)入口溫度時，控制單元18進(jìn)一步打開可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列22。這樣就會增大吸入體積流量，從而，由于吸入空氣的密度恒定也會使質(zhì)量流增大。因此，在恒定渦輪機(jī)入口溫度的情況下，可有更多的燃料14燃燒，從而，有效功率就會增加。當(dāng)所述入口導(dǎo)翼列已經(jīng)完全打開時，控制單元18限制燃料量。此時所述入口導(dǎo)翼列打開到最大程度，并且所述渦輪機(jī)入口溫度處于其最大值；這是所述燃?xì)廨啓C(jī)組的滿載工作點(diǎn)，這種操作條件下所交付的功率在這種情況下定為基本滿載功率。另外，液體17可在一個噴射裝置4中噴射到吸入空氣流11中。由于所述液體在所述壓縮機(jī)之前會蒸發(fā)，因此，在恒定吸入體積流量的情況下工作流體的質(zhì)量流會增大。如果液滴進(jìn)入到壓縮機(jī)1中，這些液滴會在壓縮過程中蒸發(fā)；這就會使壓縮機(jī)1占用的功率降低，并且可使壓縮機(jī)出口溫度Tk降低。由于質(zhì)量流的增大和壓縮機(jī)出口溫度的降低，因此，可在恒定的渦輪機(jī)入口溫度下燃燒較多燃料?？紤]到所述壓縮機(jī)所占用的功率得到了降低，可用于驅(qū)動所述壓縮機(jī)的功率就會顯著增加。因此，與所述基本滿載功率相比，滿載功率就會顯著增加。相反，對于恒定的實(shí)際有效功率PACT來說，作為實(shí)際有效功率與滿載功率之比的實(shí)際相對功率就會變得較小。這就意味著，在大致恒定或均勻稍微下降的燃料量的情況下，渦輪機(jī)入口溫度開始時會下降。根據(jù)上述控制概念，此時控制單元18開始作用，稍微關(guān)閉一下入口導(dǎo)翼列22，從而，渦輪機(jī)入口溫度會保持為最大值。所述燃?xì)廨啓C(jī)組相比較為遲緩地對所述液體在所述壓縮機(jī)之前的噴射作出反應(yīng)。例如對處理過高頻率或過低頻率來說必需的功率快速變化通過改變冷卻作用可僅得到有限程度地實(shí)現(xiàn)。例如作為壓縮機(jī)中間冷卻的借助于熱交換器的可變冷卻往往比干預(yù)噴射的液體量更遲緩地作出反應(yīng)。因此，根據(jù)本發(fā)明，所述燃?xì)廨啓C(jī)組至少只要在所述工作流體在所述壓縮機(jī)之前或中的冷卻仍然保留時實(shí)際上就不是在滿載條件下操作，但是在例如比基本滿載功率大的指定有效功率下，冷卻以下述方式操作，即，使用了冷卻的當(dāng)前滿載功率大于實(shí)際有效功率。這樣，就會有備用功率來更快速地進(jìn)一步增加實(shí)際功率。在所述實(shí)例中，在所述壓縮機(jī)之前噴射充足的水17，從而，滿載功率會比實(shí)際有效功率PACT和額定有效功率PSET大，以使得控制單元18不在燃料量設(shè)定參數(shù)極限的情況下操作。在本實(shí)例中，入口導(dǎo)翼列設(shè)定值IGV用作水量 的命令參數(shù)。通過改變噴射水量來進(jìn)而改變冷卻作用，控制入口導(dǎo)翼列22的設(shè)定值IGV使其為額定值IGVs，在所述IGVs下，所述入口導(dǎo)翼列沒有完全打開。從所述入口導(dǎo)翼列設(shè)定值的額定/實(shí)際值偏差，控制單元19形成用于噴射量 的設(shè)定參數(shù)Y3，其中所述噴射量 由設(shè)定單元21設(shè)定。當(dāng)然，其他操作參數(shù)也可用作命令參數(shù)，但是所述入口導(dǎo)翼列設(shè)定值特別容易得到，并且在相關(guān)的功率范圍內(nèi)，入口導(dǎo)翼列設(shè)定值與相對的功率之間具有非常高的相關(guān)性。
圖2以曲線圖的形式示出了圖1中的所述燃?xì)廨啓C(jī)組的一些參數(shù)的示例性變化。圖中繪制出了滿載功率PVL、實(shí)際功率PACT、實(shí)際相對功率PREL、入口導(dǎo)翼列位置設(shè)定值IGV和噴射液體量 隨著時間的變化情況。用縱軸表示的有基本滿載功率PVL，G、100％相對功率、用于冷卻作用的命令參數(shù)的額定值和額定入口導(dǎo)翼列設(shè)定值IGVs。開始時，所述實(shí)際功率剛好在所述滿載功率之下。所述入口導(dǎo)翼列的位置設(shè)定值仍低于額定值，并且所述入口導(dǎo)翼列仍基本關(guān)閉，而且水的質(zhì)量流 仍為零；這樣，用于控制冷卻作用即噴射水的質(zhì)量流的控制電路就仍未起作用。滿載功率PVL等于基本滿載功率PVL，G。為了增大實(shí)際功率，打開所述入口導(dǎo)翼列；噴射質(zhì)量流最初保持為零，滿載功率相應(yīng)地保持恒定。如果所述入口導(dǎo)翼列的開度超過了額定值，用于水噴射的所述控制系統(tǒng)就會起作用，并且水的質(zhì)量流 就會增大。如上所述，這會影響渦輪機(jī)入口溫度，并且所述入口導(dǎo)翼列打開會以相對較小的梯度進(jìn)一步增大功率。如果實(shí)際功率保持恒定，水的質(zhì)量流就進(jìn)一步增大，并直到將所述入口導(dǎo)翼列設(shè)定值控制為額定值為止。由于空氣在所述壓縮機(jī)的上游和所述壓縮機(jī)之中遭到冷卻，因此，所述燃?xì)廨啓C(jī)組的滿載功率就會隨著水的質(zhì)量流的增大而增大。所述相對功率最初時與實(shí)際功率同步相應(yīng)地增加，當(dāng)啟動水噴射時會更緩慢地增加，然后下降。盡管實(shí)際功率與基本滿載功率幾乎相同，但相對功率在噴射量穩(wěn)定之后明顯地低于100％。由于噴射水的冷卻，滿載功率高于實(shí)際功率。上述功率之差可作為能快速調(diào)用的備用功率使用。由于在時刻t4具有例如由低頻率引起的迅猛的功率需求，因此實(shí)際功率快速地增至幾乎滿載功率。相對功率相應(yīng)且特別突然地增至幾乎100％。所述入口導(dǎo)翼列不得大幾乎完全打開，從而，渦輪機(jī)入口溫度不會增至最大許可值以上。然后，圖1中所示的控制單元19以指定梯度增加水量。在恒定的實(shí)際功率下，滿載功率增加，相對功率下降。所述入口導(dǎo)翼列再次關(guān)閉。當(dāng)所述入口導(dǎo)翼列的位置設(shè)定值已再次達(dá)到額定值時，噴射量再次保持恒定，所述燃?xì)廨啓C(jī)組在額定工作點(diǎn)下工作并同時具有備用功率。如果在時刻t6功率突然下降，則所述入口導(dǎo)翼列也會迅速關(guān)閉；相對功率和實(shí)際功率均會下降?？刂茊卧?9相應(yīng)地作出反應(yīng)使水的質(zhì)量流降低。滿載功率下降，相對功率增加，并且所述入口導(dǎo)翼列會再次打開。在所述入口導(dǎo)翼列設(shè)定值的額定/實(shí)際值偏差再次被解除控制之前或在水噴射完全停止之前，水量一直降低，因此，控制單元19會在臨界(極限)處再次操作。根據(jù)上述燃?xì)廨啓C(jī)組的控制概念，由于渦輪機(jī)入口溫度可由控制單元18與入口導(dǎo)翼列設(shè)定值協(xié)同作用而保持恒定，因此，在提出的相對功率范圍內(nèi)渦輪機(jī)入口溫度均可保持恒定。
在任何情況下，僅在最大可能渦輪機(jī)入口溫度的情況下啟動可變冷卻均為本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，所述可變冷卻根據(jù)示例性實(shí)施例通過噴射水實(shí)施。在渦輪機(jī)入口溫度可借助于所述可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列控制的燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下，只在渦輪機(jī)入口溫度在適當(dāng)?shù)那闆r下為所有渦輪機(jī)入口溫度已達(dá)到最大滿載值時才啟動冷卻非常有利。相反，當(dāng)渦輪機(jī)入口溫度降到滿載值以下時，冷卻作用就會降低。這種操作模式確保所述燃?xì)廨啓C(jī)組一直在最可能地接近其設(shè)計點(diǎn)的情況下操作，特別地，燃料能很好地燃燒盡，這就意味著，可確保未燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉呐欧帕糠浅５汀?br> 圖3示出了在從EP620362中所得知的這種類型的順序點(diǎn)火燃?xì)廨啓C(jī)組上實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一個實(shí)例?；旧希鶕?jù)前面參看圖1所作的描述，其功能就會顯而易見，從而，在這點(diǎn)上省去了詳細(xì)描述。圖3中所示的所述燃?xì)廨啓C(jī)組的特有特征是，在兩個膨脹步驟之間至少會再一次向所述工作流體供給熱量。在所述燃?xì)廨啓C(jī)組中，初始時有一定量燃料14a在一個高壓燃燒室2a中于壓縮空氣13a中燃燒。熱燃燒氣體15a在一個高壓渦輪機(jī)3a中部分膨脹，例如，膨脹前后的壓力比為2。殘留氧氣含量大約為15％至17％的部分膨脹熱氣體流入一個低壓燃燒室2b中。所述低壓燃燒室特別是一種從EP669500中所得知的這種類型的自點(diǎn)火燃燒室。第二量的燃料14b供給到所述低壓燃燒室中并在其中燃燒，從而仍未膨脹的工作流體會被再次加熱，并最終在一個低壓渦輪機(jī)3b中膨脹至近似環(huán)境壓力。此外，所述壓縮機(jī)分為兩個串聯(lián)布置的局部壓縮機(jī)1a和1b，在局部壓縮機(jī)1a和1b之間布置著一個噴射冷卻器4b，液體可借助于所述噴射冷卻器4b噴灑到部分壓縮工作流體12中。由于所述液體的蒸發(fā)作用，部分壓縮工作流體12的溫度會降低；另外，液滴會滲入到高壓壓縮機(jī)1b中，從而，會在第二壓縮過程中冷卻所述工作流體。根據(jù)本發(fā)明，使液體可變地供給噴射裝置4a和4b，目的是如下所述控制滿載功率使其一直在實(shí)際功率之上。如結(jié)合圖1所述，控制單元23根據(jù)功率的控制偏差PSET-PACT形成燃料量設(shè)定參數(shù)，所述燃料量設(shè)定參數(shù)-根據(jù)別的文獻(xiàn)中所描述并且在這里并不是最重要的準(zhǔn)則-再分為兩個燃燒室的兩個燃料量設(shè)定單元20a和20b的設(shè)定參數(shù)Y5和Y6。而且，各渦輪機(jī)入口溫度均由經(jīng)過渦輪機(jī)的壓力比和渦輪機(jī)之后的溫度計算得到，這是因?yàn)閷?shí)際中渦輪機(jī)入口溫度由于技術(shù)測量原因很難單獨(dú)獲得。在這點(diǎn)上，假設(shè)經(jīng)過所述燃燒室的壓力下降量大致恒定，則高壓渦輪機(jī)3a的渦輪機(jī)入口溫度T1以下述方式確定，即根據(jù)壓縮機(jī)出口壓力pk以及所述高壓渦輪機(jī)之后的壓力和溫度p2和T2在控制單元18a中確定；所述低壓渦輪機(jī)的渦輪機(jī)入口溫度T3以別的文獻(xiàn)中全面描述的類似方式在控制單元18b中確定。在所述兩個控制單元中，可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列22的設(shè)定元件的設(shè)定參數(shù)Y2根據(jù)已確定的渦輪機(jī)入口溫度確定。以上述這種方式確定的所述兩個設(shè)定參數(shù)在一個邏輯元件25c中相互比較，然后將其中較大者特別傳遞給所述設(shè)定元件。此外，燃料量設(shè)定參數(shù)Y5和Y6的限制準(zhǔn)則由渦輪機(jī)入口溫度確定，所述燃料量設(shè)定參數(shù)Y5和Y6在各渦輪機(jī)入口溫度處于最大值和所述入口導(dǎo)翼列一直完全打開時應(yīng)用。上述這些參數(shù)與邏輯元件25a和25b中的燃料量設(shè)定參數(shù)比較，如果需要，就對此后進(jìn)一步向各設(shè)定元件傳遞的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行限制。在計算電路24中，當(dāng)前基本滿載功率PVL，G由所述燃?xì)廨啓C(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的基本滿載功率PISO和環(huán)境條件AMB計算得到，所述環(huán)境條件AMB特別是指環(huán)境空氣的溫度、壓力和濕度。這由冷卻作用即用作度量冷卻作用的噴射質(zhì)量流 和 進(jìn)一步修正。經(jīng)過這種操作所產(chǎn)生的結(jié)果為當(dāng)前滿載功率PVL。上述這些變換對使用流體力學(xué)和熱動力學(xué)關(guān)系式且對所述燃?xì)廨啓C(jī)組的構(gòu)件的特有特征非常熟悉的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說極其顯而易見。最后，比較產(chǎn)生相對功率PREL的實(shí)際有效功率PACT和當(dāng)前滿載功率PVL。最終，在控制單元19中，液體質(zhì)量流設(shè)定單元21a和21b的設(shè)定參數(shù)Y3和Y4由實(shí)際相對功率PREL和額定相對功率PREL，S的控制偏差確定，其中，所述設(shè)定單元21a和21b控制供給噴射裝置4a、4b的水的質(zhì)量流。在上述這種配置中，所述設(shè)定參數(shù)借助于一個滯后元件26供送，從而會在相對功率額定值附近限定一個無效區(qū)，在所述無效區(qū)內(nèi)控制干預(yù)會得到抑制，因此，可避免水量控制的過靈敏反應(yīng)。因此，如果相對功率大于相對功率額定值，至少一個所述噴射裝置的噴射質(zhì)量流 和/或 就會增加。這樣，當(dāng)前滿載功率PVL就會上升，對于恒定的實(shí)際有效功率來說，實(shí)際相對功率就會下降，因此，會接近于所述相對功率的額定值。相反，當(dāng)所述實(shí)際相對功率低于額定相對功率時，所述噴射質(zhì)量流會降低，目的是控制所述實(shí)際相對功率使其為額定值。通過上述方式，可在穩(wěn)態(tài)操作中以下述方式控制相對功率使其為相對功率額定值附近的無效區(qū)內(nèi)的一個值，所述相對功率額定值優(yōu)選處于90％至95％的范圍內(nèi)，即一直具有可快速調(diào)用的備用功率。由于上述原因，如果所述相對功率在渦輪機(jī)入口溫度下降到最大值以下，則對降低冷卻作用非常有利，盡管仍處于無效區(qū)之內(nèi)?？汕宄卣J(rèn)識到，如此所述，將相對功率控制至相對功率額定值比結(jié)合圖1所提出的將入口導(dǎo)翼列位置控制至入口導(dǎo)翼列位置的額定值復(fù)雜，但特別是在結(jié)合所述順序點(diǎn)火燃?xì)廨啓C(jī)組的情況下具有較好限定的備用功率?？刂瞥绦虿捎门c圖2中所示的實(shí)例相似的方式。
通過前面所作的描述和上述示例性實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可詳細(xì)深入地了解特征如權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明，從而，未在所述示例性實(shí)施例中描述但包含于權(quán)利要求書中的本發(fā)明的其他實(shí)施例可以展現(xiàn)出來。
附圖標(biāo)記列表1 壓縮機(jī)1a第一局部壓縮機(jī)，低壓壓縮機(jī)1b第二局部壓縮機(jī)，高壓壓縮機(jī)2 燃燒室2a第一燃燒室，高壓燃燒室2b第二燃燒室，低壓燃燒室3 渦輪機(jī)3a第一渦輪機(jī)，高壓渦輪機(jī)3b第二渦輪機(jī)，低壓渦輪機(jī)4，4a，4b 冷卻裝置，噴射裝置5 發(fā)電機(jī)11未壓縮工作流體，吸入空氣12部分壓縮工作流體13，13a 壓縮工作流體13b 部分膨脹燃燒氣體14，14a，14b 燃料15，15a，15b 熱燃燒氣體
16 膨脹工作流體，排出氣體17，17a，17b 冷卻液18，18a，18b 溫度控制單元19 控制單元20，20a，20b 燃料量設(shè)定元件21，21a，21b 冷卻液設(shè)定元件22 可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列23 功率控制單元24 計算元件25，25a，25b，25c 邏輯元件26 滯后元件AMB環(huán)境條件(壓力，溫度，濕度)IGV可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列的位置IGVS可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列的額定(標(biāo)準(zhǔn))位置 用于冷卻的液體質(zhì)量流PACT實(shí)際有效功率PSET額定有效功率PREL實(shí)際相對功率PREL，S額定相對功率PISO標(biāo)準(zhǔn)條件下的滿載功率PVL，G基本滿載功率
PVL當(dāng)前滿載功率，實(shí)際滿載功率pk壓縮機(jī)出口壓力p1第一渦輪機(jī)之前壓力p2第一渦輪機(jī)之后壓力p3第二渦輪機(jī)之前壓力pex最后一個渦輪機(jī)之后壓力Tk壓縮機(jī)出口溫度T1第一渦輪機(jī)之前溫度T2第一渦輪機(jī)之后溫度T3第二渦輪機(jī)之前溫度Tex最后一個渦輪機(jī)之后溫度Y1燃料量設(shè)定參數(shù)Y2入口導(dǎo)翼列設(shè)定參數(shù)Y3冷卻作用設(shè)定參數(shù)Y4冷卻作用設(shè)定參數(shù)Y5高壓燃燒室的燃料量設(shè)定參數(shù)Y6低壓燃燒室的燃料量設(shè)定參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種操作燃?xì)廨啓C(jī)組的方法，包括將工作流體(11)在至少一個壓縮機(jī)(1，1a，1b)中壓縮；在至少一個供熱元件(2a)中通過一定量的熱量供給將壓縮工作流體(13，13a)加熱至渦輪機(jī)入口溫度；使工作流體(15，15a，15b)在至少一個渦輪機(jī)(3，3a，3b)中膨脹；在所述工作流體膨脹的過程中產(chǎn)生軸功率；將所述軸功率的至少第一部分用于驅(qū)動所述壓縮機(jī)；所述軸功率中超過所述第一部分的一部分用作用于驅(qū)動功率消耗單元(5)的有效功率(PACT)；通過于壓縮之前和/或于壓縮過程中和/或于兩個壓縮步驟之間冷卻所述工作流體所產(chǎn)生的冷卻作用，所述燃?xì)廨啓C(jī)組的滿載功率(PVL)可被調(diào)節(jié)；以及所述燃?xì)廨啓C(jī)組的實(shí)際有效功率(PACT)被控制到額定有效功率；其特征在于，所述冷卻作用被以下述方式設(shè)定，即當(dāng)前滿載功率(PVL)大于實(shí)際有效功率(PACT)，以使得所述燃?xì)廨啓C(jī)組在實(shí)際相對功率(PREL)與當(dāng)前滿載功率(PVL)之比小于100％的情況下操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滿載功率定義為，在所述壓縮機(jī)的最大入口體積流量的情況下過程溫度和/或過程壓力處于最大許可值時的有效功率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滿載功率定義為，在所述壓縮機(jī)的最大入口體積流量的情況下所有渦輪機(jī)入口溫度均已達(dá)到最大許可限制值時的有效功率。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述入口體積流量由壓縮機(jī)入口導(dǎo)翼列(22)的設(shè)定值(IGV)確定。
5.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述壓縮機(jī)吸入環(huán)境空氣，并且所述滿載功率由基準(zhǔn)功率(PISO)、所述環(huán)境空氣和/或所述吸入空氣的壓力、所述環(huán)境空氣和/或所述吸入空氣的溫度、所述環(huán)境空氣和/或所述吸入空氣的濕度以及冷卻作用計算得出。
6.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述冷卻作用以下述方式控制，即，將操作參數(shù)控制至目標(biāo)值或目標(biāo)范圍之內(nèi)，所述操作參數(shù)適合于描述所述燃?xì)廨啓C(jī)組的相對于滿載工作點(diǎn)而言的工作點(diǎn)，所述操作參數(shù)用作控制系統(tǒng)的命令參數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述命令參數(shù)在穩(wěn)態(tài)操作中通過改變所述冷卻作用而被保持在所述目標(biāo)值附近的無效區(qū)之內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述相對功率用作所述控制系統(tǒng)的命令參數(shù)。
9.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述實(shí)際有效功率與所述當(dāng)前滿載功率之差用作所述控制系統(tǒng)的命令參數(shù)。
10.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列的位置用作命令參數(shù)。
11.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，渦輪機(jī)入口溫度用作所述控制系統(tǒng)的命令參數(shù)。
12.如權(quán)利要求6至11中任一所述的方法，其特征在于，在實(shí)際有效功率向著額定有效功率變化的情況下，所述實(shí)際功率以第一功率梯度變化，從而所述命令參數(shù)偏離其額定值或離開其目標(biāo)范圍，并且所述滿載功率通過以下述方式調(diào)節(jié)所述冷卻作用而變化到第二功率梯度，即，將所述命令參數(shù)再次控制至所述目標(biāo)值或額定范圍之內(nèi)，其中，所述第二功率梯度小于所述第一功率梯度。
13.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，通過改變在所述壓縮機(jī)之前和/或在所述壓縮機(jī)中和/或在所述兩個壓縮機(jī)之間導(dǎo)入所述工作流體中的液體的質(zhì)量流 來設(shè)定所述冷卻作用。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在噴射裝置(4，4a，4b)處導(dǎo)入的液體的質(zhì)量流 被用來實(shí)現(xiàn)所述冷卻作用。
全文摘要
在一種于燃?xì)廨啓C(jī)組額定滿載條件附近操作燃?xì)廨啓C(jī)中心的方法中，工作流體在壓縮之前和/或壓縮過程中的冷卻以下述方式設(shè)定，即可相應(yīng)獲得的滿載功率高于當(dāng)前功率。因此，快速的功率需求可通過增大渦輪機(jī)入口溫度或通過打開可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)翼列得到快速滿足，而采用具有較為遲緩傾向的冷卻作用控制來調(diào)節(jié)滿載工作點(diǎn)。
文檔編號F02C9/28GK1771385SQ200480009564
公開日2006年5月10日 申請日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者于爾根·赫夫曼, 湯姆·亞歷山大·奧丁·麥凱, 尼古勞斯·赫伯特·庫爾茨, 托比亞斯·施皮茨米勒 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司