專利名稱：液化天然氣發(fā)電站及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有燃?xì)廨啓C(jī)的液化天然氣(LNG)發(fā)電站，尤其涉及 具有燃?xì)鉁囟瓤刂葡到y(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(yùn)行方法。
通用燃?xì)廨啓C(jī)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(lái)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?。這種燃?xì)獗粚?dǎo)入到燃?xì)廨啓C(jī) 來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)能量被傳輸?shù)桨l(fā)電站來(lái)產(chǎn)生電力。
被普遍認(rèn)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?xì)狻?br> 在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站中，LNG汽化設(shè)施和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)施通常是分 開(kāi)建造的。所以，在這兩個(gè)設(shè)施之間不存在交聯(lián)運(yùn)行，它們是獨(dú)立運(yùn)行 的。例如，日本專利No. 3214709、日本專利申請(qǐng)公開(kāi)特開(kāi)平2-240499、 日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2001-124295、日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2002-l 15564、日本專 利申請(qǐng)公開(kāi)2002-188460和日本專利申請(qǐng)公開(kāi)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(méi)有公開(kāi)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(duì)存儲(chǔ)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(jìn)入該LNG貯罐也是不可避免的。 所以，不斷有少量燃?xì)鈴乃鎯?chǔ)的LNG中汽化。這些燃?xì)獗环Q為汽化燃 氣(BOG)。
該LNGC罐中產(chǎn)生的BOG通過(guò)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(jī)加壓。此后，該BOG與從該汽化 器輸出的LNG通過(guò)燃?xì)夤?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(jìn)口的，LNG的特性隨LNG的原產(chǎn)地而變 化。所以，存儲(chǔ)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?xì)夤?yīng)管道上裝備有熱量計(jì)或氣體色譜儀來(lái) 檢測(cè)或計(jì)算該燃?xì)獾陌l(fā)熱量，并控制該LNG汽化設(shè)施的燃?xì)饬鲃?dòng)速率以 便使該燃?xì)獾陌l(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?xì)夤?yīng)管道上裝備有 燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備。測(cè)量該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備出口處的燃?xì)鉁囟?，并?測(cè)量信號(hào)傳送到該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備。該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備控制該燃?xì)?的溫度，以便使導(dǎo)入到該燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)鉁囟缺３趾线m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(méi)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(lái)說(shuō)，在接收LNG時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的BOG。在冬季氣溫低的時(shí)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(jī)這
樣的設(shè)備來(lái)控制BOG的流動(dòng)速率，以防止LNG貯罐中的過(guò)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?xì)廨啓C(jī)。
燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)于燃料具有限度。這個(gè)限度大約是由表達(dá)式(1)所示的、
被稱為沃伯指數(shù)(Wobbe Index)的值(該指數(shù)是該燃?xì)獍l(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?xì)獾谋戎兀籘gas為該燃?xì)獾慕^ 對(duì)溫度(蘭金度)。
BOG的發(fā)熱量不同于LNG的發(fā)熱量。所以，隨著B(niǎo)OG流動(dòng)速率變化， 燃?xì)赓|(zhì)量特性迅速地變化。結(jié)果，流入該發(fā)電設(shè)施的燃?xì)廨啓C(jī)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(shuō)±5 %)之內(nèi)。所以，有必要在該燃?xì)夤?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?xì)饬鲃?dòng)速率的貯罐。另外，如果該燃?xì)庵蠦OG的混合比例上升到接 近100%，就很難運(yùn)行該燃?xì)廨啓C(jī)。
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(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種LNG發(fā)電站及 其運(yùn)行方法，即使在該BOG生成速率變化時(shí)本發(fā)明的LNG發(fā)電站也能夠可靠地實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)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?xì)廨?br> 機(jī)和發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元；(b)被設(shè)計(jì)成將汽化LNG作為燃?xì)夤?應(yīng)到該燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)夤?yīng)管道；(d)設(shè)置在該燃?xì)夤?yīng)管道 上該LNG汽化設(shè)施和該燃?xì)廨啓C(jī)單元之間的燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備，被設(shè)計(jì) 成加熱/冷卻被導(dǎo)入到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)猓?e)被設(shè)計(jì)成檢測(cè) 該燃?xì)獾陌l(fā)熱量的發(fā)熱量檢測(cè)器；(f)連接在該燃?xì)夤?yīng)管道上該燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備和該燃?xì)廨啓C(jī)單元之間的溫度檢測(cè)器，被設(shè)計(jì)成檢測(cè)燃?xì)?的溫度；以及(g)該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計(jì)成控 制供應(yīng)到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)鉁囟?，該溫度控制設(shè)備具有連接 到該發(fā)熱量檢測(cè)器的目標(biāo)溫度計(jì)算器，被設(shè)計(jì)成接收該燃?xì)獾陌l(fā)熱量并 計(jì)算被導(dǎo)入到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)獾哪繕?biāo)溫度；以及連接到該目 標(biāo)溫度計(jì)算器和該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的命令發(fā)生器，被設(shè)計(jì)成接收該目 標(biāo)溫度和由該溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的該燃?xì)獾臏囟刃盘?hào)，并通過(guò)比較該目 標(biāo)溫度和該燃?xì)鉁囟葋?lái)生成控制該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的命令。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于LNG發(fā)電站的燃?xì)鉁囟瓤?制系統(tǒng)，該發(fā)電站具有包括燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元，被 設(shè)計(jì)成將汽化LNG作為燃?xì)夤?yīng)到該燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)夤?yīng)管道， 該系統(tǒng)包括(a)連接在該燃?xì)夤?yīng)管道上該LNG汽化設(shè)施和該燃?xì)廨?機(jī)單元之間的燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備，被設(shè)計(jì)成加熱和冷卻被導(dǎo)入到該燃?xì)?輪機(jī)發(fā)電單元的燃?xì)猓?b)被設(shè)計(jì)成檢測(cè)該燃?xì)獾陌l(fā)熱量的發(fā)熱量檢測(cè) 器；(c)連接在該燃?xì)夤?yīng)管道上該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備和該燃?xì)廨啓C(jī) 單元之間的溫度檢測(cè)器，被設(shè)計(jì)成檢測(cè)該燃?xì)獾臏囟?；以?d)該燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，它被設(shè)計(jì)成控制供應(yīng)到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)獾臏囟龋摐囟瓤刂圃O(shè)備具有連接到該發(fā)熱量檢測(cè)器的目 標(biāo)溫度計(jì)算器，被設(shè)計(jì)成接收該燃?xì)獾陌l(fā)熱量并計(jì)算被導(dǎo)入到該燃?xì)廨?機(jī)發(fā)電單元的燃?xì)獾哪繕?biāo)溫度；以及連接到該目標(biāo)溫度計(jì)算器和該燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備的命令發(fā)生器，被設(shè)計(jì)成接收該燃?xì)獾哪繕?biāo)^U度和由該溫 度檢測(cè)器檢測(cè)到的該燃?xì)獾臏囟刃盘?hào)，并通過(guò)比較該目標(biāo)溫度和該燃?xì)?的溫度來(lái)生成控制該燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的命令。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種運(yùn)行LNG發(fā)電站的方法，該方 法包括(a)檢測(cè)由LNG汽化設(shè)施供應(yīng)的燃?xì)獾陌l(fā)熱量；(b)生成控 制該燃?xì)鉁囟鹊拿睿?c)根據(jù)該命令加熱/冷卻該燃?xì)獠⒃撊細(xì)鈱?dǎo) 入到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元；(d)檢測(cè)被導(dǎo)入到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)?溫度；以及(e)根據(jù)該發(fā)熱量計(jì)算被導(dǎo)入到該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元中的燃 氣的目標(biāo)溫度；其中通過(guò)將該燃?xì)鉁囟扰c該目標(biāo)溫度加以比較來(lái)生成該 命令。


根據(jù)下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明特定的、說(shuō)明性實(shí)施例的討論，本發(fā)明 的上述和其他特點(diǎn)和改進(jìn)會(huì)變得更清楚，在這些附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)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(shí)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(shí)施例的LNG發(fā)電站的方框圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)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(shí)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(shí)施例的LNG發(fā)電站的方框圖；以及 圖7是一個(gè)典型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的方框圖。
具體實(shí)施方式
下文將參考這些附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。第一實(shí)施例
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)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(gè)LNG貯罐1。這些LNG貯罐是絕熱的。各 LNG忙罐1通過(guò)各自的BOG出口閥4被連接到公共BOG壓縮機(jī)4C。各 LNG貯罐1也通過(guò)各自的增壓泵2連接到公共汽化器3。燃?xì)夤?yīng)管 道6從BOG壓縮機(jī)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?xì)夤?yīng)管道6通過(guò)燃料控制閥10延伸到燃?xì)廨?機(jī)發(fā)電單元ll。發(fā)熱量檢測(cè)器5例如用于檢測(cè)或計(jì)算燃?xì)獍l(fā)熱量的熱量 計(jì)或氣體色譜儀，被安裝在燃?xì)夤?yīng)管道6上LNG汽化設(shè)施40和燃料控 制閥10之間。
燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7設(shè)置于燃?xì)夤?yīng)管道6上發(fā)熱量檢測(cè)器5 和燃?xì)饪刂崎y10之間。溫度檢測(cè)器8被安裝在燃?xì)夤?yīng)管道6上燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備7和燃料控制閥10之間以便檢測(cè)燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7 的出口處的燃?xì)鉁囟?。溫度控制設(shè)備14被連接到發(fā)熱量檢測(cè)器5、溫度 檢測(cè)器8和燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7。
圖7是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元ll的方框圖。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元ll中， 被壓縮機(jī)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(lái)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?xì)廨啓C(jī)35來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，其中的轉(zhuǎn)動(dòng)能量被傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)36來(lái)產(chǎn)生 電力。
LNG貯罐1中存儲(chǔ)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(jī)4C。如果LNG汽化設(shè)施40具有多個(gè)LNG貯罐1，則來(lái)自各LNG貯 罐1的BOG就被收集起來(lái)并被輸送到BOG壓縮機(jī)4C。 BOG壓縮機(jī)4C對(duì) 該BOG加壓。此后，該BOG通過(guò)燃?xì)夤?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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元11的 燃?xì)獾牧鲃?dòng)速率。溫度檢測(cè)器8檢測(cè)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?xì)饬鲃?dòng)速率的貯罐。
溫度控制設(shè)備14包括目標(biāo)溫度計(jì)算器151和命令生成器16。目標(biāo)溫度 計(jì)算器151從發(fā)熱量檢測(cè)器5接收信號(hào)。作為發(fā)熱量檢測(cè)器5，可以使 用能檢測(cè)估計(jì)發(fā)熱量的燃?xì)鉄崃坑?jì)或氣體色譜儀。然后，目標(biāo)溫度計(jì)算 器151計(jì)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(hào)T1和 由安裝在燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出口處的溫度檢測(cè)器8檢測(cè)到的溫度 信號(hào)，并將控制命令輸出到燃?xì)饧訜?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(jì)算器151從發(fā)熱量檢 測(cè)器5接收發(fā)熱量信號(hào)，更具體地講，接收低發(fā)熱量(LHV)信號(hào)，并 借助表達(dá)式(2)計(jì)算目標(biāo)溫度T1，以便由表達(dá)式(1)表示的沃伯指數(shù) 保持基本不變。溫度計(jì)算器151將T1信號(hào)傳送到命令生成器16。
目標(biāo)溫度Tl =(LHV乙 (2)
其中WI是該燃?xì)獾奈植笖?shù)的目標(biāo)值，而M是該燃?xì)獾谋戎亍?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(cè)器8檢 測(cè)到的溫度T2加以比較。PID計(jì)算器162對(duì)T1和T2間的偏差進(jìn)行P (比例) /1 (積分)/D (微分)運(yùn)算，并將合適的溫度控制命令輸出到燃?xì)饧訜? 冷卻設(shè)備7。根據(jù)該溫度控制命令，燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7能夠使作為BOG和LNG混合物的燃?xì)獾奈植笖?shù)維持基本不變。
如上所述，該LNG發(fā)電站的第一實(shí)施例根據(jù)流過(guò)LNG汽化設(shè)施40中 的燃料供應(yīng)管道6的燃?xì)獾陌l(fā)熱量設(shè)定燃?xì)獬隹谔幍哪繕?biāo)溫度T1。將目 標(biāo)溫度T1和燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2加以比 較，而且對(duì)該溫度加以控制以便保持燃?xì)獬隹跍囟萒2適合于燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)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(yùn)行。
第二實(shí)施例
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LNG發(fā)電站的方框圖。如圖3所示， 本實(shí)施例與第一實(shí)施例有局部差別，這個(gè)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(cè)器5接收信號(hào)。
安裝在溫度控制設(shè)備14內(nèi)的目標(biāo)溫度計(jì)算器152接收表示已打開(kāi) BOG出口閥4的數(shù)量的信號(hào)，該信號(hào)被用作相當(dāng)于發(fā)熱量的狀態(tài)量信號(hào) 以代替由發(fā)熱量檢測(cè)器5檢測(cè)到的發(fā)熱量。已打開(kāi)BOG閥4的數(shù)量的信 號(hào)被輸入到目標(biāo)溫度計(jì)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(shí)施例沒(méi)有差別， 它們被賦予完全相同的參考符號(hào)，這里省略對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。 ,在根據(jù)本實(shí)施例的LNG發(fā)電站中，已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量的信 號(hào)被發(fā)送到目標(biāo)溫度計(jì)算器152。根據(jù)已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量，目 標(biāo)溫度計(jì)算器152計(jì)算適合于發(fā)電設(shè)施41的目標(biāo)溫度T1并將T1信號(hào)發(fā)送 到命令生成器16。
命令生成器16將經(jīng)過(guò)目標(biāo)溫度計(jì)算器152的計(jì)算所獲得的目標(biāo)溫度 Tl和燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2加以比較。命令生成器16中的PID計(jì)算器162 (見(jiàn)圖2)對(duì)T1和T2之間的偏差進(jìn)行P (比 例)/1 (積分)/D (微分)運(yùn)算，并將合適的溫度控制命令輸出到燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備7。根據(jù)該溫度控制命令，燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7能夠使 作為BOG和LNG混合物的燃?xì)獾奈植笖?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(hào)的已打開(kāi) BOG出口閥4的數(shù)量將T1設(shè)定為該燃?xì)庠谌細(xì)獬隹谔幍哪繕?biāo)溫度，其中 該狀態(tài)量信號(hào)相當(dāng)于沃伯指數(shù)表達(dá)式中的所檢測(cè)到的發(fā)熱量。所獲得目 標(biāo)溫度Tl和燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2由比較 器161進(jìn)行相互比較。溫度被控制成使燃?xì)獬隹跍囟萒2保持適合于燃?xì)廨?機(jī)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(guò)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(yùn)行。
第三實(shí)施例
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的LNG發(fā)電站的方框圖。圖5是 本實(shí)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(yùn)行出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，燃?xì)獾?發(fā)熱量變化對(duì)已運(yùn)行的BOG出口閥數(shù)量的變化會(huì)有小的延遲。
所以，如果像第一實(shí)施例中那樣，將來(lái)自發(fā)熱量檢測(cè)器5 (例如燃 氣熱量計(jì)或氣體色譜儀)的檢測(cè)信號(hào)導(dǎo)入到溫度控制設(shè)備14，那么與第 二實(shí)施例中表示已運(yùn)行BOG出口閥4數(shù)量的信號(hào)被導(dǎo)入到溫度控制設(shè) 備14的情況相比，響應(yīng)速度會(huì)下降，但精度會(huì)提高。
相反，如果像第二實(shí)施例中那樣將已運(yùn)行BOG出口閥數(shù)量信號(hào)導(dǎo)入 到溫度控制設(shè)備14，那么與來(lái)自發(fā)熱量檢測(cè)器5 (例如燃?xì)鉄崃坑?jì)或氣 體色譜儀)的檢測(cè)信或少會(huì)下降，但響應(yīng)速度會(huì)更快。
所以，本發(fā)明已被設(shè)計(jì)成獲得溫度控制設(shè)備14，該控制設(shè)備既利用 了第一實(shí)施例的高精度特點(diǎn)，也利用了第二實(shí)施例的高響應(yīng)速度特點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，目標(biāo)溫度計(jì)算單元15被用來(lái)代替第一實(shí)施例中的目 標(biāo)溫度計(jì)算器l51或第二實(shí)施例中的目標(biāo)溫度計(jì)算器152 。
在圖5中，來(lái)自發(fā)熱量檢測(cè)器5的檢測(cè)信號(hào)被發(fā)送到第一目標(biāo)溫 度計(jì)算器151。已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量被作為狀態(tài)量信號(hào)發(fā)送到第 二目標(biāo)溫度計(jì)算器152，其中該狀態(tài)量信號(hào)相當(dāng)于BOG出口閥4所檢測(cè) 到的發(fā)熱量。目標(biāo)溫度計(jì)算器151和152各自計(jì)算目標(biāo)溫度T1。至于這些 目標(biāo)溫度計(jì)算器151和152如何借助表達(dá)式(2)來(lái)計(jì)算目標(biāo)溫度T1以使表 達(dá)式(1)所表示的沃伯指數(shù)維持基本不變，在第一和第二實(shí)施例中已經(jīng) 加以說(shuō)明。
圖5中的標(biāo)號(hào)"153"表示用于檢測(cè)已打開(kāi)BOG出口閥4數(shù)量的變 化的變化檢測(cè)器。當(dāng)已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量變化時(shí)，變化檢測(cè)器153 檢測(cè)這種變化并將切換信號(hào)發(fā)送到開(kāi)關(guān)154以便使第二目標(biāo)溫度計(jì)算器 152的計(jì)算結(jié)果被發(fā)送到命令生成器16。在已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量 發(fā)生變化之后再經(jīng)過(guò)后面將要加以說(shuō)明的特定時(shí)段(預(yù)定時(shí)段)，變化 檢測(cè)器153發(fā)給開(kāi)關(guān)154返回信號(hào)(或者操作取消信號(hào))，以便使第一目 標(biāo)溫度計(jì)算器151的計(jì)算結(jié)果代替第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152的計(jì)算結(jié)果被 發(fā)送到命令生成器16。
變化檢測(cè)器153的預(yù)定時(shí)段的設(shè)置方法如下。即，該燃?xì)獾陌l(fā)熱量在 己打開(kāi)出口閥4的數(shù)量變化之后略遲一點(diǎn)才開(kāi)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(shí)段，就可以設(shè)置變化檢測(cè)器153的預(yù)定時(shí) 段。
現(xiàn)在假設(shè)已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生了變化。那么，已打開(kāi) BOG出口閥4的數(shù)量信號(hào)立即變化。所以，變化檢測(cè)器153立即工作，并且第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152利用表達(dá)式(2)計(jì)算對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元 ll最佳的燃?xì)饽繕?biāo)溫度Tl，以便表達(dá)式(1)中所示的沃伯指數(shù)保持基本
不變。變化檢測(cè)器153將該值輸出到命令生成器16。
在已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量變化之后再經(jīng)過(guò)上述預(yù)定時(shí)段，變化 檢測(cè)器153將返回信號(hào)發(fā)給命令生成器16。而開(kāi)關(guān)154傳送第一目標(biāo)溫度 計(jì)算器151根據(jù)來(lái)自發(fā)熱量檢測(cè)器5的檢測(cè)信號(hào)所得的計(jì)算結(jié)果，以代 替第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152的計(jì)算結(jié)果。
一旦已打開(kāi)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(jì)算器152輸出的目標(biāo)溫度T1和溫度檢測(cè)器8檢測(cè)到的、燃?xì)?加熱/冷卻設(shè)備7出口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2加以比較。命令生成器 16通過(guò)控制燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7來(lái)控制該燃?xì)獬隹跍囟?，以使該燃?xì)?出口溫度基本等于目標(biāo)溫度T1。在變化檢測(cè)器153的上述預(yù)定時(shí)段之后， 命令生成器16將第一目標(biāo)溫度計(jì)算器151輸出的目標(biāo)溫度T1和溫度檢測(cè) 器8檢測(cè)到的、燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2加 以比較。命令生成器16通過(guò)控制燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7來(lái)控制該燃?xì)獬?口溫度，以使該燃?xì)獬隹跍囟然镜扔谀繕?biāo)溫度T1。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的LNG發(fā)電站中，流過(guò)LNG 汽化設(shè)施40中的供應(yīng)管道的燃?xì)獾陌l(fā)熱量信號(hào)以及作為狀態(tài)信號(hào)的已打 開(kāi)BOG出口閥數(shù)量信號(hào)被輸入到溫度控制設(shè)備14，該狀態(tài)信號(hào)相當(dāng)于該 發(fā)熱量。如果已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，根據(jù)已打開(kāi)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(guò)事先設(shè)置的預(yù)定時(shí)段之后，根據(jù)該發(fā)熱量信號(hào)所獲得的另一個(gè)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(duì)已打開(kāi)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(shí)施例那樣，通過(guò)改變?cè)撃繕?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(yùn)行。
在本實(shí)施例中，如果已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量發(fā)生變化，目標(biāo)溫 度計(jì)算單元15就首先讓第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152的計(jì)算結(jié)果通過(guò)變化檢 測(cè)器153輸出。在預(yù)定時(shí)段之后，第一目標(biāo)溫度計(jì)算器151的結(jié)算結(jié)果才 由開(kāi)關(guān)154輸出。
但是，本實(shí)施例可以按照如下方式修改。即，不切換這些計(jì)算結(jié)果， 而是對(duì)第一 目標(biāo)溫度計(jì)算器151和第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152的輸入進(jìn)行相 互切換，以便僅僅由變化檢測(cè)器153選擇的目標(biāo)溫度計(jì)算器來(lái)計(jì)算目標(biāo)溫 度T1。舉例來(lái)說(shuō)，如果變化檢測(cè)器153檢測(cè)到己打開(kāi)BOG出口閥數(shù)量的 變化，那么只由第二目標(biāo)溫度計(jì)算器152計(jì)算目標(biāo)溫度T1并將計(jì)算結(jié)果輸 出到命令生成器16。在變化檢測(cè)器153的預(yù)定時(shí)段之后，只由第一目標(biāo)溫 度計(jì)算器151計(jì)算目標(biāo)溫度T1并將計(jì)算結(jié)果輸出到命令生成器16。
第四實(shí)施例
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的LNG發(fā)電站的方框圖。本實(shí)施例 是第三實(shí)施例的一種擴(kuò)展。如圖6所示，溫度控制設(shè)備14中安裝了發(fā)熱 量檢測(cè)器5的動(dòng)態(tài)特性模型17。
動(dòng)態(tài)特性模型17根據(jù)已打開(kāi)BOG出口閥4的數(shù)量生成提前控制信 號(hào)(前饋信號(hào))。命令生成器16接收該前饋信號(hào)作為校正信號(hào)。所以， 如果發(fā)熱量信號(hào)和相當(dāng)于該發(fā)熱量信號(hào)的狀態(tài)信號(hào)(已打開(kāi)BOG出口閥 的數(shù)量)在組合時(shí)導(dǎo)致檢測(cè)延遲(基本延遲和靜寂時(shí)間)，該延遲可以 得到補(bǔ)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?xì)饧訜?冷卻設(shè)備7出 口處的實(shí)際燃?xì)獬隹跍囟萒2加以比較，并執(zhí)行溫度控制以使該燃?xì)獬隹?溫度是該燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)改變?cè)撃繕?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(yùn)行。
而且，動(dòng)態(tài)特性模型17所生成的提前控制信號(hào)被作為校正信號(hào)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?xì)獾娜剂?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(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元ll不限于簡(jiǎn)單的燃?xì)廨?機(jī)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(kāi)可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)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(lái)實(shí)施。
權(quán)利要求
1、一種LNG發(fā)電站，包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元，具有燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)；LNG汽化設(shè)施，被設(shè)計(jì)成將汽化LNG作為燃?xì)夤?yīng)給所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元；從所述LNG汽化設(shè)施延伸到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)夤?yīng)管道；燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備，設(shè)置在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃?xì)廨啓C(jī)單元之間，并被設(shè)計(jì)成加熱和冷卻被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元中的燃?xì)猓话l(fā)熱量檢測(cè)器，被設(shè)計(jì)成檢測(cè)所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量；溫度檢測(cè)器，連接在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備和所述燃?xì)廨啓C(jī)單元之間，并被設(shè)計(jì)成檢測(cè)所述燃?xì)獾臏囟龋灰约八鋈細(xì)饧訜?冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計(jì)成控制供應(yīng)到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的所述燃?xì)獾臏囟?，所述溫度控制設(shè)備具有連接到所述發(fā)熱量檢測(cè)器的目標(biāo)溫度計(jì)算器，被設(shè)計(jì)成接收所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量并計(jì)算被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的所述燃?xì)獾哪繕?biāo)溫度；以及連接到所述目標(biāo)溫度計(jì)算器和所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的命令生成器，被設(shè)計(jì)成接收所述目標(biāo)溫度和由所述溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的所述燃?xì)獾臏囟刃盘?hào)，并通過(guò)比較所述目標(biāo)溫度和所述燃?xì)鉁囟葋?lái)生成命令以控制所述燃?xì)饧訜?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(cè)器是連接 在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備之 間的熱量計(jì)。
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(cè)器是連接 在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃?xì)饧訜?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(cè)器是用于 檢測(cè)所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)并計(jì)算相當(dāng)于所述燃?xì)獾陌l(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(cè)器是 用于檢測(cè)所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)并計(jì)算等價(jià)于所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量的數(shù) 值的設(shè)備，所述第二發(fā)熱量檢測(cè)器是連接在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述 LNG汽化設(shè)施和所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備之間的設(shè)備，并且所述目標(biāo)溫度 計(jì)算器被設(shè)計(jì)成接收由所述第一和第二發(fā)熱量檢測(cè)器檢測(cè)到的發(fā)熱量信號(hào)
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(cè)器的動(dòng)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(jì)成 利用來(lái)自所述第一發(fā)熱量檢測(cè)器的信號(hào)通過(guò)動(dòng)態(tài)特性模型校正來(lái)自所述 第二發(fā)熱量檢測(cè)器的信號(hào)的延遲。
8、 一種用于LNG發(fā)電站的燃?xì)鉁囟瓤刂葡到y(tǒng)，所述LNG發(fā)電站具有 包含燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元、被設(shè)計(jì)成將汽化LNG作為 燃?xì)夤?yīng)到所述燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)夤?yīng)管道，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述LNG汽化設(shè)施和所述燃?xì)廨啓C(jī)單元 之間的燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備，被設(shè)計(jì)成加熱和冷卻被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)猓槐辉O(shè)計(jì)成檢測(cè)所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量的發(fā)熱量檢測(cè)器；連接在所述燃?xì)夤?yīng)管道上所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備和所述燃?xì)廨?機(jī)單元之間的溫度檢測(cè)器，被設(shè)計(jì)成檢測(cè)所述燃?xì)獾臏囟?；以及所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的溫度控制設(shè)備，被設(shè)計(jì)成控制供應(yīng)到所述 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的所述燃?xì)獾臏囟?，所述溫度控制設(shè)備具有連接到所述發(fā)熱量檢測(cè)器的目標(biāo)溫度計(jì)算器，被設(shè)計(jì)成接收所述燃 氣的發(fā)熱量并計(jì)算被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的所述燃?xì)獾哪繕?biāo)溫 度；以及連接到所述目標(biāo)溫度計(jì)算器和所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備的命令生成 器，被設(shè)計(jì)成接收所述目標(biāo)溫度和由所述溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的所述燃?xì)?的溫度信號(hào)，并通過(guò)比較所述目標(biāo)溫度和所述燃?xì)鉁囟葋?lái)生成命令以便 控制所述燃?xì)饧訜?冷卻設(shè)備。
9、 一種運(yùn)行LNG發(fā)電站的方法，所述方法包括檢測(cè)由LNG汽化設(shè)施供應(yīng)的燃?xì)獾陌l(fā)熱量；生成控制所述燃?xì)獾臏囟鹊拿睿桓鶕?jù)所述命令來(lái)加熱/冷卻所述燃?xì)獠⑺鋈細(xì)鈱?dǎo)入到燃?xì)廨啓C(jī) 發(fā)電單元；檢測(cè)被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的所述燃?xì)獾臏囟?；以?根據(jù)所述發(fā)熱量計(jì)算被導(dǎo)入到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)獾哪繕?biāo) 溫度；其中通過(guò)將所述燃?xì)獾臏囟群退瞿繕?biāo)溫度加以比較來(lái)生成所述命令。
10、如權(quán)利要求9所述的運(yùn)行LNG發(fā)電站的方法，其中所述檢測(cè)發(fā)熱量的步驟包括檢測(cè)所述LNG汽化設(shè)施的狀態(tài)，計(jì)算等價(jià)于所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量的數(shù)值，作為第一發(fā)熱量，以及 檢測(cè)所述燃?xì)庠诩訜?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(guò)動(dòng)態(tài)特性模型來(lái)校正所述第二發(fā) 熱量檢測(cè)對(duì)所述燃?xì)獾陌l(fā)熱量的實(shí)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?xì)獾陌l(fā)熱量和溫度。從LNG汽化設(shè)施導(dǎo)入到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元的燃?xì)獾陌l(fā)熱量由發(fā)熱量檢測(cè)器檢測(cè)，該燃?xì)獾臏囟扔蓽囟葯z測(cè)器檢測(cè)。安裝在該溫度控制設(shè)備中的目標(biāo)溫度計(jì)算器根據(jù)該發(fā)熱量計(jì)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(guò)比較該目標(biāo)溫度和該燃料溫度來(lái)生成該命令。
文檔編號(hào)F02C7/224GK101684749SQ20091020659
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)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(qǐng)人:株式會(huì)社東芝