CN100410497C - 单轴复合循环发电设备及其运行方法 - Google Patents

单轴复合循环发电设备及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够迅速地将燃气轮机的单独运行转换到与蒸汽轮机一起的复合运行的、能够使发电机电力输出从低输出迅速地向高输出上升的单轴复合循环发电设备。在本发明的单轴复合循环发电设备中，设置有在使得蒸汽轮机3从发电机1与燃气轮机2的结合体脱离时，将蒸汽轮机3保持在不满额定转速的额定转速附近的转速上的装置。

Description

单轴复合循环发电设备及其运行方法
技术领域
本发明涉及由燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机的单轴复合循环发电设备，特别涉及相对于发电机和燃气轮机的连合体，能够脱离和连结蒸汽轮机这样构成的单轴复合循环发电设备。
背景技术
相对于发电机与燃气轮机的连合体能够脱离和连结蒸汽轮机这样构成的单轴复合循环发电设备已经在如专利文献1中的记载中被提出。
[专利文献1]特开平8-177414号公报(图4、图5和段落编号0016、0028～0031)
所述的现有技术的单轴复合循环发电设备，进行蒸汽轮机的单独运转或燃气轮机的单独运转，而在燃气轮机和蒸汽轮机中的一个进行单独的运转时，由于另一个会停止运转，在从单独运转向燃气轮机和蒸汽轮机的复合运转进行切换时，具有获取两者的同步需要花费时间的问题。
本发明的目的是提供一种得到迅速地进行将燃气轮机的单独运行转移到与蒸汽轮机一起的复合运行的单轴复合循环发电设备。
本发明的另一目的在于提供一种能够从低输出向高输出迅速地提高发电机输出的单轴联合循环发电设备。
发明内容
为了达到上述目的，在单轴复合循环发电设备中，设置有在从发电机和燃气轮机的复合体脱离蒸汽轮机时，将蒸汽轮机保持为不满额定转速的一定的转速(例如额定转速附近的转速)的装置。
按照以上的构成，由于将从发电机与燃气轮机的连合体上脱离的蒸汽轮机保持为不满额定转速的额定转速接近的转速上，因而相对于发电机和燃气轮机的复合体，在连接蒸汽轮机的时侯，蒸汽轮机的转速能够立即上升为应有的额定转速，能够从燃气轮机的单独运行迅速地切换到与蒸汽轮机一起的复合运行。从而，能够使得发电机从低输出迅速上升到高输出。
附图说明
图1表示根据本发明的单轴复合循环发电设备的第1实施形态的概略图；
图2为表示根据如图1所示的单轴复合循环发电设备的发电设备输出与蒸汽轮机的转速的关系说明图；
图3表示根据本发明的单轴复合循环发电设备的第2实施形态的概略图；
附图标记：1...发电机、2...燃气轮机、3...蒸汽轮机、4...离合器、5...控制装置、7...压缩机、8...燃烧器、9...调整阀、10...燃料供给系统、11...蒸汽加减阀、12...蒸汽供给系统、13...回水器、14...凝缩水回收系统、15...转动装置、19...调整阀、20...蒸汽回收系统、21...离合器连接检测器、22...转速检测装置。
具体实施方式
以下基于图1和图2对本发明的单轴复合循环发电设备的第1实施形态进行说明。
本实施形态中的单轴复合循环发电设备，大致分为具备：发电机1、驱动该发电机1的燃气轮机2和蒸汽轮机3、为连接和脱离该蒸汽轮机3和发电机1的连接脱离装置的离合器4、以及检测发电机1的输出变动(负载变动)，输出将蒸汽轮机3相对于发电机1进行连接和脱离的指示的控制装置5。
所述的发电机1，或者与燃气轮机2共用旋转轴6，或者连接到燃气轮机2的旋转轴6S。
所述的燃气轮机2具有：共用旋转轴6S的空气压缩机7、从该空气压缩机7导入压缩空气的燃烧器8、具有向燃烧器8供给燃料的燃料调节阀9的燃料供给系统10。
所述的蒸汽轮机3具备：具有蒸汽加减阀11的蒸汽供给系统12、将使用后的蒸汽在回水器13中进行凝缩而回收的凝缩水回收系统14、连接在蒸汽轮机3上的转动装置15。
所述的离合器4是为进行所述的发电机1的旋转轴6和蒸汽轮机3的旋转轴6B的连接和脱离的装置，蒸汽轮机3的转速成为发电机1的转速以下后，脱离旋转轴6、6B之间的连接，蒸汽轮机3的转速与发电机1的转速相同或在其之上后，将脱离的旋转轴6、6B进行连接，为在所谓的一个方向上连接。
另一方面，所述的燃气轮机2设置有从所述的燃烧器8排出所供给的燃烧气体的排气的排气系统16，该排气系统16经由排热回收汽锅17，从烟囱18排出。
另一方面，所述凝缩水回收系统14的凝缩水被导向所述的排热回收汽锅17，在这里被加热成为高温的蒸汽，被导向到所述的蒸汽供给系统12中。
另外，从到达所述的蒸汽供给系统12的蒸汽加减阀11之前，具有例如在蒸汽轮机的起动/停止时或紧急时开启的调整阀19的蒸汽回收系统20绕过蒸汽轮机3，导向到所述的回水器13。
所述控制装置5获取作为检测所述离合器4的脱离-连接状态的装置的离合器连接检测器21的检测信号①、和来自作为检测蒸汽轮机3的旋转轴6B的转速的装置的转速检测器22的检测信号②，还获取发电机1的输出信号③。随后，基于各个信号①～③，输出控制燃料调节阀9的控制信号④和控制蒸汽加减阀11的控制信号⑤。
在具有上述结构的离合器4的单轴复合循环发电设备中，在起动时，是在将蒸汽轮机3从发电机1的脱离状态下起动燃气轮机2的，达到适于燃烧器8点火的转速后，在控制装置5的指示下开启燃料调节阀9，向燃烧器8供给燃料。所供给的燃料与从空气压缩机7所供给的空气混合成为混合气体，通过将它们进行燃烧，使其产生燃烧气体。通过该燃烧气体旋转燃气轮机2，使得转速上升至额定转速。在燃气轮机2中工作结束的燃烧气体成为排气，被导入到排热回收汽锅17中，这里加热来自于回水器13的凝缩水，使其产生蒸汽。从该蒸汽供给系统12向蒸汽轮机3供给此蒸汽，给予蒸汽轮机3旋转动力。在蒸汽轮机3将结束工作的蒸汽在回水器13中变为凝缩水，返回至排热回收汽锅17中。蒸汽轮机3在其转速上升至额定值后，通过离合器4连接在先前到达额定转速的燃气轮机2上。
通过上述一连串的控制，燃气轮机2和蒸汽轮机3达到额定的转速，从发电机1输出额定的电力。
在所述运行中，负载的变动，例如减少连接在发电机1上的负载，使得必须降低发电机1的输出的情况中，考虑到燃气轮机2和蒸汽轮机3的输出共同下降，而近年来，环境污染物质，例如从氮氧化物(以下称为NOx)的排出量规则采用低Nox燃烧器的燃气轮机中，不能简单的和蒸汽轮机一起降低燃气轮机的输出。亦即为抑制低Nox燃烧器的Nox发生量或者不发火、回火，必须将燃气轮机的输出维持在最低例如75％的输出。
因此，在本发明的实施形态中，如图2所示，在燃气轮机2单独运行时发电机1的输出为最低，如果蒸汽轮机3从发电机1上脱离，换句话说，控制装置5从作为检测装置的离合器连接检测器21中接收蒸汽轮机3脱离的检测信号①，从作为检测装置的转速检测器22获取检测信号②，同时产生控制信号⑤控制蒸汽加减阀11的开度，使蒸汽轮机3保持在不满额定转速(例如3000rpm)的额定转速的附近的转速上(例如3000rpm的97％的速数)。
蒸汽轮机3的转速被保持在额定转速97％后，离合器4处于脱离状态，蒸汽轮机3从连结燃气轮机2的发电机1上脱离。
并且，为通过控制装置5将蒸汽轮机3的转速保持在额定转速的97％，在控制蒸汽加减阀11的开度时，蒸汽加减阀11上的被限制的剩余的蒸汽通过调整阀19以及蒸汽回收系统20被回收到回水器13中。
如上所述，在本实施形态中，离合器连接检测器21、转速检测器22、控制装置5、蒸汽加减阀11为将蒸汽轮机3维持在不满额定转速的额定转速附近的转速的装置。
由此，由单独的燃气轮机2驱动发电机1，而在该状态下，根据发电机1的输出信号③检测到负载增加的控制装置5，发送控制信号⑤，打开蒸汽加减阀11，增加向蒸汽轮机3的蒸汽供给量，使得蒸汽轮机3的转速上升至额定转速。蒸汽轮机3上升到额定的转速后，结合离合器4，进行燃气轮机2和蒸汽轮机3的复合运行。由此，从燃气轮机2的单独的运行向燃气轮机2和蒸汽轮机3的复合运行的转换，因为是在蒸汽轮机3的转速在额定转速的97％进行待机的，因此可以在短时间内使蒸汽轮机3的转速上升到额定的转速，能够在短时间内恢复复合运行。
上述的复合运行一单独运行的切换，换而言之是负载变动在短时间内发生，必须在短时间内对应该负载变动，例如在市电发电设备或提供给工厂的电力需求的自用发电设备中，发生在白天，而夜间不会发生频繁的负载变动。
因此，从负载的变动在短时间内发生的白天的运行进入到没有负载变动的夜间，且负载降低的情况下，在把蒸汽轮机3从发电机1和燃气轮机2中脱离的状态下，使蒸汽轮机3的旋转停止，或由转动装置15使其进行例如10rpm的低速旋转，进行燃气轮机2的单独运行。
随后，第二日在临近负载变动短时间发生的时间带时，向蒸汽轮机3供给蒸汽，使蒸汽轮机3的转速保持在额定转速以下的额定转速附近的转速上(额定转速的97％)旋转进行待机，继续燃气轮机2的单独运行。
在该待机运行中，在进入负载变动短时间发生的时间带后，在负载上升时，如前所述，增加向蒸汽轮机3的蒸汽供给量，将蒸汽轮机的转速上升至额定转速，使得蒸汽轮机3与连接了燃气轮机2的发电机1进行连结，进行复合运行。
然而，上述的实施形态是相对于连接了燃气轮机2的发电机1，进行蒸汽轮机3的脱离一连接，但是不限定于此。也就是说，在如图3所示的第2实施形态所示的，也可以是相对于连接发电机1的燃气轮机2，进行蒸汽轮机3的脱离一连接，其作用效果与第1实施形态没有变化。
在上述各个实施形态中，是将离合器连接检测器21、转速检测器22、控制装置5、蒸汽加减阀11作为将蒸汽轮机3维持在不满额定转速的额定转速附近的转速上的装置来说明的，但是也可以设置所述转动装置15或别的转动装置，作为保持在不满额定转速的额定转速附近的转速上的装置。在该情况下，应该通过接收离合器连接检测器21和转速检测器22的检测信号①②的控制装置5，向转动装置15或别的转动装置指示确实的待机中的转速。
按照由上所述的本发明，能够得到可使得由燃气轮机单独运行向与蒸汽轮机一起复合运行的迅速的转移，可以将发电输出从低输出迅速地上升到高输出的单轴复合循环发电设备。

Claims (8)

1. 一种单轴复合循环发电设备，由燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机构成，并且具有相对发电机和燃气轮机的连接体，使得蒸汽轮机进行连接或脱离的连接脱离装置，其特征在于：设置有在单独运行燃气轮机的情况下，使得蒸汽轮机从发电机与燃气轮机的结合体脱离时，继续向蒸汽轮机供给蒸汽，将蒸汽轮机保持在不满额定转速的一定的转速上的装置。
2. 一种单轴复合循环发电设备，由燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机构成，并且具有相对发电机和燃气轮机的连接体，使得蒸汽轮机进行连接或脱离的连接脱离装置，其特征在于：具有检测蒸汽轮机脱离的装置；检测蒸汽轮机转速的装置；以及基于这些检测装置的检测信号，向脱离后的蒸汽轮机继续供给蒸汽，同时指示蒸汽供给量限制的控制装置。
3. 一种单轴复合循环发电设备，由燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机构成，并且具有相对发电机和燃气轮机的连接体，使得蒸汽轮机进行连接或脱离的连接脱离装置，其特征在于：具有检测蒸汽轮机脱离的装置；检测蒸汽轮机的转速的装置；基于这些检测装置的检测信号向脱离后的蒸汽轮机继续供给蒸汽的同时，指示蒸汽供给量的限制的控制装置；以及对通过限制蒸汽供给量剩余的蒸汽进行回收的蒸汽回收系统。
4. 一种单轴复合循环发电设备的运行方法，所述方法通过燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机，对应于发电机负载，将蒸汽轮机从发电机和燃气轮机的连接体中脱离，以单独的燃气轮机进行运行，其特征在于：在发电机的负载降低时，将蒸汽轮机的转速下降到额定转速以下，在相对于发电机和燃气轮机的连接体使得该连接进行脱离的同时，继续向蒸汽轮机供给蒸汽，保持蒸汽轮机的转速为解除连接时的转速，并且在发电机负载上升时，使得蒸汽轮机的转速上升至额定转速，相对于发电机和燃气轮机的连合体进行连接。
5. 一种单轴复合循环发电设备的运行方法，所述方法通过燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机，对应于发电机负载，将蒸汽轮机相对于发电机和燃气轮机的连接体进行脱离或连接，以单独的燃气轮机进行运行，或燃气轮机和蒸汽轮机进行复合运行，其特征在于：在燃气轮机单独运行的情况下，限制向蒸汽轮机的蒸汽供给量，将蒸汽轮机的转速下降到额定转速以下，从发电机和燃气轮机的连接体中脱离，同时继续向蒸汽轮机供给蒸汽，保持蒸汽轮机的转速为脱离连接时的转速，并且，在蒸汽轮机和燃气轮机进行复合运行的情况下，增加向蒸汽轮机的蒸汽供给量，使得蒸汽轮机的转速上升至额定转速，相对于发电机和燃气轮机的连合体连接蒸汽轮机。
6. 一种单轴复合循环发电设备的运行方法，所述方法通过燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机，对应于发电机负载，将蒸汽轮机相对于发电机和燃气轮机的连接体进行脱离，以单独的燃气轮机驱动发电机，其特征在于：对应于发电机的负载，增减向蒸汽轮机的蒸汽供给量，将蒸汽轮机的转速增加到额定转速，或将其减少到额定转速以下，由此，相对于发电机和燃气轮机的连接体，使得蒸汽轮机进行连接或脱离，在使蒸汽轮机脱离时，继续向蒸汽轮机供给蒸汽使蒸汽轮机运行。
7. 一种单轴复合循环发电设备的运行方法，所述方法通过燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机，对应于发电机负载，将蒸汽轮机相对于发电机和燃气轮机的连接体进行脱离或连接，以单独的燃气轮机进行运行，或燃气轮机和蒸汽轮机进行复合运行，其特征在于：在负载变动频繁时单独运行燃气轮机的情况下，继续向蒸汽轮机供给蒸汽，并且限制向蒸汽轮机的蒸汽供给量，将蒸汽轮机的转速下降到额定转速以下，将蒸汽轮机从发电机和燃气轮机的连接体中脱离，同时，保持已脱离的蒸汽轮机的转速为不满额定转速的一定的转速，并且在从燃气轮机的单独运行变化成蒸汽轮机和燃气轮机的复合运行的情况下，增加向蒸汽轮机的蒸汽供给量，使得蒸汽轮机的转速上升至额定转速，相对于发电机和燃气轮机的连合体连接蒸汽轮机。
8. 一种单轴复合循环发电设备的运行方法，所述方法通过燃气轮机和蒸汽轮机驱动发电机，对应于发电机负载，将蒸汽轮机相对于发电机和燃气轮机的连接体进行脱离或连接，以单独的燃气轮机进行运行，或燃气轮机和蒸汽轮机进行复合运行，其特征在于：
在没有负载变动的时间带和存在负载变动的时间带中运行时，
(1)在没有负载变动的时间带中发电机降低负载时，在从发电机和燃气轮机的连接体上脱离蒸汽轮机的状态下，停止蒸汽轮机的旋转，或使得蒸汽轮机低速旋转，进行燃气轮机单独运行；
(2)与存在负载变动的时间带接近时，向蒸汽轮机供给蒸汽，将蒸汽轮机的转速保持在额定转速以下、且为额定转速附近的转速；
(3)在存在负载变动的时间带中发电机负载上升时，增加向蒸汽轮机的蒸汽供给量，使得蒸汽轮机的转速上升至额定转速，相对于发电机和燃气轮机的连接体，连接蒸汽轮机，进行复合运行；
(4)在存在负载变动的时间带中发电机负载降低的情况下，限制向蒸汽轮机的蒸汽供给量，将蒸汽轮机的转速下降至额定转速以下，从发电机和燃气轮机的连接体上脱离，进行燃气轮机的单独运行，同时将已脱离的蒸汽轮机的转速保持为与额定转速接近的转速。
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