CN101333945A - 余热蒸汽发生器热吹扫的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及余热蒸汽发生器热吹扫的系统和方法,具体而言,用于操作能量系统的控制系统(100)包括:计算用于该能量系统的燃料的自燃温度(202),将该自燃温度存储于系统存储器,将与该能量系统相关联的燃气涡轮机(102)卸载至预定的运行范围,控制从燃气涡轮机排放的排气流的温度,将排气旁路风门(104)打开至预定位置以使得预定体积的空气能够进入在该能量系统内限定的排气流通道,以及在经过预定量的时间后释放该能量系统以正常运行。

Description

余热蒸汽发生器热吹扫的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及如用于发电站的那些联合循环发电系统,而更具体地讲,涉及用于完成余热蒸汽发生器(HRSG)的热吹扫的方法和系统。
背景技术
至少某些已知的联合循环发电系统包括至少一个燃气涡轮机,其为用于向电网供电的发电机提供动力。来自至少某些已知的燃气涡轮机的排气供给HRSG,其从排气中提取热量来产生蒸汽以用于其他过程,诸如但不限于,驱动蒸汽涡轮机和/或提供用于加热或脱盐的热蒸汽。蒸汽涡轮机产生的电还驱动向电网提供附加电力的发电机。
在排气流道内包括旁路风门(bypass damper)的联合循环发电系统常设计为,使得旁路风门可以用来帮助在负荷下将燃气涡轮机的排气通道从简单循环转换到联合循环,以及转换回去。指导此设备的主要法规指南是NFPA85和ISO21789。如果系统启动包括对通过燃气涡轮机和HRSG的排气流通道的冷吹扫,则模式间转换的实施是明文许可的。
但是,更多的系统操作员正在需要这样的操作场景:在将排气通道内的设备,如HRSG,投入使用前先执行运行后吹扫(post-operationalpurge)。如果要求从简单循环到联合循环运行的转换,可能希望在不关闭燃气涡轮机请情况下来这样做。称为“热吹扫”排气通道的实施,在NFPA85得到认可,但有严格限制。例如,该运行仅可在当燃气涡轮机的排气温度比在任何可被引入燃气涡轮机或任何下游加热设备的燃料或者燃料混合物的最低自燃温度(AIT)低至少100°F时发生。
另外,国际标准化组织(ISO)开发了ISO21789,它是世界性的燃气涡轮机安全标准。如果燃气涡轮机排气气体被验证且控制为比任何可能出现的可燃性气体或蒸汽的AIT的80%还低,该标准允许将其用于吹扫。
发明内容
一方面,本发明的某些构造提供了用来运行能量系统的一种方法。该方法包括计算用于能量系统的燃料的自燃温度,以及将该自燃温度存储于系统存储器。然后将与能量系统相关的燃气涡轮机卸载至预定的运行范围并且降低从燃气涡轮机排放的排气流的温度。之后将排气旁路风门打开至预定位置以使得预定体积的空气进入在能量系统内限定的排气流通道。在经过预定量的时间后,释放能量系统以正常运行。
另一方面,本发明的某些构造提供了用于在操作能量系统时使用的控制系统。该控制系统包括涡轮机控制系统和控制系统处理器,该处理器配置为用来确定用于该能量系统的燃料的自燃温度。
在本发明的再一方面,本发明的某些构造提供了控制余热蒸汽发生器(HRSG)的热吹扫的方法。HRSG是包括了控制系统处理器和系统存储器的联合循环发电系统的一部分。该方法包括计算用于能量系统的燃料的自燃温度,以及将该自燃温度存储在系统存储器中,将与能量系统相关联的燃气涡轮机卸载至运行的热吹扫范围,以及控制燃气轮机的多个进气导流叶片的运行以控制燃气涡轮机排气的温度。当排气到达适当的温度时,排气旁路风门打开到热吹扫位置以使得预定体积的空气进入余热蒸汽发生器。经过预定量的时间后,发电系统释放以正常运行。
附图说明
图1是示范性控制系统的方框图,该系统可用于热吹扫联合循环发电系统中使用的余热蒸汽发生器(HRSG);以及
图2是流程图,其图示了用于开始和控制HRSG的热吹扫的示范性方法,诸如可用于图1中所示的控制系统。
部件列表
  控制系统   100
  燃气涡轮机   102
  排气旁路风门   104
  余热蒸汽发生器   106
  入口导向阀   108
  涡轮机控制系统   110
  控制系统处理器   112
  涡轮机控制系统处理器   114
  方法   200
  计算自燃温度   202
  存储自燃温度   204
  开始热吹扫   206
  卸载燃气涡轮机   208
  调整入口导向阀   210
  打开排气旁路风门   212
  在余热蒸汽发生器内交换空气   214
  释放发电设备以正常运行   216
具体实施方式
根据法规,如NFPA85,在将余热蒸汽发生器(HRSG)投入运行前必须对其吹扫所有有害气体。使用常规程序这一般需要20-30分钟的吹扫时间,并且这种动作只可以在当相关联的燃气涡轮机脱机且处于非点火状态时在联合循环发电系统内完成。因此,使用已知的吹扫程序可能增加系统的启动时间,而直到吹扫循环完成并且使燃气涡轮机可以联机前,都不允许系统发电或支持其他操作。
图1是示范性控制系统100的方框图,其可用于诸如在发电站中使用的那些联合循环发电系统,该控制系统100包括燃气涡轮机102,排气旁路风门104和余热蒸汽发生器(HRSG)106。在该示范性实施例中,HRSG 106联接到燃气涡轮机102以及其他过程(未显示)上。另外,在该示范性实施例中,控制系统100包括涡轮机控制系统110和控制系统处理器112。
在该示范性实施例中,涡轮机控制系统110联接到燃气涡轮机102、多个进气导流叶片(IGV)108、排气旁路风门104和涡轮机控制系统处理器114上。涡轮机控制系统处理器114配置成监测和调节IGV108的位置。当IGV 108打开时,进入燃气涡轮机102的空气流将增加以帮助降低燃气涡轮机排气气体的温度。相似地,当IGV 108关闭时,燃气涡轮机排气气体温度升高。涡轮机控制系统处理器114也配置成监测和调节燃气涡轮机102的载荷。而且,涡轮机控制系统处理器114配置成监测和调节排气旁路风门104的位置。联接到燃气涡轮机102,IGV 108以及排气旁路风门104上的传感器(未显示)还电联接到涡轮机控制系统处理器114上。这些传感器向涡轮机控制系统处理器114传达数据,诸如但不限于,燃气涡轮机102的载荷,燃气涡轮机排气的温度,IGV 108的相对位置以及排气旁路风门104的相对位置。当排气旁路风门104打开时,燃气涡轮机排气绕过HRSG 106,而空气进入HRSG 106,吹扫HRSG中的燃气涡轮机排气和/或其他潜在有害的气体和蒸汽。
在该示范性实施例中,控制系统处理器112电联接到涡轮机控制系统处理器114上。涡轮机控制系统处理器114计算用于发电系统中的燃料的自燃温度(AIT),并将计算的AIT存入系统存储器(未显示)。涡轮机控制系统处理器114将燃气涡轮机排气温度与燃料的AIT进行比较。如上面所提到的,NFPA85要求燃气涡轮机排气比所用燃料的AIT至少低100°F。另外,ISO21789要求燃气涡轮机排气温度比所有可能存在的可燃性气体或蒸汽的以摄氏度计的AIT的80%还低。此外,控制系统处理器112配置为使得涡轮机控制系统处理器114能够控制燃气涡轮机112的加载与卸载、IGV 108的相对位置以及排气旁路风门104的相对位置。
图2是示范性方法200的流程图,该方法可用于开始和控制余热蒸汽发生器如HRSG 106(图1中所示)的热吹扫。示范性方法200基于来自燃气涡轮机如燃气涡轮机102(图1中所示)的排气气体的温度与联合循环发电系统中所使用的燃料的预定的自燃温度(AIT)的比较。AIT与燃料成分相关并且在步骤202基于由NFPA和ISO公布的算法计算。然后在步骤204将该AIT存入控制系统如控制系统100(图1中所示)的系统存储器。
在该示范性实施例中,并且当燃气涡轮机带载荷时,相关联的进气导流叶片如IGV 108(图1中所示)打开,相关联的排气旁路风门如排气旁路风门104(图1中所示)关闭,在步骤206系统操作者通过控制系统100开始HRSG 106的热吹扫。
在该示范性实施例中在步骤206一旦已经开始热吹扫,控制系统处理器112(图1中所示)即向涡轮机控制系统处理器114(图1中所示)传达HRSG 106的热吹扫已经开始。在步骤208燃气涡轮机102卸载到热吹扫区内预定的运行级别。燃气涡轮机102的运行的热吹扫区在较低运行载荷区域的范围内,诸如但不限于名义载荷的大约10-20%。在步骤208当燃气涡轮机102的卸载完成时,之后在步骤210涡轮机控制系统处理器114调整或者重定位IGV 108以帮助将燃气涡轮机排气温度降低到要求的温度范围。燃气涡轮机排气的温度降低后,涡轮机控制系统处理器114接收代表排气温度的数据,并将燃气涡轮机排气的温度与步骤204存储的AIT比较。
在该示范性实施例中,当燃气涡轮机排气气体温度达到预定级别时,按照NFPA85或ISO21789,在步骤212排气旁路风门104打开到热吹扫位置。重定位排气旁路风门104允许空气进入HRSG 106,从而在步骤214吹扫和交换HRSG 106的内容物。排气旁路风门104保持打开至热吹扫位置,直至在HRSG 106内已经交换了预定体积的空气。根据NFPA85或ISO21789,排气旁路风门104保持打开的时间取决于要交换的空气的总体积以及HRSG 106的可用容量。
当已经交换了所需体积的空气时,在步骤216燃气涡轮机102释放以正常运行。此时为了回复正常运行,将排气旁路风门104移动到完全打开位置,从而基本恢复HRSG 106以及相关过程的完全运行。之后将IGV 108重定位至正常运行位置,并且接着将燃气涡轮机102的载荷增加到其正常运行区。
上述方法和装置帮助改善发电系统的启动时间和可操作性。对燃气涡轮机燃料的AIT进行计算以及将燃气涡轮机排气温度与AIT进行比较,允许在对HRSG吹扫排气气体和其他潜在有害的烟气和/或蒸汽的同时使燃气涡轮机在简单循环模式下保持联机。使燃气涡轮机保持联机的能力有助于更快的发电系统启动时间并允许发电系统在吹扫过程中继续发电。
以上详细描述了有助于HRSG的热吹扫的方法和装置的示范性实施例。该方法和装置不限于此处所描述的具体实施例,相反,该方法和装置的部件可独立地、与此处描述的其他构件相分离地使用。例如,对于发电系统中所用的燃料的AIT的计算也可结合其他工业设备或部件设计以及监测系统和方法来完成和/或使用,并且不限于仅以如此处所描述的发电系统来实施。相反,本发明可以与许多其他部件或设备的设计及监测应用相关联而实现或使用。
尽管根据若干具体实施例对本发明进行了描述,但本领域技术人员将认识到,本发明可以在权利要求书的精神和范围内带有修改而实施。

Claims (7)

1.一种用于操作能量系统的控制系统(100),所述控制系统包括:
涡轮机控制系统(110);以及
配置成确定用于所述能量系统的燃料的自燃温度(202)的控制系统处理器(112)。
2.根据权利要求1所述的控制系统(100),其特征在于,所述涡轮控制系统(110)联接到:
燃气涡轮机(102);
多个进气导流叶片;
排气旁路风门(104);以及
涡轮机控制系统处理器(114),其编程为:
监测从所述燃气涡轮机排放的排气的温度;
控制所述多个进气导流叶片的运行;以及
控制所述排气旁路风门的运行。
3.根据权利要求1所述的控制系统(100),其特征在于,所述控制系统处理器(112)还被编程为存储所用燃料的所述计算的自燃温度(202);
4.根据权利要求3所述的控制系统(100),其特征在于,所述控制系统处理器(112)还被编程为将所述燃气涡轮机排气温度与所用燃料的所述存储的自燃温度进行比较。
5.根据权利要求2所述的控制系统(100),其特征在于,所述控制系统处理器(112)还被编程为使所述涡轮机控制系统处理器能够控制所述燃气涡轮机(102)上的载荷。
6.根据权利要求2所述的控制系统(100),其特征在于,所述控制系统处理器(112)还被编程为基于所述燃气涡轮机排气温度与所用燃料的所述自燃温度的比较,使所述涡轮机控制系统处理器能够控制所述多个进气导流叶片的运行。
7.根据权利要求2所述的控制系统(100),其特征在于,所述控制系统处理器(112)还被编程为基于所述燃气涡轮机排气温度与所用燃料的所述自燃温度的比较,使所述涡轮机控制系统处理器能够控制所述排气旁路风门(104)的运行。
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