CN103362651A - 针对在点火减速关机过程模式下运行燃气涡轮机系统的启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种针对在点火减速关机过程模式下运行燃气涡轮机系统的启动控制方法。所述方法包括确定所述燃烧室火焰是否处于点燃状态。所述方法还包括如果所述燃烧室被确定处于点燃状态，则增大到所述燃气涡轮机系统的燃料流。所述方法另包括启动起动器系统进入所述燃气涡轮机系统。

Description

针对在点火减速关机过程模式下运行燃气涡轮机系统的启动控制方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机系统，确切地说，涉及用于燃气涡轮机系统的启动、和/或重启操作的方法。 

背景技术

通常情况下，燃气涡轮机控制需要燃气涡轮机系统在开始重启步骤之前完成冗长的关机续发事件。通常，这需要达到特定低速的点火减速（fired deceleration），在该特定低速下燃料流停止、燃烧室火焰熄灭，并且燃气涡轮机系统继续减速到旋转齿轮速度（turning gear speed）、或接近旋转齿轮速度。随后，燃气涡轮机系统重启，该过程包括净化循环的完成以在再次点燃系统之前从系统中移除可燃物。 

改进重启所需的时间的努力包括控制特征，例如，净化信用（purge credit）、无故障关机、高速点火、起始重启的增速许可、快速加速，以及快速加载等等。这些特征中的每一个都需要燃气涡轮机系统完成点火减速以及随后的非点火减速，从而造成延长的重启时间、并且可能会降低电力设备的效率。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了针对在点火减速关机过程模式下操作的燃气涡轮机系统的启动控制的方法。所述方法包括确定燃烧室火焰是否处于点燃状态（a lit state）。还包括如果经确定燃烧室处于点燃状态，则增大到燃气涡轮机系统的燃料流。另外包括起始到所述燃气涡轮机系统的起动器系统。 

根据本发明的另一个方面，一种针对燃气涡轮机系统的启动控制的方法包括在燃气涡轮机系统的点火减速关机过程期间（fired deceleration shutdown process）维持燃烧室火焰的点燃状态。还包括确认燃烧室火焰处于点燃状态。另外包括启动步骤的起始，所述启动步骤包括起动器系统的接合（engagement）。 

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。 

附图说明

本说明书中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中： 

图1是大体上描绘了燃气涡轮机系统的方框图； 

图2是描绘了对燃气涡轮机系统进行重启的方法的流程图；以及 

图3是描绘了在不同的操作条件下对燃气涡轮机系统进行重启的方法的流程图。 

具体实施方式参考附图并通过实例来介绍本发明的实施例以及优点和特征。 

具体实施方式

参考图1，其对通常以标号10表示的燃气涡轮机系统进行了描绘，并且所述燃气涡轮机系统包括压缩机12、燃烧室14以及涡轮机16。燃气涡轮机系统10还包括控制系统18，其用于执行关联于燃气涡轮机系统10的操作的多种操作。控制系统18包括起动器系统20，例如，静态起动器或启动电动机起动器系统（starting motor starter system），例如，用于向燃气涡轮机系统10施加操作控制。应理解起动器系统通常是指协助于燃气涡轮机系统10的加速的任何系统、装置或机构。燃气涡轮机系统10以恒速进行操作而负载需求是变化 的，而且典型的关机过程包括将燃气涡轮机系统10的速度降低到部分速度的情况（part speed condition），在这种情况下燃烧室14是熄灭的。燃气涡轮机系统10的减速一直持续下去直到零或接近零的速度为止。 

在操作过程中，空气流入压缩机12中并被压缩成高压气体。高压气体被供应到燃烧室14，并且与天然气等燃烧室14中的可燃燃料混合。燃料与压缩空气被输送到燃烧室14，并且被点燃以形成用于驱动涡轮机16的高温高压燃烧产物或气流。涡轮机16包括多个旋转组件或旋转级，所述旋转组件或旋转级通过压缩机/涡轮机轴杆或转子21以可操作的方式连接到压缩机12。 

参考图2，流程图描绘了当燃气涡轮机系统10处于关机过程24期间的、针对燃气涡轮机系统10的启动控制22的方法，确切地说，是在燃气涡轮机系统10处于减速的期间。在关机过程24期间，燃烧室火焰保持点燃直到在减速期间达到特定的低速为止。通常情况下，该特定的速度近似为燃气涡轮机系统10的全速的15%到20%，然而，确切的火焰熄灭速度会基于关联于燃气涡轮机系统10的操作的多种条件而改变。无论精确的火焰熄灭速度如何，示例性方法为操作者提供了于燃烧室保持点燃期间在关机过程24的任何时刻、对燃气涡轮机系统10的快速重启进行起始的能力，而同时燃烧室保持点燃状态。这种能力减少了完成整个关机过程的需要，从而节省了时间并且提高了电力设备等关联于燃气涡轮机系统10的应用的整体效率。具体而言，所述方法改进了可用性、减少了停机时间并且改进了收益服务。 

所述方法包括确定燃烧室火焰是否处于点燃状态，该过程由标号26表示。虽然在所描绘的流程图（图2）中仅作为单个确定进行说明，但是应理解这是在关机过程期间进行的连续的检查以证实燃烧室是点燃的。如果并未发生火焰熄灭并且燃烧室火焰处于点燃状态，那么在适当的命令29之下，燃气涡轮机系统10的快速重启会被起始/起始28。然而，如果燃烧室在关机过程期间的任何时刻被确定为是处于 非点燃状态的，那么接着发生的是关机过程的继续27。点燃状态的确认是通过对包括火焰检测器在内的多个检测器、排气温度扩散，以及邻近排气热电偶等等进行监测而实现的。上述检测器仅仅是说明性的且应理解可以采用多种替代的检测器来监测燃烧室火焰以建立起始快速重启的许可。具体而言，术语“确定”意在指代对燃烧室处于点燃状态进行可靠确认的任何方法，并且所述确定可以依赖于控制系统或输入参数来进行推断，并且在快速重启尝试之后进行确定，例如，通过监测涡轮机排气温度等等。 

现在参考图3，快速重启起始28之后是对燃气涡轮机系统10的涡轮机速度进行确定，所述确定过程被表示为30。在大于80%的相对较高的涡轮机速度下，并且更为典型的是在大于85%的速度下，燃气涡轮机系统10可以重启而无需采用起动器系统20，然而，在某些应用中，所述速度可以是50%或者更低的。在这种速度下，仅仅增大燃料流32并且使用控制系统18就足以对关机过程24进行逆转，并且对燃气涡轮机系统10的快速重启进行起始。 

在燃气涡轮机系统10的涡轮机速度低于足够用于重启的速度而无需起动器系统20的情况下，关机过程24将会继续直至达到起动器系统20的接合速度（engagement speed）。达到起动器系统20的接合速度的减速过程被表示为33。所述接合速度是指起动器系统20可以安全地开始运行的任何速度。这个范围是可以改变的，并且对于一些应用而言，该速度发生于涡轮机速度的近似35%处或以下。虽然起动器系统20的接合速度被描述为位于或低于35%，但是所构想的是该速度可以增大以允许快速重启，方法是通过在较高的速度下采用起动器系统20，从而减少降速至起动器系统20的接合速度所需的时间。为了协助于燃气涡轮机系统10的重启，协同于起动器系统20的开启（表示为34），燃料流增大36。此外，在燃气涡轮机系统10的速度低于无需起动系统20的速度的情况下，起动器系统20可以按再生模式启动。在这种情况下，在再生模式下使用起动系统20以增大涡轮机的 减速速率使其达到一定速度，在该速度下燃气涡轮机系统10可以随后对所述系统的重启进行起始。燃料流的速率在不同的操作速度和条件下会发生改变，但是在30%的操作速度下，说明性的燃料流及其增大可能是从0.5lbm/s增大到1.0lbm/s的。 

有利的是，燃气涡轮机系统10的启动控制的方法提供了终止关机过程并且快速过渡到重启步骤的能力。这种过渡通过改进可用性、减少停机时间以及改进收益服务而增大了效率。所述方法能够启用关联于燃气涡轮机系统10的应用，例如电力设备，以在与其他情况相比明显较快的期望条件下开始运行。在燃烧室火焰处于点燃状态的快速重启消除了完成关机过程的常规要求，所述关机过程包括有火减速（fired deceleration），以及随后的完全无火（unfired deceleration）的减速。通过移除无火减速过程（其包括多个步骤，所述步骤包括，但不限于，例如，净化循环），为整个系统节省了关联于完整的关机过程的宝贵的时间以及资源。 

尽管仅结合了有限数目的实施例来详细描述本发明，但容易理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可以经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。 

Claims (13)

1.一种针对在点火减速关机过程模式下运行的燃气涡轮机系统的启动控制方法，其包括：

确定所述燃烧室火焰是否处于点燃状态；

如果所述燃烧室被确定处于所述点燃状态，则增大到所述燃气涡轮机系统的燃料流；并且

启动起动器系统进入所述燃气涡轮机系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述燃烧室火焰是否处于所述点燃状态的步骤确认点燃状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括确定所述燃气涡轮机系统是否以所述第一速度或低于所述第一速度的速度运行，在所述第一速度下，所述系统能够进行涡轮机加速而无需所述起动器系统。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括如果所述燃气涡轮机系统被确定是以所述第一速度或低于所述第一速度的速度运行，则立即增大所述燃料流。

5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括如果所述涡轮机系统以低于所述第一速度的速度运行，则将所述燃气涡轮机系统减速至起动器系统接合速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述起动器系统的接合速度对应于小于大约35%的速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括启动所述起动器系统并增大所述燃料流。

8.一种针对燃气涡轮机系统的启动控制方法，其包括：

在所述燃气涡轮机系统的有火减速关机过程期间维持燃烧室火焰的点燃状态；

确认所述燃烧室火焰处于所述点燃状态；并且

启动包括启动起动器系统的启动步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述燃烧室火焰是否处于所述点燃状态的步骤确认点燃状态。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述燃烧室火焰的所述点燃状态在大于大约15%的速度以上的范围内。

11.根据权利要求9所述的方法，其中启动所述启动步骤发生于低于第一速度时，在所述第一速度，无需所述起动器系统即可对涡轮机加速。

12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括当所述燃烧室火焰处于所述点燃状态时，增大到所述燃气涡轮机系统的燃料流。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述起动器系统是以再生模式启动的。

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