CN1035159A - 燃气轮机系统及控制该系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一个燃气轮机系统，它有一个抽气 管道，可将压气机的部分排气供到另外一台设备；还 涉及到一个控制该燃气轮机系统的方法。在燃气轮 机压气机的进气口装有一个进气导流叶片或其它用 来调节进气流量的装置，控制该压气机的进气流量与 抽气流量的波动相一致，从而提供了一个燃气轮机系 统和一个控制方法，不管抽气流量如何波动，它不会 损害该燃气轮机的效率。

Description

燃气轮机系统及控制该系统的方法

本发明涉及到一种用于控制燃气轮机的方法和装置。更详细地说，它涉及到一种具有一个抽气管道的燃气轮机系统，用来把压气机的部分排气供给另一台设备;还涉及到控制该燃气轮机系统的一种方法。

一种抽气运行式的燃气轮机，其中压气机的部分排气被抽取出来供另一台设备所利用;它可以提供动力和高压空气并作为一套设备电力/压缩空气的补给源发挥重要作用。然而，如果用于另一台设备的抽气量比较大并且在抽气量明显波动的情况下，就会使供给燃气轮机燃烧室的燃烧室空气量大大波动，结果是燃气轮机的正常运行难以继续维持下去。

作为一种对策，以前一直采用这样的办法，即对抽气的流量设置上限和下限;当抽气量超出上、下限范围时，就停止燃气轮机的运行。另一种方法是，设置一个旁通管连接压气机的排气部分与燃气轮机的废气排放部分，并在旁通管上接入一个放气阀;于是，当抽气流量达不到下限值时，就打开放气阀排出空气。顺便提一下，关于放气调节的一个先有技术的实例在已公开的日本专利申请公报编号259729/1985中已有描述。

对于这种抽气运行式的燃气轮机，为了保持燃气轮机运行的高效率，通常首先整定预计的抽气流量，并根据抽气流量确定压气机和涡轮机的规范。

在这种燃气轮机中，当实际的抽气流量相对于设计值产生一个暂时的或持续的大偏差时，要维持燃气轮机的正常运行是很困难的。

这就认为，这种燃气轮机应是以某一负荷水平运行在预定的抽气流量下。

如果抽气流量由于任何原因急剧减少，在没有放气阀的情况下，燃烧室空气流量将会增加，并且压气机的排气压力也将增大。在排气压力超过其允许值的上限时，可能产生喘振（surging），导致严重的破坏性事故。

另一方面，如果抽气流量急剧增加，燃烧室空气流量将会减少。在流量达不到所允许的下限值的情况下，燃烧室和涡轮机部分可能由于过高的燃烧温度而损坏。

甚至于设置了放气的控制通道（它包括在压气机排气部分的支路中接入的放气调节阀）也不能从根本上解决问题，因为问题在于，当抽气流量过大时，保护的作用不能实现;解当抽气流量太小的情况下放气时，燃气轮机的效率会急剧减低。

本发明的一个目的是消除先有技术中的问题，并提供一种不致严重地损害燃气轮机效率的控制系统。

上述目的可以通过一种方法来实现，即不管抽气流量如何波动，在没有排放气体的情况下，该方法使用于助燃的空气的流量值保持在某一整定值，或在某一整定范围之内。

具体地说，这种方法是这样实现的：在燃气轮机压气机的进气口装有用于调节进气流量的进气导流叶片或其它装置，并且控制该压气机的进气流量使之与抽气流量的波动相一致。

换句话说，这种方法是通过调整进气流量调节装置而获得的，结果可使供给燃烧室的燃烧室空气量保持为预先确定的要求值。

图1是一个系统示意图，表示本发明的一个实施例;

图2和3也是系统的示意图，每张图表示出本发明的另一个实施例。

在本发明中，对进气流量和抽气流量之间的差值连续不断地进行计算，并与燃烧室空气整定流量或整定的流量范围进行比较，该范围是由燃汽轮机本身的设计条件所确定的;根据所得到的偏差发出一个校正控制信号给进气导流叶片，以便控制叶片的开度，从而有可能无论抽气流量对其设计值如何变动，都能保持燃烧室空气的流量在整定值或在整定范围以内，并且可以维持燃气轮机的运行，不会使设备产生压气机喘振、燃烧温度过高等等异常状态。

顺便指出，按照本发明的方法，除了基于气体流量的控制系统以外，也允许采用另一种手段，即测量压气机的排气压力，以便根据测量压力对一整定压力或整定压力范围的偏差来控制进气导流叶片，用这种办法可以获得同样的效果。

现在参照附图叙述本发明的各个实施例。

参照图1，在压气机1的进气通道4上装有一个用来测量进气流量的检测器41以及用来调节进气流量的装置14。采用一个已知的进气导流叶片作为调节装置14;进入压气机1的空气流量通过改变该导流叶片的开度而进行调节。压气机1排出的部分气体经由通道6送到燃烧室2，经由燃料管道8输入燃烧室的燃料在其中燃烧。燃气经由燃气管道9送到涡轮机3，动力产生于涡轮机中。数字10表示废气排出管道。一个负荷例如发电机11连接到涡轮机3，上述压气机1也直接连到涡轮机上。

抽气管道7作为压气机1的排气通道6的一个支路而敷设，它将压缩空气提供给另一台设备。抽气管道7装设有一个用来检测抽气流量的检测器42，该检测器的信号被施加于一个运算单元17。发电机11装设有一个负荷检测器51，其负荷信号被施加于单元15，用来整定燃烧室空气的流量，以便产生对应于燃气轮机负荷的所需要的空气流量F_CO。运算单元17接收来自检测器41的检测信号进气流量F_A，供给燃烧室2的实际燃烧室空气流量F_CA是从抽气流量F_E和上述流量F_A计算出来的。

比较器16比较流量F_CA和F_CO，并产生一个对应于二者之偏差的信号，根据该信号通过一个执行机构61调整导流叶片14的开度。

在稳态情况下，燃烧室空气流量F_CA与由负荷决定的所要求的空气流量F_CO相符合，因此燃气轮机维持稳定的运行。

现在，当其它设备所需要的空气流量发生变化而减少了抽气流量F_E时，运算单元17的输出信号F_CA变得大于所要求的值F_CO。因此，比较器16产生一个对应于该偏差的输出，借助于该输出信号，执行机构61使导流叶片14的开度变窄。相应地，进气流量F_A减少，直到F_CA＝F_CO的条件建立起来。

相反地，当抽气流量F_E增加时，运算单元17的输出F_CA变得小于所要求的值F_CO。相应地，导流叶片14的开度被调整使进气流量F_A增加，直到条件F_CA＝F_CO建立起来为止。

这样，由于进气流量F_A随着抽气流量F_E的波动而改变，就能以所要求的燃烧室空气流量供给燃烧室2，从而使燃气轮机能够稳定地运行。此外，由于空气流量是在压气机1的进气侧进行控制的，整套设备的损耗就比先有技术使用的放气系统要小得多。而且，即使在压气机1进气口的空气流量减少的情况下，燃气轮机的运行也不会进入喘振区域。（当空气流量在压气机的出口侧减少时，易于发生喘振）。

在图1的实施例中，整定单元15给出了作为涡轮机负荷的函数所要求的空气流量F_CO。然而，下面这种情况也是可能的：即当实际流量处于某一范围以内，该范围是燃气轮机稳定运行的允许值加上某一希望值，这时导流叶片14维持现有的开度不被触动，只有在实际流量脱离该范围时，才由比较器16产生一个偏差信号。

此外，加到整定单元15上的负荷信号可以用燃料流量检测器43的检测信号所取代，该检测器接入到燃料管道8中，如图1所示。

根据本发明，运竟单元17可以发送实际的燃烧室空气流量。因此，也允许不用检测器41、42和运算单元17，而采用一个空气流量检测器接入到通路6中，该检测器的信号与所要求的值F_CO进行比较，以便用产生的偏差来操纵执行机构61。

附带说明的是，在运行稳定良好的情况下，尽管燃气轮机的燃烧室空气流量波动，所要求的空气流量F_CO可以适当地给定为一个固定值，而不考虑燃气轮机的负荷，以便保持F_CA＝F_CO。在此情况下，检测器51和43可以省去，以便从整定单元15中发送恒定值。

图2表示本发明的另一个实施例，它与图1的实施例不同之处在于：控制导流叶片14以使得燃烧室2入口侧通路5的压力可成为一个要求的压力值P_CO，P_CO是根据燃气轮机的负荷整定的。更准确地说，一个压力整定单元19由检测器51或43的信号作为输入，并且发送出所要求的与负荷相对应的压力值P_CO。通道5的压力由一个压力检测器18来检测，检测值P_C和要求值P_CO由比较器20进行比较，导流叶片14的开度通过执行机构61调整，其调整方向是使P_C值与P_CO值相一致。

压气机1的排出气体在其排出侧分成通路6和抽气管道7两个支路。如果分支部分的压力是一预定值，空气将以预定的流量进入燃烧室2。现在，当抽气管道7的抽气流量F_E增加时，压气机1的排气压力减小。因此，P_C＜P_CO，根据比较器20的输出信号，导流叶片14打开得更大些，压气机1的进气流量增加。从而，燃烧室空气流量F_C增加并且在P_C＝P_CO的条件下保持稳定。

流入燃烧室2的空气流量随着压力P_C的波动而变化。然而，由于从检测器18到执行机构61的控制通道的一阶时滞要比抽气管道7空气流量的变化小得多，事实上，抽气流量的波动可以被补偿，而不致引起燃烧室空气流量的剧烈波动。

整定单元19的输出信号可以是对应于负荷信号的一个固定值，或是一个容许的通带宽度。

这个实施例的优点是检测器的数目可以减少，因为两个检测器（压力检测器18和负荷检测器51或43）已足够了。

这台燃气轮机可以稳定地运行，克服抽气管道中抽气流量的波动，并且设备的损耗也可以减少。

图3表示本发明的另一个实施例。在本实施例的系统中，采用一种低发热量的燃气作为燃气轮机的燃料;并且，当热值的波动较大，燃料流量的波动成分从整体上看不能忽略时，就要考虑这些波动成分中那些有影响的组成部分。

更准确地说，对于热值波动并使用低发热量燃气的燃气轮机，为了使它稳定地运行，需要控制燃气流量F_G，以便与所要求的对应于负荷的燃气流量F_GO相一致。

由于燃气流量F_G是以燃料气体流量F_F和燃烧室空气流量F_C之和的形式给出的，运算单元22以检测器41、42和43的信号作为输入并计算出：

F_G＝F_A+F_F-F_E

结果发送出流量F_G作为输出信号。

另一方面，与来自负荷检测器51的信号相符合，整定单元21送出所要求的燃气流量F_GO。比较器16比较流量F_GO和F_G，以便根据得出的偏差调整导流叶片14。

在这个实施例中，在抽气流量F_E变化的情况下，导流叶片14被调整从而进气流量F_A会变化，以便补偿流量F_E的变动。

此外，在燃气轮机燃料气体的热值变化的情况下，燃料气体流量F_F改变以保持燃气轮机的输出恒定，此时依靠流量F_A的变化，来补偿流量F_F的变化。

还是在这个实施例中，与图1中的实施例相同，该燃气轮机能够克服抽气流量的波动而稳定地运行。

在这个实施例中，当一个用于检测燃气流量的检测器接入到废气排放管道10中时，该检测器的信号F_G和所要求的流量F_GO可以用比较器16适当地进行比较，以便根据得出的偏差驱动执行机构61。

如上所述，根据本发明，一种具有抽气管道的燃气轮机，尽管抽气流量波动仍能够以减少了的设备损耗稳定运行。

Claims (8)

1、在一种抽气运行式的燃气轮机中，来自一个压气机的部分排气被抽取出来送到另一台设备，而其余部分供给燃气轮机的燃烧室作为助燃用的空气；一种控制燃气轮机的方法，其特征在于：检测上述燃气轮机的负荷，并控制上述压气机的进气流量，结果使抽气流量与所要求的从被检测的负荷值计算出来的燃气流量之和与上述压气机的进气流量相符合。

2、一种控制一台按照权利要求1限定的燃气轮机的方法，其中上述压气机装设有一个进气导流叶片，并且上述压气机的进气流量通过调整上述进气导流叶片的开度进行控制。

3、在一台抽气运行式燃气轮机中，来自一个其进气侧装设有一个导流叶片的压气机的部分排气被抽取出来并为另一台设备所利用，其余部分的排气供给燃气轮机的燃烧室作为助燃用的空气;一种控制燃气轮机的方法包括：用于检测该燃气轮机负荷的装置;用于检测上述压气机排气压力的装置，以及一个调整上述导流叶片开度的执行机构，驱动该执行机构以使得上述压气机的排气压力与所要求的根据该燃气轮机的负荷而整定的排气压力相符合。

4、在一个燃气轮机系统中有一台压气机，在其进气侧装有空气流量调节装置;一个抽气管道，它将压气机的部分排气引到另一台设备;一个通路将剩余部分的排气供给一个燃烧室;以及一台涡轮机，它由该燃烧室中所产生的燃气驱动;一个燃气轮机系统的特征在于：它包括一个燃气流量整定单元，它根据该燃气轮机的负荷信号计算出所要求的燃气流量;一个检测抽气流量的检测器，它被接入到上述抽气管道中;一个压气机空气流量检测器，它检测该压气机的进气流量;一个比较器，它接收来自抽气流量检测器的信号，以及来自上述燃气流量整定单元和上述压气机空气流量检测器的信号，该比较器输出一个控制信号用来控制上述流量调节装置，结果使上述要求的燃气流量和上述抽气流量之和可以与上述压气机的进气流量相一致;一个执行机构，它根据上述比较器的输出驱动上述流量调节装置。

5、在一台燃气轮机中有一个抽气管道，它将该燃气轮机压气机的部分排气引到另一台设备;以及一个导流叶片，它装设在该压气机的进气侧;一个燃气轮机系统的特征在于：它包括一个控制装置，用于在上述压气机的排气压力处于一预定范围之外时调整上述导流叶片的开度，结果使得上述排气压力可以恢复到上述范围以内。

6、在一个燃气轮机系统中有进气流量调节装置，用来调节输入到燃气轮机压气机中的空气流量，该装置设在该压气机的进气侧;一个抽气管道，它将压气机的部分排气引到另一台设备;以及一个通路，它将剩余部分的排气供给一个燃烧室;一个燃气轮机系统的特征在于：它包括一个燃烧室空气流量检测器，借助于该检测器可检测出供给上述燃烧室的排气流量;以及控制装置，它用于接受来自上述检测器的信号，以调整上述进气流量调节装置，结果使上述检测器检测到的燃气流量可以与预先整定的所要求的空气流量相一致。

7、按照权利要求6中所限定的一个燃气轮机系统，进一步包括用于检测上述燃气轮机负荷的装置，上述所要求的空气流量是作为该燃气轮机负荷的函数给定的。

8、按照在权利要求6中所限定的一个燃气轮机系统，进一步包括一个燃料检测器，用该检测器可检测供给上述燃气轮机的燃料，上述所要求的空气流量是作为来自上述燃料检测器的信号的函数给定的。

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