CN104011348A - 用于生产电能的燃气涡轮机设备以及用于操作所述燃气涡轮机设备的方法 - Google Patents

用于生产电能的燃气涡轮机设备以及用于操作所述燃气涡轮机设备的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于生产电能的燃气涡轮机设备，设置有：-燃气涡轮机(12)；-供应有燃料的燃烧室(11)；-探测模块(7)，其构造为在燃气涡轮机(12)的排气处探测指示一氧化碳浓度(CO％)的至少第一参数；-控制装置(8)，控制装置(8)构造为基于参考功率值(SP)来调节对燃烧室(11)的燃料供应；控制装置(8)设置有计算装置(16、17)，计算装置(16、17)构造为至少基于指示一氧化碳浓度(CO％)的第一参数来计算参考功率值(SP)的校正值(SPC)并且基于计算的校正值(SPC)来修正参考功率值(SP)。

Description

用于生产电能的燃气涡轮机设备以及用于操作所述燃气涡轮机设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产电能的燃气涡轮机设备及用于操作所述设备的方法。
背景技术
在夜间，电网对于电能的需求显著减小并且电能售价急剧下降。
因此，在夜间，电能设备的管理者或者关闭输出功率或者使输出功率最小。
具体地，由于过长的重起时间，因此联合循环型的燃气涡轮机设备在夜间并不关闭。因此在这种设备中，夜间使输出功率最小。
通过联合循环型的燃气涡轮机设备可实现的最小功率通常等于额定功率的10％。然而，在该功率水平下会发生超过法律限制污染物质排放(NOx和CO)过高的增加。
为了将污染排放物质排放维持在可接受的水平，最小功率必须高于额定功率的40％。
此外，为了顾及由于例如环境条件的改变、燃料成分等引起的可能的污染排放的波动，工厂管理者会储备另外的功率裕度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产电能的燃气涡轮机设备，其能够产生与至今为止可获得的最小功率相比低的最小功率并且能够充分考虑与污染物质排放相关的法律限制。
根据这种目的，本发明涉及一种用于生产电能的燃气涡轮机设备，包括：
-燃气涡轮机；
-燃烧室，其供应有燃料；
-探测模块，其构造为在燃气涡轮机的排气处探测指示一氧化碳浓度的至少第一参数；
-控制装置，控制装置构造为基于参考功率值来调节对燃烧室的燃料供应；
设备的特征在于，控制装置包括计算装置，计算装置构造为至少基于指示一氧化碳浓度的第一参数来计算参考功率值的校正值并且基于计算的校正值来修正参考功率值。
本发明的另一目的是提供一种用于操作用于生产电能的燃气涡轮机设备的方法，其能够产生与至今为止可获得的最小功率相比低的最小功率并且能够充分考虑与污染物质排放相关的法律限制。
根据这种目的，本发明涉及一种用于操作用于生产电能的燃气涡轮机设备的方法；设备包括：燃气涡轮机；供应有燃料的燃烧室；以及探测模块，探测模块构造为在燃气涡轮机的排气处探测指示一氧化碳浓度的至少第一参数；方法包括如下步骤：
-基于参考功率值来调节供应至燃烧室的燃料；
-至少基于指示一氧化碳浓度的第一参数来计算校正值；
-基于计算的校正值来修正参考功率值。
附图说明
参照附图的各图，通过本发明的非限制性实施方式的下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的用于生产电能的燃气轮机设备；
-图2是图1中的设备的第一细节的示意性方块图。
具体实施方式
图1示出了用于生产电能的燃气涡轮机设备1。
设备1借助于主开关3选择性地可连接至电能分配网2并且包括燃气涡轮机组件5、发电机6、探测模块7、控制装置8以及参考值选择模块9。
燃气涡轮机组件5包括压缩机10、燃烧室11以及燃气涡轮机12。燃烧室11通过供给阀13接收燃料。
发电机6机械地连接至与涡轮机12和压缩机10相同的轴线，并且以与涡轮机12和压缩机10相同的旋转角速度进行旋转式地供给。发电机6将由涡轮机12供应的机械动力转换成下文中简称为传输功率P的有功电能，并且使得该有功电能以给定的频率可由分配网2使用。
在本发明的变型(未示出)中，燃气涡轮机组件5联接至蒸汽涡轮机组件，该蒸汽涡轮机组件构造成使用燃气涡轮机12排出的废烟气的热量来产生能够转动一个或更多个蒸汽涡轮机的蒸汽。
探测模块7与设备1的多个传感器(未示出)连通并且为控制装置8提供一系列与设备1相关的参数，诸如指示在涡轮机12的排气处的一氧化碳的浓度CO％的参数、指示在涡轮机12的排气处的氮氧化物的浓度NOX％的参数、设备频率fI、传输功率P、涡轮机12的排气处的气体温度等。
参考值选择模块9产生待供应至控制装置8的参考信号。具体地，参考值选择模块9将称为SPDEF的至少一个功率值供应至控制装置8。
控制装置8使用来自探测模块7和来自参考值选择模块9的参数来产生适于对对燃烧室11的燃料供应和供给至压缩机10的空气流动速率进行调节的控制信号。
具体地，控制装置8产生发送至阀13的、用以对燃烧室11的燃料供应进行调节的控制信号UFV。
控制装置8包括多个控制模块(附图中未示出)，借助于这些控制模块来控制设备变量，诸如例如，设备频率、传输功率P、在涡轮机12的排气处的气体温度等。
具体地，控制装置8包括功率调节模块15、加法器节点16以及设定点调节模块17。
功率控制模块15基于通常称为“负荷设定点”的参考功率值SP来控制由设备1传输的功率P。具体地，功率调节模块15接收从探测模块7传输的当前功率P的输入值，和来自加法器节点16的参考功率值SP。加法器节点16将参考功率值SP计算为来自参考值选择模块9的预定功率值SPDEF与来自设定点调节模块17的功率校正值SPC之和。
基于输入数据，功率调节模块15产生用以对将燃料供给至燃烧室11的阀13进行控制的控制信号UΔΡ。功率控制模块15优选地基于功率误差——即当前功率P与参考功率值SP之间的差值——来实施PID(比例积分微分)控制逻辑。
设定点调节模块17从探测模块7接收指示在涡轮机12的排气处的一氧化碳浓度CO％的至少一个参数和指示在涡轮机12的排气处的氮氧化物浓度的NOX％至少一个参数。
在本文中描述和示出的非限制性示例中，指示一氧化碳浓度CO％的参数为在涡轮机12的排气处探测的一氧化碳的浓度CO％(表示为百分数)，而指示氮氧化物浓度NOX％的参数为在涡轮机12的排气处探测的氮氧化物的浓度NOX％(表示为百分数)。
一氧化碳的浓度CO％和氮氧化物的浓度NOX％优选地借助于相应的专用传感器探测。
因此，设定点调节模块17基于指示一氧化碳浓度CO％的参数以及基于指示氮氧化物浓度NOX％的参数产生参考功率值SP的校正值SPC。
参照图2，设定点调节模块17包括第一计算模块20、第二计算模块21、以及加法器节点22，其中第一计算模块20构造为基于指示一氧化碳浓度CO％的参数计算第一校正项SPCO，第二计算模块21构造为基于指示示氮氧化物浓度NOX％的第二参数计算第二校正项SPNOx，加法器节点22构造为将第一校正项SPCO添加至第二校正项SPNOx并且产生参考功率值SP的校正值SPC。
具体地，第一计算模块20包括计算块24，其构造为基于指示探测得的一氧化碳浓度CO％的参数与预定的参考值REFCO之间的差值计算校正项SPCO％。
由计算块24输出的校正项SPCO％以探测得的一氧化碳浓度所使用的度量单位表示(在本文中描述和示出的非限制性示例中表示为百分数)。
因此，由计算块24输出的校正项SPCO％由预定的转换因数KCO转换成MW。因此，以MW表示的校正项SPCOMW被供给至加法器节点22。
计算块24优选地基于指示一氧化碳浓度CO％的探测参数与参考值REFCO之间的误差来实施PID(比例积分微分)控制逻辑。
第二计算模块21包括计算块26，其构造为基于指示探测得的氮氧化物浓度NOX％的参数与预定的参考值REFNOX之间的差值来计算第二校正项SPNOx％。
由计算块26输出的校正项SPNOx％以探测得的一氧化碳浓度所使用的度量单位表示(在本文中描述和示出的非限制性示例中表示为百分数)。
因此，由计算块26输出的校正项SPNOx％由预定的转换因数KNOX转换成MW。因此，以MW表示的校正项SPNOxMW被供给至加法器节点22。
计算块26优选地基于指示氮氧化物浓度NOX％的探测参数与参考值REFNOX之间的误差来实施PID(比例积分微分)控制逻辑。
本质上，由加法器节点22输出的校正值SPC为第一校正项SPCOMW与第二校正项SPNOxMW之和。
控制装置8优选地包括激活装置28，其构造为选择性地激活校正参考功率值SP。具体地，激活装置28大致上为具有两个操作位置的选择器：激活位置，在该位置处激活装置28将设定点校正模块17连接至加法器节点16用以将校正值SPC供给至加法器节点16；以及第二操作位置，在该位置处，激活装置28将等于零的信号供给至加法器节点16，以防止参考功率值SP被校正。激活装置18优选地借助于由操作者可激活的两种状态的按钮30来控制。
根据本发明的设备1的第二控制装置8有利地构造为基于排放物质(CO和NOX)排放的水平来校正参考功率值SP。这种类型的调节允许设备管理者设定小于当前所使用的最小预定功率值的最小预定功率值SPDEF。
凭借本发明，在没有超出与污染物质排放相关的法律限制的风险的情况下，可以减小或者甚至消除至今为止考虑为用以限定用于夜间操作的最小预定功率值SPDEF的安全裕度。
实际上，当例如由于外部环境条件的改变而使排放危险地接近法律限制时，控制装置8能够提高参考功率值SP。
由此，在夜间有利地减小由设备1产生的最小功率，为设备管理者带来相当可观的节约量。夜间的能量每MW/h的销售成本实际上小于生产成本。
本发明还是有利的，由于其允许使由热电设备产生的功率最小化以利用可再生资源和核资源。
最后，显然的是，可以在不背离所附权利要求的范围的情况下，对本文中描述的用于生产电能的燃气涡轮机设备和用于操作所述设备的方法做出改变和变型。

Claims (17)

1.一种用于生产电能的燃气涡轮机设备，包括：
-燃气涡轮机(12)；
-燃烧室(11)，所述燃烧室(11)供应有燃料；
-探测模块(7)，所述探测模块(7)构造为在所述燃气涡轮机(12)的排气处探测指示一氧化碳浓度(CO％)的至少第一参数；
-控制装置(8)，所述控制装置(8)构造为基于参考功率值(SP)来调节对所述燃烧室(11)的燃料供应；
所述设备的特征在于：所述控制装置(8)包括计算装置(16、17)，所述计算装置(16、17)构造为至少基于指示所述一氧化碳浓度(CO％)的第一参数来计算所述参考功率值(SP)的校正值(SPC)并且基于计算的所述校正值(SPC)来修正所述参考功率值(SP)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述探测模块(7)构造为在所述燃气涡轮机(12)的所述排气处探测指示氮氧化物浓度(NOX％)的至少第二参数；所述计算装置(16、17)构造为还基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的第二参数来计算所述校正值(SPC)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述计算装置(17)包括第一计算模块(24)，所述第一计算模块(24)构造为基于指示所述一氧化碳浓度(CO％)的所述第一参数来计算第一校正项(SPCO)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述计算装置(17)包括第二计算模块(26)，所述第二计算模块(26)构造为基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的所述第二参数来计算第二校正项(SPNOX)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述计算装置(17)包括加法器节点(22)，所述加法器节点(22)构造为将所述校正值(SPC)计算为所述第一校正项(SPCO)与所述第二校正项(SPNOX)之和。
6.根据权利要求3至权利要求5中的任一项所述的设备，其中，所述第一计算模块(24)构造为基于指示所述一氧化碳浓度(CO％)的所述第一参数与第一参考值(REFCO)之间的差值来计算所述第一校正项(SPCO)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一计算模块(24)包括PID型控制器。
8.根据权利要求4至权利要求7中的任一项所述的设备，其中，所述第二计算模块(26)构造为基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的所述第二参数与第二参考值(REFNOX)之间的差值来计算所述第二校正项(SPNOX)。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二计算模块(26)包括PID型控制器。
10.一种用于操作用于生产电能的燃气涡轮机设备(1)的方法；所述设备(1)包括：燃气涡轮机(12)；供应有燃料的燃烧室(11)；以及探测模块(7)，所述探测模块(7)构造为在所述燃气涡轮机(12)的排气处探测指示一氧化碳浓度(CO％)的至少第一参数；所述方法包括如下步骤：
-基于参考功率值(SP)来调节供应至所述燃烧室(11)的燃料；
-至少基于指示一氧化碳浓度(CO％)的第一参数来计算校正值(SPC)；
-基于计算的校正值(SPC)来修正所述参考功率值(SP)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，修正所述参考功率值(SP)的步骤包括将计算的校正值(SPC)添加至预定的功率值(SPDEF)的步骤。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，计算校正值(SPC)的步骤包括基于指示所述一氧化碳浓度(CO％)的参数来计算第一校正项(SPCO)的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述探测模块(7)构造为在所述燃气涡轮机(12)的排气处探测指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的至少第二参数；所述计算校正值(SPC)的步骤包括还基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的第二参数来计算所述校正值(SPC)的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述计算校正值(SPC)的步骤包括基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的所述第二参数来计算第二校正项(SPNOX)的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，所述计算校正值(SPC)的步骤包括将所述校正值(SPC)计算为所述第一校正项(SPCO)与所述第二校正项(SPNOX)之和的步骤。
16.根据权利要求12至权利要求15中的任一项所述的方法，其中，计算第一校正项(SPCO)的所述步骤包括基于指示所述一氧化碳浓度(CO％)的参数与第一参考值(REFCO)之间的差值来计算所述第一校正项(SPCO)的步骤。
17.根据权利要求14至权利要求16中的任一项所述的方法，其中，计算第二校正项(SPNOX)的所述步骤包括基于指示所述氮氧化物浓度(NOX％)的第二参数与第二参考值(REFNOX)之间的差值来计算所述第二校正项(SPNOX)的步骤。
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