CN104343544A - 延长燃气涡轮热气体通路部分的寿命的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及延长燃气涡轮热气体通路部分的寿命的系统及方法。一种用于使联合循环系统增压的系统及方法，该联合循环系统包括提供可变空气流的鼓风机。空气流的至少第一部分被引导至压缩机，且空气流的第二部分转移至热回收蒸汽发生器。控制系统控制提供至压缩机和热回收蒸汽发生器的空气流。该系统允许联合循环系统在期望操作状态下操作，通过控制从鼓风机至压缩机和热回收蒸汽发生器的空气流来平衡循环效率和构件寿命。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及分别转让给本申请的受让人General Electric公司的在John Anthony Conchieri、Robert Thomas Thatcher和Andrew Mitchell Rodwell名下共同提交的名称为GAS TURBINE COMPRESSOR INLET PRESSURIZATION AND FLOW CONTROL SYSTEM的申请序列第13/485,216号和在Sanji Ekanayake和Alston I. Scipio名下共同提交的名称为GAS TURBINE COMPRESSOR INLET PRESSURIZATION HAVING A TORQUE CONVERTER SYSTEM的申请序列第13/485,273号。
技术领域
本文公开的主题涉及联合循环电力系统，并且更具体地涉及具有空气流旁通路的增压联合循环系统。
背景技术
联合循环电力系统和废热发电设备使用燃气涡轮来发电。这些燃气涡轮通常生成高温排出气体，排出气体传送到产生蒸汽的热回收蒸汽发生器(HRSG)。蒸汽可用于驱动蒸汽涡轮来生成更多功率，且/或提供蒸汽来在其它过程中使用。
最高效率下的操作电力系统对于任何发电设备都是高度优先的。包括负载状态、设备退化和环境条件的因素可引起发电单元在低于最佳的状态下操作。增压(引起入口压力超过环境压力)涡轮系统作为增加燃气涡轮容量的一种方式是已知的。增压涡轮系统通常包括位于燃气涡轮入口处的变速增压风扇，其由源自将排出废热转变成蒸汽的蒸汽能驱动。增压风扇用于增加进入燃气涡轮中的空气质量流速，以便燃气涡轮轴的马力可增大。
对于发电设备的操作者的额外高度优先为维护成本和可获得性。维护成本的一个构成为设备寿命。存在影响设备寿命的许多因素，其中为使用的燃料类型、基本负载下的操作小时数、峰值负载下的操作小时数，以及进入压缩机空气流中的水蒸汽注射。这些因素影响热气体通路部分的寿命。涡轮中增加的温度可对沿热气体通路和其它地方定位的构件的寿命具有影响。通常，基本负载以上的操作将减少热气体通路构件的寿命，而基本负载以下的操作将延长构件的寿命。在一些情况下，操作者可能期望牺牲效率来延长热气体通路部分的寿命，以便降低维护成本。然而，常规联合循环系统不提供热气体通路部分的寿命的足够的控制水平。
发明内容
根据一个示例性的非限制性实施例，本发明涉及一种用于延长涡轮系统的热气体通路部分的寿命的方法。该方法包括以下步骤：确定期望负载；确定针对期望负载的额定点火温度；以及确定针对期望负载的增压点火温度。该方法还包括以下步骤：确定待提供至涡轮系统中的压缩机的空气的第一质量流量来实现针对期望负载的增压点火温度；提供空气流；以及将空气的第一质量流量传送到压缩机中。
在另一个实施例中，本发明涉及一种用于延长涡轮系统中的热气体通路部分的寿命的方法。该方法包括以下步骤：确定期望负载；确定效率协调；以及确定期望的维护因数。该方法还包括以下步骤：确定实现针对期望负载的期望维护因数所需的增压量。该方法包括确定待提供给压缩机的空气的第一质量流量来实现增压量；以及确定待提供给热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量。该方法还包括以下步骤：提供空气流；将空气的第一质量流量传送至压缩机；以及将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器。
在另一个实施例中，本发明涉及一种用于使具有燃气涡轮和热回收蒸汽发生器的联合循环系统提升(ramp up)的方法。该方法包括以下步骤：确定期望负载；确定当前负载；以及确定期望负载是否大于当前负载。该方法还包括以下步骤：确定增量负载增加；以及确定针对当前负载加上增量负载增加的期望的点火温度。该方法还包括以下步骤：计算通向燃气涡轮的第一增压质量流来实现针对当前负载加上增量负载增加的期望点火温度；将负载增加至当前负载加上增量负载增加；以及向燃气涡轮提供第一增压质量流。
一种用于延长涡轮系统中的热气体通路部分的寿命的方法，方法包括：
确定期望负载；
确定针对期望负载的额定点火温度；
确定针对期望负载的增压点火温度；
确定待提供至涡轮系统中的压缩机的空气的第一质量流量来实现针对期望负载的增压点火温度；
提供空气流；以及
将空气的第一质量流量传送至压缩机中。
优选地，提供空气流包括利用风扇提供空气流。
优选地，方法还包括：
确定期望的热回收蒸汽发生器入口温度；
确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量来实现期望的热回收蒸汽发生器入口温度；以及
将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器。
优选地，将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器还包括：在预定温度下传送空气的第二质量流量和调整热回收蒸汽发生器入口温度。
优选地，方法还包括将空气的第一质量流量冷却。
优选地，传送空气的第二质量流量包括：经由旁通路将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器。
优选地，方法还包括利用联接到旁通路的阀来控制空气的第二质量流量。
一种用于延长涡轮系统中的热气体通路部分的寿命的方法，包括：
确定期望负载；
确定期望维护因数；
确定实现针对期望负载的期望维护因数所需的增压量；
确定待提供至压缩机的空气的第一质量流量来实现增压量；
确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量；
提供空气流；
将空气的第一质量流量传送至压缩机中；以及
将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器。
优选地，提供空气流包括利用风扇提供空气流。
优选地，方法还包括：
确定期望的热回收蒸汽发生器入口温度；
并且其中，确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量包括：确定待提供至热回收蒸汽发生器空气的第二质量流量来实现期望的热回收蒸汽发生器入口温度。
优选地，将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器还包括：在预定温度下传送空气的第二质量流量和调整热回收蒸汽发生器入口温度。
优选地，传送空气的第二质量流量包括：经由旁通路将空气的第二质量流量传送至热回收蒸汽发生器。
优选地，方法还包括利用联接到旁通路的阀来控制空气的第二质量流量。
一种用于使具有燃气涡轮和热回收蒸汽发生器的联合循环系统提升的方法，包括：
确定期望负载；
确定当前负载；
确定期望负载是否大于当前负载；
确定增量负载增加；
确定针对当前负载加上增量负载增加的期望的点火温度；
计算通向燃气涡轮的第一增压质量流来实现针对当前负载加上增量负载增加的期望点火温度；
将当前负载增加至当前负载加上增量负载增加；以及
将第一增压质量流提供至燃气涡轮。
优选地，方法还包括：
确定针对当前负载加上增量负载增加的期望的热回收蒸汽发生器入口温度；
计算通向热回收蒸汽发生器的第二增压质量流来实现针对当前负载加上增量负载增加的期望的热回收蒸汽发生器入口温度；以及
将第二增压质量流提供至热回收蒸汽发生器。
优选地，将第一增压质量流提供至燃气涡轮包括：利用风扇将第一增压质量流提供至燃气涡轮。
优选地，将第二增压质量流提供至热回收蒸汽发生器包括：将第二增压质量流经由旁通路提供至热回收蒸汽发生器中。
优选地，将第二增压质量流提供至热回收蒸汽发生器包括：利用阀来控制第二增压质量流。
优选地，期望负载为峰值负载。
优选地，利用风扇将第一增压质量流提供至燃气涡轮包括：利用原动机来驱动风扇。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从与通过举例的方式示出本发明的某些方面的原理的附图结合的优选实施例的以下更详细描述中清楚。
图1为具有空气旁通路的增压联合循环系统的实施例的简图。
图2为具有空气旁通路的增压联合循环系统的另一个实施例的简图。
图3为通过具有空气旁通路的增压联合循环系统实施的方法的实施例的流程图。
图4为示出通过具有空气旁通路的增压联合循环系统实现的结果的图表。
图5为通过具有空气旁通路的增压联合循环系统实施的方法的实施例的流程图。
图6为示出通过具有空气旁通路的增压联合循环系统实现的结果的图表。
图7为示出通过具有空气旁通路的增压联合循环系统实现的结果的图表。
图8为具有空气旁通路的增压联合循环系统的另一个实施例的简图。
图9为用于控制具有空气旁通路的增压联合循环系统的控制系统的实施例的简图。
图10为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图11为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图12为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图13为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图14为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图15为用于驱动鼓风机的原动机的实施例的简图。
图16为概述不同原动机的优点和缺点的表格。
图17为示出针对未增压(额定)的燃气涡轮和增压10%的燃气涡轮的输出与点火温度的变化之间的关系的图表。
图18为示出增压对维护因数的影响的图表。
图19为示出峰值负载下增压对点火温度、加热率和输出的影响的图表。
图20为示出基本负载下增压对点火温度、加热率和输出的影响的图表。
图21为示出90%负载下增压对点火温度、加热率和输出的影响的图表。
图22为示出80%负载下增压对点火温度、加热率和输出的影响的图表。
图23为针对用于通过使用增压来延长燃气涡轮系统的热气体通路部分的寿命的方法的流程图。
图24为用于减小涡轮系统中的维护因数的方法的流程图。
图25为用于操作具有燃气涡轮和HRSG的联合循环系统的方法的流程图。
图26为用于提升具有燃气涡轮和HRSG的联合循环系统的方法的流程图。
部件列表
11 sccab系统(25)
13 燃气涡轮子系统(3)
15 压缩机(4)
16 压缩机入口(6)
17 燃烧器
19 涡轮(3)
21 排气管道(4)
23 hrsg(11)
24 hrsg入口(5)
25 副喷燃器(2)
26 蒸汽涡轮(2)
27 排气管
28 过程蒸汽出口集管
29 冷却系统(2)
30 鼓风机(14)
31 原动机(3)
32 管道组件
33 旁通路(5)
35 流动传感器(2)
37 阻尼阀(2)
39 控制系统(2)
41 入口壳体
43 冷却系统(2)
50 方法(6)
51 步骤
53 步骤
55 步骤
57 步骤
59 步骤
60 方法(5)
61 步骤
63 步骤
65 步骤
67 步骤
69 步骤
90 基本负荷
111 联合循环系统(8)
113 燃气涡轮子系统(7)
115 压缩机(2)
116 压缩机入口(2)
117 燃烧器
119 涡轮
121 排气管道(4)
123 hrsg(6)
124 hrsg入口
126 蒸汽涡轮
127 排气管
128 过程蒸汽出口集管
130 鼓风机(12)
131 原动机(15)
132 管道组件
133 旁通路(3)
137 旁通路阻尼阀(2)
139 流动传感器(2)
141 入口壳体(3)
143 冷却系统(4)
145 驱动旁通路(3)
146 驱动阻尼阀(3)
147 驱动系统传感器(2)
148 副导管
149 副阻尼阀(3)
150 副传感器(2)
151 导管
155 驱动排气导管(2)
159 燃气涡轮(9)
161 控制系统(3)
171 航改燃气涡轮(10)
173 蒸汽涡轮(8)
175 感应电动机(7)
177 往复发动机(5)
179 vfd(5)
200 方法(12)
210 步骤
220 步骤
230 步骤
240 步骤
242 步骤
250 步骤
260 步骤
270 步骤
280 步骤
290 步骤
300 步骤
400 方法(8)
410 步骤
420 步骤
430 步骤
440 步骤
450 步骤
460 步骤
470 步骤
480 步骤
500 方法(12)
510 步骤
520 步骤
530 步骤
540 步骤
550 步骤
560 步骤
570 步骤
580 步骤
590 步骤
600 步骤
610 步骤
700 方法(13)
710 步骤
720 重复步骤
720 步骤
730 步骤(2)
740 步骤
750 步骤(2)
760 步骤
770 步骤
780 步骤
790 步骤
800 步骤
810 步骤
820 步骤
830 步骤
840 步骤。
具体实施方式
图1为根据本发明的一个实施例的具有空气旁通路的增压联合循环系统(SCCAB系统11)的简图。SCCAB系统11包括燃气涡轮子系统13，其继而又包括具有压缩机入口16的压缩机15、燃烧器17和涡轮19。排气管道21可联接到涡轮19和热回收蒸汽发生器子系统(HRSG23)上。HRSG23从来自于涡轮19的排出气体回收热，热经由HRSG入口24传送以生成蒸汽。HRSG23还可包括副喷燃器25来向HRSG23提供额外能量。来自于HRSG23的蒸汽和排气中的一些可泄放至排气管27，或用于驱动蒸汽涡轮26并提供额外功率。来自于HRSG23的蒸汽中的一些可经由过程蒸汽出口集管28运输来用于其它过程。SCCAB系统11还可包括入口壳体和冷却系统29。入口壳体和冷却系统29用于冷却并过滤进入压缩机入口16的空气，以增加功率并避免对压缩机15损坏。
SCCAB系统11还包括鼓风机30，其用于在压缩机15中产生正压力强制空气。鼓风机30可具有固定或可变的叶片风扇(未示出)。鼓风机30可由原动机31驱动。鼓风机30提供穿过管道组件32的可控的空气流源，且可用于增加进入压缩机15中的空气的质量流速。进入压缩机中的空气的量由原动机31控制。与常规设计的略微负压力相比，压缩机入口16可构造成适于略微正压力。
SCCAB系统11还可包括旁通路(其可包括外部管道)，其将空气流的一部分从鼓风机30转移至排气管道21中。这种增加的空气流提供额外的氧至副喷燃器25来避免熄火或不足最佳的燃烧。旁通路33可设有流动传感器35和阻尼阀37，以控制经由旁通路33的空气流。控制系统39可提供成接收来自于流动传感器35的数据，且控制阻尼阀37和原动机31。控制系统39可整体结合到用于SCCAB系统11的操作控制的更大的控制系统中。来自于旁通路的空气流传送至排气管道21，在该处，可调整进入HRSG23的联合的空气和排气的温度。
图2中示出了包括一对燃气涡轮子系统13的SCCAB系统11的另一个实施例。在该实施例中，一对燃气涡轮子系统13的排气用于驱动蒸汽涡轮26。在该实施例中，入口壳体41定位在鼓风机30的上游，且来自于风扇的空气流可冷却的冷却系统43定位在鼓风机30的下游。旁通路33联接到冷却系统43上。本领域的普通技术人员将认识到的是，尽管在该实施例中描述了两个燃气涡轮子系统13，但可使用与任何数目的蒸汽涡轮27联合的任何数目的燃气涡轮系统13。
在操作中，SCCAB系统11提供了进入HRSG23的增加的空气流，导致了一定数目的好处。SCCAB系统11可向操作者提供优化联合循环设备的灵活性、效率和寿命循环经济性的能力。例如，燃气涡轮子系统13的入口压力的升压改善了输出和加热率性能。SCCAB系统11的输出性能可在SCCAB系统11的整个寿命循环内通过在一定时间内提高与SCCAB系统11退化相当的增压水平(和寄生负载来驱动鼓风机30)来保持为平坦(零退化)。可源于SCCAB系统11的另一个好处在于发电对蒸汽产生率范围的扩张。这可通过利用来自于鼓风机30的空气来调整HRSG入口24处的排出气体温度来实现。可源于SCCAB系统11的另一个好处在于由于净化循环(累积的气体的移除)的减少而改善了启动速率。SCCAB系统11还可利用经由旁通路33从鼓风机30提供的空气来提供由于排气管道21处的排气温度的调整引起的改善的负载提升速率。SCCAB系统11的鼓风机30还提供强制冷却燃气涡轮子系统13和HRSG23的有效手段，减少了维护停机时间且改善了系统可获得性。鼓风机30提供针对所有燃气涡轮子系统13的简单循环和联合循环构造的可比较的好处，从而在热环境条件下以适中资金成本在20%的输出改善的范围中输送。
SCCAB系统11可实施如参照图3所示的一定时间内保持联合循环设备的输出的方法(方法50)。在步骤51中，方法50可确定当前状态，且在步骤53中，方法50可确定期望状态。期望的状态可保持一定时间内的额定输出来补偿性能损失。性能损失通常由于燃气涡轮中的构件在一定时间内磨损引起。这些损失可测得或计算出。在步骤55中，方法50可确定所需的增加空气质量流来保持期望的输出。基于该确定，方法50可在步骤57中调整进入压缩机入口16的空气质量流。在步骤59，方法50可调整进入HRSG入口24的联合的空气和排出质量流。
图4示出了常规联合循环系统和SCCAB系统11的一定时间内(以百分比表示)的输出和加热率的损失。由于燃气涡轮中的构件的磨损，故燃气涡轮在一定时间内经历输出损失。该损失部分地归因于增加的涡轮和压缩机间隙、以及表面精整和翼型件轮廓的变化。通常，维护或压缩机清洁不可恢复该损失，相反，解决方案为以建议的检查间隔替换受影响的部分。然而，通过使用鼓风机30来提高增压水平，可保持输出性能，尽管是在起因于驱动鼓风机30的寄生负载的成本下。顶部曲线(双实线)示出了常规联合循环系统的典型输出损失。第二曲线(双虚线)示出了定期检查和日常维护情况下的预期输出损失。下曲线(三虚线)示出了SCCAB系统11的输出损失可保持在接近0%处。同样，常规联合循环系统的加热率退化(单实线)可利用SCCAB系统11显著地改善。
图5示出了控制SCCAB系统11的蒸汽输出的方法(方法60)。在步骤61，方法60可首先确定当前状态。在步骤63中，方法60还可确定期望的输出和蒸汽流。在步骤65，方法60可包括确定至压缩机入口16和HRSG入口24所需的增加的空气流。在步骤67，方法60然后可调整进入压缩机入口16中的空气流，且在步骤69，调整进入HRSG入口24中的联合的排气和空气流，以提供期望的蒸汽输出。
图6示出了可用于保持恒定蒸汽流的膨胀操作范围。垂直轴线测量以MW为单位的输出，且水平轴线测量蒸汽质量流。内部区域(细垂直交叉影线)示出了常规的联合循环系统的范围。SCCAB系统11的范围以对角交叉影线示出，且更大的面积示出了与HRSG23中的副点火联合的SCCAB系统11的性能。
图7为示出与最低负载和基本负载下的常规联合循环系统相比的特定环境温度下的SCCAB系统11的改善的操作性能的图表。水平轴线测量以MW为单位的输出，且垂直轴线测量加热率(产生一kWh的电所需的来自于燃料的热能(BTU))。图表示出了由SCCAB系统11输送的改善的效率。
图8中示出了根据本发明的另一个实施例的联合循环系统111的简图。联合循环系统111包括燃气涡轮子系统113，其继而又包括具有压缩机入口116的压缩机115、燃烧器117和涡轮119。排气管道121可联接到燃气涡轮子系统113和热回收蒸汽发生器子系统(HRSG123)上。HRSG123从来自于燃气涡轮系统113的排出气体回收热，该排出气体经由HRSG入口124传送来生成蒸汽。来自于HRSG123的蒸汽和排气中的一些可用于驱动蒸汽涡轮126并提供额外功率，或泄放至排气管127。来自于HRSG123的蒸汽中的一些可经由过程蒸汽出口集管128运输来用于其它过程。
联合循环系统111还包括鼓风机130，其用于产生进入压缩机115中的正压力强制空气。鼓风机130可为固定或可变的叶片风扇。鼓风机130可由原动机131驱动。鼓风机130通过管道组件132提供可控的空气流源，且可用于增加进入燃气涡轮子系统113中的空气的质量流速。进入燃气涡轮子系统113中的空气量由原动机131控制。
联合循环系统111还可包括入口壳体141和冷却系统143。入口壳体141和冷却系统143冷却并过滤进入燃气涡轮子系统113的空气，以增加功率且避免对压缩机损坏。在一些实施例中，入口壳体141和冷却系统143可联合，且设置在鼓风机130下游。
联合循环111还可包括旁通路133(其可包括外部管道)，其将空气流的一部分从鼓风机130转移至排气管道121中。旁通路133可设有流动传感器139和旁通路阻尼阀137，以控制经过旁通路133的空气流。来自于旁通路的空气流传送至排气管道121，在该处，可调整进入HRSG123的联合的空气和排气的温度。
联合循环系统111还可包括联接到原动机131的驱动旁通路145。驱动旁通路145设有驱动阻尼阀146和驱动系统传感器147。原动机131还可设有副导管148，其具有副阻尼阀149和副传感器150。原动机由导管151联接到鼓风机130上。在一些实施例中，原动机131的排气可经由驱动排气导管155传送至HRSG23。
在操作中，原动机131驱动鼓风机130以在预定质量流速下提供空气流。空气流可由冷却系统143冷却。空气流可分成传送至压缩机入口116的第一质量流量、传送至排气管道121的第二质量流量、以及在一些情况下传送至原动机131的第三质量流量。第一质量流量、第二质量流量和第三质量流量的控制通过旁通路阻尼阀137、驱动阻尼阀146和副阻尼阀149的控制来实现。通过控制第一质量流量，第二质量流量和第三质量流量，操作者被提供有联合循环系统111的操作范围的更有效的控制。
图9示出了用于控制旁通阻尼阀137、驱动阻尼阀146和副阻尼阀149的控制系统161。控制系统161接收来自于流动传感器139、驱动系统传感器147和副传感器150的读数。控制系统161可为常规General Electric SpeedtronicTM Mark VI燃气涡轮控制系统。SpeedTronic控制器监测各种传感器和与燃气涡轮相关联的其它仪器。除控制某些涡轮函数如燃料流速之外，SpeedTronic控制生成来自于其涡轮传感器的数据，且提出数据来用于向涡轮操作者显示。数据可通过使用软件来显示，该软件生成数据图表和其它数据显示，如，General Electric CimplicityTM HMI软件产品。
SpeedtronicTM Mark VI燃气涡轮控制系统为计算机系统，其包括微处理器，其执行程序来通过使用来自于操作员的传感器输入和指令来控制燃气涡轮的操作。控制系统包括逻辑单元，如，样本及保持、以及和差单元，其可在软件中实施或通过硬件逻辑电路实施。由控制系统处理器生成的命令引起燃气涡轮的促动器例如调整燃料控制系统，其将燃料供应至燃烧室，对压缩机设定入口导叶，以及调整燃气涡轮上的其它控制设定。
图10示出了原动机131为燃气涡轮159的实施例。燃气涡轮159提供优于原动机131的另一个类型的某些好处。这些好处包括更大的可靠性，特别是在需要维持大功率输出和高负载下的高效率的应用中。将燃气涡轮159用作原动机131的缺陷包括在部分负载下低于往复发动机的效率和更高成本。在操作中，燃气涡轮159经由驱动旁通路145接收增压和冷却的空气，且其排气可经由驱动排气导管155传送至HRSG123来用于最佳循环效率和灵活性。这导致优异的满负载和部分负载效率和操作灵活性。由燃气涡轮159驱动的鼓风机130通过协调效率来弥补输出退化从而消除一定时间内的输出退化。由燃气涡轮159驱动的鼓风机130还向操作者提供了将发电向蒸汽产生率范围扩张的能力。此外，由燃气涡轮159驱动的鼓风机130增加了净功率产量，且改善了燃气涡轮子系统113和联合循环系统111的效率。通过扩张操作范围，操作者可在部分输出不足的多单元功率框处减小需要加至单元的不利的资金和操作成本的影响。使用燃气涡轮159具有高资金和维护成本的缺点。燃气涡轮159向介质复杂性的子系统提供了高循环效率，且在固定增压器升压下提供很高的峰值输出。
图11示出了航改燃气涡轮171用作原动机131的另一个实施例。航改燃气涡轮171为源于航空涡轮的燃气涡轮。使用航改燃气涡轮171的决定主要基于经济和操作优点。它们重量相对轻，且提供高的性能和效率。航改燃气涡轮171允许连同针对整合控制的潜力来有效控制转矩。相比于常规重型框架燃气涡轮驱动件，航改燃气涡轮171的共同经济/操作优点和好处为效率的百分之10至百分之15的改善。航改燃气涡轮171提供平稳的受控的启动。航改燃气涡轮171具有更高的可获得性和操作可靠性，且其较宽负载范围允许经济上优化的功率控制。航改燃气涡轮171还提供优于常规重型框架燃气涡轮驱动件的优点，这由于其停机和快速提升及更有效的处理负载变化的能力。航改燃气涡轮171在固定的增压器升压下提供高的循环效率和很高的峰值输出。用于该应用的航改燃气涡轮171的优点必须与一些缺点平衡，包括高资金成本和很高的维护成本。
图12示出了蒸汽涡轮173用作原动机131的另一个实施例。蒸汽涡轮为从加压蒸汽提取热能且将其用来在旋转输出轴上做机械功的装置。蒸汽涡轮173的使用提供能够使用较宽范围的燃料来驱动蒸汽涡轮173的优点。相比于其它原动机，蒸汽涡轮具有固定增压器升压下的平均资金成本、维护成本、循环效率和峰值输出。蒸汽涡轮173还具有高的子系统复杂性。然而，蒸汽涡轮173具有需要锅炉和其它设备与更高的价格与性能比的缺点。蒸汽涡轮173具有较慢的负载变化行为，这意味着一旦运行，则蒸汽涡轮173就不能快速地停止。需要特定时间量来减慢其回转。蒸汽涡轮173还具有较弱的部分负载性能。
图13示出了感应电动机175用作原动机131的另一个实施例。感应电动机175为AC电动机类型，其中动力借助于电磁感应供应至转子，而非如其它类型的电动机中的换向器或汇流环。感应电动机175具有的优点为坚固、易于操作和具有较低的资金成本和维护成本。感应电动机175还具有提供较低复杂性的子系统的优点。感应电动机175的另一个优点为调节转矩输出和调整感应电动机175的能量输出的能力。感应电动机175具有在固定增压器升压下的低循环效率和低峰值输出的缺点。
图14示出了另一个实施例，其中往复发动机177用作原动机131。也常称为活塞发动机的往复发动机177为热力发动机如柴油发动机，其使用一个或多个往复活塞来将压力转换成旋转运动。使用往复发动机177来驱动鼓风机130具有在部分负载操作下提供高效率和高循环效率的优点。固定增压器升压处的峰值输出在往复发动机177的情况下很高。此外，往复发动机177具有到达满负载的短启动时间。往复发动机具有平均资金成本和维护成本。子系统的复杂性相比于其它原动机时是平均的。
图15中示出了另一个实施例，其中变频驱动件(VFD179)用作原动机131。VFD179为通过控制供应至电动机的电力的频率来控制电动机的转速的驱动件。VFD179提供一定数目的优点，包括低的子系统复杂性和低维护成本，以及在低于额定速度下操作的节能。VFD179在相比于其它原动机时具有平均资金成本，且提供平均循环效率。另一个优点在于VFD179可逐渐提升至一定速度，减轻了设备上的应力。缺点在于固定增压器升压下低于平均峰值输出。
不同的原动机131的优点和缺点在图16中的表格中概括。
图17示出了针对未增压(额定)的燃气涡轮和增压10%的燃气涡轮的输出和点火的温度("点火温度")中的变化之间的关系。从图表中清楚的是，对于给定输出，更低点火温度可在增压情况下获得。差异在峰值负载下最明显，其中在额定操作下，点火温度的变化为正的(即，点火温度在相比于基本负载下的点火温度时增加)。但是，在增压状态下，点火温度的变化保持为负的。
图18中示出了增压对维护因数的影响。另外，在峰值负载下，维护因数在增压情况下相比于针对额定情况的维护因数显著更低。
图19为示出增压对峰值负载下的点火温度、加热率和输出的影响的图表。从Δ点火温度曲线可以确定的是，点火温度的显著的负的变化可通过增压来获得，而没有对输出的任何影响。图20至图22示出了分别在基本负载、90%负载和80%负载下增压对点火温度、加热率和输出的影响。该图表示出了增压对Δ点火温度的影响，有效地证明了增压可在不同负载下降低点火温度，而不会对输出有显著影响。
图23中示出了用于通过使用增压来延长燃气涡轮系统的热气体通路部分的寿命的方法200的流程图。
在步骤210中，方法200确定期望负载。
在步骤220中，方法200确定针对期望负载的额定点火温度。
在步骤230中，方法200确定针对期望负载的增压的情况下的点火温度的可获得的降低。
在步骤240中，方法200确定点火温度的期望降低。
在步骤250中，方法200计算实现点火温度的降低所需的增压质量流。
在步骤260中，方法200将负载增加至期望负载。
在步骤270中，方法200提供了实现点火温度的降低所需的增压质量流。
如果燃气涡轮系统包括HRSG，则方法200可实施步骤280来确定额定HRSG入口温度。
在步骤290，方法200可确定增压情况下可获得的HRSG入口温度降低。
在步骤300中，方法200可确定期望的蒸汽涡轮入口温度降低来实现期望的HRSG入口温度。该方法200进行至步骤242来确定期望的点火温度降低。通过降低点火温度和HRSG入口温度，操作者可降低燃气涡轮的热气体通路构件和联接到HRSG上的蒸汽涡轮的热气体通路构件的维护因数。
图24中示出了用于降低涡轮系统中的维护因数的方法400的流程图。
在步骤410中，方法400确定期望负载。
在步骤420中，方法400确定针对期望负载的额定维护因数。
在步骤430中，方法400确定增压情况下针对期望负载的可获得维护因数降低。
在步骤440中，方法400确定期望维护因数。
在步骤450中，方法400计算实现期望维护因数所需的增压质量流。
在步骤460中，方法400提升增压至期望的升压压力和质量流。
在步骤470中，方法400提供了增压质量流来实现燃烧器排气的期望的维护因数。
在步骤480中，燃气涡轮系统调整至期望负载和维护因数。
图25中示出了用于操作具有燃气涡轮和HRSG的联合循环系统的方法500的流程图。
在步骤510中，方法500确定期望的输出。
在步骤520中，方法500确定针对期望输出的额定点火温度。
在步骤530中，方法500确定针对期望输出的额定HRSG入口温度。
在步骤540中，方法500确定增压情况下可获得的点火温度降低。
在步骤550中，方法500确定增压情况下可获得的蒸汽涡轮入口温度。
在步骤560中，方法500确定期望的点火温度。
在步骤570中，方法500确定期望的HRSG入口温度。
在步骤580中，方法500计算实现点火温度降低所需的增压质量流。
在步骤590中，方法500计算实现期望的HRSG入口温度所需的增压质量流(在预定温度下提供的第二增压质量流)。
在步骤600中，方法500增加增压量来将升压压力和质量流增加至所需水平。
在步骤610中，方法500提供期望负载、期望的燃气涡轮维护因数和HRSG入口温度。
图26中示出了用于提升具有燃气涡轮和HRSG的联合循环系统的方法700的流程图。
在步骤710，方法700确定期望负载。
在步骤720，方法700确定当前负载。
在步骤730，方法700确定当前负载是否等于期望负载。如果当前负载等于期望负载，则方法结束(步骤740)。如果当前负载不等于期望负载，则方法进行至步骤750。
在步骤750中，方法700确定负载的增量变化。
在步骤760中，方法700确定期望的点火温度。期望的点火温度可通过确定当前负载加上负载的增量变化下的燃气涡轮的额定点火温度来确定(步骤770)。
在步骤780中，方法700可确定增压情况下可获得的点火温度降低。
在步骤790中，方法700可计算由增压器提供给燃气涡轮的质量流以便实现期望的点火温度。
在步骤800中，方法700使负载提升增量负载。
如果系统具有HRSG，则方法700可在步骤810中确定期望的HRSG入口温度。
在步骤820中，方法700可计算由增压器提供给HRSG的质量流以便实现期望的HRSG入口温度。
在步骤830中，方法700可将HRSG增压质量流(通过旁通路阻尼阀137控制的副增压质量流)提供给HRSG。
在步骤840中，方法700可将增压质量流提供给燃气涡轮，且重复步骤720以确定当前负载和步骤730，以确定当前负载是否等于期望负载。
前述详细描述已经通过使用框图、流程图和/或示例阐明了系统和/或方法的各种实施例。在此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的范围内，本领域的技术人员将理解的是，此类框图、流程图或示例内的各个功能和/或操作可独立地和/或共同地由较宽范围的硬件来实施。还将理解的是，方法步骤在此可在流程图和/或示例中以特定顺序呈现，但不必限于以所呈现的顺序来执行。例如，步骤可同时地执行，或以不同于本文呈现的顺序执行，且鉴于本公开内容，此类变型将对于本领域的技术人员明显。
所撰写的说明书使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并能够使本领域的任何技术人员实践发明，包括制造并使用任何装置或系统且执行任何所合并的方法。发明的可专利的范围由权利要求限定，并可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同的结构要素，那么，这样的其他示例将在权利要求的范围内。
Claims (10)
1. 一种用于延长涡轮系统中的热气体通路部分的寿命的方法，所述方法包括：
确定期望负载；
确定针对所述期望负载的额定点火温度；
确定针对所述期望负载的增压点火温度；
确定待提供至所述涡轮系统中的压缩机的空气的第一质量流量来实现针对所述期望负载的所述增压点火温度；
提供空气流；以及
将空气的所述第一质量流量传送至所述压缩机中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供空气流包括利用风扇提供空气流。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定期望的热回收蒸汽发生器入口温度；
确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量来实现所述期望的热回收蒸汽发生器入口温度；以及
将空气的所述第二质量流量传送至所述热回收蒸汽发生器。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将空气的所述第二质量流量传送至所述热回收蒸汽发生器还包括：在预定温度下传送空气的第二质量流量和调整热回收蒸汽发生器入口温度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将空气的所述第一质量流量冷却。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，传送空气的所述第二质量流量包括：经由旁通路将空气的所述第二质量流量传送至所述热回收蒸汽发生器。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用联接到所述旁通路的阀来控制空气的所述第二质量流量。
8. 一种用于延长涡轮系统中的热气体通路部分的寿命的方法，包括：
确定期望负载；
确定期望维护因数；
确定实现针对所述期望负载的所述期望维护因数所需的增压量；
确定待提供至压缩机的空气的第一质量流量来实现所述增压量；
确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量；
提供空气流；
将空气的所述第一质量流量传送至所述压缩机中；以及
将空气的所述第二质量流量传送至所述热回收蒸汽发生器。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，提供空气流包括利用风扇提供空气流。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定期望的热回收蒸汽发生器入口温度；
并且其中，确定待提供至热回收蒸汽发生器的空气的第二质量流量包括：确定待提供至热回收蒸汽发生器空气的第二质量流量来实现所述期望的热回收蒸汽发生器入口温度。
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