CN105164389B - 用于发电的燃气轮机设备及运行所述设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于发电的燃气轮机设备，装配有：燃气轮机；压缩机；燃烧室；被配置为检测燃烧室内的多个温度值的多个热敏元件；被配置为基于多个热敏元件检测到的温度值至少调节所述设备的第一参数的控制单元。

Description

用于发电的燃气轮机设备及运行所述设备的方法
技术领域
本发明涉及用于发电的燃气轮机设备及运行该设备的方法。
背景技术
燃气轮机设备已知包括压缩机，燃烧室和涡轮机。压缩机被配置为引入空气，压缩该引用的空气然后将其送到燃烧室。在燃烧室中发生燃料和来自压缩机的空气的燃烧。烟气被排入涡轮机并通过涡轮机膨胀，从而产生机械功。所产生的机械功一部分用于驱动压缩机并且一部分用于通过交流发电机发电。
这种类型的设备一般包括控制装置，其被配置为调节设备的多个参数。
但是，通常控制这些参数不足以获得最佳的设备性能。例如，在已知设备中的控制装置通常被配置为控制与燃烧动力学不直接关联的多个变量。
因此，燃烧的质量不能被充分地监控以保证设备运行所需要的必要稳定性。所以，燃烧过程的稳定性不能在设备的所有运行条件下被保证，不可避免地影响设备性能，进而影响设备收益。
发明内容
本发明的一个目标是制造一种用于发电的燃气轮机设备，其不具有现有技术中的缺陷；具体地，本发明的一个目标是制造一种燃气轮机设备，从功能和结构上看，其允许以简单且可负担的方式克服前述缺点。
根据所述目标，本发明涉及根据权利要求1所述的燃气轮机设备。
因此，根据本发明的设备能监控燃烧室内的动力学，从而能提高燃烧过程的稳定性和可靠性，并带来设备性能和收益方面不可否认的优点。
本发明的另一个目标是提供一种运行燃气轮机设备的方法，其允许以简单且可负担的方式克服现有技术中的缺点。
根据所述目标，本发明涉及根据权利要求14所述的运行设备的方法。
附图说明
本发明的其他特征和优点通过下面参考附图的非限制性实施例的描述变得更明确，其中：
图1是根据本发明的燃气轮机设备的概略表示；
图2是图1中的设备的细节；
图3是图2中细节的放大透视图；
图4是涉及图1中设备的细节的框图。
具体实施方式
图1中的附图标记1表示用于发电的设备，该设备包括压缩机3、燃烧室4、燃气轮机5以及发电机7，该发电机7将轮机5提供的机械能转变为电能，所述电能将通过开关9被提供给连接到发电机7的电网8。
设备1还具有冷却回路10，数据检测单元11以及控制单元12，该数据检测单元11被配置为检测设备1的多个参数。
未示出的一种变形例提供联合循环式的设备1，除了包括燃气轮机5和发电机7，还包括蒸汽涡轮总成。
燃气轮机5沿纵向的轴线A延伸并具有连接压缩机3和发电机7的轴13(其也沿轴线A延伸)。
压缩机3优选地是多级轴流式压缩机。具体地，压缩机3沿轴线A延伸并包括空气入口14和具有可变几何形状的入口级15。入口级15包括多个入口导叶16(图1中概略地示出)，通常被称为IGV(Inlet Guide Vane)，其倾角可以被改变以调节吸入压缩机3的空气流量。
具体地，多个入口导叶16在末端处被分别连接到以轴线A为中心的内环和外环(在附图中为了简洁未示出)。多个入口导叶16彼此等间距地布置。
多个入口导叶16的倾角通过由控制单元12所控制的致动器17调节。
致动器17优选地是被提供有工作流体的液压致动器。致动器17被连接到多个入口导叶16从而在关闭位置和打开位置之间的多个位置驱动它们，入口导叶16在关闭位置被定向为使得进入压缩机3的空气流量最小，入口导叶16在打开位置被定向为使得进入压缩机3的空气流量最大。
具体地，致动器17通过用于传动的装置18连接到多个入口导叶16，该用于传动的装置18包括能将致动器17的运动传递给入口导叶16的运动副。
工作流体优选是油，例如来自设备1的容器(未示出)的液压油。
参见图2，燃烧室4具有外壳20，其限定了发生燃烧的区域。
优选地，燃烧室4是环式的且具有大致环形聚焦的形状。
外壳20具有大致环形的形状并具有由多个沿相邻列布置的耐火材料制成的瓦片22限定的内涂层21。
参见图3，瓦片22具有四边形，并具有在使用中面朝燃烧室4的内侧的主面23以及两个相对的分别具有槽25的侧面24。
瓦片22通过接合元件28被固定到外壳20的内表面26(图2中示出)。在所描述和所示的非限制性例子中，每个瓦片22通过四个接合元件28被固定到外壳20的内表面26。
每个接合元件28被固定到外壳20的内表面26以及各自的瓦片22上。
具体地，每个接合元件28包括板30，该板30在第一端处具有用于固定到内表面26的固定孔31，在第二端处具有基本U形截面的翅片32。
板30被固定到内表面26，从而在使用中使得翅片32从瓦片22突出并分别接合瓦片22上的槽24。
参见图2，燃烧室4还具有沿燃烧室4的壁面布置的多个热敏元件34，它们被配置为检测多个温度数据T1，T2...Tn。
在所描述和所示的非限制例子中，热敏元件34沿着环形聚焦的燃烧室4的一条或多条母线的至少一部分布置。
参见图3，热敏元件34被连接到沿母线布置的接合元件28。
具体地，热敏元件34被固定到沿母线布置的接合元件28的翅片32的外表面。因此，与火焰形状和位置相关的燃烧室内的温度被更准确地检测。
变形例(未示出)提出热敏元件34被固定到外壳20的内表面26，或直接固定到陶瓷瓦片22，或固定到接合元件28的板30。
热敏元件34所检测的温度数据T1，T2...Tn被发送给控制单元12，如下面详细所示，控制单元12基于该温度数据调节设备1的某些参数。
在所述和所示的非限制例子中，热敏元件34由热电偶限定。
参见图1，燃烧室4还具有燃料供应回路36，其包括至少一个引燃供应管37和主供应管38，它们中的每个都提供一个被依次连接到多个燃烧器(为了简明未示出)的燃烧室4的收集器(为了简明未在图中示出)。
引燃供应管37具有引燃调节阀39，该引燃调节阀39由控制单元12控制，如下面详细所述。
主供应管38具有主调节阀40，该主调节阀40由控制单元12控制，如下面详细所述。
冷却回路10包括抽取空气的管线42、供应空气43的管线43和至少一个冷却调节阀44。
空气抽取管线42被配置为从压缩机3抽取至少压缩空气流，并提供给空气供应管线43。
空气供应管线43被配置为将从压缩机3抽取的空气流喷入燃气轮机5。从压缩机3抽取并被喷入燃气轮机5的空气的流量通过冷却调节阀44调节，该冷却调节阀44由控制单元12控制，如下面详细所述。
数据检测单元11包括被配置为检测与设备1相关的将被提供给控制单元12的多个参数的多个传感器(为了简明未在附图中示出)；具体地，数据检测单元11检测以下参数：
压缩机3的入口导叶16的位置；
当设备1是联合循环型并具有单轴时，由燃气涡轮总成提供的或来自设备1内部的功率；
燃料的热值；
所提供的燃料的成分；
燃料的温度；
压缩机3的进气压力和温度；
环境条件(大气温度和压力，相对湿度)；
所提供功率的变化梯度；
所提供功率的变化方向(功率增加或减少)；
燃气轮机5的排气的气体的TETC温度。
数据检测单元11向控制单元12提供与被检测值相关的信号。
参见图4，控制单元12包括计算模块46、至少一个IGV控制模块47、燃料供应控制模块48、冷却控制模块49、保护模块50和安全模块51。
计算模块46被配置为基于由多个热敏元件34所检测到的温度值T1，T2...Tn计算至少一个修正因子FC。所述修正因子FC在设备1的参数控制中被采用，从而使设备1的参数控制考虑了燃烧室4内部的温度分布。
优选地，计算模块46被配置为计算在设备1的多个参数的控制中将分别被采用的多个修正因子。
在所描述和所示的非限制例子中，控制模块46被配置为计算以下修正因子：
将要被提供给IGV控制模块47的燃气轮机的排气处的温度设置点的修正因子FCtetc；
将要被提供给保护模块50的功率设置点的修正因子FCpower；
将要被提供给冷却控制模块49的冷却调节阀的位置设置点的修正因子FCcool；
将要被提供给供应控制模块48的引燃流量设置点的修正因子FCpilot。
计算模块46被配置为根据值T1，T2...Tn来计算前面列出的修正因子。优选地，计算模块46被配置为根据值T1，T2...Tn与根据所使用的机器的类型而被调节的参数的适当函数来计算前面列出的修正因子。
IGV控制模块47被配置为以涡轮5的排气处的温度的参考值SPtetc为基础调节入口导叶16的位置IGVpos。
具体地，IGV控制模块47被配置为发送控制信号UIGV给致动器17。
一般地，参考值SPtetc基本上基于设备1的期望功率值和环境条件计算。
当计算模块46所计算的修正因子FCtetc大于或小于一个阈值时，参考值SPtetc通过应用该修正因子FCtetc被修正，该参考值SPtetc相应地成为多个热敏元件34所检测的温度值T1，T2...Tn的函数。
燃料供应控制模块48被配置为以阀位置的参考值SPpilot为基础调节引燃调节阀39的位置，从而提供期望的引燃燃料流量。
当计算模块46所计算的修正因子FCpilot大于或小于一个阈值时，阀位置的参考值SPpilot通过应用该引燃流量设置点的修正因子FCpilot被修正，该阀位置的参考值SPpilot相应的成为多个热敏元件34所检测的温度值T1，T2...Tn的函数。
冷却控制模块49被配置为以阀位置的参考值SPcool为基础调节冷却调节阀44的开启，从而从压缩机3抽取期望的引燃空气流量。
当计算模块46所计算的冷却调节阀的修正因子FCcool大于或小于一个阈值时，冷却调节阀44的位置的参考值SPcool通过应用该冷却调节阀的修正因子FCcool被修正，该冷却调节阀44的位置的参考值SPcool相应的成为多个热敏元件34所检测的温度值T1，T2...Tn的函数。
保护模块50被配置为改变通常被用于运行设备1的参考功率值SPpower，从而防止燃气轮机5由于燃烧不稳定而发生突然的运行中断。具体地，保护模块50被配置为从功率参考值SPpower减去计算模块46所计算的修正因子FCpower的函数贡献。
安全模块51被配置为监控热敏元件34所检测的温度值T1，T2...Tn，并在至少一个温度值超过预定阈值Tmax时发出警报信号。
有利地，根据本发明的设备包括能监控燃烧室4内的火焰条件的多个热敏元件34。根据适当的函数被便利地处理的、由热敏元件34所收集的值允许控制单元12更有效率地控制设备1。
由于控制单元12考虑了燃烧室4中的温度分布，从而至少调节设备1的参数，设备1更可靠运行。实际上，增加的燃烧稳定性的保证允许燃气轮机总成的更有效率地运行，且在中等和低负载下提高性能。另外，就管理燃气成分多样性和提高所传递的负载的变化梯度的有利环境而言，增加设备的弹性是可行的。当被组合时，这些效果产生提高的设备收益，所以给客户带来大量的经济效益。
最后，对本文所描述的所述设备和方法可以在不脱离权利要求范围的情况下做出多种改动和变化。

Claims (20)

1.一种用于发电的燃气轮机设备(1)，包括：
燃气轮机(5)；
压缩机(3)；
燃烧室(4)；
多个热敏元件(34)，所述多个热敏元件(34)被配置为检测燃烧室(4)内的多个温度值(Tl,T2...Tn)；
控制单元(12)，所述控制单元(12)被配置为基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节所述设备(1)的第一参数，
其中所述燃烧室(4)具有大致环形聚焦的形状；所述热敏元件(34)沿着该环形聚焦的燃烧室(4)的一条或多条母线的至少部分布置，并且
其中所述压缩机(3)包括具有多个入口导叶(16)的入口级(15)；所述控制单元(12)被配置为基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)调节至少入口导叶(16)的位置(IGVpos)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述热敏元件(34)沿着所述燃烧室(4)的壁布置。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述燃烧室(4)包括外壳(20)，所述外壳(20)限定了燃烧发生的区域并具有内涂层(21)，所述内涂层(21)由借助接合元件(28)连接到外壳(20)的多个瓦片(22)所限定；所述热敏元件(34)被连接到至少一个接合元件(28)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中每个所述接合元件(28)均包括在使用中被固定到外壳(20)的板(30)，以及在使用中与瓦片(22)的各个槽(24)接合的翅片(32)；所述热敏元件(34)至少被连接到各个接合元件(28)的翅片(32)。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元(12)被配置为以在轮机(5)的排气处的温度的第一参考值(SPtetc)为基础调节入口导叶(16)的位置(IGVpos)；所述控制单元(12)被配置为通过应用第一修正因子(FCtetc)来修正所述第一参考值(SPtetc)，所述第一修正因子(FCtetc)是基于热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述燃烧室(4)具有包含引燃供应管(37)和引燃调节阀(39)的燃料供应回路(36)，所述引燃调节阀(39)的位置能调节被供应给燃烧室(4)的引燃燃料流量；所述控制单元(12)被配置为基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节引燃调节阀(39)的位置(PILOTpos)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述控制单元(12)被配置为以第二参考值(SPpilot)为基础调节引燃调节阀(39)的位置，在所述第二参考值(SPpilot)处期望的引燃燃料流量被供应给燃烧室(4)；所述控制单元(12)被配置为通过应用第二修正因子(FCpilot)来修正所述第二参考值(SPpilot)，所述第二修正因子(FCpilot)是基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
8.根据权利要求1所述的设备，包括冷却回路(10)，所述冷却回路(10)被配置为从压缩机(3)抽取空气然后将所抽取的空气喷入燃气轮机(5)且具有冷却调节阀(44)，所述冷却调节阀(44)的位置能调节从压缩机(3)抽取的空气流；所述控制单元(12)被配置为基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节冷却调节阀(44)的位置(COOLpos)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述控制单元(12)被配置为以第三参考值(SPcool)为基础调节冷却调节阀(44)的位置，在所述第三参考值处期望的空气流量被从压缩机(3)抽出；所述控制单元(12)被配置为通过应用第三修正因子(FCcool)来修正所述第三参考值(SPcool)，所述第三修正因子(FCcool)是基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元(12)被配置为基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)来修改功率参考值(SPpower)。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元(12)被配置为监控多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)，并在至少一个温度值(Tl,T2...Tn)超过预定阈值(Tmax)时发出警报信号。
12.一种运行用于发电的燃气轮机设备(1)的方法，该设备具有燃气轮机(5)、压缩机(3)和燃烧室(4)；
该方法包括以下步骤：
通过多个热敏元件(34)检测燃烧室(4)内的多个温度值(Tl,T2...Tn)；
基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节所述设备(1)的第一参数，
其中所述燃烧室(4)具有大致环形聚焦的形状；所述热敏元件(34)沿着该环形聚焦的燃烧室(4)的一条或多条母线的至少部分布置，并且
其中所述压缩机(3)包括具有多个入口导叶(16)的入口级(15)；所述的基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节所述设备(1)的第一参数的步骤包括基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节入口导叶(16)的位置(IGVpos)的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述热敏元件(34)沿着燃烧室(4)的壁布置。
14.根据权利要求12所述的方法，其中至少调节入口导叶(16)的位置(IGVpos)的步骤包括以下步骤：
以轮机(5)的排气处的温度的第一参考值(SPtetc)为基础调节入口导叶(16)的位置(IGVpos)；
通过应用第一修正因子(FCtetc)来修正第一参考值(SPtetc)，所述第一修正因子(FCtetc)是基于热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述燃烧室(4)具有包含引燃供应管(37)和引燃调节阀(39)的燃料供应回路(36)，所述引燃调节阀(39)的位置能调节被供应给燃烧室(4)的引燃燃料流量；所述的基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节所述设备(1)的第一参数的步骤包括基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节引燃调节阀(39)的位置(PILOTpos)的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中至少调节引燃调节阀(39)的位置(PILOTpos)的步骤包括以下步骤：
以第二参考值(SPpilot)为基础调节引燃调节阀(39)的位置，在所述第二参考值(SPpilot)处期望的引燃燃料流量被供应给燃烧室(4)；
通过应用第二修正因子(FCpilot)来修正第二参考值(SPpilot)，所述第二修正因子(FCpilot)是基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括冷却回路(10)，所述冷却回路(10)被配置为从压缩机(3)抽取空气然后将所抽取的空气喷入燃气轮机(5)且具有冷却调节阀(44)，所述冷却调节阀(44)的位置能调节从压缩机(3)抽取的空气流；所述的基于多个热敏元件(34)所检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节所述设备(1)的第一参数的步骤包括基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)至少调节冷却调节阀(44)的位置(COOLpos)的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其中至少调节冷却调节阀(44)的位置(COOLpos)的步骤包括以下步骤：
以第三参考值(SPcool)为基础调节冷却调节阀(44)的位置，在所述第三参考值(SPcool)处期望的空气流量被从压缩机(3)抽出；
通过应用第三修正因子(FCcool)来修正第三参考值(SPcool)，所述第三修正因子(FCcool)是基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)而计算得出的。
19.根据权利要求12所述的方法，包括基于多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)来改变功率参考值(SPpower)的步骤。
20.根据权利要求12所述的方法，包括监控多个热敏元件(34)检测到的温度值(Tl,T2...Tn)，并在至少一个温度值(Tl,T2...Tn)超过预定阈值(Tmax)时发出警报信号的步骤。
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