CN106574513B - 具有应急燃料系统的发电站设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行发电站设备(1)的方法，所述发电站设备包括燃气轮机(2)和应急燃料系统(11)。在正常运行状态中，将燃气(5)从供给管路(3)输送给燃气轮机(2)的燃烧过程(4)，并且还将燃气(5)从供给管路(3)输送给燃气液化设备(6)并且在所述燃气液化设备中液化，其中形成液态的燃气(LNG)，所述液态的燃气储存在液化气储存器(7)中。在特殊运行状态中，将液化的燃气(LNG)从液化气储存器(7)中提取，并且在汽化器(8)中汽化，并且以气态输送到燃气轮机(2)的燃烧过程(4)中。

Description

具有应急燃料系统的发电站设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行发电站设备的方法，一种用于将应急燃料系统加装到现有的发电站设备中的方法，以及一种具有应急燃料系统的发电站设备。
背景技术
为了即使在初级燃料中断供给时也确保发电站设备的运行，在所述发电站设备附近储备有第二燃料作为应急燃料，以便在需要的情况下、例如在应急运行状态中，能够继续运行发电站设备。根据发电站设备的设计和来自电网的要求，能够需要的是，发电站设备必须能够在应急运行状态中借助于第二燃料运行7至14天。
在组合式燃气和蒸汽发电站设备(GUD)中，将经由供给管路例如引导至发电站的管道的燃气、尤其天然气用作为初级燃料。作为第二燃料通常使用油(柴油)，所述油存放在发电站设备场所的燃料罐中。如果发生经由供给管路的燃气供给的中断，那么能够切换到作为第二燃料的油上。为了能够足够量地储存油，至供应物流的通道是必需的。
为了能够使油在燃气轮机中燃烧，在燃气轮机中需要附加的燃烧器，这使得这种燃气轮机的研发更加耗费。同样地，在燃气轮机上需要附加的辅助系统，如泵以及测量和调节系统。在发电站设备场所也需要大的燃料罐。
除了作为初级燃料的燃气以外，将油用作为第二燃料具有一系列的缺点。尤其，相对于在燃气轮机中燃烧时的燃气，油具有较低的效率，因为借助于油可实现较低的火焰温度。这引起在用油点火期间显著的功率降低。因此，必须将这种发电站设备设计得更大，以便即使在应急运行中也能够实现总的额定功率。
与使用燃气的情况相比，在使用油作为燃料时的运行稳定性也更低。即使由于用油点火而功率更小，但是在用油点火时排放增加。这根据当地的环境规定需要附加的催化器。因此，以油作为第二燃料也使官方的许可费用升高。
然而，在运行时最成问题的缺点之一是：为了将燃气转换为油需要相对长的改装时间。由此，将油作为应急燃料尤其仅适合于计划中的中断供给。在突然中断供给时，必须根据燃气轮机类型关闭发电站设备。
发明内容
本发明的目的是，消除现有技术中的缺点。在此，应省去用于第二燃料的燃气轮机的耗费的扩展，在应急燃料运行中不产生功率损耗，并且发电站设备即使在初级燃料突然中断供给时也能够不间断地继续运行。为此，本发明的目的是，提出一种用于运行具有应急燃料系统的发电站设备的方法、一种具有应急燃料系统的发电站设备、以及一种用于将应急燃料系统加装到现有的发电站设备中的方法。
本发明的针对用于运行具有应急燃料系统的发电站设备的方法的目的通过权利要求1的特征实现，其中发电站设备包括燃气轮机和应急燃料系统，并且能够在正常运行状态中和在特殊运行状态中运行。在正常运行状态中，将燃气从供给管路输送给燃气轮机的燃烧过程，并且还将燃气从供给管路输送给燃气液化设备，并且将燃气在所述燃气液化设备中液化，其中形成液态的燃气(液化天然气LNG)，所述液态的燃气储存在液化气储存器中。在特殊运行状态中，将液化的燃气(LNG)从液化燃气储存器中提取，并且在汽化器中汽化，并且以气态输送到所述燃气轮机的燃烧过程中。
在正常运行状态下，将燃气、例如天然气，经由供给管路、例如管道，从外部供给发电站设备，并且使发电站设备运行，以产生电流和/或产生远程供暖。来自供给管路的燃气的一部分在正常状态中也被输送给燃气液化设备(液化器)，在那里借助于来自供给管路的压缩能量借助集成的膨胀涡轮液化所述燃气。燃气液化设备由压缩机站以及由“液化器-低温”设备构成，所述压缩机站和“液化器-低温”设备彼此连接，使得燃气在多个级中被压缩和冷却。也称作液化天然气(LNG)的液化的燃气储存在液化燃气储存器中。所述储存能够在大气压下或在压力下低温地进行。
特殊运行状态是来自供给管路的气体供给的计划中的或突然的中断，其中没有燃气、没有足够的燃气或燃气仅以波动的质量流从供给管路提供用于燃气轮机。来自供给管路的燃气的质量方面的强烈波动也能够定义特殊运行状态。在所述情况下，将液化的燃气从液化气储存器中提取，并且将其输送给汽化器。在汽化器中，液化的燃气再次转变为气相。当在大气压下储存液化的燃气(LNG)时，必须使燃气再次达到对于燃气轮机必需的压力。为此需要附加的泵。
一方面，本发明基于如下想法：通过储存主燃料的方式弃用作为应急燃料的第二燃料。应急燃料相应于初级燃料。另一方面，应急燃料作为液化的燃气(LNG)储存，所述液化的燃气在正常运行中产生。因此，应急燃料系统是蓄能器，所述蓄能器能够实现将燃气获取和电流产生需求脱耦。
因为在特殊运行状态中使用与在正常运行状态中相同的燃气作为应急燃料，所以在特殊运行状态中不产生功率损耗。相反，甚至能够实现功率提高。液化的燃气(LNG)比来自供给管路中的燃气更优质，因为惰性气体份额，如氮气或二氧化碳，以及杂质在产生液化气时被去除。如果引起来自供给管路的燃气的质量或成分的波动，那么能够转换为特殊运行状态，并且燃气轮机借助于优质的液化的燃气(LNG)继续运行。由此，提高发电机设备的运行安全性。此外，由于优质的燃料，本发明可实现在较高的调节范围中调节发电站设备的功率。
由于本发明，在燃气轮机中不需要安装昂贵的第二燃料燃烧器。主燃烧器也能够用于应急燃料，因为所述应急燃料也是燃气。不用考虑应急燃料的运行方面的、依照许可的和物流方面的操作，因为能够借助于主燃料形成储备。
通过储存主燃料的可能性，发电站运营商能够在购买燃气时获得更好的成本位置，因为燃气供应商不必对供给中断进行保障。
即使在来自供给管路中的初级燃料突然中断供给时，发电站设备也能够无间断地继续运行，因为所储存的液化的燃气在系统技术方面集成在整个设备的燃气供给系统中，进而燃气轮机从主燃料到应急燃料的转换能够毫无问题地在持续的运行中实现。因此，由于本发明，在使用应急燃料的特殊运行中，发电站设备的可用性不再直接与燃气供给系统的可用性耦合并且能够显著地提高。
在所述方法的一个有利的改进方案中，在特殊运行状态中汽化的燃气从储存器向回馈送到供给管路中。由此，发电站运营商能够有助于补偿在供给管路中的压力波动，或者在供给完全中断时为所连接的其他消耗器供给燃气，所述消耗器同样遭受供给中断。这能够为发电站运营商实现附加收入。
因为燃气液化设备能够相对短暂地停止工作，所以能够借助于在发电站设备中产生的电流驱动压缩机和冷却机。由此，根据本发明的发电站设备由具有连接的发电站的纯LNG设备限定，因为在纯LNG设备中，借助于附加的燃气轮机驱动燃气液化设备。在本发明中，燃气液化设备的尺寸优选确定为，使得发电站设备的小于5％的电功率用于液化燃气。根据本发明的燃气液化设备设计为，使得所述燃气液化设备根据燃气轮机的总燃气消耗仅将一小部分燃气抽出和液化。这小部分燃气通常相当于小于5％并且主要与在储备运行中所需的运行时间和燃气质量相关。
在本发明的另一有利的改进方案中，在正常运行状态中，燃气液化设备用于通过有针对性地接通或断开燃气液化设备来利用发电站设备的功率调节。在此，功率调节可能也能够用于频率调节或频率辅助。燃气液化设备相当于消耗器，所述消耗器仅在正常运行状态中运行，并且能够毫无问题地断开。因此，通过有针对性地断开能够将燃气液化设备消耗的功率馈送到电网中，进而有助于发电站的功率调节。
在本发明的一个特殊的设计方案中，在特殊运行状态中，在汽化器中汽化时释放的冷能用于冷却燃气轮机的吸入空气，其方式为：将汽化的燃气与吸入空气在换热器中引导。在此，再汽化的燃气的冷能能够直接地、或借助于传热介质传递给燃气轮机的吸入空气。因此，通过再汽化低温储存的燃料和利用在此释放的冷能，燃气轮机在最大负载运行中的功率能够进一步升高。根据发电站设备的设计和环境条件，单位功率根据设备类型和预冷却法提升5％至10％是可能的。吸入空气的冷却也能够以受控的方式进行，使得在特殊运行状态中能够借助于应急燃料提升发电站设备的运行灵活性。
本发明的针对加装应急燃料系统的方法的目的通过权利要求6的特征实现。在此，在现有的、包括燃气轮机的发电站设备中加装燃气液化设备、液化气储存器和汽化器。燃气液化设备以输送燃气的方式连接到供给管路(管道)上，并且为了导出液化的燃气(LNG)而连接到液化气储存器上。液化气储存器为了导出液化的燃气(LNG)而连接到汽化器上，并且汽化器为了导出汽化的燃气而连接到燃气轮机的燃烧过程的燃气输送管路上。
由此，在发电站设备加装有应急燃料系统的情况下，在环境部门中不需要附加的EIA(环境影响评估)且不需要用于新的燃料的新的许可，这使计划中的加装的风险显著地最小化。不进行燃料变换。
本发明的针对发电站设备的目的通过权利要求7的特征实现。发电站设备包括燃气轮机、燃气液化设备、用于储存液态的燃气(LNG)的液化气储存器和汽化器，燃气轮机和燃气液化设备连接到供给管路上。可在燃气液化设备中产生的液化的燃气能够输送给液化气储存器。在液化气储存器中储存的液态的燃气能够输送给汽化器。根据本发明，能够选择性将汽化的燃气从汽化器或将燃气从供给管路输送给燃气轮机。
由此，在正常运行状态中能够将燃气从供给管路输送给燃气轮机，以及在特殊运行状态中，在供给管路中断供给时，将燃气从汽化器输送给燃气轮机。类似于权利要求1中的用于运行具有应急燃料系统的发电站设备的方法得到根据本发明的优点。
在本发明的一个改进方案中，汽化器连接到供给管路上，使得液化的燃气在再汽化之后能够导入供给管路中。由此，发电站设备能够将燃气向回馈送到供给管路中。
在本发明的另一有利的设计方案中，发电站设备还包括电驱动器，所述电驱动器驱动燃气液化设备。在此，电驱动器的功率消耗小于发电站设备的5％的电功率。替选于此，也能够通过现有的或附加的燃气轮机驱动燃气液化设备，这与电驱动器相比，根据发电站设备的设计方案，具有成本和可用性优点。
在发电站设备的一个特殊的改进方案中，还包括调节设备，所述调节设备有针对性地接通或切断燃气液化设备。在此，根据发电站设备所需的功率进行调节。由此，发电站设备的功率调节尤其实现用于频率调节或频率辅助。
在本发明的另一特殊的设计方案中，发电站设备还包括压缩机单元，所述压缩机单元从燃气轮机的环境空气中提取再汽化焓。通过换热器，所述换热器借助其次级侧以输送的方式连接到汽化器上，以及借助其初级侧以输送的方式连接到燃气轮机的吸入空气输送部上。由此，能够将液态的燃气(LNG)在汽化时的冷能用于冷却燃气轮机的吸入空气。次级侧是热量从初级侧传递到的侧。
本发明能够有利地应用在燃气和蒸汽发电站、燃气轮机发电站或热电站中。
附图说明
下面，根据附图描述本发明的实施例。附图中示出：
图1示出用于在正常运行状态中运行发电站设备的方法；
图2示出用于在特殊运行状态中运行发电站设备的方法；
图3示出用于在特殊运行状态中运行发电站设备的方法的一个特殊的改进方案；
图4示出能够用应急燃料系统扩展现有的发电站设备的方法。
具体实施方式
图1示出用于在正常运行状态中运行发电站设备1的方法。在所述正常运行状态中，将燃气5从供给管路3输送给燃气轮机2的燃烧过程4。燃气轮机由压缩机单元18、燃烧过程4和膨胀单元19构成。燃气5从供给管路3输送给燃烧过程4。
除了燃烧过程4以外，燃气5也从供给管路3输送给燃气液化设备6。在燃气液化设备6中，燃气5被液化，其中形成液态的燃气(LNG)。液态的燃气(LNG)储存在液化气储存器7中。液化气储存器相当于如下设计的燃料罐：能够将液化的燃气(LNG)低温地储存在所述燃料罐中。在本实施例中，燃料罐具有30Tm3的储存体积。
因此，在供给管路3中断供给的情况下，在特殊运行状态中，燃气轮机2的长达14天的运行也是可行的。在本实例中，燃气液化设备6具有1.7kg/s的流量体积。因此，所述燃气液化设备能够在发电站设备1的正常运行状态中在一年之内完全地填满液化气储存器7。
图2示出用于在特殊运行状态中运行发电站设备的方法，在所述特殊运行状态中不从供给管路3提供燃气5。为了能够继续为燃气轮机2的燃烧过程4供给燃气，从液化气储存器7中提取液化的燃气(LNG)，并且将其输送给汽化器8。在汽化器8中，将液化的燃气(LNG)汽化并且以汽态输送给燃气轮机2的燃烧过程4。
在图2的实例中，液化气储存器7是蓄压器。在此，用以储存液化的燃气(LNG)的压力设定为，使得在汽化器8中汽化之后燃气的压力高至使得所述压力相当于燃气轮机2所需的压力。
一个替选的变型方案在附图中未示出，其中使用液化气储存器7，在所述液化气储存器中在大气压下储存液化的燃气(LNG)。在这种情况下需要在输送到燃气轮机2的燃烧过程4中之前提高燃气的压力。这通过设置在液化气储存器7和汽化器8之间的泵实现。
图3示出用于在特殊运行状态中运行发电站设备的方法的一个特殊的改进方案。在图3的实施例中，还设有换热器14，所述换热器具有初级侧16和次级侧15。初级侧16是放热侧，而次级侧15是吸热侧。换热器14以其次级侧15以输送的方式连接到汽化器8上。换热器以在次级侧上导出的方式与供给管路3连接，经由所述供给管路能够将燃气输送给燃气轮机2的燃烧过程4。换热器14在初级侧16上连接到吸入空气管路17中。由此，能够将在液化的燃气于汽化器8中汽化时释放的冷能用于冷却燃气轮机2的吸入空气。
图4一方面示出如何能够用应急燃料系统11扩展现有的发电站设备1的方法，此外还示出发电站设备1，所述发电站设备配设有应急燃料系统11。应急燃料系统11包括燃气液化设备6、液化气储存器7、汽化器8和换热器14。应急燃料系统11集成在发电站设备中，所述发电站设备具有燃气轮机2。
燃气液化设备6以输送的方式与供给管路3连接，其中在连接管路中能够集成有调节阀，以便调节用于燃气液化设备6的燃气份额。燃气液化设备6与液化气储存器7经由用于液化的燃气的管路连接。液化气储存器7经由用于液化的燃气的连接管路与汽化器8连接，其中在连接管路中连接有调节阀。在此示出的液化气储存器7是蓄压器，因此不需要后续地提高再汽化的燃气的压力。
液化气储存器7的一个替选的变型方案未示出，所述液化气储存器在大气压下运行，并且其中必须设有附加的泵，以便使液化的燃气再次达到燃气供给管路的压力水平。在此，泵优选设置在液化气储存器7和汽化器8之间。
汽化器8以导出的方式与换热器14的次级侧15以导入的方式连接。换热器14的次级侧以导出的方式与供给管路3连接，其中在所述连接管路中连接有调节阀。换热器14在初级侧上连接到燃气轮机的压缩机单元18的吸入空气管路17中，其中用于导入和用于导出至换热器的管路分别配设有调节阀。
根据所述方法加装或配设有应急燃料系统11的发电站设备1具有如下可能性：选择性地借助于来自供给管路3的燃气或借助于来自应急燃料系统的汽化的燃气驱动燃气轮机2。

Claims (6)

1.一种用于运行发电站设备(1)的方法，所述发电站设备包括燃气轮机(2)和应急燃料系统(11)，
其中
-在正常运行状态中，将燃气(5)从供给管路(3)输送给所述燃气轮机(2)的燃烧过程(4)，并且还将燃气(5)从所述供给管路(3)输送给燃气液化设备(6)并且在所述燃气液化设备中液化，其中形成液态的燃气(LNG)，所述液态的燃气储存在液化气储存器(7)中，以及
-在特殊运行状态中，将液化的燃气(LNG)从所述液化气储存器(7)中提取，并且在汽化器(8)中汽化，并且以气态输送到所述燃气轮机(2)的所述燃烧过程(4)中，
其特征在于，
在所述特殊运行状态中，汽化的燃气从所述液化气储存器(7)向回输送到所述供给管路(3)中，以便补偿在所述供给管路中的压力波动，或者在完全中断供给时为连接到所述供给管路(3)上的其他消耗器供给燃气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述燃气液化设备(6)中将所述发电站设备(1)的少于5％的电功率用于所述燃气(5)的液化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述正常运行状态中，所述燃气液化设备(6)用于，通过受控地接通或断开所述燃气液化设备(6)来实现所述发电站设备(1)的功率调节。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述特殊运行状态中，将在所述汽化器(8)中汽化时释放的冷能(9)用于冷却所述燃气轮机(2)的吸入空气(10)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述特殊运行状态中，将在所述汽化器(8)中汽化时释放的冷能(9)用于冷却所述燃气轮机(2)的吸入空气(10)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述正常运行状态中，所述燃气液化设备(6)用于，通过受控地接通或断开所述燃气液化设备(6)来实现所述发电站设备(1)的功率调节，用于频率调节或功率辅助。
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