CN110030090B - 燃气轮机热电联产系统及其运行切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃气轮机热电联产系统及其运行切换方法，从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时抑制GTCS的运用效率下降。在GTCS的HRSG(50)中在主截流阀(V1)的上游侧且燃料截流阀(V2)的下游侧的位置处设置有与助燃器(52)的燃料管(P1)相连接的通风管(P2)和排气管(P3)、开关通风管(P2)的通风截流阀(V3)以及开关排气管(P3)的排气截流阀(V4)，在旁路烟囱运行时，关闭HRSG(50)的入口而打开旁路烟囱(30)，关闭主截流阀(V1)和燃料截流阀(V2)且始终打开通风截流阀(V3)和排气截流阀(V4)，在切换到HRSG运行时，不熄灭GT(10)而打开HRSG的入口，关闭旁路烟囱(30)，打开主截流阀和燃料截流阀且关闭通风截流阀和排气截流阀。

Description

燃气轮机热电联产系统及其运行切换方法
技术领域
本发明涉及一种包括具有助燃燃料系统的废热回收锅炉和旁路烟囱的燃气轮机热电联产系统及其运行切换方法。
背景技术
GTCC(燃气轮机联合循环)等GTCS(燃气轮机热电联产系统)具备以GT(燃气轮机)的废气为热源的HRSG(废热回收锅炉)。在HRSG中具备旁路烟囱和助燃燃料系统的情况下，GTCS有时以切换旁路烟囱运行(GT独立运行)和HRSG运行(联合运行)这两种运行模式被运用。由于在旁路烟囱运行时HRSG通过旁通阻尼器与GT隔离，因此假设在此期间助燃燃料系统发生燃料气体的泄漏时，燃料气体滞留在HRSG中，由此在切换到HRSG运行时有可能因高温GT废气引起爆炸。考虑到这种可能性，在GTCS中从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时，通常在暂时熄灭GT之后GT重新点火之前实施HRSG的吹扫(冷吹扫)。但是，冷吹扫伴随着GT的熄灭工序，因此GTCS的运用效率明显受损。
与此相对，提倡在从旁路烟囱运行切换为HRSG运行之前，使GT的废气温度下降至比燃料气体的最低点火温度低的100°F(56℃)的值以下，在使GT点火的状态下进行HRSG的吹扫(热吹扫)(参照专利文献1)。
另外，作为HRSG的助燃燃料系统的燃料气体泄漏预防方法，提倡以下技术：在燃料管上设置三个截流阀，将空气或惰性气体提供给这些截流阀间的封闭区域(参照非专利文献1)。根据该技术，通过三个截流阀和利用空气等进行升压的截流阀之间的封闭区域来截流燃料气体。
在专利文献1的技术中，通过降低GT的废气温度，实现省略切换为HRSG运行时的GT的熄灭工序，但是并未对旁路烟囱运行期间HRSG的燃料气体有可能滞留采取任何对策。因而，在切换为HRSG运行时需要执行吹扫本身，提高GTCS的运用效率的效果是有限的。另外，存在由于燃气站的不良状况等引起GT的燃料气体的成分变动、由于GT废气温度的控制失败而引起GT的废气温度突然上升的可能性，针对热吹扫的安全性也需要进一步的研究和采取对策。
另外，在非专利文献1的技术中，利用通过将三个截流阀设置于燃料管并监视截流阀之间的压力从而检测燃料气体的泄漏的方法、或通过空气等进行加压来密封截流阀之间的封闭区域的方法，来减小燃料气体向HRSG内泄漏的可能性。由此，提出了缓和吹扫实施的要件的吹扫信用(purge credit)的概念，但是并非燃料气体泄漏的可能性消失。另外，在将该文献的技术应用于旁路烟囱运行时的情况下，存在系统结构复杂这种问题。
现有技术文献
专利文献1：美国专利第7861532号说明书
非专利文献
非专利文献1：COMBINED HEAT AND POWER-GAS TURBINE OPERATIONALFLEXIBILITY(Power-Gen Europe 4-6June 2013,Messe Wien,Vienna,Austria)
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够抑制从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时的运用效率的下降的燃气轮机热电联产系统及其运行切换方法。
为了达到上述目的，本发明具备燃气轮机、废热回收锅炉、设置于燃气轮机废气通路的上述废热回收锅炉的上游侧的旁路烟囱、开关上述旁路烟囱的旁通阻尼器以及控制上述燃气轮机、上述废热回收锅炉和上述旁通阻尼器的控制装置，其中，上述废热回收锅炉具备：助燃器；主截流阀，其设置于上述助燃器的燃料管；燃料截流阀，其设置于上述助燃器的燃料管的上述主截流阀的上游侧；通风管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置与上述燃料管进行汇合；通风截流阀，其设置于上述通风管；排气管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置从上述燃料管分支；以及排气截流阀，其设置于上述排气管，上述控制装置在旁路烟囱运行时，关闭上述废热回收锅炉的入口并打开上述旁路烟囱，关闭上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且始终打开上述通风截流阀和上述排气截流阀，在切换到废热回收锅炉运行时，不熄灭上述燃气轮机而打开上述废热回收锅炉的入口并关闭上述旁路烟囱，打开上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且关闭上述通风截流阀和上述排气截流阀。
根据本发明，能够抑制从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时的GTCS的运用效率的下降。
附图说明
图1是提取本发明的第一实施方式所涉及的GTCS(旁路烟囱运行时)的主要部分而表示的示意图。
图2是提取本发明的第一实施方式所涉及的GTCS(HRSG运行时)的主要部分而表示的示意图。
图3是图1的GTCS所具备的控制装置的概念图。
图4是表示图3的控制装置按着运行程序来执行的GTCS的运行切换过程的主要部分的流程图。
图5是提取本发明的第二实施方式所涉及的GTCS(旁路烟囱运行时)的主要部分而表示的示意图。
图6是图5的GTCS所具备的控制装置的概念图。
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的GTCS的控制装置的运行切换过程的主要部分的流程图。
图8是提取作为现有技术的比较例1所涉及的GTCS的主要部分而表示的示意图。
图9是提取作为现有技术的比较例2所涉及的燃料系统的主要部分而表示的示意图。
图10是提取作为现有技术的比较例3所涉及的GTCS的主要部分而表示的示意图。
附图标记说明
10：燃气轮机；30：旁路烟囱；40：旁通阻尼器；50：废热回收锅炉；52：助燃器；54：气体检测器；60：控制装置；68：输出装置；P1：燃料管；P2：通风管；P3：排气管；V1：主截流阀；V2：燃料截流阀；V3：通风截流阀；V4：排气截流阀。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
燃气轮机热电联产系统
图1是提取本发明的第一实施方式所涉及的燃气轮机热电联产系统的主要部分而表示的示意图。以后，将燃气轮机热电联产系统适当地简称为GTCS。该图示出的GTCS具备GT(燃气轮机)10、燃气轮机发电机20、旁路烟囱30、旁通阻尼器40、HRSG(废热回收锅炉)50以及控制装置60。
GT 10具备压缩机11、燃烧器12以及涡轮机13。压缩机11是取入大气并压缩后作为压缩空气而排出的设备，与涡轮机13同轴地连结。燃烧器12是使经由燃料管14从燃料供给设备(未图示)提供的燃料以及从压缩机11导入的压缩空气进行燃烧并喷出燃烧气体的设备。在燃料管14中设置有截流燃料供给的燃料截流阀15、调整燃料流量的燃料调整阀16。所述燃料截流阀15、燃料调整阀16与调整压缩机11的入口开度的IGV(未图示)一起，被来自控制装置60的指令信号控制。GT 10的点火是指将燃料提供给燃烧器12并通过燃烧器12使燃料燃烧而产生燃烧气体。GT 10的熄灭是指停止向燃烧器12提供燃料并停止产生燃烧气体。涡轮机13是通过由燃烧器12产生的燃烧气体驱动的设备。燃气轮机发电机20经由旋转轴与GT 10相连结，由GT 10驱动并发电。在本实施方式中例示一轴式涡轮机13，但是有时将旋转轴分离的两轴式涡轮机用于涡轮机13。涡轮机13经由排气管17与HRSG 50的入口侧相连接，燃气轮机的废气G经由排气管17被导入到HRSG 50。
旁路烟囱30设置成在燃气轮机废气通路的HRSG 50的上游侧位置处从燃气轮机废气通路分支。被导入到旁路烟囱30的废气G迂回HRSG 50而排放到大气。旁通阻尼器40是开关旁路烟囱30的设备，通过来自控制装置60的指令信号被驱动。在本实施方式中，示出使用旁通阻尼器40兼作用于开关燃气轮机废气通路上的HRSG 50的入口的入口阻尼器的结构。具体地说，旁通阻尼器40在燃气轮机排气路径上的排气管17与HRSG 50之间设置于旁路烟囱30的入口位置，选择性地打开旁路烟囱30和HRSG 50中的任一个。即，旁通阻尼器40具有以下结构：在打开旁路烟囱30的流路时关闭HRSG 50的入口，在关闭旁路烟囱30的流路时打开HRSG 50的入口。但是，也可以具有以下结构：避开燃气轮机排气路径上的排气管17与HRSG 50之间的位置来配置旁通阻尼器40，另行设置开关HESG50的入口的入口阻尼器。
HRSG 50是通过来自GT 10的废气来产生蒸气的锅炉，具备锅炉主体51、助燃器52、助燃器燃料系统53等。锅炉主体51为HRSG 50的主体，具备将来自GT 10的废气的热传递给水而产生蒸气的换热装置以及排出废气的堆栈。助燃器52为通过提高来自GT 10的废气的温度而增加HRSG 50的蒸气产生量的设备，考虑流过锅炉主体51内部的废气温度、产生的蒸气的流量和温度而设置于适当的位置。助燃器燃料系统53为将燃料提供给助燃器52的设备。虽然未图示，但是还设置有对HRSG 50供水的HRSG供水系统等。另外，在HRSG50具有独立运行功能的情况下，设置将燃烧用空气提供给助燃器52的燃烧用空气供给管和鼓风机。
助燃器燃料系统
助燃器燃料系统53具备燃料管P1、通风管P2、排气管P3、主截流阀V1、燃料截流阀V2、通风截流阀V3、排气截流阀V4、燃料流量调整阀V5以及通风流量调整阀V6等。
燃料管P1为将燃料气体F(图2)的供给源(未图示)与助燃器52进行连接的配管。通风管P2为从空气或惰性气体(以下，称为气体A)的供给源(未图示)延伸的配管。该通风管P2在主截流阀V1的上游侧且燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5的下游侧的位置(主截流阀V1与燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5之间的位置)处与燃料管P1汇合。排气管P3在主截流阀V1的上游侧且燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5的下游侧的位置(主截流阀V1与燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5之间的位置)处从燃料管P1分支，前端在大气中打开。通风管P2相对于燃料管P1的汇合位置以及排气管P3的分支位置中的哪一个位置位于上游侧都可以，但是在本实施方式中示出将排气管P3的分支位置设于下游侧的情况。另外，两个位置优选在主截流阀V1与燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5之间的范围内尽可能分离。燃料管P1、通风管P2以及排气管中均为一个即可。
主截流阀V1、燃料截流阀V2、通风截流阀V3以及排气截流阀V4为电磁驱动式开关阀，燃料流量调整阀V5和通风流量调整阀V6为电磁比例阀，均通过来自控制装置60的指令信号来驱动。此外，上述截流阀均示例了电磁驱动式截流阀，但是也可以是空气驱动式等其它驱动方式的截流阀。主截流阀V1设置于助燃器52的燃料管P1上的通风管P2和排气管P3的连接位置的下游侧(接近助燃器52一侧)。燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5设置于助燃器52的燃料管P1中的主截流阀V1以及通风管P2和排气管P3的连接位置的上游侧。燃料截流阀V2和燃料流量调整阀V5中的哪一个位于上游侧都可以，但是在本实施方式中示例了将燃料截流阀V2配置于上游侧的情况。通风截流阀V3和通风流量调整阀V6设置于通风管P2，排气截流阀V4设置于排气管P3。通风截流阀V3和通风流量调整阀V6中的哪一个位于上游侧都可以，但是在本实施方式中示例了将通风截流阀V3配置于上游侧的情况。
控制装置
图3是控制装置的概念图。在图3中，控制装置60例如为设置于GTCS的控制室的计算机，具备对GT 10、HRSG 50以及旁通阻尼器40进行控制的功能。该控制装置60具备CPU61、HDD 62、RAM 63、ROM(例如EPROM)64、I/O端口65。
在I/O端口65上除了连接输入装置66、记录介质67、输出装置68、网络69以外，还适当地连接了GTCS的指令对象部、仪表类。在指令对象部中包括燃料截流阀15、燃料调整阀16、IGV(未图示)、主截流阀V1、燃料截流阀V2、通风截流阀V3、排气截流阀V4、燃料流量调整阀V5以及通风流量调整阀V6等。在输入装置66中代表性地能够使用键盘、鼠标、触摸面板等。在输出装置68为触摸面板的情况下，输出装置68有时还兼作输入装置66。作为记录介质67，能够应用磁带、磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等各种记录介质。输出装置68除了监视器等显示装置以外，还能够应用打印机。扬声器等进行声音输出的装置也能够用作输出装置68。另外，控制装置60可以与输入装置66、输出装置68一体地构成，控制装置60为台式、笔记本型、平板型等并不限定控制装置60的形式。网络69不仅包含因特网，还包含LAN等，控制装置60能够经由网络69与其它终端、数据库、服务器等相连接。
在ROM 64中存储有包含GTCS的运行程序的各种程序等，通过CPU 61将这些程序从ROM 64读出，例如被加载到RAM 63来执行。还能够将运行程序从记录介质67或网络69经由I/O端口65而输入并存储到ROM 64。还能够通过CPU 61将运行程序从记录介质67或网络69经由I/O端口65读出，并不存储到ROM 64而直接加载到RAM 63而执行。将通过运行得到的数据等存储到HDD 62、ROM 64、RAM 63、记录介质67的一个以上的存储器，通过输入装置66的操作而输出到输出装置68。以下，在本申请说明书中，将RAM63、ROM 64、HDD 62、记录介质67以及经由网络69连接的存储装置等的至少一个简称为“存储器”。
动作
图4是表示控制装置按着运行程序执行的GTCS的运行切换过程的主要部分的流程图。在运行程序中包含设备的启动步骤(S11)、运行模式的判断步骤(S12)、旁路烟囱运行的执行步骤(S13)、HRSG运行的执行步骤(S15)、停止运行的判断步骤(S14，S16)以及运行停止步骤(S17)。控制装置60例如以预定时间(例如1s)的循环反复执行该图的步骤。
·S11、S12
当从输入装置66输入GTCS的启动指示时，控制装置60将运行程序加载到RAM 63而开始进行图4的步骤。首先，控制装置60在启动GTCS时，在GT 10点火前切换旁通阻尼器40并依次进行吹扫，实施HRSG 50的锅炉主体51的排气系统和旁路烟囱30的吹扫(S11)。在完成吹扫之后，根据从输入装置66输入的信号，判断所指示的运行模式(S12)。在此，准备旁路烟囱运行(GT独立运行)和HRSG运行(联合运行)这两种运行模式，控制装置60判断是所指示的运行模式还是它们中的哪一个。
·S12-S14
步骤S12-S14为旁路烟囱运行的执行步骤。如果运行模式为旁路烟囱运行，则直到停止运行或指示切换运行模式为止期间，控制装置60反复执行S12-S14的步骤。在此期间，控制装置60对旁通阻尼器40进行指令而堵塞HRSG 50的入口的同时打开旁路烟囱30之后，关闭主截流阀V1和燃料截流阀V2，打开通风截流阀V3和排气截流阀V4。各截流阀的开关时机优选为燃料截流阀V2的关闭、通风截流阀V3的打开、主截流阀V1的关闭、排气截流阀V4的打开这样的顺序。这是由于，即使燃料气体F滞留在从排气管P3的分支位置至助燃器52为止的燃料管P1，也能够有效地排出燃料气体F。另外，燃料流量调整阀V5的开度可以是任意的，但是例如指令最小开度。通风流量调整阀V6的开度例如指令最大开度。另外，如果是启动时，则控制装置60按着GT 10的启动程序来启动GT 10，并在燃烧器12中点火。在旁路烟囱运行期间，各截流阀的开关状态保持上述状态，在燃料管P1的主截流阀V1与燃料截流阀V2之间的区域内始终从通风管P2提供气体A，该气体A经由排气管P3排放到大气。此外，图1示出了旁路烟囱运行期间的截流阀的开关状态。中空的截流阀处于打开状态，涂成黑色的截流阀处于关闭状态。
在旁路烟囱运行期间，在GT 10中，通过压缩机11压缩的空气被导入到燃烧器12，与从燃料管14提供的燃料一起燃烧。GT 10通过由此产生的燃烧气体进行旋转，由燃气轮机发电机20进行发电。GT 10的废气G经由旁路烟囱30，根据需要进行净化处理之后排放到大气中。
此外，在通过从HRSG运行的运行模式的切换而开始旁路烟囱运行的情况下，在HRSG运行期间，助燃器燃料系统53中不可能使泄漏燃料气体F滞留在旁路烟囱30内。因而，在从HRSG运行切换为旁路烟囱运行时不需要旁路烟囱30的吹扫。
·S12、S15、S16
步骤S12、S15、S16为HRSG运行的执行步骤。如果运行模式为HRSG运行，则直到停止运行或指示切换运行模式为止期间，控制装置60反复执行S12、S15、S16的步骤。在此期间，控制装置60对旁通阻尼器40进行指令而堵塞旁路烟囱30的同时打开HRSG 50的入口之后，打开主截流阀V1和燃料截流阀V2，关闭通风截流阀V3和排气截流阀V4。通风流量调整阀V6的开度可以是任意的，但是例如指令最小开度。按着GTCS的控制程序适当地控制燃料流量调整阀V5的开度。另外，如果是启动时，则控制装置60按着GT 10的启动程序来启动GT 10，在燃烧器12中点火。图2示出HRSG运行期间的截流阀的开关状态。与图1同样地，中空的截流阀处于打开状态，涂成黑色的截流阀处于关闭状态。
在HRSG运行过程中，在GT 10中，通过压缩机11压缩的空气被导入到燃烧器12，与从燃料管14提供的燃料一起使压缩空气燃烧。GT 10通过由此产生的燃烧气体而进行旋转，由燃气轮机发电机20进行发电。GT 10的废气G被导入到HRSG 50，将该废气G作为热源，在HRSG 50中产生蒸气。在HRSG 50中作为热源而完成工作的废气G经由HRSG 50的堆栈，根据需要被净化处理之后排放到大气中。另外，在HRSG 50中产生的蒸气例如作为生产用蒸汽而提供给对应的工厂设备等或如果GTCS为联合循环则作为动作介质而提供给蒸气涡轮机(未图示)。在提供目的地完成工作的蒸气例如在冷凝器(未图示)凝结而再次作为蒸气源而提供给HRSG 50。
此外，在通过从旁路烟囱运行的运行模式的切换而开始进行HRSG运行的情况下，在旁路烟囱运行过程中打开通风管P2和排气管P3而始终将燃料管P1的两端之间部分进行吹扫。因而，即使燃料截流阀V2发生泄漏，泄漏燃料也与从通风管P2提供的气体A一起经由排气管P3强制地排放到大气中。这样在旁路烟囱运行过程中使燃料管P1始终被吹扫，因此在此期间燃料气体F会滞留在锅炉主体51等中。因而，在从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时，不需要将GT 10临时熄灭或使GT 10的废气温度下降。但是，在由设备运用标准、设备运行方针所要求的情况下，也可以在从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时将GT 10临时熄灭或使GT 10的废气温度下降。
·S17
在运行过程中，控制装置60判断有无来自输入装置66的停止运行指示(S14、S16)。关于控制装置60，如果不存在停止运行的指示则返回至步骤S12，如果存在停止运行的指示则转移到步骤S17。如果转移到步骤S17，则控制装置60停止GT50的燃料供给，关闭HRSG 50的主截流阀V1、燃料截流阀V2、通风截流阀V3。
此外，说明了控制装置60按着运行程序自动地对GTCS进行控制的情况，但是例如还存在经由输入装置66手动操作各阀，由此如上所述切换运行模式的方法。在旁路烟囱运行和HRSG运行过程中切换运行模式时，在以对各阀进行手动操作为前提的情况下，不一定需要上述运行程序。
比较例
图8是提取作为现有技术的比较例1所涉及的GTCS的主要部分而表示的示意图。在该图中示出旁路烟囱运行时的状态。阀的开关状态的表现与上述附图相同。在该图示出的GTCS的HRSG的助燃器的燃料系统中并未设置通风管、排气管。在这种GTCS中将运行模式从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时，通常将GT熄灭之后对HRSG的排气系统进行吹扫(冷吹扫)。但是，伴随着GT的熄灭的冷吹扫将降低GTCS的运用效率。因此，提倡不使GT熄灭而进行的HRSG的排气系统的吹扫(热吹扫)。以将GT的废气温度下降至比HRSG的燃料气体的最低点火温度T0仅低100°F(56℃)的温度T(＝T0-100°F＝T0-56℃)以下这一情况为条件而执行热吹扫。根据该方法，在旁路烟囱运行过程中，如在图8中用阴影表示那样即使在HRSG的排气系统中产生一些燃料气体的滞留，在转移到HRSG运行时也能够通过低温废气对滞留在HRSG的排气系统中的燃料气体进行吹扫。在使GT点火的状态下从旁路烟囱运行转移到HRSG运行，因此期望能够提高GTCS的运用效率。
但是，在该方法中，并未对在旁路烟囱运行过程中由于助燃器的燃料系统泄漏导致有可能在HRSG的排气系统中滞留燃料气体采取任何对策。需要只能进行GT的熄灭且降低GT的废气温度的工序、通过低温废气对HRSG的排气系统进行吹扫的工序、再次使GT的废气温度上升的工序，GTCS的运用效率的改善效果有限。
图9是提取作为现有技术的现有技术的比较例2所涉及的燃料系统的主要部分而表示的示意图。阀的开关状态的表现与上述附图相同。该图示出的燃料系统将燃料气体提供给HRSG的助燃器，从燃料管设置有三个截流阀a-c。另外，在截流阀a、b之间、截流阀b、c之间各1个排气管从燃料管分支，在这些排气管上设置有排气阀d、e。在燃料管上的截流阀a、b之间、截流阀b、c之间分别设置有压力计PT1、PT2。在本例中，以检查截流阀a-c的泄漏为目的而这样构成系统。
在本例中，在停止向助燃器提供燃料气体的情况下，设为关闭截流阀a-c而打开排气阀d、e的状态。在检查燃料气体在此期间有无泄漏的情况下，在关闭排气阀d、e之后，打开截流阀c。如果因此压力计PT2的计测值上升则可知截流阀b发生泄漏。
如果应用本例，则能够确认旁路烟囱运行时助燃器的燃料系统的燃料气体有无泄漏，但是导致截流阀、排气管以及排气阀的数量增加。除此以外，作为用于检测燃料气体有无泄漏的准备，每次需要复杂的上述阀操作，从而无法实时地检测燃料气体的泄漏。另外，在停止向助燃器提供燃料期间，关闭截流阀a-c，因此在假设截流阀a-c发生泄漏的情况下，泄漏燃料也不会经由排气管积极地排出。因而，即使将比较例1与比较例2组合，在从旁路烟囱运行转移到HRSG运行时也无法省略HRSG的排气系统的吹扫。此外，在应用了比较例2的情况下，根据非专利文献1，提出了导入“吹扫信用”的概念并在一定期间(8天)不需要吹扫，但是并非如上所述那样充分。
图10是提取作为现有技术的比较例3所涉及的GTCS的主要部分而表示的示意图。在该图中省略图示图9的压力计PT1、PT2。与图1同样地，中空的截流阀处于打开状态，涂成黑色的截流阀处于关闭状态。在该图的GTCS的HRSG的助燃器的燃料系统中应用了将比较例2的燃料系统进行改进的燃料系统。比较例3的燃料系统以比较例2的燃料系统为前提，以提高燃料气体的截流性能为目的而追加了空气加压系统。具体地说，在停止向助燃器提供燃料气体的情况下，关闭截流阀a-c和排气阀d、e，通过空气对由这些阀封闭的区域进行加压以密封燃料气体。执行与比较例2相同的泄漏检查的步骤，但是通过空气加压的密封效果与三个截流阀a-c配合而提高燃料气体的截流性。
根据比较例3，能够预见旁路烟囱运行时助燃器的燃料系统的燃料气体的截流性提高。因此，在非专利文献1中提出了以下方案：导入“吹扫信用”的概念，在连续地监视截流阀的关闭和压力从而能够判断确保密封性的情况下，没有时间限制且不需要吹扫。但是，在比较例3中存在截流阀的数量较多且系统结构较为复杂这种缺点。
效果
与此相对，根据本实施方式，截流阀的数量较小且系统结构较简单。另外，在旁路烟囱运行过程中经由通风管P2和排气管P3，燃料管P1始终通风。根据该情况，即使假设燃料截流阀V2发生燃料气体F的泄漏，泄漏的燃料气体F与从通风管P2提供的气体A一起立即通过排气管P3排放到大气中，从而确保“本质安全”。由此在从旁路烟囱运行转移到HRSG运行时，不需要对HRSG50的排气系统进行吹扫。因而，不需要改变GT 10的运行状态，仅操作旁通阻尼器40，关闭旁路烟囱30，打开HRSG 50的入口，根据需要开始提供助燃器52的燃料即可，能够期望得到GTCS的运用效率显著提高的效果。也不会受到由GT 10的燃料成分变化、废气温度控制失败导致的废气温度的突发性变动的影响。因此，能够抑制从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时的GTCS的运用效率下降。
另外，在比较例2、3中截流阀、配管的件数增加以检查泄漏，但是在本实施方式中阀、配管的数量也得到抑制，阀的开关操作也按照在图4中说明的简单步骤即可。
(第二实施方式)
图5是提取本发明的第二实施方式所涉及的燃气轮机热电联产系统的主要部分而表示的示意图。在图5中示出旁路烟囱运行时的状态。在该图中对与第一实施方式相同或对应的要素附加与第一实施方式的附图相同的附图标记。阀的开关状态的表现也与上述附图相同。本实施方式与第一实施方式不同点在于附加了HRSG 50的燃料气体F的监视功能。
具体地说，对本实施方式所涉及的GTCS的HRSG 50至少附加一个气体检测器54。气体检测器54的设置位置、设置数量取决于HRSG 50的类型、容量、结构等，但是至少设置于HRSG 50的锅炉主体51中的排气系统(例如助燃器52附近)。气体检测器54的设置数量至少为一个，但是有时在燃料气体F中混合容易滞留于锅炉主体51的下侧的成分和容易滞留于上侧的成分，因此，如图所示，优选在锅炉主体51的内部在上下分别设置气体检测器54。另外，在本实施方式中例示了还在排气管P3上设置气体检测器54的情况。也可以在燃料管P1(例如主截流阀V1与燃料截流阀V2之间)设置气体检测器54。
图6是图5的GTCS所具备的控制装置的概念图。在图6中对与第一实施方式相同或对应的要素附加与第一实施方式的附图相同的附图标记。如该图所示，气体检测器54的检测信号被输入到控制装置60。控制装置60例如根据由操作员的操作而从输入装置66输入的操作信号，生成根据来自气体检测器54的检测信号来输出检测结果的信号。输出装置68根据从控制装置60输入的信号来输出气体检测器54的检测结果。检测结果的输出方式并不限定，但是例如当假设监视器显示时，能够使作为输出装置68的监视器实时地显示气体检测器54的检测结果。作为气体检测器54的检测结果，也可以显示燃料气体F的每个成分的浓度或这些浓度是否超出对应的阈值的信息，但是也可以是简单地显示是否检测出至少一种作为对象的成分的方式。在将作为对象的成分的浓度是否在阈值以上、是否检测出作为对象的成分通知给操作员的情况下，即使不是监视器显示也可以通过作为输出装置68的扬声器进行声音输出(警告声音输出、消息输出)。
本实施方式的其它结构和动作与第一实施方式相同。根据本实施方式，除了与第一实施方式相同的效果以外，还存在以下优点：在从旁路烟囱运行切换为HRSG运行时，能够通过监视器等输出装置68来确认泄漏燃料不会滞留在HRSG 50的排气系统中的事实。
(第三实施方式)
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的GTCS的控制装置的运行切换过程的主要部分的流程图。本实施方式的硬件结构与第二实施方式相同。但是，气体检测器54使用能够计算燃料气体F的各成分的浓度的检测器。在存储器中存储有助燃器燃料系统53的燃料气体F的各成分的预先设定的阈值。燃料气体F的成分的最低点火温度分别不同，点火的最低浓度也根据成分不同而不同。各成分的设定阈值是指比能够将燃料气体F的对应成分点火的最低浓度的值仅低设定界限的设定值。针对各成分的浓度FA，设定阈值FA0。
另外，在存储于存储器的GTCS的运行程序中追加了旁路烟囱运行过程中的燃料气体浓度的计算步骤(S13a)、燃料气体浓度的判断步骤(S13b)、通风流量调整阀V6的开度控制步骤(S13c、S13d)。燃料气体浓度的计算步骤(S13a)为步骤S13后续的步骤，控制装置60根据气体检测器54的检测信号来计算燃料气体的各成分的各浓度FA。在下一燃料气体浓度的判断步骤(S13b)中，控制装置60判断是否存在超出对应的阈值FA0的燃料气体成分(是否存在FA≥FA0的成分)。在后续的通风流量调整阀V6的开度控制步骤中，控制装置60通过步骤S13b的判断，如果存在超出阈值的成分则将通风流量调整阀V6的开度增加设定值(S13c)，如果不存在超出阈值的成分则减小设定值(S13d)。如果执行了步骤S13c或S13d，则控制装置60转移到步骤S14。除了步骤S11-S17中的步骤S13a-S13d以外的步骤与第一实施方式相同。
在本实施方式中，在旁路烟囱运行中也始终打开通风截流阀V3和排气截流阀V4，由此得到与第一实施方式相同的效果。另外，能够由输出装置68确认气体检测器54的检测结果，因此也得到与第二实施方式相同的效果。
GTCS为热电联产系统，因此期望能效良好。根据该观点，在旁路烟囱运行中通过燃料管P1的气体A的流量也优选少量即可。在本实施方式中，根据气体检测器54的检测结果来控制通风流量调整阀V6，由此能够抑制通风流量。以截流阀不会发生燃料气体F的泄漏为前提，因此基本上通过图7的控制步骤将旁路烟囱运行中的通风流量调整阀V6的开度减小到最小开度。在该情况下，通风量被抑制为最低流量，因此在燃料气体F发生泄漏的情况下，也有可能由气体检测器54检测出浓度超出阈值的泄漏燃料。但是，在该情况下，通风流量调整阀V6的开度自动地增加而通风流量增加，因此泄漏燃料经由排气管P3立即排出。由此，与第一和第二实施方式同样能够始终预防泄漏燃料在HRSG50的排气系统中的滞留，并且大幅地抑制通风流量。因此，GTCS的所需能量减少，从而能够期望提高能量效率。

Claims (5)

1.一种燃气轮机热电联产系统，其特征在于，
具备燃气轮机、废热回收锅炉、设置于燃气轮机废气通路的上述废热回收锅炉的上游侧的旁路烟囱、开关上述旁路烟囱的旁通阻尼器以及控制上述燃气轮机、上述废热回收锅炉和上述旁通阻尼器的控制装置，
上述废热回收锅炉具备：
助燃器；
主截流阀，其设置于上述助燃器的燃料管；
燃料截流阀，其设置于上述助燃器的燃料管的上述主截流阀的上游侧；
通风管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置与上述燃料管汇合；
通风截流阀，其设置于上述通风管；
排气管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置从上述燃料管分支；以及
排气截流阀，其设置于上述排气管，
上述控制装置构成为：
在旁路烟囱运行时，关闭上述废热回收锅炉的入口并打开上述旁路烟囱，关闭上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且始终打开上述通风截流阀和上述排气截流阀，打开上述通风管和上述排气管而对上述燃料管的上述主截流阀与上述燃料截流阀的之间始终进行吹扫，
在切换到废热回收锅炉运行时，不熄灭上述燃气轮机而打开上述废热回收锅炉的入口并关闭上述旁路烟囱，打开上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且关闭上述通风截流阀和上述排气截流阀。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机热电联产系统，其特征在于，
上述排气管和上述通风管各仅具备一个。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机热电联产系统，其特征在于，
具备：
气体检测器，其设置于上述废热回收锅炉，将检测信号输出到上述控制装置；以及
输出装置，其根据来自上述控制装置的输出信号来输出上述气体检测器的检测结果。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机热电联产系统，其特征在于，
具备：
气体检测器，其设置于上述废热回收锅炉，将检测信号输出到上述控制装置；以及
通风流量调整阀，其设置于上述通风管，
在上述旁路烟囱运行时，上述控制装置根据上述气体检测器的检测信号，如果存在浓度为设定值以上的燃料气体的成分则增加上述通风流量调整阀的开度，否则减小上述通风流量调整阀的开度。
5.一种燃气轮机热电联产系统的运行切换方法，该燃气轮机热电联产系统具备燃气轮机、废热回收锅炉、设置于燃气轮机废气通路的上述废热回收锅炉的上游侧的旁路烟囱以及开关上述旁路烟囱的旁通阻尼器，上述废热回收锅炉具备助燃器、设置于上述助燃器的燃料管的主截流阀、以及设置于上述助燃器的燃料管的上述主截流阀的上游侧的燃料截流阀，该运行切换方法特征在于，
在上述废热回收锅炉中设置：
通风管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置与上述燃料管汇合；
通风截流阀，其设置于上述通风管；
排气管，其在上述主截流阀的上游侧且上述燃料截流阀的下游侧的位置从上述燃料管分支；以及
排气截流阀，其设置于上述排气管，
在旁路烟囱运行时，关闭上述废热回收锅炉的入口并打开上述旁路烟囱，关闭上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且始终打开上述通风截流阀和上述排气截流阀，打开上述通风管和上述排气管并通过空气或惰性气体对上述主截流阀与上述燃料截流阀之间始终进行吹扫，
在切换到废热回收锅炉运行时，不熄灭上述燃气轮机而打开上述废热回收锅炉的入口并关闭上述旁路烟囱，打开上述主截流阀和上述燃料截流阀，并且关闭上述通风截流阀和上述排气截流阀。
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