CN113123870A - 用于操作燃气涡轮组件的方法和燃气涡轮组件 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮组件(1)，其沿纵轴线(A)延伸，并包括压缩机(2)、燃烧室组件(4)和至少一个燃气涡轮(5)；压缩机(2)包括被供应空气的入口(9)和由压缩机(2)压缩的空气流过的出口(10)；压缩机(2)的出口(10)连出到气室(3)中，该气室(3)与燃烧室组件(4)流体地连通；燃烧室组件(4)包括至少一个燃烧室(15)，该燃烧室(15)联接到燃气涡轮(5)并设有多个燃烧器(18)；燃气涡轮组件(1)设有控制设备(8)，该控制设备(8)配置成基于指示在气室(3)中测得的空气压力的至少一个参数(Ppl)来控制燃烧室组件(4)。

Description

用于操作燃气涡轮组件的方法和燃气涡轮组件
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年12月31日提交的欧洲专利申请no.19220199.4的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于操作燃气涡轮组件的方法和一种燃气涡轮组件。特别地，本发明的燃气涡轮组件是发电厂的部分。
背景技术
如所已知的，用于发电厂的燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧室和涡轮。
特别地，压缩机包括被供应空气的入口和压缩通过的空气的多个旋转叶片。离开压缩机的压缩空气流入气室(即由外壳界定的封闭容积)并从那里流入燃烧室。在燃烧室内，压缩空气与至少一种燃料混合并燃烧。产生的热气离开燃烧室并在涡轮中膨胀。在涡轮中，热气膨胀使连接到转子的旋转叶片运动，从而做功。
如所已知的，在发电厂的正常操作期间内，来自网络的功率需求可发生变化。当来自网络的功率需求低时(例如在夜间)，用于产生电能的发电厂以最小环境荷载操作。在所述荷载下，燃气涡轮组件产生在法定极限以下的污染物排放(NOx和CO)。
然而，当发电厂以包括在最小荷载和基本荷载之间的过渡荷载操作时，污染物排放不能始终以可靠且稳定的方式得到控制。
特别地，当荷载低于最小环境荷载(MEL)并发生燃烧器的关断时，不能以可靠的方式来控制污染物。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于操作燃气涡轮组件的方法，该方法使得能够以稳定且稳健的方式控制燃烧室组件，以便在所有的荷载操作下将污染物排放维持在法定极限以下。
特别地，本发明的目的在于提供一种用于操作燃气涡轮组件的方法，该燃气涡轮组件沿纵轴线延伸并包括压缩机、燃烧室组件和至少一个燃气涡轮；压缩机包括被供应空气的入口和由压缩机压缩的空气流过的出口；压缩机的出口连出到气室中，该气室与燃烧室组件流体地连通；燃烧室组件包括至少一个燃烧室，该至少一个燃烧室联接到燃气涡轮并设有多个燃烧器；该方法包括基于指示在气室中测得的空气压力的至少一个参数来控制燃烧室组件。
在该种方式下，燃烧室组件的控制更加高效。特别地，就燃气涡轮组件在任何荷载下操作期间内的可靠性和稳定性而言，基于指示在气室中压力的参数进行控制以控制燃烧室组件具有很大的优势。与通常使用的参数相比，尤其是在过渡荷载下，在气室中压力与燃料质量流量的相关性更好。
因此，在任何操作荷载下都能获得可靠的污染物控制。
根据本发明的优选实施例，控制燃烧室组件的步骤包括至少基于指示在气室中测得的空气压力的参数来调节对至少一个燃烧室的燃料供应。
根据本发明的优选实施例，调节对至少一个燃烧室的燃料供应包括调节供应到至少一个燃烧室的燃料量和/或调节燃烧室的多个燃烧器中的至少一个的关断。
根据本发明的优选实施例，调节对至少一个燃烧室的燃料供应包括：
· 至少基于指示在气室中测得的空气压力的参数来计算当前一氧化碳排放；
· 调节燃料供应，以使CO排放保持在CO极限以下。
根据本发明的优选实施例，计算当前一氧化碳排放至少基于：
· 在气室中测得的空气压力；
· 燃烧室中接通的燃烧器的数量；
· 燃气涡轮的入口处的温度。
根据本发明的优选实施例，至少基于指示在气室中测得的空气压力的一个参数来计算燃气涡轮的入口处的温度。
根据本发明的优选实施例，调节对至少一个燃烧室的燃料供应包括：
· 至少基于指示在气室中测得的空气压力的参数来计算关断参数；
· 调节燃料供应，以使关断参数的排放保持在限定的极限以上。
本发明的另一个目的在于提供一种燃气涡轮组件，该燃气涡轮组件可在过渡荷载下操作，同时将污染物排放维持在法定极限内。
根据该目的，本发明涉及根据权利要求11所述的燃气涡轮组件。
附图说明
现在将参考示出了一些非限制性实施例的附图来描述本发明，其中：
- 图1是根据本发明的燃气涡轮组件的示意图；
- 图2是涉及图1的组件的细节的框图；
- 图3是涉及过渡荷载期间内在气室中压力的表现和燃气涡轮的排气口处的温度的曲线图。
具体实施方式
在图1中，参考标号1指示示意性地表示的燃气涡轮组件。
燃气涡轮组件1包括压缩机2、气室3、燃烧室组件4、涡轮5、燃料供应组件6和控制设备8。压缩机2和涡轮5沿主轴线A延伸。
压缩机2包括被供应空气的入口9和由压缩机2压缩的空气流过的出口10；压缩机2的出口10连出到气室3中，该气室与燃烧室组件4流体地连通。
燃料供应组件6对燃烧室组件4供应至少一种燃料。在燃烧室组件4中，来自气室3的压缩空气与燃料混合并燃烧。
然后，燃烧后的混合物在涡轮5中膨胀并通过轴12转换成机械功率，轴12连接到交流发电机(未示出)。
在这里公开和示出的非限制性示例中，燃烧室组件4是顺序燃烧室组件，其包括沿气体流向G顺序地布置的第一级燃烧室14和第二级燃烧室15。换句话说，第二级燃烧室15沿气体流向G布置在第一级燃烧室14的下游。
优选地，在第一级燃烧室14和第二级燃烧室15之间布置有混合器16。
第二级燃烧室15包括多个燃烧器18，优选地，该多个燃烧器周向地布置。
根据未示出的变型，第一燃烧室还包括多个燃烧器。
根据本发明未示出的变型，顺序燃烧室可在第一级燃烧室和第二级燃烧室之间包括高压涡轮，而不是混合器。
根据未示出的变型，燃烧室组件不是顺序的，并且仅包括设有多个燃烧器的一个燃烧室。
在这里公开和示出的非限制性示例中，燃料供应组件6将至少一种燃料供应到第一级燃烧室14和第二级燃烧室15，并且该燃料供应组件包括致动器组件19(示意性地表示)，该致动器组件配置成在控制设备8的控制下调节供应到第一级燃烧室14和第二级燃烧室15的燃料量。
在这里公开和示出的非限制性示例中，供应到第一级燃烧室14的燃料和供应到第二级燃烧室15的燃料是相同的。
供应到第一级燃烧室14和第二级燃烧室15的空气来自气室3。
气室3中的空气量取决于进入压缩机2中的空气量mair。进入压缩机2中的空气量mair可通过修改压缩机3的入口9处的入口导叶(未示出)的位置来改变。
控制设备8配置成控制燃烧室组件4。
特别地，控制设备8配置成基于指示在气室3中测得的空气压力Ppl的至少一个参数来控制燃烧室组件4。
燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器20，其配置成检测在气室3中的空气压力Ppl的值。
在这里公开和示出的非限制性示例中，气室3设有至少一个测压接口(未示出)，该测压接口与相应压力传感器20(在图1中由方框示意性地表示)相关联。
优选地，测压接口是制作在气室3的壁中的孔，用于将压力传感器20与气室3连接以测得静压。
更详细地，控制设备8配置成基于指示在气室3中测得的空气压力Ppl的至少一个参数来控制燃烧室组件4。
参考图2，控制设备8包括CO单元21、BSP单元22和供应控制单元24。
CO单元21配置成基于指示在气室3中测得的空气压力Ppl的至少一个参数来计算当前CO排放(一氧化碳排放)。
优选地，CO单元21配置成基于在气室3中测得的空气压力Ppl并基于至少一个以下参数来计算当前CO排放：
- 燃气涡轮5的排气口26处的热气压力Pex；
- 第二级燃烧室15中接通的燃烧器18的数量nON；
- 燃气涡轮5的入口处的温度THG；
- 压缩机2的入口9处的温度Tk1。
优选地，至少基于在气室3中测得的空气压力Ppl来计算涡轮5的入口25处的温度THG。
更优选地，基于在气室3中测得的空气压力Ppl并基于至少一个以下参数来计算涡轮5的入口25处的温度THG：
- 进入压缩机2中的空气量mair；
- 供应到第二级燃烧室15的燃料量mfuel；
- 燃气涡轮5的排气口26处的热气压力Pex。
BSP单元22配置成至少基于在气室3中测得的空气压力Ppl来计算关断参数BSP。
优选地，基于在气室3中测得的空气压力Ppl并基于至少一个以下参数来计算BSP参数：
- 涡轮5的排气口26处的平均温度TATavg；
- 燃气涡轮5的排气口26处的热气压力Pex；
- 压缩机2的入口9处的温度Tk1；
- 燃料的气体成分C2+；
- 燃烧室组件4的上游测得的燃料温度Tfuel。
供应控制单元24配置成基于由BSP单元22计算出的关断参数BSP和/或基于由CO单元21计算出的当前CO排放来调节多个燃烧器18的关断和对燃烧室组件4的燃料供应。
供应控制单元24配置成调节多个燃烧器18的关断和对燃烧室组件4的燃料供应，使得关断参数BSP高于某个BSP极限和/或使得当前CO排放不超过CO极限值。
换句话说，供应控制单元24配置成确定接通的燃烧器18的数量nON以及要供应到燃烧室组件4的燃料量mfuel。
在使用中，燃气涡轮组件1取决于网络的要求以不同的荷载操作。
在任何荷载下，控制设备8调节燃烧室组件4，使得通过调节第二级燃烧室15中接通的燃烧器18的数量nON和/或要供应到燃烧室组件4的燃料量mfuel来将污染物排放保持在极限以下。
就燃气涡轮组件1的操作期间内的可靠性和稳定性而言，使用指示在气室中的压力的参数用于控制燃烧室组件4具有很大的优势。
看图3中的曲线图，在过渡荷载下，与涡轮排气口温度(完整延伸线)相比，气室3(虚线)中的压力Ppl与燃料质量流量的相关性更好。
因此，在燃烧室组件4的控制中使用在气室3中的压力Ppl将导致燃气涡轮组件1有更可靠的操作。
最后，显而易见的是，在不脱离如所附权利要求书中所限定的本发明范围的情况下，可对本文中所描述的方法和组件进行修改和改变。

Claims (14)

1.一种用于操作燃气涡轮组件(1)的方法，所述燃气涡轮组件(1)沿纵轴线(A)延伸并包括压缩机(2)、燃烧室组件(4)和至少一个燃气涡轮(5)；所述压缩机(2)包括被供应空气的入口(9)和由所述压缩机(2)压缩的空气流过的出口(10)；所述压缩机(2)的出口(10)连出到气室(3)中，所述气室(3)与所述燃烧室组件(4)流体地连通；所述燃烧室组件(4)包括至少一个燃烧室(15)，所述至少一个燃烧室(15)联接到所述燃气涡轮(5)并设有多个燃烧器(18)；
所述方法包括基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的至少一个参数(Ppl)来控制所述燃烧室组件(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述燃烧室组件(4)的步骤包括至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)来调节对所述至少一个燃烧室(15)的燃料供应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，调节对所述至少一个燃烧室(15)的燃料供应包括调节对所述至少一个燃烧室(15)供应的燃料量和/或调节所述燃烧室(15)的多个燃烧器(18)中的至少一个的关断。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于，调节对所述至少一个燃烧室(15)的燃料供应包括：
至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)计算当前一氧化碳(CO)排放；
调节所述燃料供应，以使CO排放保持在CO极限以下。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于在所述气室(3)中测得的空气压力(Ppl)和至少一个以下参数来计算当前一氧化碳(CO)排放：
- 所述燃气涡轮(5)的排气口(26)处的热气压力(Pex)；
- 所述压缩机(2)的入口(9)处的温度(Tk1)；
- 燃烧室(15)中接通的燃烧器(18)的数量(nON)；
- 所述燃气涡轮(5)的入口(25)处的温度(THG)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的一个参数(Ppl)来计算所述燃气涡轮(5)的入口(25)处的温度(THG)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于在所述气室(3)中测得的空气压力(Ppl)并基于至少一个以下参数来计算所述燃气涡轮(5)的入口(25)处的温度(THG)：
- 进入所述压缩机(2)中的空气量(mair)；
- 供应到所述燃烧室(15)的燃料量(mfuel)；
- 所述燃气涡轮(5)的排气口(26)处的热气压力(Pex)。
8.根据权利要求2至权利要求7中的任一项所述的方法，其特征在于，调节对所述至少一个燃烧室(15)的燃料供应包括：
至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)来计算关断参数(BSP)；
调节所述燃料供应，以使所述关断参数(BSP)的排放保持在限定的极限以上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)并基于至少一个以下参数来计算所述关断参数(BSP)参数：
- 所述涡轮(5)的排气口(26)处的平均温度(TATavg)；
- 所述燃气涡轮(5)的排气口(26)处的热气压力(Pex)；
- 所述压缩机(2)的入口(9)处的温度(Tk1)；
- 燃料的气体成分(C2+)；
- 在所述燃烧室组件(4)的上游测得的燃料温度(Tfuel)。
10.一种燃气涡轮组件(1)，所述燃气涡轮组件沿纵轴线(A)延伸并包括压缩机(2)、燃烧室组件(4)和至少一个燃气涡轮(5)；所述压缩机(2)包括被供应空气的入口(9)和由所述压缩机(2)压缩的空气流过的出口(10)；所述压缩机(2)的出口(10)连出到气室(3)中，所述气室(3)与所述燃烧室组件(4)流体地连通；所述燃烧室组件(4)包括至少一个燃烧室(15)，所述至少一个燃烧室(15)联接到所述燃气涡轮(5)并设有多个燃烧器(18)；
所述燃气涡轮组件(1)包括控制设备(8)，所述控制设备(8)配置成基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的至少一个参数(Ppl)来控制所述燃烧室组件(4)。
11.根据权利要求10所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述控制设备(8)包括供应控制单元(24)，所述供应控制单元(24)配置成至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)来调节对所述至少一个燃烧室(15)的燃料供应。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述供应控制单元(24)配置成调节供应到所述至少一个燃烧室(15)的燃料量和/或调节所述燃烧室(15)的多个燃烧器(18)中的至少一个的关断。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述控制设备(8)包括CO单元(21)，所述CO单元(21)配置成至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)来计算当前一氧化碳(CO)排放；所述供应控制单元(24)配置成调节所述燃料供应，以使CO排放保持在CO极限以下。
14.根据权利要求11至权利要求13中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述控制设备(8)包括BSP单元(22)，所述BSP单元(22)配置成至少基于指示在所述气室(3)中测得的空气压力的参数(Ppl)来计算关断参数(BSP)；所述供应控制单元(24)配置成调节所述燃料供应，以使关断参数(BSP)排放保持在限定的极限以上。
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