CN1138138A - 在燃气轮机组运转期间调节主控变量的方法 - Google Patents

在燃气轮机组运转期间调节主控变量的方法 Download PDF

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Abstract

在燃气轮机组运转期间调节一主控变量的方法中，该燃气轮机主要包括一压气机(40)，至少一个燃烧室(43)，至少一个透平(41)和一个发电机。一期望值(3)和一测量值(4)进行比较，所产生的主控差(5)经一控制装置(1)被分级地分配到至少一个级(9，18)。该级基本由一个主控变量控制装置(6，15)和一个作用于相应变量执行机构(14，23)上的下游变量控制装置组成。

Description

在燃气轮机组运转期间调节主控变量的方法
本发明涉及一种在燃气轮机组运转期间调节主控变量的方法，主要包括一个压气机，至少一个燃烧室，至少一个透平及一个发电机。
这种在燃气轮机组运转期间调节一主控变量的方法是已知的。例如，输出功率或转速可被用作控制变量。例如，3个控制装置被用作控制系统。当输出功率被用作主控变量时，第一控制装置是一种输出功率控制装置，它根据所需要的输出功率来调节输给燃烧室的燃料质量流量。第二控制装置是一种透平进口温度控制装置，它根据所需的透平进口温度来调节输给燃烧室的燃料质量流量。第三控制装置也是一种透平进口温度控制装置，它根据所需要的透平进口温度来调节压气机内导阀的位置。
跟主控变量无关，第一和第二控制装置影响同一执行机构，即燃料质量流的执行机构。因此，在一个试图节流燃料质量流而另一个试图增加它时，两个控制装置相互干执的情况可能发生。
第2和第3控制装置依赖于同一输出功率变量(透平进口温度)。这可能引起控制装置相互影响和不稳定。
为避免这种情况发生，需要一种复杂的逻辑线路。此外，控制装置系统对控制参数的反应极为敏感，这使它极难调节这些控制装置。
因此，本发明的目的是要在一开始提到的这种燃气轮机组的运转期间，允许用一种调节方法来简单、迅速和可靠地控制主控变量。按照本发明，这是这样达到的，此时一期望值跟一测量值进行比较，并经一控制装置将某一必要的主控差分级分配给至少一个级，该级基本上由一主控变量控制装置和一在下游作用于相应变量执行机构上的变量控制装置组成。
本发明的优点尤其是在下列事实中看到：由于由控制单位相应要求的对级的主控差，例如输出功率差或转速差的分配，级间的相互影响是不可能的。这允许任何数量的级。该变量控制装置随时具有控制功能，因为该主控变量控制装置和该变量控制装置成一前一后的串级连接。这样，避免了在燃气轮机组中由于超过极跟值引起的超负荷。
通过参照下列详细叙述，同时结合附图1一起考虑，将会容易获得对本发明及其许多伴随优点的更完整的理解，其中：
图1为燃气轮机组控制的简图；
图2为连续燃烧的燃气轮机组控制的简图。
现在参照附图，其中相同的标号指示所有视图中相同的或相应的部件，并且只表示出为理解本发明所必需的构件；透平的进口温度被简写为TIT；在所述图1中所示的燃气轮机组基本包括一压气机40，一透平41和一发电机46，它们经一轴42连接在一起，还包括一燃烧室43。在压气机40中，空气经空气输送管44被吸入并压缩。可调导叶(未示)被配置在压气机内。经空气输送管44吸入的空气质量流量由导叶调节装置调节。压缩空气被引入燃烧室43，燃料45被输送到燃烧气体内，燃料/空气混合物随后燃烧。产生烟气的温度主要受燃料量45的影响。该烟气被导入透平41内，它们在那里膨胀，而它们的某些能量被转换化旋转能量。这种旋转能量用以经轴42驱动发电机46。这些依然灼热的排气经一排气管47排出。这种排气热能，例如在废热蒸汽发电机(未示)中还能被进一步用于产生蒸汽。
在图的上方简略表示了燃气轮机组的控制。在下方，燃气轮机组的输出功率被用作主控变量。所期望输出值3和被测输出值4之间的输出差由相加点2被确定。输出差5在输出控制装置1中被处理，并分配给各级。输出部分13被分配给输出温度级9，而输出部分22被分配给输出压力级18。
在输出温度级9中，输出部分13被分配给一输出控制装置6，并在那里转变成透平进口温度变化10。TIT变化10在相加点7跟TIT参考值11及TIT测量值12一起被处理而后输入到温度控制装置8。TIT参考值11仅是为起动燃气轮机组所需要的，而本身可以是任何数值，因为它可被TIT变化10所补偿。在温度控制装置8中，输入温度转变执行机构的，即燃料质量流量调整14的信号。为达到期望的TIT及其输出所需的燃料是通过燃料质量流调整14来调整的。
在输出压力级18中，输出部分22被输入到输出控制装置15，而后在那里被转变成压力变化19。压力变化19在相加点16跟压差值20及压力测量值21一起被处理，而后被输入到压力控制装置17。压差值20仅是为起动为燃气轮机组才需要的，其本身可为任何数值，因为它能为压力变化19所补偿。在压力控制装置17中，输入压力被转变成导叶调整23的信号。
为控制相应燃气轮机组，根据运转原理，要求最小和最大的运转变量作为关键数据，正如由EP0646705A1(第5页和图3)已公开的那样。例如，最大和最小的TIT，此时可根据相应的运转原理推出。
因此，输出控制装置6的控制范围从运转原理出发由TIT极限值给定。输出控制装置6输出一TIT变化10(ΔTIT)，它是由最大和最小TIT以及TIT参考值11所确定的。
ΔTIT最小＝TIT最小-TIT参考；
ΔTIT最大＝TIT最大-TIT参考。
因此，根据运转原理，最大TIT变化10产生于最大TIT减去TIT参考值11。此时，从最大TIT变化10能计算出最大输出部分13，该最大输出部分13经输出控制装置1能被传输到输出温度级9。因此，相应输出级9，18的输出位能(最大输出减去现有输出)对于输出的控制装置1在所有时刻是已知的。
上述的情况对于输出控制装置15也同样发生，在那里，该控制范围由可能的导叶调节来给定。因此，最大和最小压力变化19以及最大和最小输出部分22也能被确定。
由输出控制装置1对输出级9和18的输出差5的分配是基于溢流原理。若该输出因输入一较高的期望值3而提高，则该输出差5由输出控制装置1首先被传输到输出温度级9。若该输出温度级9不能产生任何较高的输出，即如果输出温度级9的最大TIT的最大输出不能达到，则输出差5的剩余部分被传输到输出压力级18。当然，这并不连续发生，而是同时发生，因为级9，18的相应输出部分在输出控制装置1中是已知的。
经输出控制装置1的输出差5的分配，当然也可受返馈原理的作用。在迅速控制期间，所需的输出首先被均匀分配到不同的输出级9，18。若保持该输出值，则输出从输出级9或18中的一个被转出，并被传输到另一输出级18或9。这种情况一直发生到输出位能在各种情况下被利用，从而达到TIT或压力的最大值为止。
图2表示能连续燃烧的燃气轮机组。它基本上包括一压气机40，一个跟第一燃烧室43A相联的第一透平41A，一个跟第二燃烧室43B相联的第二透平41B，以及一个发电机46。在压气机40中的压缩空气被导入第一燃烧室43A。燃料45A在那被输给燃烧空气，而后燃料/空气混合物燃烧。所产生的烟气被导入第一透平41A，它们在那里部分膨胀，同时该能量传递给轴42。该排气被导入第二燃烧室43B，在那里，燃料45B被输入，而燃料/废气混合物燃烧。所产生的烟气被导入第二透平41B，在那里它们膨胀，它们的某些能量被转变成旋转能量。这种旋转能量经轴42被用于驱动发电机46。这些依然灼热的废气经排气管47排出。
为控制该燃气轮机组，这里采用3个级：一个第一输出温度级9A，一个第二输出温度级9B和一个输出压力级18。
在此情况下，实际上按照就图1所述的同样方法来控制级9A，9B和18。当然，该运转原理须适于燃气轮机组的连续燃烧。
在输出差5被分配在3个输出级9A，9B和18上的这种方法中，输出控制装置1是适合的。在连续燃烧的燃气轮机组中，首先，第一输出温度级9A和输出位能通过溢流原理被有利地利用了。借助于燃料质量流量调节14A，使TIA测量值产生最大的TIT。然后，第二输出温度级9B的输出位能、随后输出压力级18的位能被利用。
当然，本发明并不限于这里所示和所述的示例性的实施例。该输出可由其它的主控变量来代替，例如由旋转速度或频率来代替(如在独立电纲的情况下)。如果由于涉及测量的技术理由，在极高的透平进口温度下，TIT测量值12不能被确定，则它也可根据透平出口温度和压力通过反算来获得。
显然，按照以上教导，本发明可以有许多修改和变化。因此，应当理解，可在所附权利要求书范围内而不是按照这里具体叙述的那样来实施本发明。

Claims (10)

1.一种在燃气轮机组运转期间调节主控变量的方法，主要包括一压气机(40)，至少一个燃烧室(43)，至少一个透平(41)和一个发电机(46)，其中期望值(3)跟一测量值(4)比较，所产生的主控差(5)被分级地分配给至少一个级(9，18)，该级(9，18)主要由一控制变量装置(6，15)和一个作用于相应变量执行机构(14，23)上的下游变量控制装置(8，17)所组成。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该输出被用作主控变量。
3.按权利要求1所述的方法，该转速被用作主控变量。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于至少采用一个温度级(9)，它基本包括一个主控变量控制装置(6)和一个温度控制装置(8)。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于采用燃料质量流量调节(14)作为温度控制装置(8)的执行机构。
6.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，采用至少一个压力级(18)，基本包括一主控变量控制装置(15)和一压力控制装置(17)。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在压气机(40)内采用导流阀调节(23)，作为压力控制装置(17)的执行机构。
8.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在多个级(9，18)的情况下，控制装置(1)充份利用第一级(9，18)的位能，然后顺次利用另一级(18，9)的相应位能。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，首先充份利用温度级(9)的位能。
10.按权利要求8所述的方法，其特征在于，在用第一燃烧室(43A)连续燃烧的情况下，首先充份利用相关的第一温度级(9A)的位能。
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