TWI655358B - 工廠控制裝置、工廠控制方法、及發電廠 - Google Patents

工廠控制裝置、工廠控制方法、及發電廠 Download PDF

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Abstract

在一實施例中，工廠包括燃燒器以使用來自進氣口導片(IGV)的氧燃燒燃料產生用於氣體渦輪(GT)的氣體，及熱回收蒸汽產生器以使用來自GT的廢氣產生用於蒸汽渦輪(ST)的蒸汽。一種裝置在GT開始及ST開始之間將IGV開啟度控制至第一度並將GT輸出值控制至大於第一值的值。該第一值係當IGV開啟度係該第一度時廢氣溫度能保持在取決於ST金屬溫度之第一溫度的輸出值。在將該GT輸出值控制至大於該第一值的該值的同時，該裝置基於蒸汽溫度或該GT輸出值從該第一度增加該IGV開啟度。

Description

工廠控制裝置、工廠控制方法、及發電廠
本文描述的實施例相關於工廠控制裝置、工廠控制方法、及發電廠。
複循環發電廠通常包括氣體渦輪、熱回收蒸汽產生器、及蒸汽渦輪，並使用經由燃料之燃燒產生的能量實施熱發電。具體地說，氣體渦輪係由從燃燒燃料的燃燒器所供應的氣體驅動。該熱回收蒸汽產生器使用從氣體渦輪排放之廢氣的熱產生蒸汽。該蒸氣渦輪係由從熱回收蒸汽產生器所供應的蒸汽(主蒸汽)驅動。
1‧‧‧發電廠
2‧‧‧工廠控制裝置
11‧‧‧燃料流控制閥
12‧‧‧燃燒器
13‧‧‧壓縮機
13a‧‧‧入口
13b‧‧‧進氣口導片(IGV)
14‧‧‧氣體渦輪
14a‧‧‧廢氣溫度感測器
15‧‧‧氣體渦輪(GT)旋轉軸
16‧‧‧GT發電機
17‧‧‧伺服閥
18‧‧‧壓縮空氣溫度感測器
19‧‧‧輸出感測器
21‧‧‧熱回收蒸汽產生器
22‧‧‧汽鼓
23‧‧‧過熱器
31‧‧‧蒸汽渦輪
31a‧‧‧轉子
31b‧‧‧靜子
31c‧‧‧蒸氣入口
31d‧‧‧蒸氣出口
32‧‧‧冷凝器
33‧‧‧調整閥
34‧‧‧旁路控制閥
35‧‧‧蒸汽渦輪(ST)旋轉軸
36‧‧‧ST發電機
37‧‧‧金屬溫度感測器
38‧‧‧主蒸汽溫度感測器
41‧‧‧函數產生器
42、46、61、64‧‧‧調節器
43、62‧‧‧加法器
44‧‧‧上限制器
45、55‧‧‧下限制器
47、63、65‧‧‧比較器
51‧‧‧切換器
52‧‧‧平均值運算器
53‧‧‧減法器
54‧‧‧比例-積分-微分(PID)控制器
56‧‧‧輸出控制器
66‧‧‧及運算器(及閘)
A1‧‧‧燃料
A2‧‧‧空氣
A3‧‧‧壓縮空氣
A4‧‧‧燃燒氣體
A5‧‧‧廢氣
A6‧‧‧過熱器蒸汽
A7‧‧‧主蒸汽
A8‧‧‧循環水
B1、B3、C2、D1‧‧‧量測值
B2、B4、C1、D2、△T‧‧‧設定值
B5、D3、D4、D5‧‧‧切換信號
C3‧‧‧平均值
C4‧‧‧偏差
C5‧‧‧操控量(MV值)
C6‧‧‧經校正MV值
LL‧‧‧下限值
P1%、P2%、P3%、P4%‧‧‧開啟度
t1、t2、t3、t4‧‧‧時間點
W1、W2、W3、W4、W5‧‧‧波型
UL‧‧‧上限值
圖1係描繪第一實施例中的發電廠之組態的示意圖；圖2係描繪第一實施例中之工廠控制方法的流程圖；圖3係用於解釋第一實施例中之工廠控制方法的圖；圖4係用於解釋第一實施例的修改中之工廠控制方法的圖； 圖5係描繪第二實施例中的發電廠之組態的示意圖；圖6係描繪第二實施例中之工廠控制方法的流程圖；圖7係用於解釋第二實施例中之工廠控制方法的圖；圖8係描繪第一比較範例中的發電廠之組態的示意圖；圖9係描繪第一比較範例中的蒸汽渦輪之結構的橫剖面圖；圖10係描繪第一比較範例中之工廠控制方法的流程圖；圖11係用於解釋第一比較範例中之工廠控制方法的圖；及圖12係用於解釋第二比較範例中之工廠控制方法的圖。
【發明內容及實施方式】
現在將參考隨附圖式解釋實施例及其比較範例。在圖1至12中，相同或相似組態係藉由相同的參考字元指示，且將不提供其之重複描述。
因為熱回收蒸汽產生器通常具有大的熱容量，其需要長時間將主蒸汽溫度增加至預定溫度。然而，熱發電通常扮演緊急電源的角色，且因此複循環發電廠需要具有快速啟動能力。因此，有主蒸汽溫度增加上的延遲對快速啟動造成障礙的問題。為解決此問題，也期望利用致能快速啟動同時抑制使用快速啟動之有害影響的技術。
在一實施例中，將一種工廠控制裝置組態成控制發電廠，該發電廠包括組態成使用從進氣口導片引進的氧燃燒燃料以產生氣體的燃燒器、組態成由來自該燃燒器的該氣體驅動的氣體渦輪、組態成使用來自該氣體渦輪之廢氣的熱產生蒸汽的熱回收蒸汽產生器；及組態成由來自該熱回收蒸汽產生器的該蒸汽驅動的蒸汽渦輪。該裝置包括開啟控制器，組態成在從該氣體渦輪的開始至該蒸汽渦輪之開始的期間內將該進氣口導片的開啟度控制至第一開啟度。該裝置更包括輸出控制器，組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的輸出值控制至大於第一輸出值的值，該第一輸出值係當該進氣口導片的該開啟度係該第一開啟度時能將該廢氣的溫度保持在取決於該蒸汽渦輪的金屬溫度之第一溫度的輸出值。在該輸出控制器將該氣體渦輪之該輸出值控制至大於該第一輸出值之該值的同時，該開啟控制器組態成基於該蒸汽的溫度或該氣體渦輪的該輸出值從該第一開啟度增加該進氣口導片的該開啟度。
(第一比較範例)
圖8係描繪第一比較範例中的發電廠1之組態的示意圖。此比較範例中的發電廠1包括控制發電廠1的工廠控制裝置2。此比較範例中的發電廠1係複循環發電廠。
發電廠1包括燃料流控制閥11、燃燒器12、壓縮機13、氣體渦輪14、氣體渦輪(GT)旋轉軸15、GT發電機 16、伺服閥17、壓縮空氣溫度感測器18、輸出感測器19、熱回收蒸汽產生器21、汽鼓22、過熱器23、蒸汽渦輪31、冷凝器32、調整閥33、旁路控制閥34、蒸汽渦輪(ST)旋轉軸35、ST發電機36、金屬溫度感測器37、及主蒸汽溫度感測器38。壓縮機13包括入口13a及複數個進氣口導片(IGV)13b。氣體渦輪14包括複數個廢氣溫度感測器14a。
工廠控制裝置2包括函數產生器41、調節器42、加法器43、上限制器44、下限制器45、調節器46、比較器47、切換器51、平均值運算器52、減法器53、比例-積分-微分(PID)控制器54、及下限制器55。此等方塊將伺服閥17的操作控制成如控制IGV 13b之開啟度之開啟控制器般地運作。工廠控制裝置2更包括控制燃料流控制閥11之操作以控制氣體渦輪14之輸出的輸出控制器56。
燃料流控制閥11係設置在燃料管線中。當燃料流控制閥11開啟時，燃料A1從燃料管線供應至燃燒器12。壓縮機13包括設置在入口13a的IGV 13b。壓縮機13將空氣A2從入口13a引導通過IGV 13b以供應壓縮空氣A3至燃燒器12。燃燒器12使用壓縮空氣A3中的氧燃燒燃料A1以產生高溫及高壓的燃燒氣體A4。
氣體渦輪14由燃燒氣體A4旋轉地驅動以旋轉GT旋轉軸15。GT發電機16連接至GT旋轉軸15並藉由GT旋轉軸15的旋轉產生電力。將從氣體渦輪14排放的廢氣A5遞送至熱回收蒸汽產生器21。各廢氣溫度感測器14a 偵測在氣體渦輪14的出口附近之廢氣A5的溫度，並將偵測溫度的結果輸出至工廠控制裝置2。熱回收蒸汽產生器21藉由廢氣A5的熱產生蒸汽，其將於稍後描述。
伺服閥17用於調整IGV 13b的開啟度。壓縮空氣溫度感測器18偵測壓縮機13之出口附近的壓縮空氣A3的溫度，並將偵測溫度的結果輸出至工廠控制裝置2。輸出感測器19偵測氣體渦輪14的輸出並將偵測輸出的結果輸出至工廠控制裝置2。氣體渦輪14的輸出係連接至氣體渦輪14之GT發電機16的電輸出。將輸出感測器19設置在GT發電機16中。
汽鼓22及過熱器23設置在熱回收蒸汽產生器21中，構成熱回收蒸汽產生器21的一部分。將汽鼓22中的水遞送至蒸發器(未描繪)並在蒸發器中由廢氣A5加熱以轉變為飽和蒸汽。將飽和蒸汽遞送至過熱器23並藉由過熱器23中的廢氣A5過熱以轉變為過熱器蒸汽A6。將由熱回收蒸汽產生器21產生的過熱器蒸汽A6排放至蒸汽管線。在下文中，將此過熱器蒸汽A6稱為主蒸汽。
將蒸汽管線分支至主管線及旁路管線。將主管線連接至蒸氣渦輪31，並將旁路管線連接至冷凝器32。調整閥33設置在主管線中。將旁路控制閥34設置在旁路管線中。
當調整閥33開啟時，將主管線中的主蒸氣A6供應至蒸氣渦輪31。蒸汽渦輪31由主蒸汽A6旋轉地驅動以旋轉ST旋轉軸35。ST發電機36連接至ST旋轉軸35並藉 由ST旋轉軸35的旋轉產生電力。將從蒸氣渦輪31排放的主蒸氣A7遞送至冷凝器32。
同時，當將旁路控制閥34開啟時，旁路管線中的主蒸汽A6旁路蒸汽渦輪31並遞送至冷凝器32。冷凝器32使用循環水A8冷卻主蒸汽A6及主蒸汽A7以將主蒸汽A6及A7冷凝成水。在循環水A8係海水的情形中，將從冷凝器32排放的循環水A8流放回海中。
金屬溫度感測器37偵測蒸汽渦輪31之第一級內表面的金屬溫度，並將偵測溫度的結果輸出至工廠控制裝置2。主蒸汽溫度感測器38偵測熱回收蒸汽產生器21之主蒸汽流出口附近的主蒸汽A6的溫度，並將偵測溫度的結果輸出至工廠控制裝置2。
廢氣A5的溫度能藉由調整燃料A1的供應量或空氣A2的流動率而控制。將於下文詳細地提供與燃料A1的供應量及空氣A2之流動率有關的描述。
燃料A1的供應量係藉由控制燃料流控制閥11的開啟度而控制。工廠控制裝置2中的輸出控制器56輸出用於控制燃料流控制閥11之開啟度的閥控制命令信號以調整燃料A1的供應量。例如，當燃料A1的供應量增加時，燃燒氣體A4的溫度下降，氣體渦輪14的輸出值下降，且廢氣A5的溫度下降。另一方面，當燃料A1的供應量下降時，燃燒氣體A4的溫度增加，氣體渦輪14的輸出值增加，且廢氣A5的溫度增加。如從上文所見的，輸出控制器56能控制燃料流控制閥11的開啟度，以控制氣體渦輪 14的輸出值，並因此能控制廢氣A5的溫度。
空氣A2的流動率係藉由控制IGV 13b的開啟度而調整。與燃料流控制閥11的開啟度一樣，IGV 13b的開啟度係由工廠控制裝置2控制。壓縮機13經由IGV 13b吸取空氣A2並壓縮空氣A2以產生壓縮空氣A3。例如，當IGV 13b的開啟度增加時，空氣A2的流動率增加，且壓縮空氣A3的流動率增加。在此時，經由壓縮處理使壓縮空氣A3的溫度高於空氣A2的原始溫度(實質上係大氣溫度)，然而其相較於燃燒氣體A4的溫度非常低。結果，當IGV 13b的開啟度增加時，壓縮空氣A3的影響增加，燃燒氣體A4的溫度下降，且廢氣A5的溫度下降。另一方面，當IGV 13b的開啟度下降時，壓縮空氣A3的影響下降，燃燒氣體A4的溫度增加，且廢氣A5的溫度增加。如從上文所見的，控制IGV 13b的開啟度，工廠控制裝置2能控制廢氣A5的溫度。在保持燃料A1的供應量不變的同時，企圖改變IGV 13b之開啟度的情形中，氣體渦輪14的輸出值略為改變。
圖9係描繪第一比較範例中的蒸氣渦輪31之結構的橫剖面圖。
蒸氣渦輪31包括轉子31a，其包括複數個轉子葉片、靜子31b，其包括複數個靜子葉片、蒸氣入口31c、及蒸氣出口31d。主蒸汽A6係從蒸汽流入口31c導入、通過蒸汽渦輪31、並作為主蒸汽A7從蒸汽流出口31d排放。
圖9描繪金屬溫度感測器37的安裝位置。金屬溫度感測器37安裝在蒸汽渦輪31中之第一級靜子葉片的內表面附近。因此，金屬溫度感測器37能偵測第一級靜子葉片之內表面的金屬溫度。
再度參考圖8，將於下文更詳細地描述工廠控制裝置2。
函數產生器41產生代表氣體渦輪14的輸出值(在下文中，稱為GT輸出值)及正常時間中之廢氣A5的溫度(在下文中，稱為廢氣溫度)之間的關聯的函數。函數產生器41從輸出感測器19取得GT輸出值的量測值B1，並輸出遵循設定至函數產生器41的函數曲線之對應於量測值B1之廢氣溫度的設定值B2。
函數產生器41可產生代表壓縮空氣A3的壓力(在下文中，稱為壓縮空氣壓力)及正常時間中的廢氣溫度之間的關聯的函數。在此情形中，函數產生器41取得壓縮空氣壓力的量測值並輸出對應於此量測值之廢氣溫度的設定值B2。
調節器42保持廢氣溫度及蒸汽渦輪31中之第一級內表面的金屬溫度(在下文中，稱為金屬溫度)之間在啟動時的溫度差的設定值△T。加法器43從金屬溫度感測器37取得金屬溫度的量測值B3並從調節器42取得設定值△T。然後，加法器43將設定值△T加至金屬溫度的量測值B3並輸出廢氣溫度的設定值B3+△T。
上限制器44保持廢氣溫度的上限值UL，並輸出設定 值B3+△T或上限值UL其中的較小一者。下限制器45保持廢氣溫度的下限值LL，並輸出上限制器44或下限值LL之輸出其中的較大一者。因此，下限制器45輸出設定值B3+△T、上限值UL、及下限值LL的中間值，作為廢氣溫度的設定值B4。此意謂著將廢氣溫度的設定值B3+△T限制在上限值UL及下限值LL之間的值。
調節器46保持用於GT輸出值之初始負載的設定值(在下文中，簡稱為初始負載)。比較器47從輸出感測器19取得GT輸出值的量測值B1，並從調節器46取得GT輸出值的初始負載。然後，比較器47比較量測值B1及初始負載，並輸出對應於比較結果的切換信號B5。
切換器51從函數產生器41取得正常時間中的廢氣溫度的設定值B2、從下限制器45取得啟動時的廢氣溫度的設定值B4、並根據來自比較器47的切換信號B5輸出廢氣溫度的設定值C1。
切換信號B5的指示根據GT輸出值的量測值B1(X)是否增加至初始負載(Y)而改變並到達初始負載(Y)(XY)。在量測值B1到達初始負載之前，切換器51將設定值C1保持在正常時間中的廢氣溫度的設定值B2。另一方面，當量測值B1到達初始負載時，切換器51將設定值C1切換至啟動時之廢氣溫度的設定值B4。將設定值C1使用為PID控制中的設定值(SV值)。在下文中，也將設定值C1稱為SV值。
平均值運算器52從氣體渦輪14中的不同廢氣溫度感 測器14a取得廢氣溫度的量測值C2。此等廢氣溫度感測器14a係沿著氣體渦輪14之排放單元的圓周安裝。平均值運算器52計算及輸出此等量測值C2平均值C3。將平均值C3使用為PID控制中的處理值(PV值)。在下文中，也將平均值C3稱為PV值。
減法器53從切換器51取得廢氣溫度的SV值C1並從平均值運算器52取得廢氣溫度的PV值C3。然後，減法器53從PV值C3減去SV值C1，並輸出廢氣溫度SV值C1及PV值C3之間的偏差C4(偏差C4=PV值C3-SV值C1)。
PID控制器54從減法器53取得偏差C4並實施PID控制以使偏差C4接近零。從PID控制器54輸出作為IGV 13b之開啟度(在下文中稱為IGV開啟度)的操控量(MV值)C5。當PID控制器54改變MV值C5時，IGV開啟度改變，且廢氣溫度改變。結果，廢氣溫度的PV值C3改變成趨近SV值C1。
如從上文所見的，PID控制器54實施反饋控制以控制廢氣溫度。具體地說，PID控制器54基於廢氣溫度的SV值C1及PV值C3之間的偏差C4計算MV值C5，並經由MV值C5的控制控制廢氣溫度。
過小的IGV開啟度可削弱燃燒器12中的燃燒。因此，將MV值C5輸入至保持IGV開啟度之下限值LL(最小開啟度)的下限制器55。下限制器55將MV值C5或下限值LL其中之較大者輸出為經校正MV值C6。
工廠控制裝置2輸出MV值C6以驅動伺服閥17，藉由伺服閥17的液壓作用控制IGV開啟度。結果，IGV開啟度根據MV值C6改變，並將廢氣溫度的PV值C3改變成趨近SV值C1。
將於下文提供與正常時間中之廢氣溫度的設定值B2及啟動時之廢氣溫度的設定值B4之間的差有關的描述。
例如，正常時間中之廢氣溫度的設定值B2在發電廠1啟動時使用，直到主蒸汽溫度滿足預定條件為止。同時，在主蒸汽溫度滿足預定條件後，在發電廠1啟動時使用，例如，啟動時之廢氣溫度的設定值B4。
[正常時間中之廢氣溫度的設定值B2]
在其係複循環型的發電廠1啟動時，期望增加廢氣溫度以促進主蒸汽A6的產生。因此，通常將函數產生器41的函數曲線設定成使得廢氣溫度變為相對高溫。
因此，當將廢氣溫度的設定值C1設定在正常時間中的設定值B2時，偏差C4保持在負值，並將IGV開啟度的MV值C6保持在最小開啟度。亦即，緊接在發電廠1的啟動之後，將IGV開啟度保持在與GT輸出值無關的最小開啟度。將最小開啟度的值設定在，例如，範圍在30%至50%之間的開啟度。
[啟動時之廢氣溫度的設定值B4]
同時，使用啟動時之廢氣溫度的設定值B4將主蒸汽 溫度設定在適合蒸汽渦輪31之啟動的溫度。具體地說，當GT輸出值的量測值B1到達初始負載時，將廢氣溫度的設定值C1從正常時間中的設定值B2切換至啟動時的設定值B4，以使主蒸汽溫度接近金屬溫度。通常將設定值B4指定為金屬溫度的量測值B3及溫度差之設定值△T的和(亦即，廢氣溫度=金屬溫度+△T)。
此組態降低主蒸汽溫度及金屬溫度之間的不匹配。使用此組態，注入至蒸汽渦輪31的蒸汽產生在蒸汽渦輪31中發生的熱應力甚低的主蒸汽A6，其係較佳的。例如，設定值△T係30℃。
然而，若廢氣溫度的設定值B4具有過大或過小值，對氣體渦輪14及熱回收蒸汽產生器21的操作造成不便。因此，藉由將金屬溫度+△T的值限制在上限值UL及下限值LL之間的值而設定設定值B4。
圖10係描繪第一比較範例中之工廠控制方法的流程圖。
描繪於圖10中的工廠控制方法在發電廠1啟動時藉由工廠控制裝置2執行。在本方法中，假設實施發電廠1的操作已暫停長時間的冷啟動，且金屬溫度已降低於至低溫狀態。
當氣體渦輪14啟動時(步驟S1)，且氣體渦輪14受驅氣操作(步驟S2)。其次，實行氣體渦輪14的點燃，且氣體渦輪14的速度增加(步驟S3)，因此使氣體渦輪14進入無載額定操作(步驟S4)。
其次，使GT發電機16進入並聯操作(步驟S5)，且之後，工廠控制裝置2將廢氣溫度的設定值(SV值)C1設定在正常時間中的設定值B2(步驟S6)。結果，將IGV開啟度的MV值C6保持在最小開啟度。另外，為避免可緊接在使GT發電機16並聯操作之後所遭受的逆功率的擾動，工廠控制裝置2將GT輸出值立即增加至初始負載(步驟S7及S8)。其次，當GT輸出值到達初始負載時，工廠控制裝置2從金屬溫度感測器37取得及儲存金屬溫度的量測值B3(步驟S9)。
其次，工廠控制裝置2使用在步驟S9中儲存的量測值B3計算廢氣溫度的設定值B4(=B3+△T)。氣體渦輪14不能在極高或極低的廢氣溫度操作，且因此將上限值UL及下限值LL的限制施加在設定值B4上。具體地說，將設定值B4設定在B3+△T、UL、及LL的中間值(步驟S10)。
在GT輸出值增加至初始負載之前，將廢氣溫度的SV值C1設定成正常時間中的設定值B2，且廢氣A5具有相對高的溫度。另一方面，當GT輸出值增加至初始負載時，廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值B4(步驟S11)。
因為以本方法實施冷啟動，金屬溫度的量測值B3係低溫。因此，B3+△T也係低溫，且因此常將設定值B4假設為下限值LL。因此，廢氣溫度的SV值C1係低溫，且偏差C4係正值。結果，IGV開啟度的MV值C6從最小 開啟度增加，且廢氣溫度的PV值C3從設定值B2下降至設定值B4。
在將廢氣溫度保持在設定值B4的同時繼續氣體渦輪14的初始負載操作導致主蒸汽溫度隨時間逐漸地增加以漸近地趨近金屬溫度。因此，工廠控制裝置2從主蒸汽溫度感測器38取得主蒸汽溫度的量測值，並計算主蒸汽溫度之量測值及金屬溫度的量測值B3之間的偏差。此外，工廠控制裝置2決定偏差的絕對值是否等於或少於ε(步驟S12)。
然後，當偏差的絕對值變為等於或少於ε時，工廠控制裝置2開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入(步驟S13)。蒸汽渦輪31以此種方式啟動。另一方面，當偏差的絕對值變為大於ε時，工廠控制裝置2將自身置於待命啟動蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
然後，在本方法中，繼續發電廠1的啟動處理。
在蒸汽渦輪31上，依此次序實施蒸汽渦輪31之速度的增加、ST發電器36的並聯操作、蒸汽渦輪31之輸出至初始負載的增加、蒸汽渦輪31的初始負載熱浸、及蒸汽渦輪31之輸出的進一步增加。
在氣體渦輪14上，在蒸汽渦輪31中的熱應力降低至某個程度以冷靜的時序，再度將廢氣溫度的SV值C1從啟動時的設定值B4切換至正常時間中的設定值B2。然後，開始將氣體渦輪14的輸出從初始負載增加。
在發電廠1之啟動處理結束時，氣體渦輪14的輸出 到達在啟動時之大氣溫度條件下所允許的最大輸出(基載)。熱回收蒸汽產生器21從在最大輸出之氣體渦輪14的廢氣A5產生驅動蒸汽渦輪31而導致其輸出到達額定輸出的主蒸汽A6。
圖11係用於解釋第一比較範例中之工廠控制方法的圖。描繪於圖11中的工廠控制方法係根據描繪於圖10中的流程執行。
當使GT發電機16並聯操作時，GT輸出值開始從零朝向初始負載增加(波形W1)。在此時，因為GT輸出值小於初始負載，將廢氣溫度的SV值C1設定在正常時間中的設定值B2。因此，廢氣溫度開始朝向設定值B2增加(波形W3)，且主蒸汽溫度開始增加(波形W5)。另外，因為設定值B2通常係高溫，將偏差C4保持在負值，並將IGV開啟度保持在其係最小開啟度的P1%(波形W2)。相反的，因為在本方法中實施冷啟動，金屬溫度甚低(波形W4)。
當GT輸出值在時間點t1到達初始負載時(波形W1)，將廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值B4。在此時，因為金屬溫度的量測值B3指示低溫(波形W4)，設定值B4通常係低溫。因此，偏差C4變為正值，且IGV開啟度開始從P1%朝向P4%增加(波形W2)。結果，廢氣溫度開始朝向設定值B4下降(波形W3)，但主蒸汽溫度保持增加(波形W5)。
然後，主蒸汽溫度逐漸增加，且主蒸汽溫度及金屬溫 度之間的偏差幅度在時間點t4到達ε(波形W5)。於是，工廠控制裝置2在時間點t4開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
在此比較範例中，從時間點t1至時間點t4，主蒸汽溫度的增加係緩慢的。因此，從GT發電機16的並聯操作至蒸汽渦輪31之蒸汽注入開始需要長時間。因此，縮短發電廠1的啟動時間係可取的。
(第二比較範例)
圖12係用於解釋第二比較範例中之工廠控制方法的圖。此比較範例將視情況使用在第一比較範例之描述中使用的參考字元等描述。
此比較範例中的廢氣溫度(波形W3)不係藉由控制IGV開啟度(波形W2)而係藉由控制GT輸出值(波形W1)調整。在圖12中，將IGV開啟度保持在其係最小開啟度的P1%。
圖12描繪作為GT輸出值的初始負載、大於初始負載的第一輸出值、及大於第一輸出值的第二輸出值。第一輸出值係當IGV開啟度係P1%時，能將廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的輸出值。
工廠控制裝置2能藉由將GT輸出值控制至第一輸出值而將廢氣溫度保持在金屬溫度+△T。此外，工廠控制裝置2能藉由將GT輸出值控制至第二輸出值而將廢氣溫度保持成高於金屬溫度+△T。GT輸出值係由輸出控制器56 控制。
描繪於圖12中的圖將於下文詳細描述。
當使GT發電機16並聯操作時，GT輸出值開始從零朝向初始負載增加(波形W1)。此也導致廢氣溫度開始增加(波形W3)。此外，主蒸汽溫度也開始增加(波形W5)。
輸出控制器56在時間點t1切換GT輸出值的設定值。因此，GT輸出值在時間點t1開始從初始負載朝向第二輸出值增加(波形W1)。結果，廢氣溫度增加至高於金屬溫度+△T的溫度(波形W3)。同時，主蒸汽溫度保持增加(波形W5)。
當主蒸汽溫度在時間點t2到達金屬溫度+30℃時(波形W5)，輸出控制器56切換GT輸出值的設定值。因此，GT輸出值在時間點t2開始從第二輸出值朝向第一輸出值下降(波形W1)。結果，廢氣溫度下降金屬溫度+△T(波形W3)。另外，主蒸汽溫度開始下降(波形W5)。
然後，主蒸汽溫度逐漸下降，且主蒸汽溫度及金屬溫度之間的偏差幅度在時間點t4到達ε(波形W5)。於是，工廠控制裝置2在時間點t4開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
在此比較範例中，藉由將GT輸出值設定在與第二輸出值一樣高的值，可能在從時間點t1至時間點t2使主蒸汽溫度中的增加變得陡峭。此組態致能發電廠1的啟動時間縮短。
此外，在此比較範例中，主蒸汽溫度及金屬溫度之間 的不匹配係藉由將GT輸出值從第二輸出值切換至第一輸出值而減少。然而，此不匹配可藉由其他方法減少。此種方法的範例將在第一及第二實施例中描述。
(第一實施例)
圖1係描繪第一實施例中的發電廠1之組態的示意圖。
本實施例中的工廠控制裝置2包括取代調節器46及比較器47的調節器61、加法器62、及比較器63。
調節器61保持主蒸汽溫度及金屬溫度之間的溫度差的設定值(30℃)。加法器62從金屬溫度感測器37取得金屬溫度的量測值B3並從調節器61取得溫度差的設定值。然後，加法器62將溫度差的設定值加至金屬溫度的量測值B3，並輸出其係主蒸汽溫度之設定值D2的B3+30℃。
比較器63從主蒸汽溫度感測器38取得主蒸汽溫度的量測值D1，並從加法器62取得主蒸汽溫度的設定值D2。然後，比較器63比較主蒸汽溫度的量測值D1及設定值D2，並輸出其對應於比較結果的切換信號D3。
切換器51從函數產生器41取得正常時間中的廢氣溫度的設定值B2、從下限制器45取得啟動時的廢氣溫度的設定值B4、並根據來自比較器63的切換信號D3輸出廢氣溫度的SV值C1。
切換信號D3的指示根據主蒸汽溫度的量測值D1(X)是否增加至設定值D2(Y)而改變並到達設定值D2(Y) (XY)。在量測值D1到達設定值D2之前，切換器51將SV值C1保持在正常時間中的廢氣溫度的設定值B2。另一方面，當量測值D1到達設定值D2時，切換器51將SV值C1切換至用於啟動時之廢氣溫度的設定值B4。
如從上文所見的，當主蒸汽溫度的量測值D1增加至金屬溫度+30℃時，切換器51將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4。設定值B2遵循函數產生器41的函數曲線設定。同時，設定值B4普通設定在金屬溫度+△T。金屬溫度+△T係取決於金屬溫度之第一溫度的範例。金屬溫度+30℃係取決於金屬溫度之第二溫度的範例。
圖2係描繪第一實施例中之工廠控制方法的流程圖。
描繪於圖2中的工廠控制方法在發電廠1啟動時藉由工廠控制裝置2執行。在本方法中，假設實施發電廠1的操作已暫停長時間的冷啟動，且金屬溫度已降低於至低溫狀態。
當氣體渦輪14啟動時(步驟S1)，且氣體渦輪14受驅氣操作(步驟S2)。其次，實行氣體渦輪14的點燃，且氣體渦輪14的速度增加(步驟S3)，因此使氣體渦輪14進入無載額定操作(步驟S4)。
其次，使GT發電機16進入並聯操作(步驟S5)，且之後，工廠控制裝置2將廢氣溫度的設定值(SV值)C1設定在正常時間中的設定值B2(步驟S6)。結果，將IGV開啟度的MV值C6保持為最小開啟度。另外，為避免可緊 接在使GT發電機16並聯操作之後所遭受的逆功率的擾動，工廠控制裝置2將GT輸出值立即增加至初始負載(步驟S7及S8)。其次，當GT輸出值到達初始負載時，工廠控制裝置2從金屬溫度感測器37取得及儲存金屬溫度的量測值B3(步驟S9)。
其次，工廠控制裝置2使用在步驟S9中儲存的量測值B3計算廢氣溫度的設定值B4(=B3+△T)。氣體渦輪14不能在極高或極低的廢氣溫度操作，且因此將上限值UL及下限值LL的限制施加在設定值B4上。具體地說，將設定值B4設定在B3+△T、UL、及LL的中間值(步驟S10)。
在步驟S10的相位中，僅計算設定值B4且不將其使用為SV值C1。在此相位中，將SV值C1設定在設定值B2。
其次，工廠控制裝置2將GT輸出值從初始負載增加至第二輸出值(步驟S21及S22)。然後將GT輸出值保持在第二輸出值。如先前描述的，第二輸出值係大於第一輸出值的值。第一輸出值係當IGV開啟度係最小開啟度時，能將廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的輸出值。最小開啟度係第一開啟度的範例。
在GT輸出值保持在第二輸出值的同時，熱回收蒸汽產生器21接收高溫廢氣A5以實施有力的熱回收。結果，主蒸汽溫度快速增加。
其次，工廠控制裝置2決定主蒸汽溫度的量測值D1 是否等於或大於設定值D2(步驟S23)。設定值D2係藉由將30℃加至金屬溫度的量測值B3而計算(D2=B3+30℃)。當主蒸汽溫度的量測值D1增加至設定值D2時，廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值B4(步驟S11)。
因為以本方法實施冷啟動，金屬溫度的量測值B3指示低溫。因此，B3+△T也係低溫，且因此常將設定值B4假設為下限值LL。因此，廢氣溫度的SV值C1係低溫，且偏差C4係正值。結果，IGV開啟度的MV值C6從最小開啟度增加，且廢氣溫度的PV值C3從設定值B2下降至設定值B4。
此與第一比較範例相同。然而，在第一比較範例中的GT輸出值保持在初始負載的同時，本實施例中的GT輸出值保持在第二輸出值。因此，本實施例中的MV值C6係與第一比較範例中的該值不同的值。另外，在第二比較範例中的GT輸出值從第二輸出值切換至第一輸出值的同時，本實施例中的GT輸出值保持在第二輸出值。
在將廢氣溫度保持在設定值B4的同時將GT輸出值保持在第二輸出值導致主蒸汽溫度隨時間增加，以漸近地趨近金屬溫度。因此，工廠控制裝置2從主蒸汽溫度感測器38取得主蒸汽溫度的量測值D1，並計算主蒸汽溫度之量測值D1及金屬溫度的量測值B3之間的偏差。此外，工廠控制裝置2決定偏差的絕對值是否等於或少於ε(步驟S12)。
然後，當偏差的絕對值變為等於或少於ε時，工廠控 制裝置2開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入(步驟S13)。蒸汽渦輪31以此種方式啟動。另一方面，當偏差的絕對值變為大於ε時，工廠控制裝置2將自身置於待命啟動蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
然後，發電廠1的啟動處理如第一比較範例般地繼續。
圖3係用於解釋第一實施例中之工廠控制方法的圖。描繪於圖3中的工廠控制方法係根據描繪於圖2中的流程執行。
當使GT發電機16並聯操作時，GT輸出值開始從零朝向初始負載增加(波形W1)。此也導致廢氣溫度開始增加(波形W3)。在此時，因為主蒸汽溫度的量測值D1少於設定值D2，將廢氣溫度的SV值C1設定在正常時間中的設定值B2。另外，因為設定值B2通常係高溫，將偏差C4保持在負值，並將IGV開啟度保持在其係最小開啟度的P1%(波形W2)。相反的，因為在本方法中實施冷啟動，金屬溫度甚低(波形W4)。
輸出控制器56在時間點t1切換GT輸出值的設定值。因此，GT輸出值在時間點t1開始從初始負載朝向第二輸出值增加(波形W1)。結果，廢氣溫度增加至設定值B2(金屬溫度+△T)(波形W3)。同時，主蒸汽溫度保持增加(波形W5)。
當主蒸汽溫度在時間點t2到達金屬溫度+30℃時(波形W5)，將廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值 B4。在此時，因為金屬溫度的量測值B3指示低溫(波形W4)，設定值B4通常係低溫。因此，偏差C4變為正值，且IGV開啟度開始從P1%朝向P2%增加(波形W2)。結果，廢氣溫度下降至設定值B4(=金屬溫度+△T)(波形W3)。另外，主蒸汽溫度開始下降(波形W5)。開啟度P1%係第一開啟度的範例，且開啟度P2%係第二開啟度的範例。開啟度P1%或P2%係當GT輸出值分別係第一輸出值或第二輸出值時允許廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的開啟度，且開啟度P1%及P2%滿足P1%<P2%的關係。GT輸出值從時間點t2起也保持在第二輸出值(波形W1)。
然後，主蒸汽溫度下降，且主蒸汽溫度及金屬溫度之間的偏差幅度在時間點t4到達ε(波形W5)。於是，工廠控制裝置2在時間點t4開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
圖4係用於解釋第一實施例的修改中之工廠控制方法的圖。
圖3描繪主蒸汽溫度的設定值D2係藉由將30℃加至金屬溫度的量測值B3而指定(D2=B3+30℃)。相反地，圖4描繪主蒸汽溫度的設定值D2係藉由從金屬溫度的量測值B3減去20℃而指定(D2=B3-20℃)。如從上文所見的，主蒸汽溫度的設定值D2可高於或低於金屬溫度的量測值B3。
須注意在以下的描述中假設D2=B3+30℃的條件，但以下描述也可應用至D2>B3及D2<B3的情形。
再度參考圖1至圖3，將詳細描述本實施例中的工廠控制方法。
在第一比較範例中，GT輸出值到達初始負載並於之後保持在初始負載。相反的，本實施例中的GT輸出值到達初始負載並於之後導致其增加至第二輸出值，使得廢氣溫度甚至變得更高以促進主蒸汽溫度的快速增加(步驟S21及S22)。將該第二輸出值可取地設定在可在蒸汽渦輪31的蒸汽注入前應用以可觀地縮短發電廠1之啟動時間的最大值。
例如，將最大輸出值設定如下。第二輸出值可取地儘可能地大以促進主蒸汽溫度的快速增加。然而，步驟S21及S22中的發電廠1係在雖然氣體渦輪14係在點燃操作中，蒸汽渦輪31尚未受蒸汽注入的特定狀態中。因此，將旁路控制閥34的開啟度、冷凝器32的入口及出口之間的循環水A8中的溫度差、及熱回收蒸汽產生器21中之熱交換器的耐熱性等列入考慮限制第二輸出值係可取的。因此，最大輸出值係藉由計算滿足此限制的第二輸出值而設定。
在GT輸出值保持在第二輸出值的同時，主蒸汽溫度快速地增加。然而，若蒸汽渦輪31受極高溫之主蒸汽的蒸汽注入，過高熱壓力在蒸汽渦輪31中發生。因此，在適當時序，工廠控制裝置2將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4(步驟S23及S11)。例如，當主蒸汽溫度增加至金屬溫度+30℃時，本實施例中的工廠控 制裝置2切換廢氣溫度的SV值C1。此組態降低主蒸汽溫度及金屬溫度之間的不匹配。使用此組態，注入至蒸汽渦輪31的蒸汽產生在蒸汽渦輪31中發生的熱應力甚低的主蒸汽A6，其係較佳的。
本實施例中的主蒸汽溫度的目標溫度以30℃過衝金屬溫度(見圖3)。然而，當廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4時，主蒸汽溫度迅速地朝向金屬溫度減少。
現在，將提供本實施例及第一比較範例之間的比較。在第一比較範例中，因為廢氣溫度在低溫保持長時間，主蒸汽溫度緩慢地增加，其需要從GT發電機16的並聯操作至蒸汽渦輪31之蒸汽注入開始的長時間(圖11)。相反的，在本實施例中，主蒸汽溫度迅速地增加至金屬溫度+30℃，且之後，需要用於導致主蒸汽溫度下降至金屬溫度+ε℃的額外漸近趨近時間(圖3)。然而，即使需要額外的漸近趨近時間，在本實施例中，在本實施例中直到蒸汽注入開始的時間t4短於第一比較範例中直到蒸汽注入開始的時間t4。因此，根據本實施例，可能縮短發電廠1的啟動時間。
如從上文所見的，本實施例中的工廠控制裝置2在氣體渦輪14的啟動至蒸汽渦輪31的啟動之間的週期期間將IGV開啟度控制至P1%(最小開啟度)，並將GT輸出值控制至第二輸出值。另外，在此週期期間，本實施例中的工廠控制裝置2在將GT輸出值保持在第二輸出值的同時， 基於主蒸汽溫度及金屬溫度導致IGV開啟度從P1%增加至P2%。
因此，根據本實施例，藉由將GT輸出值控制至第二輸出值，可能縮短包括氣體渦輪14、熱回收蒸汽產生器21、及蒸汽渦輪31之複循環發電廠1的啟動時間。另外，根據本實施例，藉由在將GT輸出值保持在第二輸出值的同時，導致IGV開啟度從P1%增加至P2%，可能藉由與第二比較範例中之方法不同的方法減少主蒸汽溫度及金屬溫度之間的不匹配。
(第二實施例)
圖5係描繪第二實施例中的發電廠1之組態的示意圖。
本實施例中的工廠控制裝置2除了第一實施例中之工廠控制裝置2的組件外，還包括調節器64、比較器65、及及運算器(及閘)66。
調節器64保持GT輸出值之第三輸出值的設定值(在下文中，簡稱為第三輸出值)。第三輸出係係小於第二輸出值且大於第一輸出值的值。
比較器65從輸出感測器19取得GT輸出值的量測值B1，並從調節器64取得第三輸出值。然後，比較器65比較GT輸出值的量測值B1及第三輸出值，並輸出其對應於比較結果的切換信號D4。
及運算器66從比較器63取得切換信號D3、從比較 器65取得切換信號D4，並輸出其對應於切換信號D3及切換信號D4上之及運算的結果的切換信號D5。在下文中，切換信號D3、D4、及D5將分別稱為第一、第二、及第三切換信號。
切換器51從函數產生器41取得正常時間中的廢氣溫度的設定值B2、從下限制器45取得啟動時的廢氣溫度的設定值B4、並根據來自及運算器66的第三切換信號D5輸出廢氣溫度的SV值C1。
此處，第一切換信號D3的指示根據主蒸汽溫度的量測值D1(X)是否增加至設定值D2(Y)而改變並到達設定值D2(Y)(XY)。如上文所述，設定值D2係藉由將30℃加至金屬溫度的量測值B3而指定(D2=B3+30℃)。另外，第二切換信號D4的指示根據GT輸出值的量測值B1(X)是否下降至第三輸出值(Y)而改變並到達第三輸出值(Y)(XY)。此外，第三切換信號D5的指示係第一切換信號D3的指示及第二切換信號D4之指示的及值。
因此，在主蒸汽溫度的量測值D1尚未到達設定值D2或GT輸出值的量測值B1尚未到達第三輸出值的情形中，切換器51將SV值C1保持在正常時間中之廢氣溫度的設定值B2。相反的，在主蒸汽溫度的量測值D1已到達設定值D2及GT輸出值的量測值B1已到達第三輸出值的情形中，切換器51將SV值C1切換至啟動時之廢氣溫度的設定值B4。
如從上文所見的，當主蒸汽溫度的量測值D1增加至 金屬溫度+30℃，且GT輸出值下降至第三輸出值時，切換器51將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4。設定值B2遵循函數產生器41的函數曲線設定。同時，設定值B4普通設定在金屬溫度+△T。金屬溫度+△T係取決於金屬溫度之第一溫度的範例。金屬溫度+30℃係取決於金屬溫度之第二溫度的範例。
如將描述的，當主蒸汽溫度的量測值D1增加至金屬溫度+30℃時，本實施例中的工廠控制裝置2導致GT輸出值從第二輸出值朝向第三輸出值下降。然後，當GT輸出值的量測值B1到達第三輸出值時，主蒸汽溫度的量測值D1已到達金屬溫度+30℃，其滿足及運算器66的及條件。結果，廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4。
圖6係描繪第二實施例中之工廠控制方法的流程圖。
描繪於圖6中的工廠控制方法在發電廠1啟動時藉由工廠控制裝置2執行。在本方法中，假設實施發電廠1的操作已暫停長時間的冷啟動，且金屬溫度已降低於至低溫狀態。
當氣體渦輪14啟動時(步驟S1)，且氣體渦輪14受驅氣操作(步驟S2)。其次，實行氣體渦輪14的點燃，並增加氣體渦輪14的速度(步驟S3)，因此使氣體渦輪14進入無載額定操作(步驟S4)。
其次，使GT發電機16進入並聯操作(步驟S5)，且之後，工廠控制裝置2將廢氣溫度的設定值(SV值)C1設 定在正常時間中的設定值B2(步驟S6)。結果，將IGV開啟度的MV值C6保持為最小開啟度。另外，為避免可緊接在使GT發電機16並聯操作之後所遭受的逆功率的擾動，工廠控制裝置2將GT輸出值立即增加至初始負載(步驟S7及S8)。其次，當GT輸出值到達初始負載時，工廠控制裝置2從金屬溫度感測器37取得及儲存金屬溫度的量測值B3(步驟S9)。
其次，工廠控制裝置2使用在步驟S9中儲存的量測值B3計算廢氣溫度的設定值B4(=B3+△T)。氣體渦輪14不能在極高或極低的廢氣溫度操作，且因此將上限值UL及下限值LL的限制施加在設定值B4上。具體地說，將設定值B4設定在B3+△T、UL、及LL的中間值(步驟S10)。
在步驟S10的相位中，僅計算設定值B4且不將其使用為SV值C1。在此相位中，將SV值C1設定在設定值B2。
其次，工廠控制裝置2將GT輸出值從初始負載增加至第二輸出值(步驟S21及S22)。然後將GT輸出值保持在第二輸出值。如先前描述的，第二輸出值係大於第一輸出值的值。第一輸出值係當IGV開啟度係最小開啟度時，能將廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的輸出值。最小開啟度係第一開啟度的範例。
在GT輸出值保持在第二輸出值的同時，熱回收蒸汽產生器21接收高溫廢氣A5以實施有力的熱回收。結果， 主蒸汽溫度快速增加。
其次，工廠控制裝置2決定主蒸汽溫度的量測值D1是否等於或大於設定值D2(步驟S23)。設定值D2係藉由將30℃加至金屬溫度的量測值B3而計算(D2=B3+30℃)。當主蒸汽溫度的量測值D1增加至設定值D2時，工廠控制裝置2導致GT輸出值將第二輸出值朝向第三輸出值減少(步驟S24)。
其次，工廠控制裝置2決定GT輸出值的量測值B1是否已減少至第三輸出值(步驟S25)。當GT輸出值的量測值B1已減少至第三輸出值時，廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值B4(步驟S11)。然後將GT輸出值保持在第三輸出值。
因為以本方法實施冷啟動，金屬溫度的量測值B3指示低溫。因此，B3+△T也係低溫，且因此常將設定值B4假設為下限值LL。因此，廢氣溫度的SV值C1係低溫，且偏差C4具有正值。結果，IGV開啟度的MV值C6從最小開啟度增加，且廢氣溫度的PV值C3下降至設定值B4。
此與第一實施例相同。然而，在將第一實施例中的GT輸出值保持在第二輸出值的同時，將本實施例中的GT輸出值保持在第三輸出值。因此，本實施例中的MV值C6係與第一實施例中的該值不同的值。
在將廢氣溫度保持在設定值B4的同時將GT輸出值保持在第三輸出值導致主蒸汽溫度隨時間增加以漸近地趨 近金屬溫度。因此，工廠控制裝置2從主蒸汽溫度感測器38取得主蒸汽溫度的量測值D1，並計算主蒸汽溫度之量測值D1及金屬溫度的量測值B3之間的偏差。此外，工廠控制裝置2決定偏差的絕對值是否等於或少於ε(步驟S12)。
然後，當偏差的絕對值變為等於或少於ε時，工廠控制裝置2開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入(步驟S13)。蒸汽渦輪31以此種方式啟動。另一方面，當偏差的絕對值大於ε時，工廠控制裝置2將自身置於待命啟動蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
然後，發電廠1的啟動處理如第一比較範例般地繼續。
圖7係用於解釋第二實施例中之工廠控制方法的圖。描繪於圖7中的工廠控制方法係根據描繪於圖6中的流程執行。
當使GT發電機16並聯操作時，GT輸出值開始從零朝向初始負載增加(波形W1)。此也導致廢氣溫度開始增加(波形W3)。此外，主蒸汽溫度也開始增加(波形W5)。在此時，因為主蒸汽溫度的量測值D1少於設定值D2，將廢氣溫度的SV值C1設定在正常時間中的設定值B2。另外，因為設定值B2通常係高溫，將偏差C4保持在負值，並將IGV開啟度保持在其係最小開啟度的P1%(波形W2)。相反的，因為在本方法中實施冷啟動，金屬溫度甚低(波形W4)。
輸出控制器56在時間點t1切換GT輸出值的設定值。因此，GT輸出值在時間點t1開始從初始負載朝向第二輸出值增加(波形W1)。結果，廢氣溫度增加至設定值B2(金屬溫度+△T)(波形W3)。同時，主蒸汽溫度保持增加(波形W5)。
當主蒸汽溫度在時間點t2到達金屬溫度+30℃時(波形W5)，輸出控制器56切換GT輸出值的設定值。因此，GT輸出值在時間點t2開始從第二輸出值朝向第三輸出值下降(波形W1)。此也導致廢氣溫度開始下降(波形W3)。此外，主蒸汽溫度也開始下降(波形W5)。
當GT輸出值在時間點t3到達第三輸出值時(波形W1)，將廢氣溫度的SV值C1切換至啟動時的設定值B4。在此時，因為金屬溫度的量測值B3指示低溫(波形W4)，設定值B4通常係低溫。因此，偏差C4變為正值，且IGV開啟度開始從P1%朝向P3%增加(波形W2)。結果，廢氣溫度下降至設定值B4(=金屬溫度+△T)(波形W3)。同時，主蒸汽溫度保持下降(波形W5)。開啟度P1%係第一開啟度的範例，且開啟度P3%係第三開啟度的範例。當GT輸出值分別係第一輸出值、第二輸出值、或第三輸出值時，開啟度P1%、P2%、或P3%係允許廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的開啟度，且開啟度P1%、P2%、及P3%滿足P1%<P3%<P2%的關係。此歸因於該關係：第一輸出值<第三輸出值<第二輸出值。GT輸出值從時間點t3起也保持在第三輸出值(波形W1)。
然後，主蒸汽溫度下降，且主蒸汽溫度及金屬溫度之間的偏差幅度在時間點t4到達ε(波形W5)。於是，工廠控制裝置2在時間點t4開啟調整閥33以開始蒸汽渦輪31的蒸汽注入。
再度參考圖5至7，將詳細描述本實施例中的工廠控制方法。
通常，作為商用設備的氣體渦輪14具有範圍廣泛的型號。氣體渦輪14的部分型號在部分情形中在IGV開啟度的上限上具有限制。例如，當燃料A1在燃燒器12中與壓縮空氣A3燃燒時，需要適當地保持燃料A1及壓縮空氣A3之間的混合比率(燃料-空氣比率)。同時，當導致IGV開啟度增加以增加壓縮空氣A3的流動率時，燃料-空氣比率下降。在此情形中，當燃料-空氣比率極低時，燃料A1變得太稀薄而不能保持燃燒。因此，為避免此種情況，在部分情形中在IGV開啟度上設置上限限制。
在第一實施例中，導致IGV開啟度從P1%增加至P2%。在此情形中，高開啟度的P2%能違反IGV開啟度之上限上的限制。例如，當IGV開啟度從P1%增加至P2%以超過上限時，有無法在燃燒器12中保持燃燒及導致火焰熄滅的風險。
因此，在本實施例中，在導致IGV開啟度從P1%增加至P3%之前，導致GT輸出值從第二輸出值下降至第三輸出值。根據本實施例，藉由以開啟度P3%取代開啟度P2%，在導致IGV開啟度從P1%增加的同時，可能避免 IGV開啟度超過上限。
在本實施例中，在GT輸出值保持在第二輸出值的同時，主蒸汽溫度快速地增加。此與第一實施例相同。然而，若蒸汽渦輪31受極高溫之主蒸汽的蒸汽注入，過高熱壓力在蒸汽渦輪31中發生。因此，在適當時序，工廠控制裝置2將GT輸出值從第二輸出值切換至第三輸出值(步驟S23及S24)。例如，當主蒸汽溫度增加至金屬溫度+30℃時，本實施例中的工廠控制裝置2將GT輸出值從第二輸出值切換至第三輸出值。此外，當GT輸出值下降至第三輸出值時，本實施例中的工廠控制裝置2將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4(步驟S25及S11)。此組態降低主蒸汽溫度及金屬溫度之間的不匹配。使用此組態，注入至蒸汽渦輪31的蒸汽產生在蒸汽渦輪31中發生的熱應力甚低的主蒸汽A6，其係較佳的。
[第二實施例及第一實施例之間的比較]
其次，將提供第二實施例及第一實施例之間的比較。
如先前描述的，第三輸出值小於第二輸出值。因此，關於緊接在將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4之後的廢氣溫度，第二實施例中的廢氣溫度低於第一實施例中的廢氣溫度。此對應於在圖7中之時間點t3的廢氣溫度低於在圖3中之時間點t2的廢氣溫度。
當IGV開啟度增加時，將與高溫的燃燒氣體A4混合之低溫的壓縮空氣A3的流動率增加，其導致廢氣溫度下 降。因此，混合之前的廢氣溫度越低，得到預定廢氣溫度所需要之壓縮空氣流動量越小。因此，關於導致廢氣溫度下降至設定值B4的處理，導致廢氣溫度從圖7中的時間點t3下降至設定值B4所需要之壓縮空氣的流動量小於導致廢氣溫度從圖3中的時間點t2降低至設定值B4所需要之壓縮空氣的流動量。結果，第二實施例中的開啟度P3%低於第一實施例中的開啟度P2%。
因此，根據第二實施例，可能以IGV開啟度的增加抑制燃料-空氣比率的下降。結果，可能解決或減輕先前描述之燃料A1太稀薄而不能保持燃燒的問題。
[第二實施例及第二比較範例之間的比較]
其次，將提供第二實施例及第二比較範例之間的比較。
第二實施例中的工廠控制裝置2導致GT輸出值從第二輸出值下降至第三輸出值，且之後將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4。在此時，因為金屬溫度的量測值B3指示低溫，設定值B4通常係低溫。因此，偏差C4變為正值，且IGV開啟度開始從P1%增加至P3%。
現在，在第二實施例中的工廠控制裝置2中，假設以第一輸出值取代調節器64中之設定值中的第三輸出值的情形。此對應於第二比較範例中允許IGV開啟度改變的情形。
在此情形中，工廠控制裝置2導致GT輸出值從第二輸出值下降至第一輸出值，且之後將廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4。在此時，廢氣溫度已到達設定值B4(=金屬溫度+△T)。其原因係第一輸出值係當IGV開啟度係P1%時，能將廢氣溫度保持在金屬溫度+△T的輸出值。因此，當導致GT輸出值從第二輸出值下降至第一輸出值時，廢氣溫度的PV值C3下降至設定值B4。因此，當廢氣溫度的SV值C1從設定值B2切換至設定值B4時，SV值C1及PV值C3之間的偏差C4變為零。因此，IGV開啟度保持在P1%。
如從上文所見的，即使當IGV開啟度在第二比較範例中允許改變時，如圖12所描繪的，IGV開啟度保持在P1%。
其次，將產生圖7(第二實施例)及圖12(第二比較範例)之間的比較。
如先前描述的，對GT輸出值保持該關係：第三輸出值>第一輸出值。同時，對IGV開啟度保持該關係：P3%>P1%(最小開啟度)。
比較圖7中的GT輸出值係第三輸出值之情形及圖12中的GT輸出值係第一輸出值的情形，廢氣溫度在二情形中均變為設定值B4(=金屬溫度+△T)，但IGV開啟度在二情形之間不同。亦即，在描繪於圖7之情形中的開啟度改變至P3%，然而描繪於圖12之情形中的開啟度保持在P1%。結果，在描繪於圖7之情形中的壓縮空氣流動量大 於描繪於圖12之情形中的壓縮空氣流動量。
因此，在圖7中之GT輸出值係第三輸出值的情形中，由熱回收蒸汽產生器21接收之廢氣A5的流動率比圖12中之GT輸出值係第一輸出值的情形高，且因此由熱回收蒸汽產生器21產生之主蒸汽A6的流動率甚高(同時，主蒸汽A6的溫度在二情形中均相同)。
如從上文所見的，根據第二實施例，藉由導致GT輸出值不下降至第一輸出值而下降至第三輸出值，可能增加主蒸汽A6的流動率。在蒸汽渦輪31的蒸汽注入開始之後產生的大量主蒸汽A6允許發電廠1之後續啟動處理的快速進展。此種情形的範例將於下文描述。
如先前描述的，在蒸汽渦輪31的蒸汽注入開始之後，發電廠1的啟動處理如下所述地繼續。在蒸汽渦輪31上，依此次序實施蒸汽渦輪31之速度的增加、ST發電器36的並聯操作、蒸汽渦輪31之輸出至初始負載的增加、蒸汽渦輪31的初始負載熱浸、及蒸汽渦輪31之輸出的進一步增加。
在此時，根據第二實施例，使用大量主蒸汽A6，可能毫無障礙地繼續進行此系列啟動處理。相反地，在第二比較範例中，有主蒸汽A6的流動率短缺的風險，其使啟動處理在實施ST發電機36的並聯操作時或在將蒸汽渦輪31的輸出增加至初始負載時遲緩。在此情形中，第二比較範例需要，例如，等待主蒸汽A6的流動率隨時間增加的此種措施(導致啟動時間延長)，或導致GT輸出值從第 一輸出值增加，在將蒸汽渦輪31中的熱應力降低至某個程度上取捨的此種措施。
[第二實施例上的考慮]
其次，將描述第二實施例上的考慮。
氣體渦輪14上的廢氣溫度可藉由，例如，下列二方法下降。第一方法係導致GT輸出值降低。第二方法係導致IGV開啟度增加。第二比較範例利用第一方法。第一比較範例及第一實施例利用第二方法。第二實施例利用第一及第二方法。
在實施發電廠1的冷啟動時，蒸汽渦輪31中的熱應力增加變成問題。在此時，在部分情形中難以僅藉由GT輸出值上的下降或僅藉由IGV開啟度上的增加充分地降低廢氣溫度。
例如，將GT輸出值限制成使得GT輸出值不能降低至少於初始負載。此意謂著將先前描述的第一輸出值或第第三輸出值設定在比初始負載更大的值。此外，此意謂著初始負載係在避免逆功率的同時，允許發電廠1繼續操作的最小輸出。
根據最近的技術趨勢，氣體渦輪14已朝向增加容量及效能定向，且燃燒器12中的燃燒溫度(氣體渦輪入口溫度)傾向於增加，且廢氣溫度也傾向於增加。因此，關於氣體渦輪14，能假設甚至在初始狀態中以高達約500℃的溫度排放廢氣的型號變為主流。在此情形中，認為變得難 以僅藉由GT輸出值上的下降使廢氣溫度充分降低。
為處理此問題，能將如第二實施例中地使用第一及第二方法二者視為係合理方法。此係因為使用第一及第二方法二者允許藉由方法之一者消除或減輕施加在另一方法上的限制。
然而，在如第二實施例中地使用第一及第二方法二者的情形中，要求將第一及第二方法的組成及配置最佳化。具體地說，要求選擇合適的第三輸出值。
例如，選擇過大的第三輸出值可在IGV 13b上導致下列問題(1)及(2)。
(1)過大的第三輸出值使IGV開啟度變大。然而，當IGV開啟度變大時，燃料A1及壓縮空氣A3之間的燃料-空氣比率的下降變為問題。過低的燃料-空氣比率具有不能保持燃燒的風險。
(2)作為環保措施的一部分，為降低廢氣A5中的氮氧化物(NOx)，可將使用預混合燃燒的低NOx燃燒器使用為燃燒器12。在此情形中，相較於使用習知擴散燃燒的燃燒器，需要複雜的高燃燒技術。因此，從此觀點，也不能使用導致IGV開啟度極端增加以增加空氣流動量的此種第三輸出值。
另一方面，選擇過低的第三輸出值可導致下列問題(3)。
(3)如第二比較範例，過低的第三輸出值具有不能充分確保驅動蒸汽渦輪31所需要的主蒸汽流動量的風險。
要求將第三輸出值設定在能避免此等問題(1)、(2)、及(3)的此種良好平衡值。例如，在將一個氣體渦輪14及一個蒸汽渦輪31配置在圖5中的不同軸上的情形中，可想像相關於氣體渦輪14之100%額定輸出(基載)將第三輸出值設定在8%至15%的輸出。然而，要求合適的第三輸出值選擇遵循氣體渦輪14的各種設計。
如從上文所見的，本實施例中的工廠控制裝置2在氣體渦輪14的啟動至蒸汽渦輪31的啟動之間的週期期間將IGV開啟度控制至P1%(最小開啟度)，並將GT輸出值控制至第二輸出值或第三輸出值。另外，本實施例中的工廠控制裝置2導致IGV開啟度在此週期期間基於GT輸出值從P1%增加至P3%。具體地說，在將GT輸出值保持在第三輸出值的同時導致IGV開啟度從P1%增加至P3%之前，工廠控制裝置2基於主蒸汽溫度及金屬溫度導致GT輸出值從第二輸出值降低至第三輸出值。
因此，根據本實施例，藉由將GT輸出值控制至第二輸出值，可能縮短包括氣體渦輪14、熱回收蒸汽產生器21、及蒸汽渦輪31之複循環發電廠1的啟動時間。此外，根據本實施例，藉由導致IGV開啟度從P1%增加至P3%之前導致GT輸出值從第二輸出值下降至第三輸出值，可能藉由與第二比較範例中之方法不同的方法減少主蒸汽溫度及金屬溫度之間的不匹配。此外，根據本實施例，藉由將第三輸出值設定在比第一輸出值更高的合適值，可能確保充分的主蒸汽流動量。
當已然描述特定實施例時，此等實施例僅已藉由例示方式呈現，且未企圖限制本發明的範圍。實際上，本文描述的新穎裝置、方法、及工廠可用各種其他形式具現；此外，可能無須脫離本發明的精神而以本文描述之該等裝置、方法、及工廠的形式產生各種省略、替代、及改變。隨附之申請專利範圍及彼等的等效範圍意圖涵蓋落在本發明之範圍及精神內的此種形式或修改。

Claims (6)

  1. 一種組態成控制發電廠的工廠控制裝置，該發電廠包含：燃燒器，組態成使用從進氣口導片引進的氧燃燒燃料以產生氣體；氣體渦輪，組態成由來自該燃燒器的該氣體驅動；熱回收蒸汽產生器，組態成使用來自該氣體渦輪之廢氣的熱產生蒸汽；及蒸汽渦輪，組態成由來自該熱回收蒸汽產生器的該蒸汽驅動，該裝置包含：開啟控制器，組態成在從該氣體渦輪的開始至該蒸汽渦輪之開始的期間內將該進氣口導片的開啟度控制至第一開啟度；及輸出控制器，組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的輸出值控制至大於第一輸出值的值，該輸出控制器組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的該輸出值控制至大於該第一輸出值的第二輸出值，以及該輸出控制器組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內基於該蒸汽的該溫度及該蒸汽渦輪的金屬溫度將該氣體渦輪的該輸出值從該第二輸出值降低至第三輸出值，該第一輸出值係當該進氣口導片的該開啟度係該第一開啟度時能將該廢氣的溫度保持在取決於該 金屬溫度之第一溫度的輸出值，當該氣體渦輪之該輸出值到達該第三輸出值時且在該輸出控制器將該氣體渦輪之該輸出值控制至大於該第一輸出值之該值的同時，該開啟控制器組態成從該第一開啟度增加該進氣口導片的該開啟度到第三開啟度。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中當該蒸汽的該溫度到達取決於該金屬溫度的第二溫度時，該輸出控制器組態成將該氣體渦輪的該輸出值從該第二輸出值降低至該第三輸出值。
  3. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該第二溫度係高於該金屬溫度的溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該第二溫度係低於該金屬溫度的溫度。
  5. 一種控制發電廠的工廠控制方法，該發電廠包含：燃燒器，組態成使用從進氣口導片引進的氧燃燒燃料以產生氣體；氣體渦輪，組態成由來自該燃燒器的該氣體驅動；熱回收蒸汽產生器，組態成使用來自該氣體渦輪之廢氣的熱產生蒸汽；及蒸汽渦輪，組態成由來自該熱回收蒸汽產生器的該蒸汽驅動，該方法包含：在從該氣體渦輪的開始至該蒸汽渦輪之開始的期間內將該進氣口導片的開啟度控制至第一開啟度； 在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的輸出值控制至大於第一輸出值的值，在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的該輸出值控制至大於該第一輸出值的第二輸出值，以及在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內基於該蒸汽的該溫度及該蒸汽渦輪的金屬溫度將該氣體渦輪的該輸出值從該第二輸出值降低至第三輸出值，該第一輸出值係能當該進氣口導片的該開啟度係該第一開啟度時將該廢氣的溫度保持在取決於該金屬溫度之第一溫度的輸出值；及當該氣體渦輪之該輸出值到達該第三輸出值時且在將該氣體渦輪之該輸出值控制至大於該第一輸出值之該值的同時，從該第一開啟度增加該進氣口導片的該開啟度到第三開啟度。
  6. 一種發電廠，包含：燃燒器，組態成使用從進氣口導片引進的氧燃燒燃料以產生氣體；氣體渦輪，組態成由來自該燃燒器的該氣體驅動；熱回收蒸汽產生器，組態成使用來自該氣體渦輪之廢氣的熱產生蒸汽；蒸汽渦輪，組態成由來自該熱回收蒸汽產生器的該蒸汽驅動；開啟控制器，組態成在從該氣體渦輪的開始至該蒸汽渦輪之開始的期間內將該進氣口導片的開啟度控制至第一 開啟度；及輸出控制器，組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的輸出值控制至大於第一輸出值的值，該輸出控制器組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內將該氣體渦輪的該輸出值控制至大於該第一輸出值的第二輸出值，以及該輸出控制器組態成在從該氣體渦輪的該開始至該蒸汽渦輪之該開始的該期間內基於該蒸汽的該溫度及該蒸汽渦輪的金屬溫度將該氣體渦輪的該輸出值從該第二輸出值降低至第三輸出值，該第一輸出值係當該進氣口導片的該開啟度係該第一開啟度時能將該廢氣的溫度保持在取決於該金屬溫度之第一溫度的輸出值，當該氣體渦輪之該輸出值到達該第三輸出值時且在該輸出控制器將該氣體渦輪之該輸出值控制至大於該第一輸出值之該值的同時，該開啟控制器組態成從該第一開啟度增加該進氣口導片的該開啟度到第三開啟度。
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