[發明專利]由使用空氣抽取在欠頻率運行期間運行燃氣渦輪機的方法

有效

• 申請號: 200710104556.5
• 申請日: 2007-05-25
• 公開（公告）號: CN101078368A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: J·貝里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/057
• 分類號: F02C7/057;F02C9/00;F02C9/28;F02C9/52;F02C6/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;黃力行

技術領域

本發明一般地涉及通過從壓縮機抽取空氣用于在例如欠頻率運行的選擇的運行條件期間運行燃氣渦輪機的方法。

背景技術

在配電網上要求的電力消耗的大量增加將趨向于導致電網的電運行頻率的降低，從而導致“欠頻率”情況。例如，巨大的或突然的電力需求可能導致其額定運行頻率為50Hz的特定的配電網暫時地以49Hz運行。在利用一個或多個重型工業燃氣渦輪機來為電網提供電力的常規發電系統內，每個提供電力到電網的渦輪機的物理速度與電網的電頻率同步。不幸的是，當其他情況相同而燃氣渦輪機的物理速度降低時，其動力輸出相應地降低。因此，在欠頻率情況期間，燃氣渦輪機將趨于輸出更低的動力。過去，響應于電網欠頻率情況(發生)的通用的操作是增加燃氣渦輪機的著火溫度以產生更多的動力而力圖維持預先確定的輸出動力水平。不幸的是，這樣的燃氣渦輪機的過著火可能降低多種在渦輪機內的熱燃氣通道部件的預期運行壽命。

電網規則典型地要求動力產生設備具有在欠頻率偏移期間維持負載的能力。世界各地多個地區具有不同的必須滿足的要求，以使動力設備被考慮為適應性的。典型地，燃氣渦輪發電機通過升高著火溫度以將發電機輸出維持在要求之內來滿足這些要求。著火溫度的升高在給定的壓力比下增加了動力輸出，這在渦輪機不接近任何運行極限，例如最大壓力比能力或最大入口導向輪葉(IGV)位置時充分地起作用。升高著火溫度典型地通過增加供給到燃燒器的燃料流來實現。所有其他的情況相同時，燃料流的增加導致更高的渦輪機入口處的壓力，這又在壓縮機上施加了背壓。最終，添加更多的流導致了壓縮機壓力極限，這典型地通過由壓縮機排放空氣轉向到入口(入口放氣加熱)，和/或由燃料流的降低(且因此著火溫度的降低)而限制了通過渦輪機的流動被觀察到。然而，此方法對于冷環境條件和/或低Btu(英制熱量單位)燃料(例如合成氣)的應用具有有限的滿足電網規則要求的能力，原因是燃氣渦輪機壓縮機所遇到的可運行性極限。

一些常規的用于產生動力的燃氣渦輪機合并了可變入口導向輪葉(IGV)。這樣的可變定子輪葉提供了通過在壓縮機前級內改變入射角(即空氣角度和在壓縮機葉片前緣的平均線角度之間的差異)調節壓縮機空氣流的能力。這些可變IGV允許維持可接受的壓縮機無喘振運行裕量。典型地，無喘振運行的維持是用于燃氣渦輪機的壓縮機部件的關鍵運行標準。

Wickert等(美國專利6,794,766)提供了用于使裝配有可變定子輪葉(葉片)的燃氣渦輪機過著火的方法，以補償在欠頻率情況中的動力輸出。Wickert利用了可變定子輪葉來以預先確定的方式增加由壓縮機部件消耗的空氣流的量，以排除和/或最小化在電網欠頻率情況期間所生成的輸出動力水平的降低且維持在這樣的情況期間的安全裕量。然而，不是所有的燃氣渦輪機都裝配有可變定子輪葉以允許使用這樣的技術。進一步地，如果達到了最大輪葉位置且同時遇到了壓力比極限，當試圖增加輸出時僅此行動可能不夠。在此情形中，必須采取其他的行動以減輕壓力極限。

因此，希望的是在欠頻率運行期間，利用在選擇的運行期間將改進動力輸出且導致改進的電網規則適應的運行方法。

發明內容

簡要地說，根據本發明的一個方面，在其中燃氣渦輪機的旋轉速度與電網的電頻率同步且燃氣渦輪機包括壓縮機部件、空氣抽取通道和用于控制壓縮機空氣抽取的量的裝置的燃氣渦輪發電機中，提供了用于控制由燃氣渦輪機產生的輸出動力的方法。方法包括初始化壓縮機空氣抽取且控制壓縮機空氣抽取的量。

根據本發明的另一個方面，在其中燃氣渦輪機的旋轉速度與電網的電頻率同步且燃氣渦輪機包括壓縮機部件、空氣抽取通道和用于控制壓縮機空氣抽取的量的裝置的燃氣渦輪發電機中，提供了用于控制由燃氣渦輪機產生的輸出動力的方法。方法包括在電網欠頻率情況期間通過到大氣的排放通道、到能量回收設備的排放通道的至少一個初始化壓縮機空氣抽取和控制壓縮機空氣抽取量；降低到燃燒器的稀釋物流且升高著火溫度。

根據本發明的進一步方面，在其中燃氣渦輪機的旋轉速度與電網的電頻率同步的燃氣渦輪發電機中，提供了控制系統，控制系統控制了初始化壓縮機空氣抽取且控制了抽取壓縮機空氣以增加到壓縮機壓力比極限的裕量。

附圖說明

當參考附圖閱讀如下詳細描述時將更好地理解本發明的這些和其他特征、方面和優點，在附圖中相同的符號在所有圖中代表相同的零件，其中：

圖1圖示了合并了標準的空氣流、燃料流和燃燒產物流的典型的燃氣渦輪發電機組。

圖2圖示了帶有多個在欠頻率運行期間通過使用空氣抽吸允許燃氣渦輪機運行的元件的燃氣渦輪發電機組。