专利名称：用于控制电站的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制电站的方法和设备，电站包括多个构成循环 的部件，亦即包括锅炉、蒸汽轮机和可选择的燃气轮机。
背景技术：
燃气和蒸蒸汽轮机设备或电站(GUD-Kraftwerk)往往用作所谓的半峰 值负荷电站。这种半峰值负荷电站的一个重要特征是起动时间，亦即直至 达到可供使用的规定的设备功率的时间。因此，尤其短的起动时间是有利 的，因为它可以例如经几分钟或小时预备，便有可能参与能量调节市场。 参与分钟预备的电站必须能够在少许几分钟后(在德国例如在15分钟后) 提供规定的功率。在小时预备的情况下应在60分钟后提供功率。
起动时间和停止运行时间在构件加热或冷却后发生，其中，而加热或 冷却通常受构件周围温度的影响(自然冷却)。
此外，和以与干线供电商预先约定的功率连续生产的电流相比，在设 备瞬态期间生产的电流往往质量较差。在这里，设备瞬态指的是这种状态， 此时电站从一个功率水平转变为另一个功率水平，例如在起动时。因此需 要将这种瞬变状态保持为尽可能短。在例如为了检查的目的停车时，亦即 在构件冷却时，还希望尽可能快速地冷却，从而尽可能缩短需要的停止运 4亍时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善电站内、尤其GUD-Kraftwerk 内起动特性和停车时间的方法。另 一个要解决的技术问题是提供一种尤其 适用于实施本方法的设备。
有关方法的技术问题按照本发明通过提供一种用于控制电站的方法得 以解决，电站包括多个构成工作循环的部件，亦即包括锅炉、蒸汽轮机和 可选择的燃气轮机，其中在停止运行状态，部件之一的至少一个构件的询件温度借助 一种流体流通过热交换控制。
本发明基于以下考虑，即，当部件关闭后在电站内存在的热量，可以
互相关联并构成一个单元的各个结构元件或成组的结构元件，称为部件或 工作循环的构件。在这里采用一种流体流，它将电站一个构件或一个部件 的热量，传输给另一个构件或另一个部件，从而在停止运行状态主动将所 述部件中的至少一个保持为一个期望的温度水平。
在这里，停止运行状态是指一段时间，在此期间电站处于下降功率状 态，此时电站的转子在低转速下旋转或可能完全停止。
本方法突出的优点是，在主动控制部件或部件的一些构件温度的情况 下，部件的停止或起动过程不再取决于当时存在的-未经主动影响时的-构件 温度。确切地说，在停止运行状态这些构件的温度通过主动热交换，已尽 可能满足与电站更好的停机或起动特性相应的运行要求。
为了能有效地控制构件温度，热交换借助流体流的附加的控制循环实 施。所述的控制循环与电站的工作循环不同，它的特点在于单独的管道和 调整元件。与工作循环分开的循环可以非常容易控制。
鉴于特别经济的扩展设计规定，要调节温度的电站部件在控制循环内 构成热源和冷源，以及它们的温度优选地通过热交换相互调节。在这里借 助流体流进行电站内部的热量转移，此时可以利用一个部件的热量，在电 站停止运行状态时加热另一个部件的至少一个构件。若至少另一个部件处 于较低的温度水平并可以从较热的部件提取热量时，则这种控制电站的方 法同时可用于冷却一个部件。这通过适当控制流体流的流动方向实现，此 时，流体流送出较热的部件的热量，并将这些热量排放到较冷的部件中。 在这种情况下控制循环只连接电站的两个处于不同温度水平的部件就够 对于电站的停止运行状态，在两类停止运行状态之间加以区别是有重 要意义的。第一类是短时停止运行状态。这种往往在夜间或在周末基于电 流消耗减少而发生的状态，下面也称为暂时停止。另一类是电站在预先规 定的时间段内或必要时在运行故障时下降功率，以便实施修理和维护作业。 在电站的这种维修状态，要维护或要修理的部件必须一直冷却到环境温度， 为的是能实施所述的作业。从这些认识出发，按一种优选的方案，在电站暂停运行期间，流体流用于保持所述部件中至少一个的高温度，以便在作 业完成后能实现快速起动过程。按另一种优选的方案，在电站维修状态期 间，流体流用于尽可能快速地冷却至少部件之一，以便将通常的冷却时间 缩短为用于修理的停机时间。
若优选地构件彼此独立被加热和冷却，则得到一种特别有效的热量转 移，此时为冷却或加热构件的耗费特别低。在这种情况下要达到的目的是， 将部件的构件保持为均匀的温度水平。例如，燃气轮机的转子和机匣保持 在大体相同的温度水平上，换句话说，机匣必须通过主动温度调节保持温
热，因为机匣通常冷却得更快。此外，热量可以只从部件规定的区域提取
例如，在电站关闭后可以只利用蒸汽轮机高压部分中存在的热量，用于在 电站停止运行状态将燃气轮机保持在比较高的温度水平。
有利地，部件之间的热交换借助水蒸气实施。将水蒸气用作载热的流
体流有一系列优点水的价格便宜，环保和易于处理。
按另一种实施形式，部件之间的热交换借助空气实施。空气同样是一 种便宜的热载体，它大量存在。此外，空气不会对要温度调节的部件造咸 腐蚀问题。
按优选的设计，热交换采用一种开式系统。在开式循环中连续使用热 载体的新的补充量，它们在流过控制循环后和在可能的冷却后纟皮释放。
优选地热交换采用 一种闭式系统，此时在控制循环内始终循环的是热 载体的同一个量。
此外也可以J吏用 一种半开式系统，此时间歇地释放部分热载体并加入 热载体新的补充量。
有关设备的技术问题按照本发明通过一种控制电站的设备得以解决， 电站包括多个构成工作循环的部件，亦即包括锅炉、蒸汽轮^^和可选择的 燃气轮机，其中，在停止运行状态，至少两个部件为了热交换通过管道相 互连接。针对方法已详细说明的优点和优选的实施形式，按意义也可以辨 用于设备。
在具有燃气轮机的设计中，按一种优选的扩展设计，燃气轮机为了热 交换通过第一管道与锅炉连接，蒸汽轮机为了热交换通过第二管道与锅炉 连接，以及燃气轮机为了热交换通过第三管道与蒸汽轮机连接。在这里形 成了 一种内部管道系统，通过该管道系统每个部件与另外两个部件在流动技术上连接起来。这些管道和与之相关的调整元件尤其设计为，使得在每 一个管道中的流体流可以沿两个方向流动。
下面借助附图详细说明本发明的两种实施例。其中 图1示意性表示出在电站暂停运行状态下电站管道系统的结构；以及 图2示意性表示出在电站维修状态期间图1所示电站管道系统的结构。 附图中作用相同的部分采用同样的附图标记。
具体实施例方式
图1示意性表示出了电站2,它包括锅炉4、蒸汽轮才几6和在本实施例 中燃气轮机8。因此，电站2按GUD-Kraftwerk的类型设计，其中利用燃气 轮机8的废热在锅炉4中产生水蒸气，借助水蒸气驱动蒸汽轮机6。因此锅 炉4、蒸汽轮机6和燃气轮机8构成电站2的工作循环的部件。为此，这些 部件4、 6、 8通过工作循环的在这里没有示出的流体管道按已知的方式连 接。取代GUD-Kraftwerk也可以采用 一种作为部件只包4舌蒸汽轮机和锅炉 的电站。在这里的要点在于，电站至少包括两个部件，它们在运行时有不 同的温度或在关闭后有不同的温度变化过程。
电站2除工作循环的流体系统外还包括一个管道系统10,它提供用于 电站2内部的另一个循环，亦即控制循环。借助该控制循环，控制或调整 部件4、 6和8之一的至少一个构件的构件温度。为了调节部件4、 6、 8或 它们的一些构件的温度采用一种流体流，图中用箭头ll表示。在本实施例 中，流体流是水蒸气流，它在管道系统10内循环并与此同时保证部件4、 6、 8之间的热交换。取代水蒸气，也可以使用环境空气作为流体流，它尤其在 4吏用前已被压缩。
在图1所示的实施例中，管道系统10内的控制循环是一种闭式循环，
其中使用规定量的水蒸气，在控制循环工作时水蒸气不全部更换或部分i
换。然而也可以使用开式控制循环，此时在工作中连续供入新的水蒸气以 及释放部分已经使用的水蒸气。水蒸气的供给也可以按时间间隔进行，此 时存在一种半开式控制循环。
图1所示的实施例表示在电站2暂停运行状态下控制循环的运行，例如当电站2在夜间或在周末基于电流需求减小而功率下降时。因为停止运
行状态持续几小时或几天，所以有利的是，使冷却快的部件4、 6、 8即使 在停机期间仍保持在一个高的温度水平上，为的是在晚些时候整个电站能 更快起动。在这种情况下，在停止运行状态仍在电站内存在的热量借助流 体流进行分配和转移，从而将冷却较快的部件4、 6、 8保持在一个比自然 冷却时高的温度水平。 .
在图示的实施例中，燃气轮机8意味着是在不主动热交换的情况下冷 却最快的部件。与此同时，锅炉4则是在电站2停止运行状态下冷却最慢 的部件。因此在控制循环内部燃气轮4几8构成冷源而锅炉4形成热源。为 了更快速地起动电站2,在暂停运行期间蒸汽轮机6和燃气轮机8借助锅炉 4内存在的热量保持温热。为达到这一点，管道系统IO有一个从锅炉4引 出的管道12，它分叉为两个管道12a、 12b。管道12a通入蒸汽l仑才几6,以 及在此管道12a内来自锅炉的水蒸气流借助阀14调节。管道12b也设有阀 16，在此阀16打开的状态，至少部分水蒸气从锅炉4直接供给燃气轮机8。 在蒸汽轮机6内的水蒸气流经管道18从蒸汽轮机6引出。管道18在下游 同样分叉为两个管道18a和18b。管道18a汇入管道12b内，乂人而在阀20 打开的状态，将来自蒸汽轮机6的有几百度温度的水蒸气加入到管道1213 内的水蒸气流中，并将此水蒸气混合物泵入燃气轮机内。在另一侧的管道 18b汇入到管道22内，在燃气轮机8内冷却的水蒸气经过管道22重新泵入 锅炉4。
在这里，水蒸气意味着所述的热载体，它将热量从锅炉4送出并将热 量供给蒸汽轮机6和尤其燃气轮机8。因此，蒸汽轮机调整为在起动过程中 期望的蒸汽温度，以及燃气轮机8的构件在停止运行状态也被加热，从而 与停止运行状态下没有主动温度调节的电站相比，可以实现更迅速和经济 i也起5力电3占2。
图2表示按照图1的电站2，其中使用在管道系统10内的控制循环， 以便在维修状态期间使燃气轮机8和/或蒸汽轮机6尽可能快速地冷却到环 境温度。在电站2运行时，燃气轮机8内调整为温度超过1000。C。与此同 时，在锅炉4内和蒸汽轮机6内工作温度低于1000°C。所以，在电站2^ 闭之后，燃气轮机8处于一个比锅炉4和蒸汽轮机6高得多的温度水平。 因此可以利用流过锅炉4和蒸汽轮机6的水蒸气，将燃气轮机8内的温度置于其他部件4、 6的水平上，并由此冷却燃气轮机8。
在这种情况下，有最低工作温度的锅炉成为冷源，而有最高温度的燃
气轮机8意味着是热源。来自锅炉4的比较冷的水蒸气，经由管道12和以 后经过它的分支12a泵入蒸汽轮机6。在那里水蒸气冷却蒸汽轮机6的构件。 接着，现在通过与蒸汽轮机6的高温的构件热交换而被加热的水蒸气，在 阀24打开的状态通过管道18b重新泵入锅炉4。
与此同时，来自锅炉4的水蒸气沿管道12b通过阀16供给燃气轮机8， 在那里水蒸气冷却燃气轮机8的构件。现在同样通过热交换而被加热的水 蒸气，经管道22引回锅炉4。通过蒸汽轮机6和燃气轮机8的这种主动冷 却，可以使它们在比较短的时间内停机，由此更快速地实施需要的检查。
用于对电站2的部件4、 6、 8主动温度调节的管道系统10尤其^:计为， 使部件4、 6、 8的各构件彼此独立加热和冷却。例如，在电站2暂停运行 状态，按照图1通过来自锅炉4的热量或通过组合锅炉的热量与来自蒸汽 轮机6高压部分的热量，使蒸汽轮机6低压部分保持温热。此外，按同样 的原理，在维修状态期间可以主动冷却蒸汽轮机6的仅仅温度较高的高压 部分。
权利要求
1.一种用于控制电站(2)的方法，电站包括多个构成工作循环的部件，亦即包括锅炉(4)、蒸汽轮机(6)和可选择的燃气轮机(8)，其特征为在停止运行状态，部件(4、6、8)之一的至少一个构件的构件温度借助流体流(11)通过热交换控制。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述热交换借助流体流(11 ) 的附加的控制循环实施。
3. 按照权利要求2所述的方法，其特征为，部件(4、 6、 8)在控制循 环内构成热源和冷源，以及它们的温度通过热交换相互调节。
4. 按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在电站(2)暂停 运行期间，流体流(11)用于保持所述部件(4、 6、 8)中至少一个的高温 度。
5. 按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在电站(2)维修 状态期间，流体流(11)用于尽可能快速地冷却所述部件(4、 6、 8)中的 至少一个。
6. 按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，所述部件(4、 6、 8)的构件;f皮此独立^皮加热和冷却。
7. 按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，所述部件(4、 6、 8)之间的热交换借助水-汽循环实施。
8. 按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征为，所述部件(4、 6、 8)之间的热交换借助空气实施。
9. 按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，热交换采用一种 开式系统。
10. 按照权利要求l-8之一所述的方法，其特征为，热交换采用一种闭 式系统。
11. 一种用于控制电站(2)的设备，电站包括多个构成工作循环的部 件，亦即包括锅炉(4)、蒸汽轮机(6)和可选择的燃气轮机(8),其特征 为在停止运行状态，至少两个部件(4、 6、 8)为了热交换通过管道(12、 12a、 12b)相互连接。
12. 按照权利要求11所述的设备，其特征为，电站(2)包括一个燃气轮机(8),以及燃气轮机(8)为了热交换通过第一管道(12、 12b)与锅 炉(4)连接，蒸汽轮机(6)为了热交换通过第二管道(12、 12a)与锅炉 (4)连接，以及燃气轮机(8)为了热交换通过第三管道(18、 Kb)与蒸 汽轮机(6)连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制电站(2)的方法，电站包括多个部件，亦即锅炉(4)、蒸汽轮机(6)和可选择的燃气轮机(8)，为了改善电站(2)的起动特性和停机时间，该方法规定，在电站(2)停止运行状态，部件(4、6、8)之一的至少一个构件的构件温度，借助流体流(11)通过热交换控制。
文档编号F01K13/00GK101627185SQ200780019167
公开日2010年1月13日 申请日期2007年5月22日 优先权日2006年5月31日
发明者伯恩德·斯托克, 哈杰鲁丁·塞里克, 尤维·格鲁希卡, 托马斯·梅特恩, 斯蒂芬·斯克雷巴, 斯蒂芬·施米特, 斯蒂芬·达尔克, 沃尔克·沃斯伯格, 罗杰·沃尔丁格, 迪特尔·明宁格, 阿克塞尔·沙伯格, 马丁·伦兹, 马赛厄斯·霍耶 申请人:西门子公司