用于操作燃气涡轮装置的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于操作燃气涡轮装置的方法，其中燃气涡轮装置在电方面连接在电网系统上，并且包括分离的压缩机和涡轮轴，以单独地作为单元操作这两个构件。第一单元包括至少一个涡轮(T)和至少一个发电机(G)，并且第二单元包括至少一个压缩机(C)和至少一个电动机(M)。各种开关(S1,S2,S3)沿着电力线(100,400,600)进行定位，并且在电方面连接在变频器(FC)和/或电网系统上，其中在压缩机(C)下游操作的压缩空气管道(700)包括活瓣(Fl)。
【专利说明】
用于操作燃气涡轮装置的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于操作燃气涡轮装置，以达到灵活且优化的快速起动和电网适应性的方法。本发明还涉及一种燃气涡轮装置，其包括分离的压缩机和涡轮轴，以便单独地操作这两个构件。
[0002]根据权利要求1的序言，本发明涉及一种用于操作燃气涡轮装置的方法，其中燃气涡轮装置在电方面(actively)连接在电网系统上，并且包括分离的压缩机和涡轮轴，以便单独地作为单元操作这两个构件。
【背景技术】
[0003]EP924410B1涉及一种用于操作燃气涡轮发电机组(GT)的方法，来自燃气涡轮发电机组(GT)的排气的潜热能通过引导它们穿过热交换器而加以利用，热交换器操作地连接在热空气涡轮发电机组(LT)上。与热空气涡轮发电机组(LT)相关联的压缩机通过焦点式注水或连续注水而进行等温操作，并且在膨胀已经发生之后，注入的水通过冷凝在分离器中进行收集。因而提供了回路，在这种回路中避免了组件的适配，以取得最大效率。在这方面，多个较小的燃气涡轮，甚至不同类型的燃气涡轮可与大型热空气涡轮(LT)协作。多个小型高速热空气涡轮(LT)还可分配给大功率的燃气涡轮。它们的超同步旋转速度可通过例如转换器(变频器)而得以稳定。
[0004]变频器是一种电子装置或机电装置，其将一种频率的交流电流(AC)转换成另一频率的交流电流。该装置还可改变电压，但如果那样做的话，这附随其主要目的。除了明显的转换应用之外，从一个分布标准至另一变频器的大容量功率还用于控制交流电动机的速度和扭矩。
[0005]DE102008062588B4涉及一种用于使电功率网络的网络频率稳定的方法。该网络包括至少一个双轴燃气涡轮，其包括功率涡轮和气体发生器，其中功率涡轮通过轴以扭矩传递的方式连接在第一发电机上。另外，提供了一种用于实现该方法的组件。功率涡轮的第一轴和第一发电机与电力网永久同步地旋转，并且第一发电机作为电动机驱动旋转，且气体发生器的第二轴在点火速度下永久旋转，其中气体发生器按功率需求进行点火，并且功率涡轮通过气体发生器产生的热气来驱动，使得第一发电机产生功率。
【发明内容】
[0006]本发明以提出一种用于操作燃气涡轮装置(GT)的方法为目的，其中压缩机和涡轮轴是分离的，以便单独地操作这两个构件，其具有以下特征:
因此，基本思想在于:
提供涡轮/发电机单元与压缩机/电动机单元的分离。涡轮/发电机单元始终连接在电网系统上，除了加速模式和关闭模式之外。压缩机/电动机单元通过变频器FC进行驱动，变频器FC具有可变的速度，以满足空气质量流要求。
[0007]因而，第一单元包括至少一个涡轮(T)和至少一个发电机(G)，并且第二单元包括至少一个压缩机(C)和至少一个电动机(M)，其中至少一个单元的至少一个操作模式直接或间接地与变频器(FC)和/或与电网系统保持操作通信。
[0008]相反的，现存的GT发动机需要太长的起动和有限的电网适应性。
[0009]具体地说，GT的特征在于以下操作模式:
静止:
涡轮/发电机单元由转子盘车驱动；
压缩机/电动机单元由转子盘车驱动；
开关S1，S2，S3(见图1)是断开的。
[0010]准备起动模式:
涡轮/发电机单元通过变频器运转至速度nl，闭合开关S2;而开关SI和S3是断开的。
[0011 ]阻碍空气质量流的活瓣是打开的，以便引入细微的空气质量流。
[0012]速度nl经过选择，以使涡轮/发电机轴旋转，使得涡轮在1000rpm的区域中通过叶片的换气而被加热。
[0013]起动和点火模式:
涡轮/发电机单元运转至标称速度(电网频率)，并且开关SI闭合，S卩，发电机作为电动机工作。
[0014]活瓣是打开的，并且开关S2被断开。
[0015]压缩机/电动机单元通过闭合开关S3被变频器(FC)驱动至速度n2，其中速度n2是燃气涡轮装置GT的燃烧器的点火速度。
[0016]因而，燃烧器被点火。
[0017]加载:
所需成分的燃料流和空气质量流通过控制器CR逐渐地增加:
通过燃料控制阀CV弓I导燃料流。
[0018]通过变频器FC和电动机M引导压缩机C的空气质量流。
[0019]活瓣被打开。
[0020]发电机G首先消耗来自电网系统的电能，并通过增加燃烧器的热功率，电负荷消耗将得以减少，并且发电机将起动，以便将能量输出给电网系统，即，发电机始终连接在电网系统上，使得不需要同步。
[0021]关闭:
燃烧器的热功率被减少，直至熄火。
[0022]控制阀CV被关闭。
[0023]开关SI被断开，涡轮轴减速，并且在静止时起动转子盘车。
[0024]开关S3被断开，压缩机轴快速减速，并且在静止时起动转子盘车。
[0025]活瓣被关闭，以保持涡轮温暖。关闭活瓣的时间点应避免压缩机喘振。
[0026]在保持准备起动模式的情况下，开关S2被闭合，并且保持速度nl。
[0027]GT跳闸:
燃料流通过燃料控制阀CV和速闭阀(未显示)的即时关闭而被停止。
[0028]同时，开关S3被断开，压缩机轴快速减速。
[0029]一旦发电机消耗能量，开关SI就被断开，并且涡轮轴减速。
[0030]活瓣被关闭，以保持涡轮温暖;活瓣关闭的时间点应避免压缩机喘振。
[0031]S2被闭合，并且保持速度nl，从而保持涡轮在准备起动模式。
[0032]因此，同现有技术状态相比，本发明的相关优势如下:
-没有可变入口导向叶片(VIGV)，没有放散阀(BOV)，压缩机被驱动，以避免不依赖电网频率的浪涌；
-快速起动，如果GT与HRSG结合时，则没有HRSG(余热蒸汽发生器)净化；
-在结合HRSG的条件下，通过离合器可连接缓慢起动的蒸汽涡轮；
-通过叶片换气使发电机驱动的涡轮预热；
-压缩机/电动机单元的最大快速起动(低惯性);
-没有同步和空转操作；
-在电网频率下降的情况下不会关闭GT;
-没有任何限制的频率控制始终是可能的，因为压缩机由变频器来驱动。
[0033]当改装现有设备时获得特别的优势，因而使得快速响应变化的市场成为可能。
[0034]对于与蒸汽发电站(不可见)相关联的涡轮T和发电机G可提供本发明的进一步演进优势，蒸汽发电站具有中央控制系统，其控制燃气涡轮和蒸汽发电站，并且当对蒸汽发电站存在超过特定限额的功率需求时，该控制系统促使气体发生器的启动。这种演进是特别有利的，因为例如，在蒸汽发电站中可能节省或替换传统昂贵的预备供给机构。
【附图说明】
[0035]在下文中将出于举例说明的目的利用一个特定的典型实施例并参照附图更详细地描述本发明。对于本领域中的技术人员，这些声明将导致额外可能的途径来实施本发明，其可能不同于特定的典型实施例。图中:
图1显示了了一种燃气涡轮发动机的装置，其中该装置包括分离的压缩机和涡轮轴，以便单独地操作这两个构件；
图2显示了涉及准备起动模式的操作方法；
图3显示了涉及起动并点火模式的操作方法；
图4显示了涉及加载模式的操作方法；
图5显示了在热负荷和需求/输出发电机功率之间的关系曲线图；
图6显示了涉及关闭模式的操作方法。
[0036]标号列表:
T涡轮;C压缩机;G发电机;M电动机;FC变频器;CV燃料控制阀;CR控制器;SI开关，第一开关;S2开关，第二开关;S3开关，第三开关;Fl阻塞空气质量流的活瓣；100电力线；110电力线(通向发电机)；120电力线(来自发电机)；200T/G轴;300C/M轴;400电力线;410电力线(通向电动机)；500电力线；510电力线(从FC至电网系统)；600电力线；610电力线(从FC至G);700管道空气质量流，压缩空气;800燃烧器;900燃料分布系统;910燃料流。
【具体实施方式】
[0037]图1显示了一种燃气涡轮装置，其基本包括分离的涡轮T/发电机G单元与压缩机C/电动机M单元。祸轮/发电机单元T/G通过电力线100始终连接在电网系统上，除了加速和关闭模式之外(也参见图6)。涡轮/发电机单元T/G由转子盘车200来驱动，并且压缩机/电动机单元C/Μ由转子盘车300来驱动。在与变频器FC操作连接方面，提供了三个开关SI，S2，S3，其中开关SI沿着电力线100定位在开关S2的下游，其中开关S2沿着电力线600进行设置，电力线600在变频器FC和电力线100之间延伸。电力线500在变频器FC和电网系统之间操作或相反。开关S3设置在变频器FC的下游，其沿着电力线400朝向电动机M。在空气管道700中，在压缩机C的下游设置了活瓣F1，其调整引导至涡轮T上游的燃烧器800的压缩的质量流量。在开始时，控制阀CV是关闭的。基本上，在燃料分布系统900中的燃料流和所需成分的空气质量流700通过控制器CR逐渐地增加。通过燃料控制阀CV来引导燃料流，并且通过变频器FC和电动机M来引导压缩机C的空气质量流。
[0038]图2显示了一种燃气涡轮装置，其基本包括分离的涡轮T/发电机G单元与压缩机C/电动机M单元，其中这种操作方法涉及准备起动模式。涡轮/发电机单元T/G通过变频器FC运转至速度nl;在这种状态下，开关S2是闭合的(见电力线610);而开关SI和S3是断开的。阻碍空气质量流700的活瓣Fl是打开的，以便引入细微的空气质量流。速度nl经过选择，以使涡轮/发电机轴200旋转，使得涡轮在1000 rpm的区域中通过叶片的换气而被加热。这样该装置对应于图1中的装置。
[0039]图3显示了一种燃气涡轮装置，其基本包括分离的涡轮T/发电机G单元与压缩机C/电动机M单元，其中这种操作方法涉及起动并点火模式。涡轮/发电机单元T/G运转至标称速度(电网频率)，并且开关SI是闭合的(参见从电网系统至发电机G的电力线110)，S卩，发电机G作为电动机工作。开关S2被断开(见电力线600)，并且活瓣Fl是打开的。压缩机/电动机单元C/Μ由变频器FC通过闭合开关S3(参见从电网系统至变频器FC，并朝向电动机M的电力线410)驱动至速度n2，其中速度n2是燃烧器GT的点火速度。因而，燃烧器被点火。除此之外，该装置对应于图1和图2中的装置。
[0040]图4显示了一种燃气涡轮装置，其基本包括分离的涡轮T/发电机G单元与压缩机C/电动机M单元，其中这种操作方法涉及加载模式。所需成分的燃料流和空气质量流通过控制器CR逐渐地增加:通过燃料控制阀CV引导燃料流910。通过变频器FC和电动机M引导压缩机C的空气质量流，并且活瓣Fl是打开的。发电机G首先消耗来自电网系统的电能，并通过增加燃烧器的热功率，电负荷消耗将得以减少，并且发电机将起动，以便输出能量，即，发电机始终连接在电网系统上，使得不需要同步。开关S2被断开(见电力线600)。开关SI被闭合(参见从发电机G至电网系统的电力线120)。开关S3被闭合(参见从电网系统至变频器FC，并朝向电动机M的电力线410)。
[0041]图5显示了在热负荷和需求/输出发电机功率之间的关系曲线图。纵坐标显示了表示燃气涡轮装置的热负荷的百分比大小。横坐标以需求和输出之间的除值象征发电机功率。在关于需求/输出的除值方面具有20%热负荷的交会处(使涡轮T/发电机G单元自持运转所消耗的压缩机功率在标称速度下在20%满负荷热功率的范围内)，点A反映了两种状态，即反向功率和流向电网的功率。
[0042]图6显示了一种燃气涡轮装置，其基本包括分离的涡轮T/发电机G单元与压缩机C/电动机M单元，其中这种操作方法涉及关闭模式。燃烧器的热功率被减少，直至熄火。控制阀CV被关闭。开关SI被断开，涡轮轴减速，并且在静止时起动转子盘车。开关S3被断开，压缩机轴快速减速，并且在静止时起动转子盘车。活瓣Fl被关闭，以保持涡轮温暖。关闭活瓣的时间点应避免压缩机喘振。在保持准备起动模式的情况下，断开的开关S2被闭合，并且保持速度nl ο
【主权项】
1.一种用于操作燃气涡轮装置的方法，其中所述燃气涡轮装置在电方面连接在电网系统上，并包括分离的压缩机和涡轮轴，以便单独地作为单元操作这两个构件，其中第一单元包括至少一个涡轮(T)和至少一个发电机(G)，并且第二单元包括至少一个压缩机(C)和至少一个电动机(M)，其中各种开关(SI，S2，S3)沿着电力线(100，400，600)进行定位，并且在电方面连接在变频器(FC)和/或电网系统上，其中所述压缩空气管道(700)包括在所述压缩机(C)下游操作的活瓣(Fl)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一开关(SI)沿着第一电力线(100)进行设置，所述第一电力线(100)在所述发电机(G)和所述电网系统之间操作或反之，第二开关(S2)沿着第二电力线(600)进行设置，所述第二电力线(600)在所述电力线(100)和所述变频器(FC)之间操作或反之，第三开关(S3)沿着第三电力线(400)进行设置，所述第三电力线(400)在所述电动机(M)和所述变频器(FC)之间操作或反之，其中第四电力线(500)在所述变频器(FC)和所述电网系统之间操作或反之。3.根据权利要求1，2中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮装置(GT)的操作涉及以下模式的顺序过程或可变组合中的至少一个: -静止模式； -准备起动模式； -起动并点火模式； _加载模式； -关闭模式； -GT跳闸模式。4.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述静止模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中所述开关(SI，S2，S3)经过调整以便断开，其中用于将空气质量流(700)从所述压缩机(C)引入燃烧器(800)的活瓣(FL)被关闭。5.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述准备起动模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中所述涡轮/发电机单元(T/G)通过从所述电网系统至所述变频器(FC)的电力线(510)而运转至速度(nl)，并使沿着电力线(610)设置的所述第二开关(S2)闭合，而所述第一开关(SI)和所述第三开关(S3)仍保持断开，其中用于将空气质量流(700)从所述压缩机(C)引导至燃烧器(800)的活瓣(FL)是打开的，以便引入细微的空气质量流，其中速度(nl)经过选择，以使所述涡轮/发电机轴(200)旋转，使得在1000 rpm的区域中通过叶片换气加热所述涡轮(T)。6.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述起动并点火模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中涡轮/发电机单元(T/G)运转至与电网频率相对应的标称速度，其中沿着电力线(110)设置的所述第一开关(SI)被闭合，使得所述发电机(G)作为电动机工作，其中所述第二开关(S2)被断开，并且所述活瓣(Fl)是打开的，其中所述压缩机/电动机单元(C/Μ)经由电力线(410)通过闭合所述第三开关(S3)而被所述变频器(FC)驱动至速度n2，其中速度n2对应于所述燃气涡轮装置的燃烧器(800)的点火速度。7.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述加载模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中所需成分的所述燃料流和压缩空气质量流(700)通过控制器(CR)经由以下途径逐渐地增加: a)通过所述燃料控制阀(CV)来引导所述燃料流(910); b)通过所述变频器(FC)来引导所述空气质量流(700); c)所述活瓣被打开； 其中所述压缩机/电动机单元(C/Μ)通过闭合所述第三开关(S3)而被所述变频器(FC)驱动(410)，其中所述发电机(G)首先消耗来自所述电网系统的电能，并通过增加所述燃烧器(800)的热功率，电负荷消耗将得以减少，并且所述发电机(G)将经由电力线(120)通过闭合第一开关(SI)而开始输出能量，其中所述发电机(G)始终连接在所述电网系统上，使得不需要同步。8.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述关闭模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中所述燃烧器(800)的热功率得以减少，直至熄火，所述控制阀(CV)被关闭，并且所述第一开关(SI)被断开，其中所述涡轮轴减速，并且在静止时转子盘车(200)被起动，其中所述第三开关(S3)被断开，并且所述压缩机轴快速减速，并且在静止时转子盘车(300)被起动，其中所述活瓣(Fl)被关闭，以保持涡轮(T)温暖，其中在保持准备起动模式的情况下，断开的第二开关(S2)被闭合，并且保持速度nl。9.根据权利要求1至3中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述GT跳闸模式包括由转子盘车驱动的涡轮/发电机单元(T/G)，以及由转子盘车驱动的压缩机/电动机单元(C/M)，其中燃料流通过燃料控制阀(CV)和速闭阀的即时闭合而被停止，其中同时所述第三开关(S3)被断开，且所述压缩机轴(300)快速减速，其中一旦所述发电机(G)消耗能量，那么所述第一开关(SI)就被断开，并且所述涡轮轴减速，其中所述活瓣(Fl)被关闭，以保持涡轮温暖，并且关闭所述活瓣(Fl)的时间点避免了压缩机喘振，其中断开的第二开关(S2)被闭合，并且保持速度nl，以便使所述涡轮(T)保持在准备起动模式下。10.根据权利要求1至9中的一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述涡轮T和所述发电机G与具有中央控制系统的蒸汽发电站相关联，所述中央控制系统控制所述燃气涡轮和所述蒸汽发电站，并且当所述蒸汽发电站存在超过特定限额的功率需求时，所述控制系统造成气体发生器的启动。
【文档编号】F02C7/26GK105909387SQ201610100510
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月24日
【发明人】H.恩格斯塞
【申请人】通用电器技术有限公司