专利名称：双燃料复合轮机设备及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估算双燃料单轴复合设备的蒸汽轮机输出的装置和方法，用于估算燃气轮机输出的装置，以及用于控制双燃料单轴复合设备的装置。
背景技术：
参照图1说明根据相关现有技术的用于控制单轴复合设备的控制方法。如图1所示，单轴复合设备是一个燃气轮机201和蒸汽轮机202通过一个单轴连接起来的设备。
在该单轴复合设备中，根据发电机G的测得的轴输出(基于MW)211和目标发电机输出211a之间的差值控制引燃比(pilot ratio)(主燃料流量和引燃燃料流量之间的比例)。即，为了控制引燃比，知道发电机G的轴输出211就足够了，其中该轴输出211是蒸汽轮机202的输出和燃气轮机201的输出(燃气轮机输出213)的总和。没有必要分别知道蒸汽轮机202的输出和燃气轮机输出213。
相反，根据燃气轮机输出213(基于MW)控制提供到压缩机C的空气量和提供到燃烧室314的空气量。但是，燃气轮机输出213不能直接测量到。因此，运算单元210计算蒸汽轮机的估算输出212(MW换算)，该估算输出从蒸汽轮机202输出。然后，减法器通过从发电机G的测得的轴输出(基于MW)减去蒸汽轮机的估算输出212计算燃气轮机输出213。
在该计算得到的燃气轮机输出213的基础上，计算燃烧室旁路阀开度指令216和IGV开度指令217从而可以在燃气轮机燃烧室214内获得稳定的燃烧状态。启动燃烧室旁路阀220和IGV22从而控制流入压缩机C和燃烧室214的空气量。即，第一信号发生器204接收表示燃气轮机输出213的信号并输出表示最佳燃烧室旁路阀开度的信号216。第二信号发生器205接收表示燃气轮机输出213的信号并输出表示最佳IGV开度的信号217。
在如图2所示的现有的在燃气轮机燃烧室214中使用预混合燃烧器的单燃料单轴复合设备中，在中压轮机入口蒸汽压力231的基础上通过分别乘以蒸汽温度的修正值232、233和蒸汽冷凝器真空度(蒸汽轮机排放压力)234来估算蒸汽轮机输出212，以便提高效率并且降低有害物质(Nox等)的排放量。下文中，利用图的方法估算(估算)的蒸汽轮机输出212称为蒸汽轮机输出230。
图1中计算蒸汽轮机输出212的运算部分210对应于图2中符号A所表示的部分。即，在现有技术中，图2所示的蒸汽轮机输出230作为蒸汽轮机输出212输入到减法器203。
这里，参照图3说明可以如图2所示仅仅基于中压轮机入口蒸汽压力231来计算蒸汽轮机输出230的原因。
图3表示出在单燃料(天然气燃烧型)复合设备中的水和蒸汽的流动。图3示出的水和蒸汽的流动基本上等同于单轴复合设备和多轴复合设备中的水和蒸汽的流动。
通过蒸汽轮机202的效率乘以流入蒸汽轮机202的蒸汽的热能来计算蒸汽轮机输出230。蒸汽的热能通过蒸汽流量乘以蒸汽焓来计算。这样，流入蒸汽轮机202的蒸汽的总热能由以下公式表示(高压蒸汽251的流量)×(高压蒸汽251的焓)+(中压蒸汽258的流量)×(中压蒸汽258的焓)+(低压蒸汽261的流量)×(低压蒸汽261的焓)
中压蒸汽258的流量由中压轮机入口蒸汽压力231和蒸汽冷凝器真空度234之间的差值函数表示。而且，中压蒸汽258的焓由中压轮机入口蒸汽压力231用作为乘数的中压蒸汽温度233修正的函数表示。
在该复合设备中，如图3所示，在高压鼓室(drum)250中产生的高压蒸汽251在高压蒸汽轮机252内工作之后流经低温再加热蒸汽管253，并且在再加热单元254之前和产生于中压鼓室255中的蒸汽256结合，然后作为中压蒸汽258流入中压蒸汽轮机257。即，存在如下所示的公式(高压蒸汽251的流量)＝(中压蒸汽258的流量)-(产生于中压鼓室255中的蒸汽256的量)而且，产生于中压鼓室255中的蒸汽256的量由中压鼓室255的压力的函数表示，而中压鼓室255的压力由管道压力损失加中压蒸汽轮机257的入口蒸汽压力231来表示。这样，高压蒸汽251的流量由中压蒸汽轮机257的入口蒸汽压力231的函数来表示。
而且，低压蒸汽261在蒸汽轮机202内工作之后和中压蒸汽258混合。这样，作为低压蒸汽261的流量的函数的低压蒸汽轮机262的入口蒸汽压力变成中压蒸汽轮机257的入口蒸汽压力231的函数。
这样，通过考虑热交换，中压蒸汽轮机257的入口蒸汽压力231与所有因数相关。这样，通过将蒸汽轮机输出230作为中压蒸汽轮机257的入口蒸汽压力231的函数来进行计算，可以近似地计算出蒸汽轮机输出230。
例如在日本公开专利申请(JP-A-Heisei 9-32508)中公开了一种复合轮机设备，包括燃气轮机和利用来自燃气轮机的排放热产生蒸汽的废气锅炉，以及由来自废气锅炉的蒸汽驱动的、并且通过一个单轴连接于燃气轮机的蒸汽轮机。
发明内容
近来，在燃气轮机燃烧室中使用预混合燃烧器的单轴复合设备中，需要双燃料单轴复合设备，它可以由作为燃料的天然气和燃油(轻油等)驱动，从而即使不提供通常所使用的天然气(由于天然气公司的问题等导致)也可以进行其运行。
在双燃料单轴复合设备中，理想地能够计算蒸汽轮机的输出。
在双燃料单轴复合设备中，理想地能够计算燃气轮机的输出。
在双燃料单轴复合设备中，理想地能够基于所计算的燃气轮机的输出通过控制空气流量获得合适的燃料-空气比。
在双燃料单轴复合设备中，理想地能够基于所计算的燃气轮机的输出控制将要流入压缩机和燃烧器的空气的流量，从而获得合适的燃料-空气比。
在双燃料单轴复合设备中，理想地能够基于所计算的燃气轮机的输出控制将要流入压缩机的空气的流量以及将要经过燃烧室旁路阀的空气的流量，从而获得合适的燃料-空气比。
蒸汽轮机和燃气轮机的这些输出的计算需要利用简易的方法进行。
蒸汽轮机和燃气轮机的这些输出的计算需要利用与现有计算没有很大不同的方法进行。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机的输出的装置，它可以估算双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机的输出。
本发明的另一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机的输出的装置，它可以估算双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出。
本发明的再一个目的是提供一种双燃料单轴复合设备的控制装置，其中通过基于所计算的双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出控制空气流量获得合适的燃料-空气比。
本发明的再一个目的是提供一种双燃料单轴复合设备的控制装置，用于基于所计算的双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出控制将要流入压缩机和燃烧器的空气的流量，从而获得合适的燃料-空气比。
本发明的再一个目的是提供一种双燃料单轴复合设备的控制装置，用于基于所计算的双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出控制将要流入压缩机的空气的流量以及将要经过燃烧室旁路阀的空气的流量，从而获得合适的燃料-空气比。
本发明的再一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机的输出的装置，它可以容易地进行蒸汽轮机的输出的计算。
本发明的再一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出的装置，它可以容易地进行燃气轮机的输出的计算。
本发明的再一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机的输出的装置，其中蒸汽轮机的输出的计算可以利用与现有方法没有很大不同的方法进行。
本发明的再一个目的是提供一种用于估算双燃料单轴复合设备中的燃气轮机的输出的装置，其中燃气轮机的输出的计算可以利用与现有方法没有很大不同的方法进行。
在本发明的一个方面，可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动的轮机设备包括一个蒸汽轮机，该蒸汽轮机包括一个高压蒸汽轮机、一个中压蒸汽轮机和一个低压蒸汽轮机；一个燃气轮机，它通过单一旋转轴连接于蒸汽轮机；一个发电机，它由该旋转轴连接于蒸汽轮机和燃气轮机；以及一个分析装置。该分析装置包括一个压力测量单元，它测量中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力；一个校正估算单元，它估算低压蒸汽轮机的输出的校正值；以及一个估算单元，它基于蒸汽压力和校正值估算蒸汽轮机的输出。
这里，根据流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量计算校正值。
优选地该轮机设备还包括一个检测装置，它检测调节流入低压蒸汽轮机的蒸汽的流量的调节阀的开度；一个入口压力测量装置，它测量调节阀的入口蒸汽压力；以及一个出口压力测量装置，它测量调节阀的出口蒸汽压力。校正值基于开度以及入口蒸汽压力和出口蒸汽压力来计算。
而且，优选地该轮机设备还包括一个第一校正装置，它基于高压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第一校正值；一个第二校正装置，它基于中压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第二校正值；以及一个第三校正装置，它基于从蒸汽轮机接收蒸汽的蒸汽冷凝器中的真空度计算第三校正值。估算单元基于第一校正值、第二校正值和第三校正值估算蒸汽轮机的输出。
而且，优选地该轮机设备还包括一个燃气轮机输出估算装置，它通过从轮机设备的总输出中减去蒸汽轮机的输出来计算燃气轮机的输出。
而且，优选地在气燃料供应到轮机设备的情况下流入低压蒸汽轮机的低压蒸汽的流量不同于在油燃料供应到轮机设备的情况下的低压蒸汽的流量。
而且，优选地该轮机设备还包括一个预加热装置，它预加热气燃料；一个油燃料旁路，经由该油燃料旁路油燃料经过预加热装置；一个除气器，它从预加热装置接收气燃料并从油燃料旁路接收油燃料；以及一个加热蒸汽供应管路，当除气器接收到油燃料时它从低压管向除气器的低压蒸汽轮机入口提供蒸汽以加热。
而且，优选地燃气轮机包括一个预混合燃烧室。
而且，优选地该轮机设备还包括一个燃气轮机输出估算装置，它通过从轮机设备的总输出中减去蒸汽轮机的输出来计算燃气轮机的输出；以及一个燃气轮机空气控制装置，它基于燃气轮机的输出控制流入燃气轮机的空气的流量。
而且，优选地该轮机设备还包括一个压缩机空气控制装置，它基于燃气轮机的输出控制流入包含在燃气轮机中的压缩机的空气的流量。
而且，优选地该轮机设备还包括一个燃烧室空气控制装置，它基于燃气轮机的输出控制流入燃气轮机的燃烧室的空气的流量。
而且，优选地该轮机设备还包括一个旁路阀，用于控制从包含在燃气轮机中的压缩机排出的以及流入包含在燃气轮机中的燃烧室的空气的流量。
在本发明的另一方面，提供一种用于分析可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动的轮机设备的轮机设备分析装置。该轮机设备包括一个蒸汽轮机，它包括一个高压蒸汽轮机、一个中压蒸汽轮机和一个低压蒸汽轮机；一个燃气轮机，它通过单一旋转轴连接于蒸汽轮机；以及一个发电机，它由该旋转轴连接于蒸汽轮机和燃气轮机。该轮机设备分析装置包括一个压力测量单元，它测量中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力；一个校正估算单元，它估算低压蒸汽轮机的输出的校正值；以及一个估算单元，它基于蒸汽压力和校正值估算蒸汽轮机的输出。
优选地根据流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量计算校正值。
而且，优选地该轮机设备分析装置还包括一个检测装置，它检测调节流入低压蒸汽轮机的蒸汽的流量的调节阀的开度；一个入口压力测量装置，它测量调节阀的入口蒸汽压力；以及一个出口压力测量装置，它测量调节阀的出口蒸汽压力。校正值基于开度以及入口蒸汽压力和出口蒸汽压力来计算。
而且，优选地该轮机设备分析装置还包括一个第一校正装置，它基于高压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第一校正值；一个第二校正装置，它基于中压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第二校正值；以及一个第三校正装置，它基于从蒸汽轮机接收蒸汽的蒸汽冷凝器中的真空度计算第三校正值。估算单元基于第一校正值、第二校正值和第三校正值估算蒸汽轮机的输出。
而且，优选地该轮机设备分析装置还包括一个燃气轮机输出估算装置，它通过从轮机设备的总输出中减去蒸汽轮机的输出来计算燃气轮机的输出。
在本发明的另一方面，提供一种可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动的轮机设备的操作方法。该轮机设备包括一个蒸汽轮机；一个通过单一旋转轴连接于蒸汽轮机的燃气轮机；以及一个由该旋转轴连接于蒸汽轮机和燃气轮机的发电机。蒸汽轮机包括一个高压蒸汽轮机、一个中压蒸汽轮机和一个低压蒸汽轮机。该操作方法包括以下步骤利用中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力计算蒸汽轮机的毛输出；计算低压蒸汽轮机的输出的校正值；通过将毛输出和校正值相加计算蒸汽轮机的净输出；以及基于轮机设备的总输出和净输出之间的差值控制燃气轮机。
图1示出控制单轴复合设备的现有方法；图2示出计算现有天然气燃烧型单轴复合设备中的蒸汽轮机输出的现有方法；图3示出现有天然气燃烧型单轴复合设备中的水和蒸汽的流动；图4示出计算根据本发明的一个实施例的双燃料单轴复合设备中的蒸汽轮机输出的方法；图5示出根据本发明的一个实施例的双燃料单轴复合设备中的水和蒸汽的流动；图6是一个框图，示出根据本发明的一个实施例的单轴复合设备中的燃气轮机的构造；以及图7示出控制根据本发明的单轴复合设备的方法。
具体实施例方式
以下将参照
本发明的双燃料单轴复合设备的一个实施例。
首先，参照图4到7说明该实施例。
该实施例涉及一种控制双燃料单轴复合设备的方法，该双燃料单轴复合设备在燃气轮机燃烧室14内具有一个预混合燃烧器并且可以由从天然气和燃油(轻油等)任选的一种作为燃料来驱动。
图5示出双燃料单轴复合设备的构造。在图5中，与采用双燃料相关联，在图3中增加了用来将低压蒸汽78分支并向除气器73提供加热蒸汽74的旁路阀71a和管路74a。
另外，轮机设备包括一个燃烧室空气控制器20a、一个压力计58a、一个开度传感器80a、一个入口压力计80b、以及一个出口压力计80c。燃烧室空气控制器20a基于所估算的燃气轮机1的输出控制流入燃烧室C的空气的流量。压力计58a测量中压蒸汽轮机57入口侧的蒸汽压力并且将蒸汽压力传送到运算单元10，下文将参照图7说明该运算单元10。开度传感器80a检测用于调节流入低压蒸汽轮机62的蒸汽流量的调节阀80的开度。入口压力计80b测量调节阀80的入口蒸汽压力并将入口蒸汽压力传送到运算单元10。出口压力计80c测量调节阀80的出口蒸汽压力并将出口蒸汽压力传送到运算单元10。
在该双燃料单轴复合设备中，如下所述，在使用天然气作为燃料的气体燃烧情况下和在使用油料作为燃料的油料燃烧情况下水和蒸汽的流动是不同的。以下参照图5分成(1)气体燃烧情况和(2)油料燃烧情况两种情况进行说明。
在(1)气体燃烧情况中，从蒸汽冷凝器70出来之后的水71在预加热器72中由来自燃气轮机1的排放气1a加热。从预加热器72出来之后的水例如被加热到130℃。尽管它经过除气器73，但是它并没有由除气器73加热(没有停顿地经过)并且被传送到供水泵73a、73b。
在(2)油料燃烧情况中，我们假设从蒸汽冷凝器70出来之后的水71经过预加热器72。那么，包含在燃油中的硫成分在燃气轮机1中变成SOx并且包含在燃气轮机1的排放气1a中。这样，SOx沉积在预加热器72上并且由预加热器72中的水冷却，这将带来腐蚀预加热器72的情况。为避免这种情况，在油料燃烧情况中，从蒸汽冷凝器70出来之后的水71通过旁路阀71a直接传送到除气器73而不经过预加热器72。这种情况下，水71不经过预加热器72并且不由预加热器72加热。这样，需要由除气器73加热。在除气器73中的加热操作需要加热的蒸汽74。在从低压鼓室77产生的低压蒸汽78分支之后使用该加热的蒸汽74。
如上所述，在(1)气体燃烧情况中，从低压鼓室77产生的蒸汽78全部传送到蒸汽轮机2。在(2)油料燃烧情况中，从低压鼓室77产生的蒸汽78的绝大部分用做除气器73中的加热的蒸汽74。这样，传送到蒸汽轮机2的蒸汽79很少。
这样，在(1)气体燃烧情况下和在(2)油料燃烧情况下流入低压蒸汽轮机62的蒸汽流量79不同，即使中压蒸汽轮机57的入口蒸汽压力3 1相同。因而，在蒸汽轮机输出12之间存在不同。因此，该实施例基于发明人的上述观点而提出。
根据上述观点，在双燃料单轴复合设备中，如果将常规上应用到仅仅为天然气燃烧型的单轴复合设备中的控制方法(如图2所示基于中压蒸汽轮机57的入口蒸汽压力31计算蒸汽轮机输出30，以及基于蒸汽轮机输出30计算燃烧室旁路阀开度指令16和IGV开度指令17)应用于控制燃烧室旁路阀20和IGV21，那么不能获得稳定的燃烧，这将导致问题产生。
首先，说明应用该实施例的单轴复合设备的基本操作。
如图5所示，由压缩机C压缩的空气与燃烧室14中的燃料混合并在其中燃烧。高温燃烧空气在燃气轮机1中膨胀，从而燃气轮机的输出增大。而且，来自燃气轮机1的排放气1a提供到排热回收锅炉118。然后，通过热交换从提供到预加热器72的水产生蒸汽。所产生的蒸汽提供到高压蒸汽轮机52、中压蒸汽轮机57和低压蒸汽轮机62。进而，传送到高压蒸汽轮机52的蒸汽由再热器54再次加热。然后，它被提供到中压蒸汽轮机57从而获得输出。这样获得的输出由发电机G收集。在单轴复合设备中，燃气轮机1和三种蒸汽轮机52、57和62由同一个轴通过联轴器连接。从这些轮机提供压缩机C的驱动力。热量被排热回收锅炉118回收的排放气排放到大气中。能量被低压蒸汽轮机62收集的蒸汽在蒸汽冷凝器70中转变成水，并且通过冷凝泵70a被再次提供到排热回收锅炉118。
蒸汽轮机2具有三条管线，即高压管线、中压管线、以及低压管线。经过冷凝泵70a并提供到预加热器72之后的水被提供到除气器73(在(1)气体燃烧情况中)。经过除气器73之后，它分成一个低压系统和一个高中压系统。在低压系统，经过低压泵73a、低压节热器(economizer)73c、低压鼓室77和低压过热器77a之后所产生的低压蒸汽流入低压蒸汽轮机62。在高中压系统，经过高中压泵73b、中压节热器73d和中压鼓室55之后所产生的蒸汽56和流经低温预加热蒸汽管53的蒸汽(在高压蒸汽轮机52内做功后进入低温预加热蒸汽管53的高压蒸汽51)合并。然后，在由再加热器54加热之后，它作为中压蒸汽58流入中压蒸汽轮机57。而且，经过高中压泵73b、高压节热器73e、高压鼓室50和高压过热器50a之后所产生的高压蒸汽51流入高压蒸汽轮机52。顺便指出，低压蒸发器77b、中压蒸发器55a和高压蒸发器55b分别连接于低压鼓室77、中压鼓室55和高压鼓室50。
参照图7说明控制相关技术的单轴复合设备的控制方法。如图7所示，该单轴复合设备中燃气轮机1和蒸汽轮机2由单轴连接。
在该单轴复合设备中，根据发电机G的测得的轴输出(基于MW)11和目标发电机输出11a之间的差值控制引燃比(主燃料流量和引燃燃料流量之间的比例)。即，为了控制引燃比，知道发电机G的轴输出11就足够了，其中该轴输出11是蒸汽轮机2的输出和燃气轮机1的输出(燃气轮机输出13)的总和。没有必要分别知道蒸汽轮机2的输出和燃气轮机输出13。
相反，根据燃气轮机输出13(基于MW)控制提供到压缩机C的空气量和提供到燃烧室14的空气量。但是，燃气轮机输出13不能直接测量到。因此，运算单元10计算蒸汽轮机的估算输出12(MW换算)，该估算输出从蒸汽轮机2输出。然后，减法器通过从发电机G的测得的轴输出(基于MW)减去蒸汽轮机的估算输出212计算燃气轮机输出13。
在该计算得到的燃气轮机输出13的基础上，计算燃烧室旁路阀开度指令16和IGV开度指令17从而可以在燃气轮机燃烧室14内获得稳定的燃烧状态。启动燃烧室旁路阀20和IGV21从而控制流入压缩机C和燃烧室14的空气量。即，第一信号发生器4接收表示燃气轮机输出13的信号并输出表示最佳燃烧室旁路阀开度的信号16。第二信号发生器5接收表示燃气轮机输出13的信号并输出表示最佳IGV开度的信号17。
这里，参照图6说明包括如图5和7所示的燃气轮机燃烧室14、燃烧室旁路阀20和IGV21的燃气轮机1。
图6是表示燃气轮机1的构造的示意图。燃气轮机1具有一个轮机主体100和一个燃烧装置110。
燃烧装置110具有多个(m个)燃烧室。这里，在对于所有多个燃烧室14-1到14-m具有相同的说明的情况下，它们都称为燃烧室14，而在仅仅针对单一燃烧室的说明的情况下，称之为燃烧室14-1(表示第一燃烧室)。属于燃烧室14的部件的旁路空气导管117、旁路阀20、旁路空气混合管119、燃烧气导管120、主燃料供应阀115和引燃燃料供应阀116类似参引。
图6示意性地仅仅表示出燃烧室14中的第一燃烧室14-1。以下基于燃烧室14-1及其相关结构进行说明。
轮机主体100包括具有IGV21、旋转轴103和涡轮机104的压缩机C。而且，燃烧装置110包括压缩空气引导单元112、旁路空气导管117-1、旁路阀20-1、旁路空气混合管119-1、燃烧气导管120-1、燃烧室14-1、主燃料流量控制阀113、引燃燃料流量控制阀114、主燃料供应阀115-1和引燃燃料供应阀116-1。发电机G和蒸汽轮机2连接于燃气轮机1。
从外部导入的空气由压缩机C压缩并提供到每个燃烧室14。另一方面，一部分燃料经引燃燃料流量控制阀114传送到每个燃烧室14的引燃燃料供应阀116，从该引燃燃料供应阀116燃料被导入每个燃烧室14。而且，其余燃料经主燃料流量控制阀113传送到每个燃烧室14的主燃料供应阀115，从该主燃料供应阀115燃料被导入每个燃烧室14。所导入的空气和燃料在每个燃烧室14内燃烧。通过燃烧所产生的燃烧气流入涡轮机104从而转动涡轮机104。其旋转能导致发电机G产生电能。
以下将说明图6中的各个部分。首先，说明轮机主体100。
涡轮机104连接于用于将燃烧气排到外部的管路以及燃烧气导管120。涡轮机104通过旋转轴103连接于压缩机C、发电机G和蒸汽轮机2。涡轮机104从燃烧室14通过燃烧气导管120接收燃烧气的供应。通过将燃烧气能量转换为旋转能而转动涡轮机104。该旋转使得发电机G、压缩机C和蒸汽轮机2转动。用于产生电能的燃烧气(排放气1a)提供到排热回收锅炉118。
压缩机C连接于压缩空气引导单元112和用于从外部导入空气的管路。压缩机C通过旋转轴103连接于涡轮机104、发电机G和蒸汽轮机2。压缩机C由涡轮机104的转动传动而转动。在压缩机C内，其转动导致空气从外部导入。然后，压缩机C压缩所导入的空气并传送到燃烧室14。
IGV(入口导流片)21是压缩机C空气导入侧上的旋转叶片。IGV21的开度(角度)的控制使得能够调节导入压缩机C的空气的流量，即使转数恒定。IGV21的开度由IGV开度指令17控制。IGV21通过打开IGV21向压缩机C导入大量空气，以便在高负荷情况下针对大量受控燃料保持合适的燃料-空气比。通过关闭IGV21向压缩机C导入少量空气，以便在低负荷情况下针对少量受控燃料保持合适的燃料-空气比。
旋转轴103连接于压缩机C、涡轮机104、发电机G和蒸汽轮机2，并且它是向压缩机C、发电机G和蒸汽轮机2传输涡轮机104的旋转力的轴。
发电机G通过旋转轴103连接于涡轮机104。它是电能产生装置，它将涡轮机104的旋转能转换为电能。
以下将说明燃烧装置110。
压缩空气引导单元112是用于引导连接于压缩机C的导管和燃烧装置110的壳体(腔室)等内的空气的空间。它将由压缩机C压缩的压缩机排放空气导入燃烧室14-1。
在旁路空气导管117-1中，其一端开口并且连接于压缩空气引导单元112，而另一端连接于旁路阀20-1。导管将压缩机排放空气中的没有提供到燃烧室14-1的成分旁流到涡轮机104。
在旁路阀(燃烧室旁路阀)20-1中，其一端连接于旁路空气导管117-1，而另一端连接于旁路空气混合管119-1。旁路阀控制经过旁路空气导管117-1的空气的流量。空气流量由燃烧室旁路阀开度指令16控制。通过关闭燃烧室旁路阀20向燃烧室14提供大量空气，以便在高负荷情况下针对大量受控燃料保持合适的燃料-空气比。通过打开燃烧室旁路阀20向燃烧室14提供少量空气，以便在低负荷情况下针对少量受控燃料保持合适的燃料-空气比。
在旁路空气混合管119-1中，其一端连接于旁路阀20-1，而另一端连接于燃烧气导管120-1。经过旁路阀20-1的空气提供到燃烧气导管120-1以便与产生在燃烧室14-1中的燃烧气混合。
在主燃料流量控制阀113中，其一端连接于用于从外部提供燃料的管路，而另一端连接于和多个主燃料供应阀115(-1到m)相连的管路。主燃料流量控制阀113控制从外部提供到燃烧室14的燃料的流量。经过主燃料流量控制阀113的燃料用在燃烧室14的主燃烧器内。
在主燃料供应阀115-1内，其一端连接于与主燃料流量控制阀113相连的管路，而另一端连接于和燃烧室14-1的主燃烧器相连的管路。主燃料供应阀115-1是用于控制提供到燃烧室14-1的主燃烧器的燃料的阀。
在引燃燃料流量控制阀114中，其一端连接于用于从外部提供燃料的管路，而另一端连接于和多个引燃燃料供应阀116(-1到m)相连的管路。引燃燃料流量控制阀114控制从外部提供到燃烧室14的燃料的流量。经过引燃燃料流量控制阀114的燃料用在燃烧室14的引燃燃烧器内。
在引燃燃料供应阀116-1中，其一端连接于与引燃燃料流量控制阀114相连的管路，而另一端连接于和燃烧室14-1的引燃燃烧器相连的管路。引燃燃料供应阀116-1是用于控制提供到燃烧室14-1的引燃燃烧器的燃料的阀。
燃烧室14-1连接于用于提供空气的压缩空气引导单元112、用于提供燃料的和主燃料供应阀115-1相连的管路、用于提供燃料的和引燃燃料供应阀116-1相连的管路、以及用于传送出燃烧气的燃烧气导管120-1。然后，它接收空气和燃料的供应，燃烧它们，并且产生高温高压的燃烧气。所产生的燃烧气传送到涡轮机104。
在燃烧气导管120-1中，其一端连接于燃烧室14-1，而另一端连接于涡轮机104。而且，旁路空气混合管119-1结合于其中间。管路向涡轮机104提供燃烧气和旁路空气。
在该实施例中，在图7中，蒸汽轮机的估算输出12的计算方法不同于现有方法，其中当计算燃气轮机输出13时该估算输出12输入减法器3中。即，运算单元10的构造不同于现有方法中的运算单元。
如上所述，通常，蒸汽轮机输出30仅仅基于中压蒸汽轮机57的入口蒸汽压力31来计算，如图2所示。但是，在该实施例中，还要考虑到流入低压蒸汽轮机62的蒸汽流量79来计算蒸汽轮机输出90。这里，由图2的方法计算的蒸汽轮机输出12表示为蒸汽轮机输出30，而由图4的方法计算的蒸汽轮机输出12表示为蒸汽轮机输出90。
流经低压蒸汽调节阀80(参见图5)的蒸汽流量79可以由以下公式表示
W＝C×P0×A×K×φcrW通阀流量(kg/h)C阀流量系数(固定值)P0阀入口压力(kg/cm2abs)A阀行程面积(cm2)K临界流动系数(1/hr)(固定值)φcr临界流量系数通阀流量W是流入低压蒸汽调节阀80的蒸汽流量79。
阀入口压力P0是低压蒸汽调节阀80的入口侧(参见符号81)上的压力。
阀行程面积A是低压蒸汽调节阀80的开度。
这里，临界流量系数φcr可以从低压蒸汽调节阀80的前端压力81即阀入口压力P0以及低压蒸汽调节阀80的后端压力82即低压蒸汽轮机62的入口蒸汽压力82计算。
如果已知低压蒸汽轮机62的入口蒸汽压力82、低压蒸汽调节阀80的开度85，即阀行程面积A、以及低压蒸汽调节阀80的前端压力81，即阀入口压力P0，那么可以根据上述公式计算流入低压蒸汽轮机62的蒸汽流量79(W)。
如果确定了流入低压蒸汽轮机62的蒸汽流量79，那么可以从由蒸汽在低压蒸汽轮机62内的做功量和低压蒸汽轮机62的轮机效率基于MW计算流入低压蒸汽轮机62的蒸汽所产生的蒸汽轮机输出当量(低压轮机输出校正量88)。
如上所述计算的流入低压蒸汽轮机62的蒸汽79所产生的蒸汽轮机输出当量88加到根据中压蒸汽轮机57的入口蒸汽压力31计算的蒸汽轮机输出当量30。这样可以计算精确的蒸汽轮机输出当量90。图4表示出该过程。在图4中，低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)假定由低压蒸汽调节阀80控制并压缩为一个近似恒定的值。
低压蒸汽调节阀开度85(A)以及低压蒸汽轮机入口蒸汽压力82输入到第七信号发生器91。从第七信号发生器91输出作为标准值的信号91a。当低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)为如上所述控制的恒定值时该标准值91a对应于W(＝C×P0×A×K×φcr)。
在第七信号发生器91中，最初，计算W所需的低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)当假定它被控制为恒定值(近似为固定值)时不被输入。同样，在第七信号发生器91中，即使计算由低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)和低压蒸汽调节阀的后端压力82确定的φcr时，低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)也恒定并且不影响φcr，因此不需要输入。对于第七信号发生器91的输入输出关系，随着低压蒸汽调节阀的的开度(A)或者低压蒸汽轮机入口蒸汽压力82增大，信号91a趋向于逐渐增大。
低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)输入第八信号发生器92，并且从第八信号发生器92输出校正值的信号92a。在第八信号发生器92中，如果低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)等于受控的恒定值，则输出值为1.0。如果低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)超过受控的恒定值，则输出值超过1.0。并且，如果低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)小于受控的恒定值，则输出值小于1.0。这样，与在假定低压蒸汽调节阀的前端压力81(P0)为恒定从而不被输入第七信号发生器91中情况下产生的标准值91a相比，前端压力81(P0)的实际值(和受控恒定值的偏差)影响到控制。
乘法器93将信号91a和校正值的信号92a相乘并输出流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79(W)的信号。
流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79的信号输入到第九信号发生器94中，并且从第九信号发生器94输出低压蒸汽轮机输出校正量88。第九信号发生器94输出从流入低压蒸汽轮机的基于MW的蒸汽流量79、流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79在低压蒸汽轮机内的做功量、和低压蒸汽轮机的效率所得到的蒸汽轮机输出当量(低压蒸汽轮机输出校正量88)。对于第九信号发生器94的输入输出关系，随着流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79增大，低压蒸汽轮机输出校正量88趋向于逐渐增大。
加法器95将蒸汽轮机输出当量30和低压蒸汽轮机输出校正量88相加并输出蒸汽轮机的输出90。
在图7中，该实施例的用于计算蒸汽轮机的输出12的运算单元10对应于图4的由符号B表示的部分。B中包括两个部分，即蒸汽轮机输出估算单元B-1和校正估算单元B-2，也就是说，在该实施例中，图4中所表示的蒸汽轮机输出90作为蒸汽轮机输出12输出到减法器3中。
顺便指出，在图4中，计算蒸汽轮机输出当量30的方法基本上对应于图2中由箭头A表示的结构。即，表示中压蒸汽轮机57的入口蒸汽压力31的信号输入到第三信号发生器6，并且从第三信号发生器6输出的蒸汽轮机输出(MW)的信号30a是标准值。对于第三信号发生器6的输入输出关系，随着中压蒸汽轮机入口蒸汽压力31的增大，蒸汽轮机输出的信号30a趋向于逐渐增大。
表示高压蒸汽轮机52的入口蒸汽温度32的信号输入到第四信号发生器7，并且从第四信号发生器7输出第一校正值的信号30b。在第四信号发生器7中，当确定一定的温度为标准时，如果高压蒸汽轮机52的入口蒸汽温度32等于该温度，则输出值33b为1.0。如果它高于该温度，则在假定它具有相应的焓的情况下输出值33b具有超过1.0的值(例如1.01)。并且，如果它低于该值，则输出值33b具有小于1.0的值。
表示中压蒸汽轮机57的入口蒸汽温度33的信号输入到第五信号发生器8，并且从第五信号发生器8输出第二校正值的信号30c。在第五信号发生器8中，当确定一定的温度为标准时，如果中压蒸汽轮机57的入口蒸汽温度33等于该温度，则输出值33c为1.0。如果它高于该温度，则在假定它具有相应的焓的情况下输出值33c具有超过1.0的值(例如1.01)。并且，如果它低于该值，则输出值33c具有小于1.0的值。
表示蒸汽冷凝器70的真空度(蒸汽轮机2的排放压力)34的信号输入到第六信号发生器9，并且从第六信号发生器9输出第三校正值的信号30d。在第六信号发生器9中，当确定一定的压力为标准时，如果蒸汽冷凝器70的真空度(蒸汽轮机2的排放压力)34等于该压力，则输出值33d为1.0。如果它高于该压力，则输出值33d具有超过1.0的值(例如1.01)。并且，如果它低于该压力，则输出值33d具有小于1.0的值。
乘法器7a将蒸汽轮机输出的信号30a和第一校正值的信号30b相乘并输出蒸汽轮机输出的信号30e。
乘法器8a将蒸汽轮机输出的信号30e和第二校正值的信号30c相乘并输出蒸汽轮机输出的信号30f。
乘法器9a将蒸汽轮机输出的信号30f和第三校正值的信号30d相乘并输出蒸汽轮机输出(当量)的信号30。
(1)在气体燃烧的情况下，产生在低压鼓室77中的绝大多数蒸汽78流入蒸汽轮机2(流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79具有高值)。这样，低压蒸汽轮机输出校正量88高。
(2)在油料燃烧情况下，产生在低压鼓室77中的绝大多数蒸汽78用于除气器73的加热蒸汽74，只有一部分蒸汽78流入蒸汽轮机2(流入低压蒸汽轮机的蒸汽流量79具有高值)。这样，低压蒸汽轮机输出校正量88低。
通过将根据图4中的逻辑确定的蒸汽轮机输出当量90应用到图7所示的控制逻辑的蒸汽轮机输出12，即使在(1)气体燃烧的情况下和(2)油料燃烧情况下，都可以精确计算蒸汽轮机的估算输出12，这是因为精确确定燃气轮机的输出13。这样，通过在燃气轮机燃烧室14中总是获得稳定的燃烧状态，可以通过计算确定燃烧室旁路阀开度指令16和IGV开度指令17。因此，可以启动燃烧室旁路阀20和IGV21以控制导入压缩机C和燃烧室14的空气量。
根据该实施例，在可以采用天然气和石油作为燃料的双燃料单轴复合设备中，在(1)气体燃烧的情况下和(2)油料燃烧情况下都可以精确计算蒸汽轮机输出12。而且，在燃烧室14中，无论在(1)气体燃烧的情况下还是(2)油料燃烧情况下都可以获得稳定的燃烧状态。
根据该实施例，可以利用简易的方法计算蒸汽轮机输出12或者燃气轮机输出13，并且可以利用与现有方法没有很大不同的方法计算蒸汽轮机输出12或者燃气轮机输出13。
根据该实施例，在双燃料单轴复合设备中，可以计算燃气轮机的输出。
权利要求
1.一种可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动的轮机设备，包括一个蒸汽轮机，它包括一个高压蒸汽轮机、一个中压蒸汽轮机和一个低压蒸汽轮机；一个燃气轮机，它通过单一旋转轴连接于所述蒸汽轮机；一个发电机，它由所述旋转轴连接于所述蒸汽轮机和所述燃气轮机；以及一个分析装置，该分析装置包括一个压力测量单元，它测量所述中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力；一个校正估算单元，它估算所述低压蒸汽轮机的输出的校正值；以及一个估算单元，它基于所述蒸汽压力和所述校正值估算所述蒸汽轮机的输出。
2.如权利要求1所述的轮机设备，其特征在于，根据流入所述低压蒸汽轮机的蒸汽流量计算所述校正值。
3.如权利要求1或2所述的轮机设备，还包括一个检测装置，它检测调节流入所述低压蒸汽轮机的蒸汽的流量的调节阀的开度；一个入口压力测量装置，它测量所述调节阀的入口蒸汽压力；以及一个出口压力测量装置，它测量所述调节阀的出口蒸汽压力，并且基于所述开度和所述入口蒸汽压力和所述出口蒸汽压力计算所述校正值。
4.如权利要求1到3中任一项所述的轮机设备，还包括一个第一校正装置，它基于所述高压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第一校正值；一个第二校正装置，它基于所述中压蒸汽轮机的入口侧蒸汽温度计算第二校正值；以及一个第三校正装置，它基于从所述蒸汽轮机接收蒸汽的蒸汽冷凝器中的真空度计算第三校正值，其中，所述估算单元基于所述第一校正值、所述第二校正值和所述第三校正值估算所述蒸汽轮机的输出。
5.如权利要求1到4中任一项所述的轮机设备，还包括一个燃气轮机输出估算装置，它通过从所述轮机设备的总输出中减去所述蒸汽轮机的输出来计算燃气轮机的输出。
6.如权利要求1到5中任一项所述的轮机设备，其特征在于，在所述气燃料供应到所述轮机设备的情况下流入所述低压蒸汽轮机的低压蒸汽的流量不同于在所述油燃料供应到所述轮机设备的情况下的所述低压蒸汽的流量。
7.如权利要求1或6所述的轮机设备，还包括一个预加热装置，它预加热所述气燃料；一个油燃料旁路，经由该油燃料旁路所述油燃料经过所述预加热装置；一个除气器，它从所述预加热装置接收所述气燃料并从所述油燃料旁路接收所述油燃料；以及一个加热蒸汽供应管路，当所述除气器接收到所述油燃料时它从低压管向所述除气器的所述低压蒸汽轮机入口提供蒸汽以加热。
8.如权利要求1或7所述的轮机设备，其特征在于，所述燃气轮机包括一个预混合燃烧室。
9.如权利要求1到8中任一项所述的轮机设备，还包括一个燃气轮机输出估算装置，它通过从所述轮机设备的总输出中减去所述蒸汽轮机的输出来计算燃气轮机输出；以及一个燃气轮机空气控制装置，它基于所述燃气轮机输出控制流入所述燃气轮机的空气的流量。
10.如权利要求9所述的轮机设备，还包括一个压缩机空气控制装置，它基于所述燃气轮机输出控制流入包含在所述燃气轮机中的压缩机的空气的流量。
11.如权利要求9或10所述的轮机设备，还包括一个燃烧室空气控制装置，它基于所述燃气轮机输出控制流入包含在所述燃气轮机中的燃烧室的空气的流量。
12.如权利要求9到11中任一项所述的轮机设备，还包括一个旁路阀，用于控制从包含在所述燃气轮机中的压缩机排出的以及流入包含在所述燃气轮机中的燃烧室的空气的流量。
13.如权利要求1到12中任一项所述的分析装置。
14.一种可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动的轮机设备的操作方法，该轮机设备包括一个蒸汽轮机；一个通过单一旋转轴连接于所述蒸汽轮机的燃气轮机；以及一个由所述旋转轴连接于所述蒸汽轮机和所述燃气轮机的发电机，其中所述蒸汽轮机包括一个高压蒸汽轮机；一个中压蒸汽轮机；和一个低压蒸汽轮机，其中所述分析方法包括以下步骤利用所述中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力计算所述蒸汽轮机的毛输出；计算所述低压蒸汽轮机的输出的校正值；通过将所述毛输出和所述校正值相加计算所述蒸汽轮机的净输出；以及基于所述轮机设备的所述净输出和所述总输出之间的差值控制所述燃气轮机。
全文摘要
一种轮机设备，包括一个蒸汽轮机；一个连接于蒸汽轮机的燃气轮机；一个发电机；以及一个分析装置。蒸汽轮机包括一个高压蒸汽轮机、一个中压蒸汽轮机和一个低压蒸汽轮机。该轮机设备可以由从气燃料和油燃料中任选的一种驱动。分析装置根据中压蒸汽轮机入口侧的蒸汽压力和校正值估算蒸汽轮机输出。校正值的计算考虑了气燃料情况和油燃料情况之间的不同的影响。分析装置通过计算所估算的蒸汽轮机的输出和轮机设备的总输出之间的差值来估算燃气轮机输出。利用所估算的燃气轮机输出来操作燃气轮机。
文档编号F01D17/00GK1500979SQ20031011494
公开日2004年6月2日 申请日期2003年11月13日 优先权日2002年11月13日
发明者田中聪史, 治, 田中享治 申请人:三菱重工业株式会社