专利名称：操作燃气轮机组的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的操作燃气轮机组的方法。
背景技术：
从US5353585中已得知一种方法，其中，雾化水在燃气轮机组的压缩机之前导入吸入空气流中。由于蒸发冷却作用，所述吸入空气的密度会增大，进而，工作流体的质量流和所述燃气轮机组的可达到的最大功率也会随之增加。
在US6216443中，所提出的喷射水以下述方式进行，即液滴进入压缩机。液滴在压缩过程中于所述压缩机内蒸发，这样就会对所述压缩机产生强烈的内部冷却。除了可增加质量流的作用以外，所述压缩机之前的蒸发冷却还会降低所述压缩机所占用的功率，并且压缩机出口温度也会降低，从而，可增加在随后的燃烧室中燃烧的燃料量。总体上，这样就会使所述燃气轮机组的可达到的最大功率增加，当然，所述最大功率主要受所述工作流体的质量流和许可涡轮机入口温度限制。
而且，从US6012279中可得知在两个局部压缩机之间喷射液体。一方面，这可在第一和第二局部压缩机中的压缩步骤之间同样实现对所述工作流体的冷却，另一方面，还可在第二压缩步骤之中同样实现对所述工作流体的冷却。
在专家界中，压缩机中的流体喷射通常涉及到不同概念，例如“高雾化(high fogging)”、“过雾化(overfogging)”、“湿压缩(wet compression)”和“过喷冷却(overspray cooling)”。应当提及的是，例如如FR1563749所述，在任何情况下，正面作用已为大家本身公知很长时间。所述工作流体中的液体在压缩过程中的蒸发可使相当好地接近于等温压缩，等温压缩对装置方面的要求相对较少。
现在还知道，为了冷却所述工作流体，使用作为中间冷却器的热交换器或真正地使用致冷机冷却所述吸入空气。
压缩机中的中间冷却器在整个操作范围内均以满冷却功率频繁操作。现代燃气轮机组在宽的负载范围内偏离本身最大良好设计点操作。
US6216443提出，液体喷射应只在以下情况时实施，即当所述燃气轮机组在没有水喷射的情况下一直在满载下操作时和当额定功率仍高于实际交付的有效功率时。这意味着，所述燃气轮机组本身在所述压缩机的最大入口体积流量的情况下操作，并且涡轮机入口温度处于最大许可值。通过向所述压缩机中喷射液体冷却所述工作流体用于进一步增加功率。在此处所提出的方法中，喷射水的必需质量流最初依据必需提供的附加有效功率确定和喷射。因此，所述燃气轮机组会偏离满载点，并且燃料供给会连续地增加直到所述燃气轮机组再次在满载条件下操作为止，所述燃气轮机组在满载条件下操作，也即在最大许可涡轮机入口温度并且如有必要则完全打开的入口导翼列的情况下操作。
然而，在实践中，人们发现，在水滴从喷射位置到达压缩机入口之前可存在大约0.5至2秒的持续时间。同样地，所述燃气轮机组中频繁使用的调节和控制机构中的构件的切换时间会延迟对水喷射所引起的温度变化的探测，因此，还会延迟它们对燃料供给的作用。这样，就会发现，水喷射只有在经过一段时滞之后才变得有效。相似地，不可能实现喷射水量的任意快速达到和喷射水量的任意快速增加。而且，人们还发现，控制线路的上述无效时间和延迟时间会以下述方式降低控制回路的稳定性，即可能反应速度大大降低。因此，总而言之，在压缩过程中采用冷却所述工作流体的措施特别是在压缩机之前喷射水不能无限制地用于快速增加功率。
发明内容
在此，本发明旨在提供帮助。其特征如权利要求书中所述的本发明基于以下目的，即提供一种在本说明书最开始部分所引用类型的但可避免现有技术的不足的方法。特别地，所述方法可使得非常快速、实际无滞后地对燃气轮机组的实际高于其基本满载功率的功率需求作出反应。在这一点上，所述燃气轮机组的所述基本满载功率是指，所述燃气轮机组在不具有水喷射或另一个可变非永久性操作的冷却系统的情况下在通常环境条件下-特别是具有主要影响的环境温度和环境压力-所能产生的有效功率。
根据本发明，利用权利要求1中的所有技术特征可实现上述目的。
在接近于或超过所述燃气轮机组的所述基本满载功率的功率需求的情况下，本发明的核心是通过在压缩之前和/或在压缩的过程中和/或在两个压缩步骤之间冷却所述工作流体以下述方式调节所述满载功率，即所述燃气轮机组一直在低于所述满载功率的情况下操作。在这一点上，所述满载功率应理解为当以下情况时所产生的有效功率，即当过程参数例如涡轮机入口温度或在具有顺序燃烧的燃气轮机组的情况下的所有涡轮机入口温度达到最大许可值时，或当压缩机出口温度或压缩机出口压力达到最大许可值同时所述压缩机的吸入体积流量达到其最大值时。在具有可调节入口导翼列的燃气轮机组的情况下，所述吸入体积流量主要由所述入口导翼列的设定值确定；在这种情况下，最大入口体积流量对应于完全打开的入口导翼列。不言而喻，在例如从EP620362或US5454220中所得知的具有顺序燃烧的燃气轮机组的情况下，所有涡轮机的涡轮机入口温度分别为用于所述满载操作定义的相应的最大许可值。如开始时所述，如果所述工作流体的冷却发生在压缩过程之前或压缩过程之中，在以上述方式定义的工作点(工况)下所交付的功率就会增加，具体地讲，原因如下，一方面，由于在所述压缩机之前的冷却会增加所述工作流体的质量流，另一方面，由于在压缩过程中冷却的情况下会降低特有压缩机功率消耗。而且，压缩机出口温度会降低，从而，可供给更多的热量，这就意味着，所述满载功率会增加。特别地，当液体喷雾在压缩机入口之前喷洒到所述工作流体中时，同时会有液滴渗入到所述压缩机中，因此，借助于蒸发冷却可利用上述两方面的作用。由于通过采用上述方式所述满载功率在任一情况下均会以下述方式设定，即所述燃气轮机组在低于所述满载功率的情况下操作，因此，可得到可快速启用的备用功率。由于所述燃气轮机组本身始终通过调节所述满载功率操作而具有备用功率，所述备用功率可通过向压缩工作流体增加热量供给即在对开环过程操作的燃气轮机组的情况下通过向燃烧室增加燃料供给直接调用，因此，可以非常简单的方式实际无延迟地对迅猛的功率需求作出反应。这就意味着，在功率需求快速变化的情况下，例如通常在过高频率或过低频率的情况下，不必区别对待具有冷却的操作和不具有冷却的操作。
换言之，也可这样叙述，所述吸入空气的冷却或空气的中间冷却主要不是用于将所述燃气轮机组的功率调节至位于所述基本满载功率之上的额定值或改变有效功率输出，根据本发明，而是用于调节所述满载点，即实际用于使燃气轮机工作程序与不同的基准系统匹配。
为了冷却所述工作流体，在根据本发明的所述方法的一个优选方法改变例中，液体特别是水在所述压缩机入口上游喷射。由于蒸发作用，会使所述工作流体的质量流在压缩之前冷却。如果液体渗入到所述压缩机之中-可能由于喷射位置距离所述压缩机入口非常近或由于喷射量非常大使得所述工作流体在所述压缩机入口处出现过饱和-渗入的液体在压缩过程中会继续起到冷却作用。在这种情况下，导入的液体量用于度量冷却作用。
在本发明的一个实施例中，所述满载功率由标准满载功率并通过相应的修正项变换确定，其中，所述标准满载功率是在ISO环境条件即15℃的空气温度、1013hPa的空气压力和60％的相对空气湿度的条件下确定的，所述修正项用于考虑环境压力、温度和湿度与标准条件的偏差。这种变换对本领域技术人员来说非常熟悉，并且燃气轮机的制造商对他们的不同类型的机器指定了相应的修正项。而且，在计算过程中要考虑到所述冷却作用。在此，机器特定的相应修正公式的确定对本领域技术人员来说也非常熟悉。
在本发明的一个实施例中，所述冷却作用以下述方式设定，即涡轮机入口温度比最大许可涡轮机入口温度低一定值。因此，所述冷却作用会被控制得使涡轮机入口温度达到额定值，所述额定值低于最大许可涡轮机入口温度。
本发明的另一个实施例优选在以下情况时使用，即在所述燃气轮机组具有至少一个可调节入口导翼列且所述燃气轮机组的操作概念是控制所述入口导翼列的设定值使涡轮机入口温度即使在低于所述满载功率的情况下也保持为最大值时。随后，所述冷却作用可以下述方式控制，即某一入口导翼列设定值作为目标值。所述冷却作用的控制目标是使所述入口导翼列设定值达到额定值，在所述额定值下，所述压缩机的入口体积流量小于入口导翼列完全打开时的最大可能值。
在又一个实施例中，实际相对功率由所述燃气轮机组的实际有效功率和如上所述确定的所述满载功率确定。所述冷却作用以下述方式设定，即所述相对功率实际值在恒定的实际有效功率下被控制至额定值，因此，所述满载功率也会以上述这种方式变化。因此，所述冷却作用可被控制得达到满载性能，在所述满载性能下，所述实际有效功率比所述满载功率低一定的百分比。所述相对功率实际值通过调节所述满载功率使相对功率达到低于100％特别是处于90％至95％的范围内的额定值控制。在所述方法的又一个改变例中，所述满载功率借助于冷却设定为比所述有效功率额定值大的某一绝对值，例如10MW。
在所述相对功率额定值附近限定一个无效区特别有利，在所述无效区内，对所述冷却作用不进行任何干预。例如，可以想到一种处理方法，其中，所述相对功率额定值为90％，无效区为±5％。此时，仅在所述实际相对功率下降到低于85％或上升到高于95％时进行控制干预。这样，可从根本上确保具有大小至少为所述满载功率的5％的可快速调用的备用功率。宽的无效区可确保，所述控制系统不会以过灵敏的方式反应，并且控制干预的次数被限制为最少，这无疑会有利于稳定操作。当然，上述操作方法也有助于使所述相对功率通常保持在某一目标范围内。如果所述燃气轮机组的操作概念通过控制可调节入口导翼列和合适情况下的另一个可调节压缩机导翼列可使所述涡轮机入口温度保持为某一值，例如最大许可值，则可采用另一种控制干预准则，所述控制干预准则为，所述入口导翼列应处于完全关闭的位置并且所述涡轮机入口温度应下降到最大许可值以下。在上述假设下，即使所述相对功率仍处于所述无效区之内，也可感知到进行控制干预，并且也可感知到降低所述冷却作用。通过采用上述方式，燃烧尽的燃料量可保持非常高，而一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的排放量可保持非常低。
在根据本发明的所述方法的一个实施例中，在可非常快速地向额定有效功率变化的情况下，所述满载功率初始时在大致恒定的冷却作用下变化。当然，此时所述相对功率和相对于所述满载功率的所保持的备用功率也会变化。在偏离根据上面所作的叙述指定的各目标值的情况下，或在离开目标范围的情况下，例如在偏离指定相对功率目标值的情况下，或在所述实际功率与所述满载功率之差下降到最小值以下时，启动控制所述冷却作用。如果例如所述相对功率向上偏离目标值和位于许可范围以外，在所述压缩机之前喷射的水量例如会增加。由于所述冷却作用以上述方式增加，因此，所述满载功率也会增加；这样，对于恒定的有效功率来说，所述实际相对功率就会下降，并且所述燃气轮机组的工作点可再次被控制至所述额定相对功率。所述程序通常不按时序运行，而是在所述有效功率仍正向额定值调节和控制时，对所述冷却作用的控制就已经开始。然后，同时会以较小的梯度以下述方式向所述满载功率变化，即例如作为用作命令参数的相对功率的值起始时增加并且仅在随后就在额定值下被控制至稳定状态。根据本发明，当然，上述程序也可采用与偏离其他指定额定值例如涡轮机入口温度、入口导翼列设定值等相似的方式。当然，在所述额定有效功率降低的情况下，也可作相似的考虑；在这种情况下，所述冷却作用降低，目的是恢复额定操作条件。这时，向所述满载功率的变化可比向所述实际功率的变化慢很多地进行，当然，这是由于后者在根据根据本发明的所述方法的操作过程中和在初始满载功率时总可以达到较低功率和较高功率。此时，所述实际功率可非常快速地变化足以满足例如在过高频率和过低频率的情况下出现的瞬时功率需求。使用可变的冷却作用，以再现初始操作条件。这可相对较慢地进行；作为一个实例，所述实际功率在秒的时间范围内变化，所述额定功率在分钟的时间范围内变化。通过上述方法，为上述相对较为延迟的反应和控制线路的反应时间留有余量。
总而言之，应当再次叙述，本发明的核心在于利用对吸入或部分压缩工作流体的可变冷却操作燃气轮机组；所述冷却优选通过在所述压缩机之前、在所述压缩机中或在两个压缩步骤之间喷射液体特别是水实现，并且在上述过程中，以下述方式设定冷却作用，即尽管所述燃气轮机组的相应的实际功率输出下的操作条件在每种情况下均接近于所述燃气轮机组的满载工作点从而可例如确保具有良好的排放值和极好的效率，但所述实际功率还是一直设在所述满载功率之下，这样，就会具有可比必需借助于所述可变冷却而被最初形成得可利用的备用功率更快速调用的备用功率。在这种情况下，作为描绘表示所述燃气轮机组的相对于所述满载工作点而言的工作点的所述燃气轮机组的不同操作参数(的控制)可用作所述控制系统的命令参数。应当特别提及的是作为合适命令参数的所述相对功率，其在每种情况下均定义为当前有效功率与当前满载有效功率之比，所述当前满载有效功率取决于所述冷却作用、从所述有效功率到达相应满载功率的备用功率、轮机入口温度或可调节压缩机导翼列特别是可调节入口导翼列的设定值。此时，所述冷却作用在每种情况下均以下述方式控制，即所述命令参数设定为额定值或在目标范围之内。在向目标值控制的情况下，在额定值附近限定一个无效区非常有利，在所述无效区内，控制单元不起作用，目的是在最小偏差的情况下防止所述控制单元的过灵敏干预。
基于从属权利要求和以下描述的示例性实施例，本领域技术人员可以理解本发明的其他有利实施例。
下面，使用附图中所示的示例性实施例更为详细地描述本发明。附图包括图1示出了根据本发明操作的燃气轮机组的第一个实例；图2示出了在使用了根据本发明的所述方法时的图1中的所述燃气轮机组的重要操作参数的变化的一个实例；以及图3示出了根据本发明操作的另一个燃气轮机组。
这里省去了对理解本发明而言不是直接必需的元件。所述示例性实施例应理解为纯粹用于说明目的，因此，不应用于限制特征如权利要求书中所述的本发明。
具体实施例方式
在图1所示的燃气轮机组(燃气涡轮机组)中，工作流体流，在这种情况下为吸入(引入)空气流11，在一个压缩机1中压缩至压力pk，并且，在上述过程中，同时将吸入空气流11加热至温度Tk。压缩空气13流入燃烧室2中。由一个燃料量设定单元计量的燃料14与压缩空气13混合，并且在空气中燃烧。未膨胀的热燃烧气体15以压力p1和涡轮机入口温度T1流入涡轮机3中。压力p1基本上等于压缩机出口压力pk减去燃烧室压力损失。未膨胀的燃烧气体15在涡轮机3中膨胀而达到压力pex。所述压力与环境压力大致相同。在膨胀的过程中，在涡轮机中做功。排出气体16以温度Tex流出，并且可以本身公知的方式例如用于废热蒸汽发生器中。涡轮机3驱动布置在一根轴上的压缩机1和发电机5。发电机5产生有效电功率PACT。所述有效电功率PACT在控制单元23中与额定功率值PSET作比较，燃料设定单元20的设定参数Y1以下述方式由控制偏差形成，即燃料量根据功率的控制偏差增加或降低。一般而言，涡轮机入口温度不进行直接测量，而是例如根据涡轮机出口温度和压缩机末端压力以本领域技术人员熟知的方式计算得到。在本实例中，计算操作在控制单元18中进行，所述控制单元18可限制涡轮机入口温度T1使其为最大值。当涡轮机入口温度已达到最大许可值时，控制单元18就会在可调节入口导翼列22的设定值IGV中通过设定参数Y2进行干预，从而，可大致地确定由压缩机1吸入的空气流体积。当已达到许可涡轮机入口温度时，控制单元18进一步打开可调节入口导翼列22。这样就会增大吸入体积流量，从而，由于吸入空气的密度恒定也会使质量流增大。因此，在恒定涡轮机入口温度的情况下，可有更多的燃料14燃烧，从而，有效功率就会增加。当所述入口导翼列已经完全打开时，控制单元18限制燃料量。此时所述入口导翼列打开到最大程度，并且所述涡轮机入口温度处于其最大值；这是所述燃气轮机组的满载工作点，这种操作条件下所交付的功率在这种情况下定为基本满载功率。另外，液体17可在一个喷射装置4中喷射到吸入空气流11中。由于所述液体在所述压缩机之前会蒸发，因此，在恒定吸入体积流量的情况下工作流体的质量流会增大。如果液滴进入到压缩机1中，这些液滴会在压缩过程中蒸发；这就会使压缩机1占用的功率降低，并且可使压缩机出口温度Tk降低。由于质量流的增大和压缩机出口温度的降低，因此，可在恒定的涡轮机入口温度下燃烧较多燃料。考虑到所述压缩机所占用的功率得到了降低，可用于驱动所述压缩机的功率就会显著增加。因此，与所述基本满载功率相比，满载功率就会显著增加。相反，对于恒定的实际有效功率PACT来说，作为实际有效功率与满载功率之比的实际相对功率就会变得较小。这就意味着，在大致恒定或均匀稍微下降的燃料量的情况下，涡轮机入口温度开始时会下降。根据上述控制概念，此时控制单元18开始作用，稍微关闭一下入口导翼列22，从而，涡轮机入口温度会保持为最大值。所述燃气轮机组相比较为迟缓地对所述液体在所述压缩机之前的喷射作出反应。例如对处理过高频率或过低频率来说必需的功率快速变化通过改变冷却作用可仅得到有限程度地实现。例如作为压缩机中间冷却的借助于热交换器的可变冷却往往比干预喷射的液体量更迟缓地作出反应。因此，根据本发明，所述燃气轮机组至少只要在所述工作流体在所述压缩机之前或中的冷却仍然保留时实际上就不是在满载条件下操作，但是在例如比基本满载功率大的指定有效功率下，冷却以下述方式操作，即，使用了冷却的当前满载功率大于实际有效功率。这样，就会有备用功率来更快速地进一步增加实际功率。在所述实例中，在所述压缩机之前喷射充足的水17，从而，满载功率会比实际有效功率PACT和额定有效功率PSET大，以使得控制单元18不在燃料量设定参数极限的情况下操作。在本实例中，入口导翼列设定值IGV用作水量 的命令参数。通过改变喷射水量来进而改变冷却作用，控制入口导翼列22的设定值IGV使其为额定值IGVs，在所述IGVs下，所述入口导翼列没有完全打开。从所述入口导翼列设定值的额定/实际值偏差，控制单元19形成用于喷射量 的设定参数Y3，其中所述喷射量 由设定单元21设定。当然，其他操作参数也可用作命令参数，但是所述入口导翼列设定值特别容易得到，并且在相关的功率范围内，入口导翼列设定值与相对的功率之间具有非常高的相关性。
图2以曲线图的形式示出了图1中的所述燃气轮机组的一些参数的示例性变化。图中绘制出了满载功率PVL、实际功率PACT、实际相对功率PREL、入口导翼列位置设定值IGV和喷射液体量 随着时间的变化情况。用纵轴表示的有基本满载功率PVL，G、100％相对功率、用于冷却作用的命令参数的额定值和额定入口导翼列设定值IGVs。开始时，所述实际功率刚好在所述满载功率之下。所述入口导翼列的位置设定值仍低于额定值，并且所述入口导翼列仍基本关闭，而且水的质量流 仍为零；这样，用于控制冷却作用即喷射水的质量流的控制电路就仍未起作用。满载功率PVL等于基本满载功率PVL，G。为了增大实际功率，打开所述入口导翼列；喷射质量流最初保持为零，满载功率相应地保持恒定。如果所述入口导翼列的开度超过了额定值，用于水喷射的所述控制系统就会起作用，并且水的质量流 就会增大。如上所述，这会影响涡轮机入口温度，并且所述入口导翼列打开会以相对较小的梯度进一步增大功率。如果实际功率保持恒定，水的质量流就进一步增大，并直到将所述入口导翼列设定值控制为额定值为止。由于空气在所述压缩机的上游和所述压缩机之中遭到冷却，因此，所述燃气轮机组的满载功率就会随着水的质量流的增大而增大。所述相对功率最初时与实际功率同步相应地增加，当启动水喷射时会更缓慢地增加，然后下降。尽管实际功率与基本满载功率几乎相同，但相对功率在喷射量稳定之后明显地低于100％。由于喷射水的冷却，满载功率高于实际功率。上述功率之差可作为能快速调用的备用功率使用。由于在时刻t4具有例如由低频率引起的迅猛的功率需求，因此实际功率快速地增至几乎满载功率。相对功率相应且特别突然地增至几乎100％。所述入口导翼列不得大几乎完全打开，从而，涡轮机入口温度不会增至最大许可值以上。然后，图1中所示的控制单元19以指定梯度增加水量。在恒定的实际功率下，满载功率增加，相对功率下降。所述入口导翼列再次关闭。当所述入口导翼列的位置设定值已再次达到额定值时，喷射量再次保持恒定，所述燃气轮机组在额定工作点下工作并同时具有备用功率。如果在时刻t6功率突然下降，则所述入口导翼列也会迅速关闭；相对功率和实际功率均会下降。控制单元19相应地作出反应使水的质量流降低。满载功率下降，相对功率增加，并且所述入口导翼列会再次打开。在所述入口导翼列设定值的额定/实际值偏差再次被解除控制之前或在水喷射完全停止之前，水量一直降低，因此，控制单元19会在临界(极限)处再次操作。根据上述燃气轮机组的控制概念，由于涡轮机入口温度可由控制单元18与入口导翼列设定值协同作用而保持恒定，因此，在提出的相对功率范围内涡轮机入口温度均可保持恒定。
在任何情况下，仅在最大可能涡轮机入口温度的情况下启动可变冷却均为本发明的特别优选的实施例，所述可变冷却根据示例性实施例通过喷射水实施。在涡轮机入口温度可借助于所述可调节入口导翼列控制的燃气轮机组的情况下，只在涡轮机入口温度在适当的情况下为所有涡轮机入口温度已达到最大满载值时才启动冷却非常有利。相反，当涡轮机入口温度降到满载值以下时，冷却作用就会降低。这种操作模式确保所述燃气轮机组一直在最可能地接近其设计点的情况下操作，特别地，燃料能很好地燃烧尽，这就意味着，可确保未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的排放量非常低。
图3示出了在从EP620362中所得知的这种类型的顺序点火燃气轮机组上实现的本发明的一个实例。基本上，根据前面参看图1所作的描述，其功能就会显而易见，从而，在这点上省去了详细描述。图3中所示的所述燃气轮机组的特有特征是，在两个膨胀步骤之间至少会再一次向所述工作流体供给热量。在所述燃气轮机组中，初始时有一定量燃料14a在一个高压燃烧室2a中于压缩空气13a中燃烧。热燃烧气体15a在一个高压涡轮机3a中部分膨胀，例如，膨胀前后的压力比为2。残留氧气含量大约为15％至17％的部分膨胀热气体流入一个低压燃烧室2b中。所述低压燃烧室特别是一种从EP669500中所得知的这种类型的自点火燃烧室。第二量的燃料14b供给到所述低压燃烧室中并在其中燃烧，从而仍未膨胀的工作流体会被再次加热，并最终在一个低压涡轮机3b中膨胀至近似环境压力。此外，所述压缩机分为两个串联布置的局部压缩机1a和1b，在局部压缩机1a和1b之间布置着一个喷射冷却器4b，液体可借助于所述喷射冷却器4b喷洒到部分压缩工作流体12中。由于所述液体的蒸发作用，部分压缩工作流体12的温度会降低；另外，液滴会渗入到高压压缩机1b中，从而，会在第二压缩过程中冷却所述工作流体。根据本发明，使液体可变地供给喷射装置4a和4b，目的是如下所述控制满载功率使其一直在实际功率之上。如结合图1所述，控制单元23根据功率的控制偏差PSET-PACT形成燃料量设定参数，所述燃料量设定参数-根据别的文献中所描述并且在这里并不是最重要的准则-再分为两个燃烧室的两个燃料量设定单元20a和20b的设定参数Y5和Y6。而且，各涡轮机入口温度均由经过涡轮机的压力比和涡轮机之后的温度计算得到，这是因为实际中涡轮机入口温度由于技术测量原因很难单独获得。在这点上，假设经过所述燃烧室的压力下降量大致恒定，则高压涡轮机3a的涡轮机入口温度T1以下述方式确定，即根据压缩机出口压力pk以及所述高压涡轮机之后的压力和温度p2和T2在控制单元18a中确定；所述低压涡轮机的涡轮机入口温度T3以别的文献中全面描述的类似方式在控制单元18b中确定。在所述两个控制单元中，可调节入口导翼列22的设定元件的设定参数Y2根据已确定的涡轮机入口温度确定。以上述这种方式确定的所述两个设定参数在一个逻辑元件25c中相互比较，然后将其中较大者特别传递给所述设定元件。此外，燃料量设定参数Y5和Y6的限制准则由涡轮机入口温度确定，所述燃料量设定参数Y5和Y6在各涡轮机入口温度处于最大值和所述入口导翼列一直完全打开时应用。上述这些参数与逻辑元件25a和25b中的燃料量设定参数比较，如果需要，就对此后进一步向各设定元件传递的设定参数进行限制。在计算电路24中，当前基本满载功率PVL，G由所述燃气轮机组在标准环境条件下的基本满载功率PISO和环境条件AMB计算得到，所述环境条件AMB特别是指环境空气的温度、压力和湿度。这由冷却作用即用作度量冷却作用的喷射质量流 和 进一步修正。经过这种操作所产生的结果为当前满载功率PVL。上述这些变换对使用流体力学和热动力学关系式且对所述燃气轮机组的构件的特有特征非常熟悉的本领域技术人员来说极其显而易见。最后，比较产生相对功率PREL的实际有效功率PACT和当前满载功率PVL。最终，在控制单元19中，液体质量流设定单元21a和21b的设定参数Y3和Y4由实际相对功率PREL和额定相对功率PREL，S的控制偏差确定，其中，所述设定单元21a和21b控制供给喷射装置4a、4b的水的质量流。在上述这种配置中，所述设定参数借助于一个滞后元件26供送，从而会在相对功率额定值附近限定一个无效区，在所述无效区内控制干预会得到抑制，因此，可避免水量控制的过灵敏反应。因此，如果相对功率大于相对功率额定值，至少一个所述喷射装置的喷射质量流 和/或 就会增加。这样，当前满载功率PVL就会上升，对于恒定的实际有效功率来说，实际相对功率就会下降，因此，会接近于所述相对功率的额定值。相反，当所述实际相对功率低于额定相对功率时，所述喷射质量流会降低，目的是控制所述实际相对功率使其为额定值。通过上述方式，可在稳态操作中以下述方式控制相对功率使其为相对功率额定值附近的无效区内的一个值，所述相对功率额定值优选处于90％至95％的范围内，即一直具有可快速调用的备用功率。由于上述原因，如果所述相对功率在涡轮机入口温度下降到最大值以下，则对降低冷却作用非常有利，尽管仍处于无效区之内。可清楚地认识到，如此所述，将相对功率控制至相对功率额定值比结合图1所提出的将入口导翼列位置控制至入口导翼列位置的额定值复杂，但特别是在结合所述顺序点火燃气轮机组的情况下具有较好限定的备用功率。控制程序采用与图2中所示的实例相似的方式。
通过前面所作的描述和上述示例性实施例，本领域技术人员可详细深入地了解特征如权利要求书中所述的本发明，从而，未在所述示例性实施例中描述但包含于权利要求书中的本发明的其他实施例可以展现出来。
附图标记列表1 压缩机1a第一局部压缩机，低压压缩机1b第二局部压缩机，高压压缩机2 燃烧室2a第一燃烧室，高压燃烧室2b第二燃烧室，低压燃烧室3 涡轮机3a第一涡轮机，高压涡轮机3b第二涡轮机，低压涡轮机4，4a，4b 冷却装置，喷射装置5 发电机11未压缩工作流体，吸入空气12部分压缩工作流体13，13a 压缩工作流体13b 部分膨胀燃烧气体14，14a，14b 燃料15，15a，15b 热燃烧气体
16 膨胀工作流体，排出气体17，17a，17b 冷却液18，18a，18b 温度控制单元19 控制单元20，20a，20b 燃料量设定元件21，21a，21b 冷却液设定元件22 可调节入口导翼列23 功率控制单元24 计算元件25，25a，25b，25c 逻辑元件26 滞后元件AMB环境条件(压力，温度，湿度)IGV可调节入口导翼列的位置IGVS可调节入口导翼列的额定(标准)位置 用于冷却的液体质量流PACT实际有效功率PSET额定有效功率PREL实际相对功率PREL，S额定相对功率PISO标准条件下的满载功率PVL，G基本满载功率
PVL当前满载功率，实际满载功率pk压缩机出口压力p1第一涡轮机之前压力p2第一涡轮机之后压力p3第二涡轮机之前压力pex最后一个涡轮机之后压力Tk压缩机出口温度T1第一涡轮机之前温度T2第一涡轮机之后温度T3第二涡轮机之前温度Tex最后一个涡轮机之后温度Y1燃料量设定参数Y2入口导翼列设定参数Y3冷却作用设定参数Y4冷却作用设定参数Y5高压燃烧室的燃料量设定参数Y6低压燃烧室的燃料量设定参数
权利要求
1.一种操作燃气轮机组的方法，包括将工作流体(11)在至少一个压缩机(1，1a，1b)中压缩；在至少一个供热元件(2a)中通过一定量的热量供给将压缩工作流体(13，13a)加热至涡轮机入口温度；使工作流体(15，15a，15b)在至少一个涡轮机(3，3a，3b)中膨胀；在所述工作流体膨胀的过程中产生轴功率；将所述轴功率的至少第一部分用于驱动所述压缩机；所述轴功率中超过所述第一部分的一部分用作用于驱动功率消耗单元(5)的有效功率(PACT)；通过于压缩之前和/或于压缩过程中和/或于两个压缩步骤之间冷却所述工作流体所产生的冷却作用，所述燃气轮机组的满载功率(PVL)可被调节；以及所述燃气轮机组的实际有效功率(PACT)被控制到额定有效功率；其特征在于，所述冷却作用被以下述方式设定，即当前满载功率(PVL)大于实际有效功率(PACT)，以使得所述燃气轮机组在实际相对功率(PREL)与当前满载功率(PVL)之比小于100％的情况下操作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述满载功率定义为，在所述压缩机的最大入口体积流量的情况下过程温度和/或过程压力处于最大许可值时的有效功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述满载功率定义为，在所述压缩机的最大入口体积流量的情况下所有涡轮机入口温度均已达到最大许可限制值时的有效功率。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述入口体积流量由压缩机入口导翼列(22)的设定值(IGV)确定。
5.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述压缩机吸入环境空气，并且所述满载功率由基准功率(PISO)、所述环境空气和/或所述吸入空气的压力、所述环境空气和/或所述吸入空气的温度、所述环境空气和/或所述吸入空气的湿度以及冷却作用计算得出。
6.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述冷却作用以下述方式控制，即，将操作参数控制至目标值或目标范围之内，所述操作参数适合于描述所述燃气轮机组的相对于满载工作点而言的工作点，所述操作参数用作控制系统的命令参数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述命令参数在稳态操作中通过改变所述冷却作用而被保持在所述目标值附近的无效区之内。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述相对功率用作所述控制系统的命令参数。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述实际有效功率与所述当前满载功率之差用作所述控制系统的命令参数。
10.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，可调节入口导翼列的位置用作命令参数。
11.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，涡轮机入口温度用作所述控制系统的命令参数。
12.如权利要求6至11中任一所述的方法，其特征在于，在实际有效功率向着额定有效功率变化的情况下，所述实际功率以第一功率梯度变化，从而所述命令参数偏离其额定值或离开其目标范围，并且所述满载功率通过以下述方式调节所述冷却作用而变化到第二功率梯度，即，将所述命令参数再次控制至所述目标值或额定范围之内，其中，所述第二功率梯度小于所述第一功率梯度。
13.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，通过改变在所述压缩机之前和/或在所述压缩机中和/或在所述两个压缩机之间导入所述工作流体中的液体的质量流 来设定所述冷却作用。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在喷射装置(4，4a，4b)处导入的液体的质量流 被用来实现所述冷却作用。
全文摘要
在一种于燃气轮机组额定满载条件附近操作燃气轮机中心的方法中，工作流体在压缩之前和/或压缩过程中的冷却以下述方式设定，即可相应获得的满载功率高于当前功率。因此，快速的功率需求可通过增大涡轮机入口温度或通过打开可调节入口导翼列得到快速满足，而采用具有较为迟缓倾向的冷却作用控制来调节满载工作点。
文档编号F02C9/28GK1771385SQ200480009564
公开日2006年5月10日 申请日期2004年2月5日 优先权日2003年2月11日
发明者于尔根·赫夫曼, 汤姆·亚历山大·奥丁·麦凯, 尼古劳斯·赫伯特·库尔茨, 托比亚斯·施皮茨米勒 申请人:阿尔斯通技术有限公司