估计压缩机结污对联合循环发电厂的影响的方法和系统的制作方法

专利名称：估计压缩机结污对联合循环发电厂的影响的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于估计发电厂中的压缩机结污(fouling)影响 的方法和系统。
背景技术：
在燃气轮机运行期间，燃气轮机容量和效率损失可能是由于压缩 机结污造成的。压缩机结污可以是由于在燃气轮机的叶片上堆积的悬 浮在空中的盐、灰尘或其它粒子造成的。这样的结污物在燃气轮机叶 片上的沉积导致严重的性能恶化。压缩机结污的影响可以是燃气轮机 的气流、压力比、和压缩机效率的下降，导致功率输出和热效率的下 降。性能恶化还可导致增加燃料消耗和更高的运行成本。燃气轮机容量和效率损失可以通过压缩机离线清洗而得到恢复， 这时要关闭燃气轮机并清洗燃气轮机叶片。当正确地执行时，离线压 缩机清洗典型地可以实际上百分之百地恢复由于压缩机结污造成的损 失的功率和效率。因此，由于压缩机结污造成的利润的损失可以通过有效的离线清洗压缩机而得以最小化。然而，为了执行离线清洗压缩机，燃气轮机必须被关闭，因此， 在用来执行离线清洗压缩机期间，燃气轮机不能用于发电.在燃气轮 机处在离线时，发电设施失去潜在的收益和利润，这本来可以通过销 售由燃气轮机发出的电力而得到的。在给定由压缩机结污和由于执行 离线清洗压缩机所需要的时间和花费造成的利润损失后，希望使得离 线清洗压缩机的安排最佳化，以使得利润损失最小化.当前，燃气轮机的离线清洗压缩机可以按照由燃气轮机的制造商 或零售商生成的安排来被设定.然而，这些预设的安排典型地没有考 虑对于不同的燃气轮机存在不同的工作条件.例如，特定的燃气轮机 可能需要更经常的清洗，因为它在有盐的空气环境下运行，在燃气轮 机叶片上因而形成严重的盐沉积。另外，如果在燃气轮机上执行在线 清洗压缩机，则离线清洗压缩机可能不需要那样经常地执行。可以不 用关闭燃气轮机而执行在线压缩机清洗，它还可以使离线清洗压缩机
的各次停机之间的燃气轮机的工作间隔延长.因此，如果在燃气轮机 上执行在线清洗压缩机，则可能不太经常需要离线清洗压缩机.当前可得到的现有技术系统可以估计由于压缩机结污造成的燃气 轮机性能下降，以便确定执行燃气轮机的离线清洗压缩机的最佳时 间。然而，这些现有技术系统没有考虑联合循环发电厂的复杂性.联 合循环发电厂典型地从燃气轮机的废气回收热量，利用该热量在热量 回收蒸汽发生器中生成蒸汽，然后在蒸汽轮机中使用蒸汽发电。燃气 轮机压缩机结污对总的系统性能的影响典型地不同于它单独对燃气轮机的影响，因为在联合循环发电设备中也必须考虑燃气轮机的废气能 量.也受到压缩机结污影响的废气能量可以由热量回收蒸汽发生器回 收，由它生成蒸汽来驱动蒸汽轮机。另外，确定联合循环发电厂中压 缩机结污影响的复杂性可以由于联合循环发电厂中的一个以上的燃气 轮机的存在而变成综合的.确定执行离线清洗压缩机的最佳时间的现 有技术系统和方法不适用于联合循环发电厂。所以，在技术上需要一种估计压缩机结污对联合循环发电厂的影 响的方法和系统，以使得联合循环发电设备中燃气轮机的离线清洗压 缩机最佳化。发明内容按照本发明的实施例，公开一种用于估计联合循环发电厂中压缩 机结污的影响的方法.联合循环发电设备的当前的性能被确定，和按 一个或多个参考条件被归一化。联合循环发电厂的燃气轮机的基准性 能被确定和被用来确定联合循环发电厂的预测的性能.联合循环发电 厂的预测的性能是联合循环发电设备的归一化的当前的性能，其中以 燃气轮机的基准性能替代了燃气轮机的当前性能.然后，通过从预测 的性能减去联合循环发电设备的归一化的当前性能而计算对于联合循 环发电厂的性能的可恢复的影响，并且对于性能的该可恢复的影响被 用来确定对于燃料消耗的可恢复的影响。按照本发明的另 一个实施例，公开了 一种用于估计联合循环发电 厂中压缩机结污影响的系统，与联合循环发电厂耦合的一个或多个监 视设备收集与该联合循环发电厂有关的当前的性能数据， 一个与该一 个或多个监视设备通信的控制单元接收当前的性能数据，并把它存储 在存储器.该存储器也可被用于存储与联合循环发电设备有关的预测的性能数据。控制单元还包括程序逻辑块，它执行以下步骤对于一 个或多个参考条件把当前的性能数据归一化，计算由于压缩机结污造 成的对联合循环发电厂的性能的可恢复的影响，以及根据对性能的可 恢复的影响计算对于联合循环发电厂的燃料消耗的可恢复的影响。程 序逻辑块通过从联合循环发电厂的预测的性能中减去联合循环发电厂 的经归一化的当前性能而计算对性能的可恢复的影响。下面所描述的本发明的方面可应用到对联合循环发电厂中压缩机 结污进行评估的方法和系统.按照本发明的一方面，燃气轮机的预测 的或基准性能被用来确定联合循环发电厂的预测的性能.燃气轮机的 预测的或基准性能是通过首先在一个接近于和跟踪燃气轮机的最近维 修的时间点确定燃气轮机的性能，然后对于一个或多个参考条件把燃 气轮机的性能归一化而确定的.按照本发明的另一方面，燃气轮机的 基准性能可以按照一个恢复变量而被调整。按照本发明的另一方面，联合循环发电厂的当前的性能包括至少 一个燃气轮机的当前性能和至少一个蒸汽轮机的当前性能。该至少一 个燃气轮机的当前性能由该至少一个燃气轮机的当前的输出功率、该 至少一个燃气轮机的当前的热耗率、该至少一个燃气轮机的当前的废 气温度、和该至少一个燃气轮机的当前的废气流量这四项中的至少一 项所确定。该至少一个蒸汽轮机的当前性能由该至少一个蒸汽轮机的 当前功率输出、所产生的蒸汽功率相对于该至少一个燃气轮机的废气温度的导数、和所产生的蒸汽功率相对于该至少一个燃气轮机的废气 流量的导数这三项中的至少一项所确定.按照本发明的再一个方面， 一个或多个参考条件由本发明的用户 规定.按照本发明的另一方面，需要对燃气轮机进行维修的时间点被 确定。按照本发明的另一方面，当确定需要进行维修时，采取一个校 正的行动，其中校正的行动包括发动一个报警、发送报警信号、关闭 燃气轮机，或安排燃气轮机维修中的一项.按照本发明的再一个方面，计算对于联合循环发电厂的燃料消耗 的可恢复的影响包括以下步骤确定在建议的燃气轮机维修后燃气轮 机的性能，计算在建议6^维修后燃气轮机的燃料消耗，以及从燃气轮 机的当前的燃料消耗中减去计算出的燃气轮机燃料消耗.


在总体上描述了本发明后，现在要参考附图，附图不一定按比例画出，其中图1是实施按照本发明的说明性实施来确定压缩机结污影响的方 法和系统的联合循环发电设备的示意图。图2是按照本发明的说明性实施例在联合循环发电厂中使用的燃 气轮机的局部截面图.图3是在按照本发明的说明性实施例的用于确定压缩机结污影响 的方法和系统中使用的控制单元的框图，图4-9是按照本发明的说明性实施例由图3的控制单元使用的控制 逻辑的示例性流程图。部件清单100联合循环发电设备105燃气轮机110燃气轮机115热回收系统发电机120热回收系统发电机125蒸汽轮机130控制单元205压缩机210压缩机叶片215气体进口305存储器315编程逻辑320测量数据325操作系统327处理器330数据总线335用户接口设备3401/0设备 405方块410方块415方块420方块505方块510方块515方块605方块610方块615方块620方块705方块710方块715方块720方块725方块730方块805方块810方块具体实施方式
现在参照附图更全面地描述本发明，图上显示本发明的某些实施 例，但不是所有的实施例.事实上，这些发明可以以许多不同的形式被体现，不应当把它看作为限于这里所阐述的实施例；而是，这些实 施例是为了使本公开内容满足可应用的合法要求而提供的.相同的标 号整体上是指相同的单元.下面参照按照本发明的实施例的系统、方法、设备和计算机程序 产品的框图描述本发明.应当看到，框图的每个方块和框图方块的组 合可以分别由计算机程序指令来实施.这些计算机程序指令可以装栽 到通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理设备而产生一个 机器，以使得在计算机或其它可编程数据处理设备上执行的指令建立 起一个装置，该装置能实施在下面的说明中详细地讨论的框图的各方
块或框图方块的组合的功能.这些计算机程序指令还可存储在计算机可读的存储器中，它可以 引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定的方式工作，这样，存 储在计算机可读的存储器中的指令产生一种制成品，它包括实施在方 块中所规定的功能的指令装置.计算机程序指令也可以被装栽到计算 机或其它可编程数据处理设备，使得在计算机或其它可编程数据处理 设备上执行一系列操作步骤，以产生一个计算机执行的过程，使得在 计算机或其它可编程数据处理设备上执行的指令提供用于实施在方块 中所规定的功能的步骤.因此，框图的方块支持用于执行规定的功能的装置的组合，用于 执行规定的功能的步骤和执行规定的功能的程序指令装置的组合.还 应当看到，框图的每个方块，以及框图的方块的组合，可以由实施规 定的功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指 令的组合来实施.本发明可以通过在计算机的操作系统上运行的应用程序来实施。 本发明也可以用其它计算机系统配置被实施，包括手持设备、多处理 器系统、基于多处理器的或可编程消费电子设备、小型计算机、大型 计算机等等。作为本发明的部件的应用程序可包括实施某些抽象数据类型，执 行某些任务或动作的子程序、程序、部件、数据结构等等.在分布计 算环境下，应用程序(全部或部分)可以位于本地存储器或其它存储 装置中。另外，或在替换例中，应用程序(全部或部分)可以位于远 端存储器或存储装置中，以允许在任务由经由通信网链接的远端处理 设备执行的场合下实施本发明.本发明的示例性实施例将参照附图进 行描述，在几个附图上，相同的标号指相同的单元。按照本发明的一方面，要确定联合循环发电厂中压缩机结污的影 响。本发明可以确定由于压缩机结污造成的燃气轮机和联合循环发电 设备的容量损失。另外，如果需要更大的燃气轮机容量来产生干净的 燃气轮机的相同的功率输出，则本发明可以确定由于压缩机结污造成 的系统燃料成本的增加量.因此，本发明可以生成用于执行燃气轮机 的离线压缩机清洗的最佳日程表。图1是实施按照本发明的说明性实施例来确定压缩机结污影响的 方法和系统的联合循环发电设备100的示意图.联合循环发电设备100 可包括一个或多个燃气轮机105， 110。本领域技术人员将会看到，联 合循环发电设备100可包括任意数目的燃气轮机.当燃气轮机105， 110 发电时，来自燃气轮机105, 110的废气可以由热量回收系统发电机 (HRSG)115， 120所收集，按照图1，来自第一燃气轮机105的废气 可以在第一HRSG 115中收集，来自第二燃气轮机110的废气可以在 笫二HRSG 125中收集.HRSG ll5， 120可以从废气中收集热量，以 及使用该热量生成蒸汽。这个蒸汽于是可用来驱动蒸汽轮机125，以便 在联合循环发电设备100中生成外加功率。虽然图1显示两个HRSG 115， 120和一个蒸汽轮机125,但本领域技术人员将会看到，联合循 环发电设备100可包括任意数目的HRSG和蒸汽轮机.再参照图1，控制单元130可以控制联合循环发电设备100的运 行。按照本发明的一方面，以及参照图3-9更详细地描述的，控制单元 130可以确定燃气轮机105, 110的压缩机结污对于联合循环发电设备 IOO的性能的当前的影响。控制单元130还可以确定压缩机结污对联合 循环发电设备100的性能总的影响。根据在一个或多个燃气轮机105， 110中的压缩机结污的总的影响，控制单元130可以确定应当对一个或 多个燃气轮机105， IIO安排离线压缩机清洗的最佳时间点。图2是按照本发明的说明性实施例在联合循环发电设备中使用的 燃气轮机的局部截面图.正如本领域技术人员将会看到的，燃气轮机 105包括压缩机205，压缩机包含压缩机叶片210.燃气轮机105还包 括进气口215。在燃气轮机105正常运行期间，气体通过进气口215进 入燃气轮机105，并在压缩机205中被压缩。气体可包含杂质或结污物， 诸如悬浮在空气中的盐，灰尘，或其它粒子.结污物沉积将在燃气轮 机105的压缩机叶片上堆积，使得必须对燃气轮机105进行离线压缩 机清洗，图3是在按照本发明的说明性实施例的用于确定压缩机结污影响 的方法和系统中使用的控制单元的框图.控制单元130可包括存储器 305，它存储按照本发明的编程的逻辑315(例如，软件)。存储器305 还可包括在本发明操作时所用的测量数据320和操作系统325.处理器 327可以利用操作系统325来执行编程的逻辑315，并且在这样做时， 还可以利用测量数据320。数据总线330可以提供在存储器305与处理
器327之间的通信。用户可以经由诸如键盘、鼠标、控制面板、或能 够把数据传送到控制单元130的任何其它设备那样的用户接口设备335 与控制单元130接口 .控制单元130可以与联合循环发电设备100通 信，以及或许经由IO接口 340与外部设备通信。在说明性实施例中， 控制单元130处在相对于联合循环发电设备100的远处，虽然它也可 以与联合循环发电设备100处在共同的位置或甚至合并到联合循环发 电设备IOO.而且，控制单元130和由此实施的编程逻辑块315可包括软件、硬件、固件或它们的组合。图4-9是按照本发明的说明性实施例的由控制单元130使用的控制 逻辑的示例性流程图。图4是按照本发明的方面控制单元130的基本 操作的示例性流程图。为了便于说明，本发明的控制单元130的操作 是相对于联合循环发电设备的仅有一个燃气轮机中的压缩机结污进行 描述的；然而，本领域技术人员将会看到，控制单元130可以确定在 联合循环发电设备100中存在的任意数目的燃气轮机中由于压缩机结 污造成的影响。 一旦控制单元130被启动，它就可进入基本操作循环。 在步骤405，控制单元li30确定由于一个燃气轮机105中压缩机结污造 成的对联合循环发电设备100中当前的可恢复的影响.由于压缩机结 污造成的当前的可恢复的影响可以把对联合循环发电设备100的容量 和燃料消耗的影响考虑在内。在步骤410，控制单元130可以把所确定 的当前的可恢复的影响附加到由于压缩机结污影响造成的、联合循环 发电设备100的以前确定的可恢复的影响中.这些以前确定的可恢复 的影响可以存储在控制单元l30的存储器305中，以及可以是自从最 近的离线压缩机清洗或燃气轮机105的主要维修以来由控制单元130 所确定的可恢复的影响。在当前的可恢复的影响附加到以前确定的可 恢复的影响后，最终得到的数值可存储在控制单元130的存储器135 中.接着，在步骤415，控制单元130确定由于燃气轮机105中压缩机 结污造成的总的系统损失是否能证明燃气轮机105的离线压缩机清洗 是合理的。在步骤415的确定可以把由于燃气轮机105中压缩机结污 造成的联合循环发电设备100中总的可恢复的影响与由本发明的操作 员建立的目标值进行比较。目标值可以规定应当对燃气轮机105执行 离线压缩机清洗的适当的时间点。将会看到，目标值可以是在联合循环发电设备100中由于压缩机结污造成的可恢复的影响.本领域技术人员还将会看到，对于由于压缩机结污造成的可恢复的影响是否证明离线压缩机清洗是合理的确定可以通过对联合循环发电设备100中当前的可恢复的影响与目标值进行比较而完成，而不用对可恢复的影响 的总和与目标值进行比较.如果在步骤415确定了由于压缩机结污造成的总的系统损失不能 证明离线压缩机清洗是合理的，则控制单元130可以返回到步骤405. 本领域技术人员还将会看到，在下一次执行步骤405之前可以引入延 时，诸如1分钟，5分钟，或任何其它的延时.换句话说，控制单元 130可以重复地确定由于压缩机结污造成的可恢复的影响，直至总的可 恢复的影响证明离线压缩机清洗是合理的为止.例如，控制单元l30 可以每5分钟确定由于燃气轮机105中压缩机结污造成的可恢复的影 响，直至确定需要进行离线压缩机清洗为止。通过这个重复过程，控 制单元130可以确定需要进行燃气轮机105的离线压缩机清洗的时间 点。如果在步骤415由控制单元130确定由于压缩机结污造成的总的 系统损失证明离线压缩机清洗是合理的，则控制单元130可以在步骤 420采取控制行动。换句话说，控制单元130可以及时地确定需要对于 燃气轮机105执行离线压缩机清洗或其它维修的时间点。可能的控制 行动可包括(但不限于)发动报警、发送报警信号、安排离线压缩机 清洗、关闭燃气轮机105、或关闭联合循环发电设备IOO.另外，关于 需要离线压缩机清洗的确定，以及由控制单元130触发的任何报警可 被记录在控制单元130的存储器305中.还应当看到，控制单元130可被配置成监视燃气轮机105的压缩 机结污的趋势，以便预测需要进行在线压缩机清洗的将来的时间点. 换句话说，控制单元130可以预测在燃气轮机105中压缩机结污的总 的影响将达到所建立的目标值的将来的时间点。控制单元130还可以 根据它的预测安排在将来的时间点的离线压缩机清洗。换句话说，在 步骤415，控制单元130可以确定需要进行燃气轮机的压缩机清洗的时 间点，以及在步骤420，控制单元130可以安排在该时间进行压缩机清 洗，图5是按照本发明的一个方面的、在确定由于压缩机结污造成的
当前的可恢复的影响时可以由控制单元130采取的步猓的示例性流程 图.首先，在步骤505，控制单元130可以确定燃气轮机105的基准性 能.正如下面参照图6更详细地说明的，所确定的燃气轮机105的基 准性能可以接近于在燃气轮机105刚完成最近的离线压缩机清洗或其 它主要维修时燃气轮机105的性能。 一旦确定燃气轮机105的基准性 能，控制单元130就在步骤510确定对联合循环发电设备100在满负荷 功率下的可恢复的影响。正如下面参照图7更详细地说明的，对于联 合循环发电设备100的满负荷功率的可恢复的影响可以通过从其燃气 轮机105被设置为它的基准性能的联合循环发电设备100的满负荷功 率中减去联合循环发电设备100的当前的满负荷功率而被确定。在步 骤510进行的确定得到容量增益，它是在联合循环发电设备100中通 过对燃气轮机105执行离线压缩机清洗所能得到的。接着，在步骤515，控制单元130确定联合循环发电设备100中的 系统燃料消耗的可恢复的影响。正如下面参照图8-9更详细地说明的， 对于系统燃料消耗的可恢复的影响可以通过在燃气轮机105被设置为 它的基准性能时从当前工作条件下产生相同的功率所需要的燃料消耗 中减去联合循环发电设备100的当前的燃料消耗而被确定。例如，如 果联合循环发电设备100当前以它的容量的60%工作，则在步骤515 进行的确定将确定在对于燃气轮机105执行离线压缩机清洗后，以它 的容量的60%操作联合循环发电设备100所需要的燃料量.所确定的需要的燃料量可以从当前的燃料消耗中被减去，以便计算由于在燃气 轮机105中压缩机结污造成的、对于燃料消耗的可恢复的影响。 一旦 在步骤515确定对于燃料消耗的可恢复的影响，控制单元就可以通过 把对于燃料消耗的可恢复的影响乘以当前的燃料价格而确定对于燃料 成本的可恢复的影响.图6是在确定燃气轮机105的基准性能时可以由控制单元130采取 的步骤的示例性流程图。在步猓605，控制单元130确定燃气轮机105 和联合循环发电设备100的当前的系统操作参数.当前的系统操作参 数可以由控制单元1:30的编程逻辑块315用作为数据变量.虽然对于 确定燃气轮机105的基准性能只需要燃气轮机105的某些当前的操作 参数，但为了易于说明，下面描述所有的确定的当前的系统操作参数。燃气轮机105的确定的当前的系统操作参数可包括(但不限于) 燃气轮机的当前的功率输出(GT—PWR_HB)、燃气轮机的当前的热 耗率(GT_HR_HB )、燃气轮机的当前的废气温度(GT_EXH_T_HB)、 燃气轮机的当前的废气流(GT_EXH_F_HB )、燃气轮机的当前的基 本负荷份额(GT一BLF)、由于离线压缩机清洗造成的燃气轮机的恢复 的份额(Recover (恢复))、排除了废气能量的燃气轮机辅助功率和 热损耗对燃气轮机功率的比值(GT_AUX_Ratio)、以及在参考条件下率的比值(f(BLF)) ' GT_BLF可以代表燃气轮机105当前运行的基 本负荷的百分数，正如本领域技术人员将会看到的.Recover(恢复)代 表由于压缩机结污造成的燃气轮机105的性能降低的量，而这是可以 通过离线压缩机清洗恢复的，Recover可以随所牵涉到的特定的系统、 系统的工作环境、和离线压缩机清洗的有效性而变化。因此，按照本 发明的一个方面，Recover可以具有默i人设置值，它可以由本发明的用 户改变.Recover的默认设置值可以是燃气轮机105的性能降低量的 95%，或任何其它分数。GT_AUX—Ratio是燃气轮机105的辅助功率加上燃气轮机105的 热损耗对GT一PWR一HB的比值.燃气轮机的辅助功率是在正常运行期 间运行燃气轮机105所需要的功率，诸如对于运行燃气轮机105的气 体泵所需要的功率，正如本领域技术人员将会看到的.燃气轮机105 的热损耗包括燃气轮机105发散到大气层的热能的损失，它不包括燃 气轮机废气能量(GT_EXH_Energy)，这将在下面参照图9描述。典 型地，GT_AUX_Ratio取决于燃气轮机105的设计，以及可以根据燃 气轮机105的技术说明书来确定.为了确定GT_AUX_Ratio，可以把 燃气轮机105的辅助功率对GT一PWR一HB的比值附加到燃气轮机105 的热损耗对G1^PWR一HB的比值上.例如，燃气轮机105的辅助功率 对GT_PWR_HB的比值可以是约3.0-4.0%.燃气轮机105的热损耗对 GT_PWR_HB的比值可以是约0.5-1.0%。因此，GT—AUX_Ratio约为 3.5-5.0%。f(BLF)是一个函数，它给出在参考条件下在当前的基本负荷部分 中燃气轮机105热耗率对基本负荷热耗率的比值。参考条件可以是由 国际标准组织(ISO)确定的有关电站的参考条件，正如下面更详细地 说明的，或参考条件可以是由本发明的用户或操作员确定的其它参考 条件.典型地，f (BLF)可以根据燃气轮机105的制造商或零售商生成 的燃气轮机105的性能曲线来确定.用于联合循环发电设备100的其它当前的操作参数也可以由控制 单元130确定.这些操作参数可包括(但不限于)联合循环发电设备 IOO的当前的功率输出(BL—PWR_HB)、联合循环发电设备100的当 前的热耗率(BL—HR_HB)、联合循环发电设备100中一个或多个蒸 汽轮机的当前的功率输出(STJPWR_HB)、蒸汽轮机125功率相对于 燃气轮机105废气温度的导数(STPWR—EXH_T_Deri)、以及在全负 荷和参考条件下蒸汽轮机125功率相对于燃气轮机105废气流的导数 (STPWR—EXH_F_Deri).如果联合循环发电设备100具有一个以上 的燃气轮机105，则STPWR_EXH_T_Deri和STPWR—EXH—F_Deri 可涉及到联合循环发电设备100中一个特定的燃气轮机105。 STPWR—EXH_T—Deri和STPWR一EXH—F—Deri的数值也可以是相对 恒定的。当前的操作参数可以由被连接到联合循环发电设备100的监视设 备(未示出)所测量. 一旦被测量，当前的操作参数可以经直接连接 或网络连接以电子方式传送到控制单元130，经由软盘、CD-ROM或 其它存储媒体人工地传送到控制单元130，或由人工输入到控制单元 130的存储器305。将会看到，发电厂性能典型地是通过经校正的参数所测量，该经 校正的参数是按全负荷和标准条件而校正的输出参数。因此， 一旦当 前的操作参数在步骤605被确定，则在步骤610，当前的操作参数可以 按全负荷和标准条件被校正.当前的操作参数还可以按ISO参考标准 进行校正，或它们可以按任何其它参考标准进行校正.正如由ISO确 定的，由发电厂工业使用的当前的参考标准和环境条件是59T715TC， 14.7 psia/1.013 bar,以及60%相对湿度。本领域技术人员将会看到， 只要本发明一贯地使用这些参考标准，就可以使用任何参考标准来校 正当前的操作参数.在步骤610，汽轮机105所有的或一部分当前的操作条件可以按参 考条件来校正。最终得到的经过校正的操作条件然后可以由控制单元 130的编程逻辑块315用作为数据变量.按照本发明的一个方面，可对 GT一PWR一HB进行校正以便得到燃气轮机105当前的经校正的功率 (GT_PWR_COR);可对GT_HR_HB进行校正以^更得到燃气轮机105 当前的经校正的热耗率(GT_HR_COR);可对GT_EXH_T_HB进行 校正以便得到燃气轮机105当前的经校正的废气温度(GT_EXH_T_COR);以及可对GT_EXH_F_HB进行校正以便得到 燃气轮机105当前的经校正的废气流量(GT_EXH_F_COR).在步骤615，控制单元130确定紧接在最近一次离线压缩机清洗或 其它重大维修之后燃气轮机105的经校正的操作参数，这些经校正的 最新操作参数可以存储在控制单元130的存储器305中，传送或发送 到控制单元130，或人工地输入到控制单元130。按照本发明的一方面， 燃气轮机105的经校正的最新操作参数可包括(但不限于)紧接在最 近一次离线压缩机清洗或其它的重大维修之后燃气轮机105的校正的 功率输出(GT—PWR—COR_Last);紧接在最近一次离线压缩机清洗 或其它的重大维修之后燃气轮机105的校正的热耗率(GT_HR_COR—Last);紧接在最近一次离线压缩机清洗或其它的重 大维修之后燃气轮机105的校正的废气温度(GT_EX—T_COR—Last); 以及紧接在最近一次离线压缩机清洗或其它的重要维修之后燃气轮机 105的校正的废气流量(GT_EX_F_COR_Last)。一旦控制单元130在步骤610确定当前经校正的操作参数，控制 单元130就可以在步骤620确定燃气轮机105基准性能。燃气轮机105 的基准性能可以代表通过对燃气轮机105执行离线压缩机清洗而得到 的燃气轮机105的性能.因为离线压缩机清洗几乎完全消除了由于压 缩机结污造成的燃气轮机105的性能下降，燃气轮机105的基准性能 可以接近于紧接在最近一次离线压缩机清洗或燃气轮机105的重大维 修之后的性能。控制单元130可以按照以下公式计算燃气轮机105的 基准功率，或G1^PWR—BAS:GT—PWR_BAS = GT—PWR_COR +(GT—PWR一COR一Last - GT—PWR—COR) * Recover其中最终得到的GT_PWR—BAS可以代表在燃气轮机105的离线 压缩机清洗后燃气轮机105运行的经校正的功率.同样地，控制单元 130可以按照以下公式计算燃气轮机105的基准热耗率，或
GT一HR一BAS:GT一HR一BAS = GT—HR一COR +(GT—HR一COR—Last - GT—HR—COR) * Recover其中最终得到的GT_HR_BAS可以代表在燃气轮机IO5在离线压 缩机清洗后燃气轮机105运行的经校正的热耗率.控制单元l30还可 以按照以下公式计算燃气轮机105的基准废气温度，或 GT一EXH一T一BAS:GT—EXH—T—BAS = GT—EXH_T—COR +(GT—EXH—T—COR一Last - GT—EXH—T_COR) * Recover其中最终得到的GT—EXH_T_BAS可以代表在燃气轮机IO5在离 线压缩机清洗后燃气轮机105运行时的经校正的废气温度.控制单元 130还可以按照以下公式计算燃气轮机105的基准废气流量，或 GT_EXH—F-BAS:GT—EXH—F—BAS = GT一EXH一F一COR +(GT_EXH—F—COR Last - GT—EXH—F—COR) * Recover其中最终得到的GT_EXH_F_BAS可以代表在燃气轮机105在离 线压缩机清洗后燃气轮机105运行时的经校正的废气流量.本领域技 术人员将会看到，燃气轮机105的基准性能可以是在燃气轮机105在 离线压缩机清洗后燃气轮机105如何运行的预测，在不使用上述的计 算燃气轮机105基准性能的方法或类似的方法的情况下，可以通过系 统模型来预测燃气轮机105的基准性能。这样的系统模型的例子是由 General Electric Company (通用电气公司)提供的GateCycleTM，不 过其它系统模型也能够预测燃气轮机105的基准性能。在控制单元130确定燃气轮机105的基准性能后，控制单元130
可以确定由于燃气轮机105的压缩机结污造成的对联合循环发电设备 IOO的满负荷功率的可恢复的影响.图7是由控制单元i:30在确定对联 合循环发电设备100的满负荷功率的可恢复的影响时可以采取的步猓 的示例性流程图.控制单元130首先确定对燃气轮机105的满负荷功 率的可恢复的影响，然后确定对燃气轮机105的满负荷功率的可恢复 的影响如何影响联合循环发电设备IOO的其余部分.在步骤705，控制 单元130可以按照以下公式确定燃气轮机105的当前的基本负荷功率<formula>formula see original document page 18</formula>其中GT—PWR一HB是燃气轮机105的当前的功率输出，以及 G1^BLF是燃气轮机105的当前的基本负荷份额。然后，在步骤710， 控制单元130可以确定在离线压缩机清洗后燃气轮机105的基本负荷 功率是多少。换句话说，控制单元130可以确定在燃气轮机105被设 置为它的基准条件后的燃气轮机105的基本负荷功率。在这样做以后， 控制单元130可以使用以下公式<formula>formula see original document page 18</formula>其中GT_PWR—BAS是燃气轮机105的基准功率，以及 GT_PWR_COR是燃气轮机105的当前的经校正的功率.一旦当前的基本负荷功率和在离线压缩机清洗后的基本负荷功率 被控制单元130确定，就可以在步骤715，按照以下公式确定由于压缩 机结污造成的燃气轮机105可恢复的影响它可被重写为
<formula>formula see original document page 19</formula>在步骤715确定燃气轮机105可恢复的影响后，在步骤720和725， 控制单元130可以确定对联合循环发电设备100中的蒸汽轮机125的可 恢复的影响。在步稞720,控制单元UO可以确定在所建立的参考条件 下对蒸汽轮机125的可恢复的影响.按照本发明的一个方面，控制单 元130可以通过利用以下公式确定在参考条件下对蒸汽轮机125的可 恢复的影响，或ST_PWR_IMP_BAS:ST—PWR一1M:P—BAS = STPWR—EXH一T一Deri *(GT—EXH—T一BAS - GT—EXH一T一COR) + STPWR一EXH—F一Deri * (GT—EXH—F—BAS -GTEXH—F一COR)其中Sl^PWI^EXHjr一Deri是蒸汽轮机125功率相对于燃气轮机 105废气温度的导数，以及ST—PWR_EXH_F_Deri是蒸汽轮机125功 率相对于燃气轮机105废气流量的导数。ST_PWR_EXH_T_Deri和 ST—PWR_EXH_F_Deri可以计及联合循环发电设备100的满负荷和参 考条件。在步骤725，控制单元130可以按照以下公式确定在满负荷和 参考条件下对于蒸汽轮机125的可恢复的影响<formula>formula see original document page 19</formula>本领域技术人员将会看到，基于基准燃气轮机105性能的蒸汽轮 机125性能的预测可以通过诸如由General Electric Company提供的 GateCy deTM那样的系统模型作为上述的算法的替换而完成。继续参考图7， 一旦确定了对燃气轮机10S和蒸汽轮机1"的可恢 复的影响，控制单元130就可以在步骤"0确定对联合循环发电设备 100的满负荷功率的可恢复的影响.对联合循环发电设备100的满负荷功率的可恢复的影响，或BL_PWR_Impact，代表通过对燃气轮机105 执行离线压缩机清洗而得到的联合循环发电设备100的性能提高，它 可以按照以下公式被确定<formula>formula see original document page 20</formula>图8是由控制单元130在确定对联合循环发电设备100的燃料消耗 的可恢复的影响时可以采取的步骤的示例性流程图。在对燃气轮机105 执行离线压缩机清洗后，燃气轮机105可以更有效地发电。然而，可 能希望在离线压缩机清洗后把联合循环发电设备100的总的输出保持 在相对较恒定的电平，所以，在步骤805,控制单元130可以确定在对 燃气轮机105执行离线压缩机清洗后需要的燃气轮机105功率和热耗 率，以便产生在联合循环发电设备IOO中相同的当前输出。在步骤805 所作的确定可以由控制单元105按照下面参照图9描述的步骤来执 行，或替换地，在步骤805所作的确定可以通过使用诸如由General Electric Company提供的GateCycleTM那样的系统模型来执行。在在线压缩机清洗后所需要的燃气轮机105功率和热耗率将分别 用变量GT_PWR_Clean和GT_HR—Clean来表示.在GT_PWR—Clean 和GTJHJ^Clean被确定后，在步骤810，控制单元130可以确定对于 系统燃料消耗的可恢复的影响，对于系统燃料消耗的可恢复的影响代 表通过燃气轮机105的离线压缩机清洗而可得到的燃料节省，它可以 通过以下公式被确定BL—Fuel—Impact =: ((GT_PWR_HB)*(GT—HR—HB)-(GT—PWR—Clean*GT—HR—Clean))一旦对于系统燃料消耗的可恢复的影响被控制单元130确定，就i通过执行离线压;机清洗后"Ir得到的燃料消耗4省.S制单元130 然后可以使用所确定的对系统燃料消耗的可恢复的影响或所确定的燃 料消耗节省，以便在以后确定是否需要对燃气轮机105进行离线压缩
机清洗，图9是由控制单元130在确定在对燃气轮机105执行离线压缩机清 洗或其它重大維修后在联合循环发电设备100中产生相同功率所需要 的燃气轮机105功率和热耗率时可以采取的步骤的示例性流程图.在 步骤905，控制单元确定当前的燃气轮机105废气焓和底部循环效率， 燃气轮机105的当前的废气焓(GT^EXH—EnergyJIB)可以通过利用以 下公式被确定<formula>formula see original document page 21</formula>燃气轮机105的底部循环效率(Tib。"。m)代表在把燃气轮机105的废气变换成附加功率时联合循环发电设备100的其余部分的效率，Tlb。"。m可以按照以下公式被确定<formula>formula see original document page 21</formula>其中GT—HR_HB代表在联合循环发电设备100中每个燃气轮机 105, 110的当前的热耗率，并且把联合循环发电设备100的所有的燃 气轮机105， 110进行相加。GT_HR_HB可以由控制单元130根据从监 视设备接收的数据来确定，或替换地，它可以通过诸如由General Electric Company提供的GateCycleTM那样的系统模型来确定.本领域 技术人员还将会看到，Tlb。"。m可以从联合循环发电设备100的部件的设 计数据进行估计.在用于当前的废气焓的公式和用于到底部的循环效 率的两个公式中，可用转换因子把GT_HR_HB的单位从Btu/千瓦小时 改变到无量纲单位。转换因子可以是1.054/3600.将会看到，如果在确 定GT—HR_HB时牵涉到不同的单位，则可以使用不同的转换因子.在确定GT—EXH—Energy和Tib。"咖后，在步骤910，控制单元1:30 确定在离线压缩机清洗或其它重大维修后的燃气轮机105的预期的热 耗率，所确定的预期的热耗率(GT—HR_EXP)可以假设，在离线压缩机清洗后燃气轮机105运行在燃气轮机105当前相同的基本负荷份 额。在步骤910， GTJH^EXP可以通过利用以下公式被确定<formula>formula see original document page 22</formula>在步骤910后，控制单元130可以执行迭代过程，在其中它假设 在离线压缩机清洗后燃气轮机105的输出的初始值(GT_PWR_Clean ) 以及它随后进行检验，查明所假设的数值是否处在所确定的容许范围 内.容许范围可以是由本发明的用户确定的容许范围，或容许范围可 以是存储在控制单元130的存储器305的默认值，诸如，0.1%.在步 骤915，控制单元1S0可以假设GT^PWR—Clean的初始值。然后，在 步骤920，控制单元可以按照以下公式确定在新的燃气轮机105输 出中燃气轮机105的基本负荷份额(GT_BLF_New):<formula>formula see original document page 22</formula>因为如果功率是已知的，则可以估计热耗率，所以燃气轮机的相 应的热耗率(GT_HR_Clean )可以在步骤925，由控制单元130按照以 下公式被确定<formula>formula see original document page 22</formula>其中函数f (BLF)给出在基本负荷份额下燃气轮机105热耗率与在 参考条件下燃气轮机105的基本负荷热耗率的比值.控制单元130也 可以按照以下公式确定燃气轮机的相应的废气焓 (GTJEXH_Energy—Clean ):<formula>formula see original document page 23</formula>其中1.054/3600是用来把GT_HR_Clean的单位从Btu/千瓦小时改 变到无量纲单位的转换因子。将会看到，如果在确定GTLHRjlean时 牵涉到不同的单位，则可以使用不同的转换因子。在确定了离线压缩机清洗后的对燃气轮机105的各种操作参数 后，控制单元130可以确定干净的燃气轮机105对由燃气轮机105的废 气供能的蒸汽轮机125的影响.在步骤930，控制单元UO可以按照以 下公式确定蒸汽轮机125的功率的改变(ST_PWR_Change):<formula>formula see original document page 23</formula>
然后，在步骤935,控制单元130可以重新计算在对燃气轮机100 执行离线压缩机清洗后为保持联合循环发电设备100相同的输出所需 要的燃气轮机105的功率。重新计算的燃气轮机105功率 (GT_PWR—Iter)可以按照以下公式被确定<formula>formula see original document page 23</formula>
一旦重新计算了在离线压缩机清洗后的燃气轮机ios功率，在离线压缩机清洗后的燃气轮机105的功率的两个确定的数值， GT_PWR_Clean和GT—PWR—Iter,就可以互相进行比较，在步骤940， 控制单元130可以按照以下公式确定GT_PWR_Cleaii和 GT一PWRjter之间的任何差异是否处在建立的公差范围内<formula>formula see original document page 23</formula>
如果GT_PWR_Clean和GT_PWR_Iter之间的任何差异处在建立的公差范围内，则GT—PWR_Clean的假设的数值是准确的，并且该数 值可以在步骤810用来确定对联合循环发电设备100中燃料消耗的可 恢复的影响.然而，如果GT^PWRj:ieaii和GlLPWR—Iter之间的任 何差异大于所确立的公差范围，则可以在步骤SM5按照以下公式假设 GT—PWR_Clean的新的数值<formula>formula see original document page 24</formula>— — 2然后，控制单元130可以返回到步骤920，并重复进行步骤920-940，以便确定对于GT—PWR—Clean的新的假设的数值是否准确。这里阐述的本发明的许多修改方案和其它实施例将由从在以上的 说明和相关的附图给出的教导获益的本领域技术人员所想到.所以， 应当看到，本发明不限于所公开的特定的实施例，并且修改方案和其 它实施例打算包括在所附权利要求的范围内。虽然这里采用特定的术 语，但它们只在通用的和说明性意义上被使用，而不是为了限制.
权利要求
1.一种用于估计联合循环发电设备(100)中压缩机结污影响的方法，包括确定联合循环发电设备(100)的当前的性能；把联合循环发电设备(100)的当前的性能归一化为一个或多个参考条件；确定联合循环发电设备(100)的燃气轮机(105)的基准性能；确定联合循环发电设备(100)的预测的性能；其中联合循环发电设备(100)的预测的性能包括归一化的当前的性能，而其中的燃气轮机(105)被设置为燃气轮机(105)的基准性能；计算由于在燃气轮机(105)中的压缩机结污造成的对联合循环发电设备(100)的性能的可恢复的影响，其中该可恢复的影响是通过从联合循环发电设备(100)的预测的性能中减去联合循环发电设备(100)的归一化的当前的性能而被计算的；以及根据对联合循环发电设备(100)的性能的可恢复的影响，计算对联合循环发电设备(100)的燃料消耗的可恢复的影响。
2. 权利要求1的方法，其中确定联合循环发电设备(100)的燃 气轮机(105)的基准性能包括在接近于而且跟踪燃气轮机(105)的最近一次维修的时间点上确 定燃气轮机(105)的性能；以及把燃气轮机(105)的性能归一化为一个或多个参考条件。
3. 权利要求2的方法，其中燃气轮机(105)的基准性能可以按 照回收变量而加以调节。
4. 权利要求1的方法，其中联合循环发电设备(100)的当前的 性能由至少一个燃气轮机(105)的当前的性能和至少一个蒸汽轮机(125)的当前的性能组成。
5. 权利要求4的方法，其中该至少一个燃气轮机(105)的当前 的性能由该至少一个燃气轮机(105)的当前的功率输出、该至少一个 燃气轮机U05)的当前的热耗率、该至少一个燃气轮机(105)的当 前的废气温度、和该至少一个燃气轮机(105)的当前的废气流量中的 至少一项所确定。
6. 权利要求4的方法，其中该至少一个蒸汽轮机(125)的当前 的性能由该至少一个蒸汽轮机(125)的当前的功率输出、所产生的蒸 汽功率相对于该至少一个燃气轮机(105)的废气温度的导数、和所产 生的蒸汽功率相对于该至少一个燃气轮机(105)的废气流量的导数中 的至少一项所确定.
7. 权利要求l的方法，其中该一个或多个参考条件由用户规定。
8. 权利要求l的方法，还包括 确定需要对燃气轮机(105)进行维修的时间点.
9. 权利要求l的方法，还包括采取一个校正行动，其中该校正行动包括发出一个报警、发送报 警信号、关闭燃气轮机(105)、和安排燃气轮机(105)维修的一项。
10. 权利要求1的方法，其中计算对燃料消耗的可恢复的影响包 括以下步骤在所建议的对燃气轮机(105)进行维修后确定燃气轮机(105) 的性能；计算在所建议的维修后燃气轮机(105)的燃料消耗；以及 从燃气轮机(105)的当前的燃料消耗中减去计算出的燃气轮机 (105)的燃料消耗。
全文摘要
估计压缩机结污对联合循环发电厂的影响的方法和系统。用于估计联合循环发电设备(100)中压缩机结污影响的系统和方法。联合循环发电设备(100)的当前性能被确定和按一个或多个参考条件归一化。还确定联合循环发电设备(100)的燃气轮机(105)的基准性能。然后可用燃气轮机(105)的基准性能替代燃气轮机(105)的当前性能而确定联合循环发电设备(100)的预测性能。然后通过从预测性能中减去归一化的当前性能而确定由于压缩机结污造成的对联合循环发电设备(100)性能的可恢复的影响，以及根据该可恢复的影响确定对联合循环发电设备(100)的燃料消耗的可恢复的影响。
文档编号F02C6/18GK101117918SQ20071013816
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月31日 优先权日2006年7月31日
发明者J·皮特克, P·佩奇特尔, Y·张 申请人:通用电气公司