发电站设备及其运行方法_5

文档序号:9823805阅读:来源:国知局
提高的转速nmech运行。相应于在时间t日与tl之间的转速nmech 提高时进行的热气体溫度ThDt的降低,现在热气体溫度ThDt可W提高W便使功率提高到满负 载值。作为结果,燃气满轮机在设计热气体溫度情况下W提高的转速nmesh运行并且可W在 该实例中为了频率支持的目的输出满负载功率之上的标准化的功率。其在该实例中为 100.8%。运可W在不出现对使用寿命下降的容忍(其它情况下对于频率支持运是常见的)的 情况下实现。从时刻t4起恢复电网频率F并且随后可W降低相对功率Pre拟及相应地降低转 速nmech,直到在时刻t5再次实现正常的满负载运行。
[0114] 为了将组合式发电站的净功率在预期的过低频率事件之前在从tl至t2的时段中恒 定地保持,燃气满轮机功率Prel必须最终提高。通过提高的转速nmech,通过满轮机的质量流 量和进而压力比升高。此外,燃气满轮机的热气体溫度降低。两者导致了满轮机出口溫度的 下降,运可能尽管在升高的排气质量流量的情况下也对蒸汽满轮机的功率产生不利影响并 且通过燃气满轮机功率Prel补偿。
[0115] 如在图11和图12的实例中,如果想要在过低频率期间还(在对于频率支持常见的 对使用寿命下降的容忍的情况下)提高热气体溫度化。t超过设计值,则燃气满轮机功率Prel 还可能继续升高超过满负载值。
[0116] 根据燃气满轮机的驱动状态和燃气满轮机12的运行方案,与转速提高相联系的功 率升高的补偿并不通过化。t,而是通过另一个调节参数、例如可调节的压缩机导向叶片42、 或调节参数的组合来实现。
[0117] 在图中示出的相对功率Prel设及似稳的运行中的功率。动力学的功率部分,如其在 轴系的转速变化中出现地一样,是可W忽略的。
[0118] 对于在图11至13中示出的实例来说,蒸汽满轮机功率的质量曲线典型地对应于燃 气满轮机12的相对功率Prel。对于根据图11的燃气满轮机12的固定的电网禪合的常规情况 来说,排气质量流量和为水-蒸汽循环提供的热量随着燃气满轮机12的机械转速nmesh减少。 基于减少的质量流量和升高的热气体溫度化。t,然而燃气满轮机12的排气溫度52升高,因此 蒸汽满轮机24的功率损失比燃气满轮机12的功率损失更小。在排气溫度52剧烈升高时,蒸 汽满轮机12的功率甚至可W保持恒定或升高。在图12和13中示出的过低频率事件期间,蒸 汽满轮机24的功率基于提高的排气能量而升高并且因此有助于频率支持。
[0119] 燃气满轮机12的快速的电网频率事件的曲线W及可能的通过电去禪在运种事件 的曲线上施加的影响在图14至图18中借助过低频率事件示例性地说明。其针对于50Hz的电 网21描述,但也类似地可用于60化的电网21或带有另外设计频率的电网21。通过类比法,也 为技术人员展示了用于过高频率事件的相应的方案。干扰信号、电网频率F的高频的小变化 或噪声是可W忽略的并且未示出。
[0120] 电网频率F的高频的小变化或噪声对于调节的影响可W通过死区加 W抑制。运表 明,在超过界限值之后才对频率变化作出反应。
[0121] 由于可能的是,电网频率缓慢地从死区中出来,对于运种缓慢的、但不具有快速的 燃气满轮机12的负载变化的频率移动应作出回应,可W在调节装置中W相对于电网频率的 滑动平均值加上围绕该平均值的死区的频率偏差来处理。死区和滑动平均值、也称为平均 的供电频率,针对于没有电网21和燃气满轮机12的电去禪的常规的燃气满轮机12,在 EP0858153中详细地加 W描述。EP0858153和其在具有与电网21的电子去禪的燃气满轮机12 上的应用是该申请的组成部分。
[0122] 在图14和15中根据理想化的实例探讨了动态功率Pdyn,其在燃气满轮机12的轴系 的转速变化期间输出。
[0123] 在图14中示意性地示出了在过低频率事件期间从燃气满轮机轴系输出到电网上 的动态功率Pdyn, W及燃气满轮机转速nmech的曲线。在该实例中,电网频率F在时间T2与T3之 间W恒定的梯度而从50化下降到49化。基于轴系的旋转动能的变化,在转速改变时,动态功 率Pdyn被输出,其与转速变化的梯度成比例。电网频率变化与燃气满轮机转速的变化之间的 比例在预设的电网频率变化情况下对于过低频率事件的影响(其在运里显示为标准化的电 网频率fG)借助3个比例说明。在初始情况下,燃气满轮机轴系的机械转速nmechaW比例1 : 1, 如其强制地也对于固定的机械禪合的情况那样,随着电网频率F变化。相应地在转速变化期 间,输出了标准化的动态功率Pdyna。运与转速变化的梯度W及与转速成比例,其中在此简化 地仅仅示出了与转速梯度的关系。
[0124] 在第二种情况下,转速相比标准化的电网频率的比例更剧烈地下降。相应 地,可W输出双倍的动态功率Pdyn,2。为此而必须忍受机械转速rwh,3的双倍量的降低。
[012引在第S种情况下,转速相比标准化的电网频率feWl: 2的比例更弱地下降。相应 地,可W输出仅仅一半的动态功率Pdyn,3。机械转速nmech,3为此而仅一半剧烈地降低,因此燃 气满轮机的似稳的功率不剧烈地下降并且与可能的压缩机累的间距保持更大。
[0126] 在图15中示意性地示出了在预期的过低频率事件的情况下,电网频率变化与电子 去禪的燃气满轮机转速的变化之间的比例的影响。为了进行比较再次示出了第一种情况, 其中轴系的转速变化nmech,l,恰好遵循了标准化的电网频率fG的变化并且进而在时间T2与T3 之间的瞬态期间导致了动态功率Pdyn,1的输出。在该实例中,操作人员被告知即将来临的事 件,例如从电网断开较大的发电站或者将较大的用电设备接到电网上,从而可能导致频率 下降。相应地,在时刻To选择燃气满轮机的待机模式。为了对过低频率事件做准备,现在燃 气满轮机的机械转速nmech提高并且在时刻Tl达到提高的机械转速nmech。相应地,由轴系接收 动态功率Pdyn(未示出)。
[0127] 在对于预期的过低频率事件的第一实例中,燃气满轮机12的机械转速nmeth,4首先 在To与Tl之间提高了 1%。此外在T2与T3之间的电网频率下降期间,燃气满轮机轴系的转速 nmech,4相比标准化的电网频率f拟1:2的比例更弱地下降。相应地,可W输出仅仅一半的动 态功率Pdyn,4。机械转速nmech,4为此仅一半剧烈地降低,并且在电网频率下降的最后,燃气满 轮机12还W设计转速运行。
[0128] 在对于预期的过低频率事件的第二实例中,燃气满轮机的机械转速nmeth,5首先在 To与Tl之间提高了 2%。此外在T2与T3之间的电网频率下降期间,燃气满轮机轴系的转速相比 标准化的电网频率f拟2:1的比例更剧烈地下降。相应地,可W输出双倍的动态功率Pdyn,5。 为此也双倍剧烈地降低机械转速nmesh,5。基于在电网频率下降之前的提高的转速,燃气满轮 机在电网频率下降的最后一直还W相同的转速nmech运行,如同在具有电网21与燃气满轮机 12之间的固定禪合的基准情况下那样。
[0129] 在图16,17和18中忽略了上面探讨过的动态功率Pdyn并且示出了燃气满轮机12的 似稳的功率PrelW及最重要的过程参数。似稳的功率在此理解为如下功率,即稳态运行中的 燃气满轮机12基于热的边界条件在各个转速情况下可能输出的功率。动态功率Pdyn的曲线 是借助图16a和16b示例性地探讨的。
[0130] 在图16中首先示意性地示出了带有在燃气满轮机12与电网21之间的固定禪合的 过低频率事件的实例。从满负载运行出发,在时间T2与T3之间存在频率下降,其中电网频率F 从50化降低到49化。相应地,机械转速nmech从100%降低到98%。燃气满轮机12的吸入质量流 量与转速成比例地下降(未示出),运在首先是恒定的燃料质量流量情况下(同样也未示出) 导致了热气体溫度ThDt的升高。基于降低的吸入质量流量,燃气满轮机功率Prel下降。在此, 在第一瞬间的功率损失基于热气体溫度ThDt的升高而很小。随着时间延迟,燃气满轮机12的 调节装置39尝试对抗热气体溫度ThDt的睹的升高地起作用。在实际中,运根据过低频率事件 的瞬态曲线、测量链的速度W及调节装置39的时间常数导致了热气体溫度ThDt的下冲 化nterschwingung)。最小的热气体溫度化Ot在该实例中在时刻T3实现。在该时刻,电网频率 F在此也稳定在49化。相应于低的机械转速rwh和低的热气体溫度化。t,在时刻T3,燃气满轮 机功率Prei经历了一个明显的下降。随着延迟,调节器在时刻T4才将热气体溫度ThDt调节到 用于频率支持的、相对于设计值提高的额定值。在热气体溫度ThDt中的最小值在该实例中纯 粹偶然性地在时间T3实现。该最小值可W根据调节的动态和具体过低频率事件的时间曲线 在时间T3之前或之后实现。
[0131] 在图16a中再次示出了根据图16的、带有在燃气满轮机12与电网21之间的固定禪 合的过低频率事件的实例的燃气满轮机转速nmech的曲线。此外示意性地示出了在时间上的 所属的标准化的动态功率Pdyn。相应于频率变化的曲线,在最睹的转速梯度的时刻,得到了 动态功率Pdyn的最大值。利用该最大值将示出的标准化的动态功率Pdyn标准化。
[0132] 根据过低频率事件和轴系的惯性矩,该最大值可W达到燃气满轮机12的满负载功 率的数量级。相应地设计发电站、特别是燃气满轮机12的轴系和电子设备。
[0133] 通过电子去禪可W避免动态功率Pdyn的运种最大值。在图16b中为了进行比较示出 了,如何利用机械转速rwh的恒定梯度在T2与T3之间的时间段中输出相同的动能,如根据图 16a的示例中一样。但是根据图16a的实例,动态功率Pdyn被限制到最大值的60%。相应地,具 有去禪合和被调节的或被限制的转速梯度的发电站可W设计到更低的最大值。当W恒定 的、与电网21无关的燃气满轮机转速nmech来运行时,可W完全放弃对于动态功率Pdyn的设 计。
[0134] 当选择如下运行方案时,其中燃气满轮机12的转速nmech调节地并且与电网21去禪 地运行,则调节装置39可W近似地预先计算出吸入质量流量的变化和燃烧室15,15*的边界 条件的变化并且相应地对调节阀17,17*进行预先控制。因此可W改善瞬态的行为并且避免 或降低热气体溫度中的最大值。
[0135] 在图17中类似于图16示意性地示出带有电子去禪和恒定的燃气满轮机转速的同 一个过低频率事件。燃气满轮机的机械转速nmech与电网频率F无关地保持恒定。相应地,在 时刻T2也没有见到电网频率F对热气体溫度Thot和燃气满轮机功率Prel的直接影响。随着短 时间的延迟,调节装置39才使得热气体溫度ThDt升高,W便为了频率支持而提高燃气满轮机 功率Prei。电网频率F在时刻T3稳定在49化。通过燃气满轮机12、测量装置和调节装置39的惯 性,燃气满轮机12随着小的时间延迟才在时刻T4实现了具有恒定功率Prel和热气体溫度化。t 的似稳的运行。
[0136] 作为另外的实例,在图18中示意性地示出了具有电子去禪、预期的过低频率事件 和在频率下降期间保持恒定的燃气满轮机转速rwh的过低频率事件。在该实例中,操作人 员被告知即将来临的事件,例如从电网21断开较大的发电站或者将较大的用电设备接到电 网21上,从而可能导致频率下降。相应地,他在时刻To选择燃气满轮机12的待机模式。为了 对过低频率事件做准备,现在燃气满轮机的机械转速nmeth提高并且在时刻Tl例如达到101%。 为了将负载Prel恒定地保持在设计满负载上,相应于提高的转速nmech降低热气体溫度Thoto 在此,相对于在设计转速100%时的运行和设计-热气体溫度可能发生效率降低。相应于转速 提高,由轴系接收动态功率Pdyn(未示出)。此外,机械转速nmech中的相对于用于超额转速 (化berhehzahl)的负载减少的差别得到降低。
[0137] 在时刻T2开始了预期的过低频率事件。基于燃气满轮机转速nmesh和电网频率F的去 禪,燃气满轮机12可W继续在提高的转速nmech上运行。相应于在时间To与Tl之间的转速nmech 提高时进行的热气体溫度ThDt的降低,现在热气体溫度ThDt可W提高W便使得功率提高到满 负载值。结果是,燃气满轮机12在设计热气体溫度下W提高的转速nmesh运行并且可W在该 实例中为了频率支持的目的输出满负载功率之上的标准化功率。其在该实例中为几乎 101%。运可W在不出现其他情况下对于频率支持常见的对使用寿命下降的容忍的情况下实 现。
[0138] 可能的运行方案并不限于所示出实例,而且可由技术人员相应于需求组合和扩 展。为了通过高的动态功率Pdyn对电网加 W支持,例如可能有利的是,首先利用一个转速梯 度来改变燃气满轮机转速nmesh,其高于电网频率变化的梯度。由于燃气满轮机1 2的允许的 转速范围受到机械的和空气动力的界限的限制
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