专利名称：气体压缩机的运转方法及具备气体压缩机的燃气涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于气体压缩机的气体压缩机的运转方法及通过该运转方法而运转的燃气涡轮，该气体压缩机是例如在使用炼铁厂副产气体(BFG)那样的低卡路里气体作为燃料的低卡路里气体焚烧燃气涡轮中使用的、用于对气体燃料进行压缩的气体压缩机那样气体燃料的供给条件发生变动的气体压缩机。
背景技术：
以往，已知有以在炼铁工艺中大量产生的炼铁厂副产气体(BlastFurnace Gas:BFG)那样的低卡路里气体为燃料而运转的燃气涡轮设备，即，以低卡路里气体为燃料而运转的低卡路里气体焚烧燃气涡轮(以下，称为“燃气涡轮”)。在这种燃气涡轮中，使用对压力低的气体燃料进行压缩而向燃烧器供给的气体压缩机。因此，为了防止气体压缩机的喘振，例如
图1的实线所示，关于与横轴的“可变静叶片开度”相对的纵轴的“压力比”，而设置运用上的“限制压力比”。该限制压力比是对于气体压缩机的吸入绝对压力及喷出绝对压力的压力比，限定了防止喘振的运用上的上限的值。因此，为了防止气体压缩机的喘振，以不超过限制压力比的方式调整可变静叶片(吸入流量调整机构)的开度，进行确保相对于喘振限制的余量那样的运转控制。S卩，在图1中当压力比从点A上升而增大时，若不变更可变静叶片开度，则在点A'处与限制压力比一致，因此无法进行使压力比进一步上升的运转。然而，若对应于距点A的压力比上升而使可变静叶片向开方向动作，则例如图1的点A至点B那样限制压力比也上升，因此能够防止喘振的发生的压力比的运转区域变宽，能够安全运转的区域产生余量。如此增加可变静叶片的开度的情况是指接受到由气体压缩机升压后的气体燃料的供给的燃气涡轮进行气体燃料的旁通运用。另外，在接受由气体压缩机升压后的气体燃料的供给的燃气涡轮上设有联锁，在运转压力比超过限制压力比时为了保护设备而该联锁使运转紧急停止。作为与压缩机的防止喘振相关的现有技术，已知有例如专利文献I公开的二氧化碳回收型发电设备的压缩机喘振防止系统。这种情况下，为了防止将水蒸气及二氧化碳的混合气体作为差动流体的压缩机的喘振，通过流量调整阀来控制变动的水蒸气及二氧化碳的浓度比。另外，以高炉气体为主原料的燃气涡轮发电系统由于产生的高炉气体的卡路里变动而发电输出也变动。因此，例如专利文献2公开那样，记载有如下情况:根据气体燃料卡路里的测定结果来加入减热气体或增热气体而进行卡路里调整，但由于相对于急剧的卡路里变动的响应延迟而有时会造成不稳定燃烧或吹灭，因此进行实时地算出气体燃料的卡路里的迅速的控制而实现系统的稳定化。在先技术文献专利文献
专利文献1:日本特开2000-337109号公报专利文献2:日本特开2004-190633号公报发明的概要发明要解决的课题然而，上述的低卡路里气体焚烧的燃气涡轮存在如下情况，即:向气体压缩机供给的气体燃料的温度(吸入气体温度)变动的情况，或者例如将组成不同的多种气体燃料混合的情况那样使用气体燃料组成较大变化的不稳定的气体燃料的情况。当上述的吸入气体温度或气体燃料组成那样气体燃料的供给条件产生较大的变化时，对喘振的限制压力比造成影响的值即吸入气体温度(T)、气体常数(R)及比热容比(κ)也变动。S卩，由于吸入气体温度或气体燃料组成那样的气体燃料的供给条件变动，而防止气体压缩机的喘振的限制压力比的特性也变化。然而，在具备对供给条件变动的气体燃料进行压缩而向燃烧器供给的气体压缩机且在该气体压缩机设有可变静叶片的以往的燃气涡轮运转方法中，对于燃气涡轮控制或联锁并未考虑气体燃料供给条件的变动。因此，若气体燃料的供给条件较大地变动而喘振的限制压力比下降，则无法防止气体压缩机的喘振，在最差的情况下可能会造成设备损伤。从这种背景出发，在具备对供给条件变动的气体燃料进行压缩而向燃烧器供给的气体压缩机且在该气体压缩机设有可变静叶片的燃气涡轮中，希望开发出一种对应于气体燃料供给条件的变化而能够可靠地防止喘振的燃气涡轮运转方法。
发明内容
本发明为了解决上述的课题而作出，其目的在于提供一种对应于气体燃料供给条件的变化而能够可靠地防止气体压缩机的喘振的燃气涡轮运转方法及燃气涡轮。用于解决课题的手段本发明为了解决上述的课题，而采用下述的手段。本发明的第一形态的气体压缩机的运转方法中，所述气体压缩机对供给条件变动的气体进行压缩，且具备吸入流量调整机构，所述气体压缩机的运转方法中，相对于根据所述气体压缩机的设计条件而算出的基准限制压力比，规定了与所述气体压缩机的吸入流量或所述吸入流量调整机构的开度相对的压力比的运用上限而防止所述气体压缩机的喘振的限制压力比乘以根据所述气体压缩机的运转状况检测值所算出的第一校正系数而被校正。根据这种本发明的气体压缩机的运转方法，相对于根据气体压缩机的设计条件而算出的基准限制压力比，规定了与气体压缩机的吸入流量或吸入流量调整机构的开度相对的压力比的运用上限而防止气体压缩机的喘振的限制压力比乘以根据气体压缩机的运转状况检测值所算出的第一校正系数而被校正，因此，通过使用根据气体压缩机的运转状况而校正的适当的限制压力比，能够进行可靠地防止喘振的发生的运转。在本发明的第一形态的气体压缩机的运转方法中，优选的是，所述第一校正系数根据所述气体压缩机的吸入气体温度而算出，由此，如状态方程式表示那样，能够进行反映了对应于温度而变动的气体燃料的状态的校正。在这种气体压缩机的运转方法中，优选的是，在所述第一校正系数的算出中加入所述气体压缩机的吸入气体的气体常数(R)及比热容比(K)。即，第一校正系数通过气体压缩机的吸入气体温度和气体常数(R)及比热容比(K)而算出，因此即使在使用气体组成变动的气体作为气体燃料的情况下，通过使用对应于气体压缩机的运转状况而校正的适当的限制压力比，也能够进行可靠地防止了喘振的发生的运转。而且，在上述的气体压缩机的运转方法中，优选的是，在所述第一校正系数的算出中加入所述气体压缩机的实际转速，由此，能够实现限制压力比的校正的进一步的最优化而防止喘振的发生。在本发明的第一形态的气体压缩机的运转方法中，优选的是，在所述气体压缩机的基准转速为Ntl，所述气体压缩机的吸入气体的基准比热容比为K ^，所述气体压缩机的吸入气体的基准气体常数为Rtl,所述气体压缩机的吸入气体的基准温度为Ttl，所述气体压缩机的实际转速为N，所述气体压缩机的吸入气体的当前比热容比为K，所述气体压缩机的吸入气体的当前气体常数为R，所述气体压缩机的吸入气体的当前温度为T时，所述第一校正系数根据通过下述的(数学式I)所求出的修正转速比(a)而求得。[数学式I]
权利要求
1.一种气体压缩机的运转方法，所述气体压缩机对供给条件变动的气体进行压缩，且具备吸入流量调整机构，所述气体压缩机的运转方法中， 相对于根据所述气体压缩机的设计条件而算出的基准限制压力比，规定了与所述气体压缩机的吸入流量或所述吸入流量调整机构的开度相对的压力比的运用上限而防止所述气体压缩机的喘振的限制压力比乘以根据所述气体压缩机的运转状况检测值所算出的第一校正系数而被校正。
2.根据权利要求1所述的气体压缩机的运转方法，其中， 所述第一校正系数根据所述气体压缩机的吸入气体温度而算出。
3.根据权利要求2所述的气体压缩机的运转方法，其中， 在所述第一校正系数的算出中加入所述气体压缩机的吸入气体的气体常数(R)及比热容比(O。
4.根据权利要求2或3所述的气体压缩机的运转方法，其中， 在所述第一校正系数的算出中加入所述气体压缩机的实际转速。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的气体压缩机的运转方法，其中， 在所述气体压缩机的基准转速为Ntl，所述气体压缩机的吸入气体的基准比热容比为K C1，所述气体压缩机的吸入气体的基准气体常数为Rtl，所述气体压缩机的吸入气体的基准温度为Ttl，所述气体压缩机的实际转速为N，所述气体压缩机的吸入气体的当前比热容比为K，所述气体压缩机的吸入气体的当前气体常数为R，所述气体压缩机的吸入气体的当前温度为T时，所述第一校正系数根据通过下述的(数学式I)所求出的修正转速比(a)而求得。
[数学式1]
6.根据权利要求3或5所述的气体压缩机的运转方法，其中， 所述气体压缩机的吸入气体的气体常数(R)及比热容比(K)根据在所述气体压缩机的入口侧计测到的气体组成而算出。
7.根据权利要求3或5所述的气体压缩机的运转方法，其中， 所述气体压缩机的吸入气体的气体常数(R)及比热容比(K)根据由在所述气体压缩机的入口侧计测到的气体密度或气体发热量进行换算所求出的气体组成而算出。
8.根据权利要求3或5所述的气体压缩机的运转方法，其中， 在所述气体压缩机的吸入气体是将多种气体混合的气体时，根据各气体的组成及流量比而求出混合后的气体常数(R)及比热容比U)。
9.根据权利要求8所述的气体压缩机的运转方法，其中， 由气体密度或气体发热量进行换算而求出多种气体中的至少一种气体的组成。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的气体压缩机的运转方法，其中， 在所述气体压缩机的实际吸入流量为Q (单位制为体积流量)，所述气体压缩机的基准转速为Ntl，所述气体压缩机的吸入气体的基准比热容比为K ^，所述气体压缩机的吸入气体的基准气体常数为R0,所述气体压缩机的吸入气体的基准温度为Ttl，所述气体压缩机的实际转速为N，所述气体压缩机的吸入气体的当前比热容比为K，所述气体压缩机的吸入气体的当前气体常数为R，所述气体压缩机的吸入气体的当前温度为T时，所述气体压缩机的吸入流量是通过下述的(数学式2)而求出的修正流量Qtl (单位制为体积流量)，或者，在所述气体压缩机的实际吸入流量为G (单位制为质量流量)，所述气体压缩机的基准转速为N。，所述气体压缩机的吸入气体的基准比热容比为K ^，所述气体压缩机的吸入气体的基准气体常数为R0,所述气体压缩机的吸入气体的基准温度为Ttl，所述气体压缩机的实际转速为N，所述气体压缩机的吸入气体的当前比热容比为K，所述气体压缩机的吸入气体的当前气体常数为R，所述气体压缩机的吸入气体的当前温度为T时，所述气体压缩机的吸入流量是通过下述的(数学式3)而求出的修正流量Gtl (单位制为质量流量)。
[数学式2]
11.根据权利要求1 IO中任一项所述的气体压缩机的运转方法，其中， 所述限制压力比在乘以所述第一校正系数而被校正后，还乘以第二校正系数而被校正，该第二校正系数根据所述气体压缩机的吸入流量或所述吸入流量调整机构的开度及动作方向而预先确定。
12.一种燃气涡轮的运转方法，所述燃气涡轮具备将供给条件变动的气体压缩作为气体燃料而向燃烧器供给的气体压缩机，且在该气体压缩机设有吸入流量调整机构，所述燃气涡轮的运转方法中， 规定了与所述气体压缩机的吸入流量或所述吸入流量调整机构的开度相对的压力比的运用上限而防止所述气体压缩机的喘振的运转方法通过权利要求1 11中任一项所述的气体压缩机的运转方法来进行。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮的运转方法，其中， 防止所述气体压缩机的喘振的运转方法包括气体燃料的旁通运用。
14.根据权利要求12或13所述的燃气涡轮的运转方法，其中， 具备联锁，在所述气体压缩机的运转压力比超过了限制压力比时，该联锁使运转紧急停止。
15.一种燃气涡轮，具备将供给条件变动的气体压缩作为气体燃料而向燃烧器供给的气体压缩机，且在该气体压缩机设有吸入流量调整机构，其中， 规定了与所述气体压缩机的吸入流量或所述吸入流量调整机构开度相对的压力比的运用上限而防止所述气体压缩机的喘振的运转通过权利要求1 11中任一项所述的气体压缩机的运转方法来进行。
全文摘要
本发明提供一种气体压缩机的运转方法，所述气体压缩机对供给条件变动的气体燃料进行压缩，且具备吸入流量调整机构，所述气体压缩机的运转方法中，相对于根据气体压缩机的设计条件而算出的基准限制压力比，规定了与气体压缩机的吸入流量或吸入流量调整机构的开度相对的压力比的运用上限而防止气体压缩机的喘振的限制压力比乘以根据气体压缩机的运转状况检测值所算出的第一校正系数而被校正。
文档编号F04D27/02GK103080560SQ201180039750
公开日2013年5月1日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年3月31日
发明者笹原淳, 奥园昌光 申请人:三菱重工业株式会社