用于發電的燃氣輪機設備及運行所述設備的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于發電的燃氣輪機設備及運行該設備的方法。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機設備已知包括壓縮機，燃燒室和渦輪機。壓縮機被配置為引入空氣，壓縮該引用的空氣然后將其送到燃燒室。在燃燒室中發生燃料和來自壓縮機的空氣的燃燒。煙氣被排入渦輪機并通過渦輪機膨脹，從而產生機械功。所產生的機械功一部分用于驅動壓縮機并且一部分用于通過交流發電機發電。
[0003]這種類型的設備一般包括控制裝置，其被配置為調節設備的多個參數。
[0004]但是，通常控制這些參數不足以獲得最佳的設備性能。例如，在已知設備中的控制裝置通常被配置為控制與燃燒動力學不直接關聯的多個變量。
[0005]因此，燃燒的質量不能被充分地監控以保證設備運行所需要的必要穩定性。所以，燃燒過程的穩定性不能在設備的所有運行條件下被保證，不可避免地影響設備性能，進而影響設備收益。
【發明內容】
[0006]本發明的一個目標是制造一種用于發電的燃氣輪機設備，其不具有現有技術中的缺陷；具體地，本發明的一個目標是制造一種燃氣輪機設備，從功能和結構上看，其允許以簡單且可負擔的方式克服前述缺點。
[0007]根據所述目標，本發明涉及根據權利要求1所述的燃氣輪機設備。
[0008]因此，根據本發明的設備能監控燃燒室內的動力學，從而能提高燃燒過程的穩定性和可靠性，并帶來設備性能和收益方面不可否認的優點。
[0009]本發明的另一個目標是提供一種運行燃氣輪機設備的方法，其允許以簡單且可負擔的方式克服現有技術中的缺點。
[0010]根據所述目標，本發明涉及根據權利要求14所述的運行設備的方法。
【附圖說明】
[0011]本發明的其他特征和優點通過下面參考附圖的非限制性實施例的描述變得更明確，其中:
[0012]圖1是根據本發明的燃氣輪機設備的概略表示；
[0013]圖2是圖1中的設備的細節；
[0014]圖3是圖2中細節的放大透視圖；
[0015]圖4是涉及圖1中設備的細節的框圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1中的附圖標記I表示用于發電的設備，該設備包括壓縮機3、燃燒室4、燃氣輪機5以及發電機7，該發電機7將輪機5提供的機械能轉變為電能，所述電能將通過開關9被提供給連接到發電機7的電網8。
[0017]設備I還具有冷卻回路10，數據檢測單元11以及控制單元12，該數據檢測單元11被配置為檢測設備I的多個參數。
[0018]未示出的一種變形例提供聯合循環式的設備1，除了包括燃氣輪機5和發電機7，還包括蒸汽渦輪總成。
[0019]燃氣輪機5沿縱向的軸線A延伸并具有連接壓縮機3和發電機7的軸13 (其也沿軸線A延伸)。
[0020]壓縮機3優選地是多級軸流式壓縮機。具體地，壓縮機3沿軸線A延伸并包括空氣入口 14和具有可變幾何形狀的入口級15。入口級15包括多個入口導葉16(圖1中概略地示出)，通常被稱為IGV(Inlet Guide Vane)，其傾角可以被改變以調節吸入壓縮機3的空氣流量。
[0021]具體地，多個入口導葉16在末端處被分別連接到以軸線A為中心的內環和外環(在附圖中為了簡潔未示出)。多個入口導葉16彼此等間距地布置。
[0022]多個入口導葉16的傾角通過由控制單元12所控制的致動器17調節。
[0023]致動器17優選地是被提供有工作流體的液壓致動器。致動器17被連接到多個入口導葉16從而在關閉位置和打開位置之間的多個位置驅動它們，入口導葉16在關閉位置被定向為使得進入壓縮機3的空氣流量最小，入口導葉16在打開位置被定向為使得進入壓縮機3的空氣流量最大。
[0024]具體地，致動器17通過用于傳動的裝置18連接到多個入口導葉16，該用于傳動的裝置18包括能將致動器17的運動傳遞給入口導葉16的運動副。
[0025]工作流體優選是油，例如來自設備I的容器(未示出)的液壓油。
[0026]參見圖2，燃燒室4具有外殼20，其限定了發生燃燒的區域。
[0027]優選地，燃燒室4是環式的且具有大致環形聚焦的形狀。
[0028]外殼20具有大致環形的形狀并具有由多個沿相鄰列布置的耐火材料制成的瓦片22限定的內涂層21。
[0029]參見圖3，瓦片22具有四邊形，并具有在使用中面朝燃燒室4的內側的主面23以及兩個相對的分別具有槽25的側面24。
[0030]瓦片22通過接合元件28被固定到外殼20的內表面26 (圖2中示出)。在所描述和所示的非限制性例子中，每個瓦片22通過四個接合元件28被固定到外殼20的內表面
26 ο
[0031]每個接合元件28被固定到外殼20的內表面26以及各自的瓦片22上。
[0032]具體地，每個接合元件28包括板30，該板30在第一端處具有用于固定到內表面26的固定孔31，在第二端處具有基本U形截面的翅片32。
[0033]板30被固定到內表面26，從而在使用中使得翅片32從瓦片22突出并分別接合瓦片22上的槽24。
[0034]參見圖2，燃燒室4還具有沿燃燒室4的壁面布置的多個熱敏元件34，它們被配置為檢測多個溫度數據Tl，Τ2...Τη。
[0035]在所描述和所示的非限制例子中，熱敏元件34沿著環形聚焦的燃燒室4的一條或多條母線的至少一部分布置。
[0036]參見圖3，熱敏元件34被連接到沿母線布置的接合元件28。
[0037]具體地，熱敏元件34被固定到沿母線布置的接合元件28的翅片32的外表面。因此，與火焰形狀和位置相關的燃燒室內的溫度被更準確地檢測。
[0038]變形例(未示出)提出熱敏元件34被固定到外殼20的內表面26，或直接固定到陶瓷瓦片22，或固定到接合元件28的板30。
[0039]熱敏元件34所檢測的溫度數據Tl，T2...Tn被發送給控制單元12，如下面詳細所示，控制單元12基于該溫度數據調節設備I的某些參數。
[0040]在所述和所示的非限制例子中，熱敏元件34由熱電偶限定。
[0041]參見圖1，燃燒室4還具有燃料供應回路36，其包括至少一個引燃供應管37和主供應管38，它們中的每個都提供一個被依次連接到多個燃燒器(為了簡明未示出)的燃燒室4的收集器(為了簡明未在圖中示出)。
[0042]引燃供應管37具有引燃調節閥39，該引燃調節閥39由控制單元12控制，如下面詳細所述。
[0043]主供應管38具有主調節閥40，該主調節閥40由控制單元12控制，如下面詳細所述。
[0044]冷卻回路10包括抽取空氣的管線42、供應空氣43的管線43和至少一個冷卻調節閥44。
[0045]空氣抽取管線42被配置為從壓縮機3抽取至少壓縮空氣流，并提供給空氣供應管線43。
[0046]空氣供應管線43被配置為將從壓縮機3抽取的空氣流噴入燃氣輪機5。從壓縮機3抽取并被噴入燃氣輪機5的空氣的流量通過冷卻調節閥44調節，該冷卻調節閥44由控制單元12控制，如下面詳細所述。
[0047]數據檢測單元11包括被配置為檢測與設備I相關的將被提供給控制單元12的多個參數的多個傳感器(為了簡明未在附圖中示出)；具體地，數據檢測單元11檢測以下參數:
[0048]壓縮機3的入口導葉16的位置；
[0049]當設備I是聯合循環型并具有單軸時，由燃氣渦輪總成提供的或來自設備I內部的功率；
[0050]燃料的熱值；
[0051]所提供的燃料的成分；
[0052]燃料的溫度；
[0053]壓縮機3的進氣壓力和溫度；
[0054]環境條件(大氣溫度和壓力，相對濕度);
[0055]所提供功率的變化梯度；
[0056]所提供功率的變化方向(功率增加或減少);
[0057]燃氣輪機5的排氣的氣體的TETC溫度。
[0058]數據檢測單元11向控制單元12提供與被檢測值相關的信號。
[0059]參見圖4，控制單元12包括計算模塊46、至少一個IGV控制模塊47、燃料供應控制模塊48、冷卻控制模塊49、保護模塊50和安全模塊51。
[0060]計算模塊46被配置為基于由多個熱敏元件34所檢測到的溫度值Tl，T2...Tn計算至少一個修正因子FC。所述修正因子FC在設備I的參數控制中被采用，從而使設備I的參數控制考慮了燃燒室4內部的溫度分布。
[0061]優選地，計算模塊46被配置為計算在設備I的多個參數的控制中將分別被采用的多個修正因子。
[0062]在所描述和所示的非限制例子中，控制模塊46被配置為計算以下修正因子:
[0063]將要被提供給IGV控制模塊47的燃氣輪機的排氣處的溫度設置點的修正因子FCtetc ；
[0064]將要被提供給保護模塊50的功率設置點的修正因子FCpower ;
[0065]將要被提供給冷卻控制模塊49的冷卻調節閥的位置設置點的修正因子FCcool ;
[0066]將要被提供給供應控制模塊48的引燃流量設置點的修正因子FCpilot。
[0067]計算模塊46被配置為根據值Tl，T2...Tn來計算前面列出的修正因子。優選地，計算模塊46被配置為根據值Tl，T2...Tn與根據所使用的機器的類型而被調節的參數的適當函數來計算前面列出的修正因子。
[0068]IGV控制模塊47被配置為以渦輪5的排氣處的溫度的參考值SPtetc為基礎調節入口導葉16的位置IGVpos。
[0069]具體地，IGV控制模塊47被配置為發送控制信號UIGV給致動器17。
[0070]一般地，參考值SPtetc基本上基于設備I的期望功率值和環境條件計算。
[0071]當計算模塊46所計算的修正因子FCtetc大于或小于一個閾值時，參考值SPtetc通過應用該修正因子FCtetc被修正，該參考值SPtetc相應地成為多個熱敏元件34所檢測的溫度值Tl，T2...Tn的函數。
[0072]燃料供應控制模塊48被配置為以閥位置的參考值SPpilot為基礎調節引燃調節閥39的位置，從而提供期望的引燃燃料流量。
[0073]當計算模塊46所計算的修正因子FCpilot大于或小于一個閾值時，閥位置的參考值SPpilot通過應用該引燃流量設置點的修正因子FCpilot被修正，該閥位置的參考值SPpilot相應的成為多個熱敏元件34所檢測的溫度值Tl，T2...Tn的函數。
[0074]冷卻控制模塊49被配置為以閥位置的參考值SPcool為基礎調節冷卻調節閥44的開啟，從而從壓縮機3抽取期望的引燃空氣流量。
[0075]當計算模塊46所計算的冷卻調節閥的修正因子FCcool大于或小于一