增強多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中冷蒸汽渦輪啟動的方法
【專利摘要】公開一種增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷(或暖)蒸汽渦輪啟動的方法。通常用來在裝置燃氣渦輪處于最大負載時增加蒸汽流的鍋爐輔助燃燒用來增加部分負載的、溫度匹配的燃氣渦輪的蒸汽生產量。這么做是為了滿足冷(或暖)蒸汽渦輪啟動的最小所需蒸汽流量。點燃熱回收蒸汽發(fā)生器/鍋爐中的輔助燃燒式噴燃器以及將它們設定為最小或低熱負載，這用來添加處于恰當溫度的足夠蒸汽，以在燃氣渦輪負載和來自燃氣渦輪排氣流的有關蒸汽生產能力由于需要匹配所需蒸汽溫度和/或保持低的燃氣渦輪排氣排放而受到限制時，確保成功的冷或暖蒸汽渦輪啟動。
【專利說明】
増強多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中冷蒸汽渦輪啟動的方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及聯(lián)合循環(huán)功率發(fā)生裝置，并且更特別地，涉及用于增強冷蒸汽渦輪的聯(lián)合循環(huán)裝置起動的方法。
【背景技術】
[0002]在電功率生產中，聯(lián)合循環(huán)是一組熱力發(fā)動機，它們使用同一熱源共同工作，將熱的熱能轉換成機械能，機械能又用來驅動一個或多個發(fā)電機。在聯(lián)合循環(huán)中，在工作流體在第一熱力發(fā)動機中完成其循環(huán)之后，工作流體的熵仍然足夠低，使得后面的第二熱力發(fā)動機還可從第一熱力發(fā)動機的工作流體的廢熱能中抽取能量。通過在機械軸使發(fā)電機轉動之后結合這多個工作流，系統(tǒng)的總凈效率可顯著提高。
[0003]在聯(lián)合循環(huán)功率發(fā)生裝置中，普通聯(lián)合是布雷頓循環(huán)燃氣渦輪(GT)，其熱排氣對蘭金循環(huán)蒸汽渦輪(ST)功率裝置提供功率，ST功率裝置驅動發(fā)電機。這稱為聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪(CCGT)裝置。在聯(lián)合循環(huán)功率裝置中，燃氣渦輪的排氣的熱用來通過將蒸汽傳送通過熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)來產生蒸汽，HRSG是回收來自熱氣體流的熱的能量回收熱交換器。它產生蒸汽，蒸汽可用來驅動蒸汽渦輪。HRSG典型地包括以下構件，S卩，節(jié)熱器、蒸發(fā)器、再熱器和過熱器?？赏ㄟ^用鍋爐中的額外的輔助燃燒式或“導管”噴燃器增加總蒸汽流，來獲得額外的蒸汽渦輪功率。
[0004]由于來自存在的多個HRSG單元中的各個的噴燃器的額外的蒸汽流的原因，具有輔助燃燒的多軸聯(lián)合循環(huán)裝置中的蒸汽渦輪可變得非常大。因而，為了成功地啟動蒸汽渦輪和達到最小穩(wěn)定負載，這些蒸汽渦輪可需要大得多的最小蒸汽流量。在一些情況下，蒸汽渦輪轉子慣量高是因為設計要求，而且這也可能難以啟動。冷(或暖)蒸汽渦輪啟動需要溫度較低的蒸汽來實現應力控制。因此燃氣渦輪單元必須在低負載下停置，以產生所需蒸汽條件;但是，在低負載蒸汽下，生產受限，而且對蒸汽渦輪起動可為不夠的。根據本發(fā)明，鍋爐的輔助燃燒可用來添加所需蒸汽流，同時保持裝備幫助和低排放。
[0005]由于裝置操作和維護需要的原因，大小針對(N)多個輔助燃燒式鍋爐設置而成的蒸汽渦輪能夠以來自單個(或N-1個)燃氣渦輪的蒸汽啟動。單個燃氣渦輪可能沒有產生冷蒸汽渦輪單元啟動的所需蒸汽流所需的排氣能量。因此，用這種方式啟動一些蒸汽渦輪單元時可能有困難。
[0006]雙燃氣渦輪裝置可提供使蒸汽渦輪冷啟動所需的蒸汽流;但是，雙燃氣渦輪裝置不可始終具有兩個可用來啟動蒸汽渦輪的燃氣渦輪，并且因此蒸汽渦輪可能受到妨礙而無法操作。裝置所有者需要以數量降低的燃氣渦輪來進行啟動的能力，即，N-1個(或N -更多個)燃氣渦輪單元，其中，N是燃氣渦輪單元的總數。啟動能力可由于單元可用性、維護需要、電網條件、排放限制或者只是所有者便利而降低。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明涉及一種用于增強輔助燃燒式單或多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法。
[0008]在本發(fā)明的第一示例性實施例中，一種用于輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括至少一個燃氣渦輪、蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，HRSG包括在HRSG的入口導管中的至少一個導管噴燃器，該方法包括:啟動燃氣渦輪且使其加速到全速，然后使燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平;將來自燃氣渦輪的排氣引導到HRSG，以加熱HRSG，使得HRSG產生蒸汽流；當來自HRSG的蒸汽流超過使HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平；以及當蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載;將蒸汽流調節(jié)成預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許蒸汽流進入蒸汽渦輪，以起動蒸汽渦輪的操作；當蒸汽渦輪的起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平;通過增加燃料流來使燃氣渦輪加載，使得蒸汽流達到其額定溫度；當蒸汽流達到其額定溫度時，關閉導管噴燃器；將燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平；以及當燃氣渦輪達到最終預定功率生產水平時，再次點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載，以使蒸汽流提高到最終預定功率生產水平，并且從而提高到蒸汽渦輪功率水平，其中當燃氣渦輪負載水平且因此有關的HRSG蒸汽生產能力在滿足蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0009]在本發(fā)明的另一個示例性實施例中時，一種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括多個燃氣渦輪、蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，HRSG包括在HRSG的入口導管中的至少一個導管噴燃器和至少一個蒸汽鼓，該方法包括啟動燃氣渦輪且使其加速到全速，然后使燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平;將來自燃氣渦輪的排氣引導到HRSG，以加熱HRSG，使得HRSG產生蒸汽流;當來自HRSG的蒸汽流超過使HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到冷凝器，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平；以及當蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載;調節(jié)蒸汽鼓壓力和導管噴燃器燃料輸入中的至少一個，以將蒸汽流調節(jié)成預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許蒸汽流進入蒸汽渦輪，以起動操作蒸汽渦輪;當蒸汽渦輪起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平;使燃氣渦輪回到正常操作，并且通過增加燃料流來使燃氣渦輪加載，使得蒸汽流達到其額定溫度；當蒸汽流達到其額定溫度時，關閉導管噴燃器;使燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平；以及當燃氣渦輪達到預定功率生產水平時，再次點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載，以增加蒸汽流，并且從而提高整體蒸汽渦輪功率水平，其中當燃氣渦輪負載水平且因此有關的HRSG蒸汽生產能力在滿足蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0010]在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，一種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括預定數量N個燃氣渦輪、驅動發(fā)電機的蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，HRSG包括在HRSG的入口導管中的至少一個入口噴燃器，該方法包括點燃N個燃氣渦輪中的至少一個且使其加速到全速，然后使燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平;將來自燃氣渦輪的排氣引導到HRSG，以使HRSG變暖，使得HRSG啟動，從而產生蒸汽流；當來自HRSG的蒸汽流超過使HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平；以及當蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載；當來自HRSG的蒸汽流超過使HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平;調節(jié)鼓壓力設定和噴燃器燃料輸入，以將蒸汽流調節(jié)到預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許蒸汽流進入蒸汽渦輪的中壓區(qū)段，以使蒸汽渦輪的起動操作開始；當蒸汽渦輪加速，以便同步到和發(fā)電機附連的電網，并且建立最小斷路器閉合負載時，允許蒸汽流進入蒸汽渦輪的高壓區(qū)段;在此之后，允許蒸汽流進入蒸汽渦輪的低壓區(qū)段，以完成蒸汽渦輪起動操作；當蒸汽渦輪起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平;使燃氣渦輪回到正常操作控制曲線，并且通過增加燃料流來使燃氣渦輪加載，使得蒸汽流達到其額定溫度；當蒸汽流達到其額定溫度時，使導管噴燃器跳脫;將燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平，使得蒸汽渦輪負載跟著加載，因為來自燃氣渦輪的較高的排氣熱產生更多蒸汽；以及當燃氣渦輪達到其全負載時，再次點燃導管噴燃器和使導管噴燃器加載，以提高整體蒸汽渦輪功率水平，其中當燃氣渦輪負載水平且因此有關的HRSG蒸汽生產能力在滿足蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0011 ]技術方案1.一種用于輔助燃燒式單或多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，所述輔助燃燒式單或多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括至少一個燃氣渦輪、蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，所述HRSG包括在至少一個HRSG入口導管中的至少一個導管噴燃器，所述方法包括:
啟動所述燃氣渦輪且使其加速到全速，然后使所述燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平，
將來自所述燃氣渦輪的排氣引導到所述HRSG，以加熱所述HRSG，使得所述HRSG產生蒸汽流，
當來自所述HRSG的蒸汽流超過使所述HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平，
當所述蒸汽流溫度降低到所述蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃所述導管噴燃器且使所述導管噴燃器加載，
將所述蒸汽流調節(jié)到預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許所述蒸汽流進入所述蒸汽渦輪，以起動所述蒸汽渦輪的操作，
當所述蒸汽渦輪的起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平，
通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度，
當所述蒸汽流達到其額定溫度時，關閉所述導管噴燃器，
將所述燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平，以及
當所述燃氣渦輪達到所述最終預定功率生產水平時，再次點燃所述導管噴燃器和使所述導管噴燃器加載，以使蒸汽流提高到最終預定功率生產水平，并且從而提高到蒸汽渦輪功率水平，
其中當所述燃氣渦輪負載水平且因此相關的HRSG蒸汽生產能力在滿足所述蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行所述冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0012]技術方案2.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述至少一個燃氣渦輪包括多個燃氣渦輪，以及其中，在所述冷蒸汽渦輪啟動中使用所述多個燃氣渦輪中的僅一個。
[0013]技術方案3.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述至少一個燃氣渦輪包括N個燃氣渦輪，以及其中，在所述冷蒸汽渦輪啟動中使用所述N個燃氣渦輪中的N-1個。
[0014]技術方案4.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述廢熱沉是冷凝器。
[0015]技術方案5.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述燃氣渦輪回到正常操作，同時通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度。
[0016]技術方案6.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述蒸汽渦輪包括在多個不同的壓力和溫度水平下操作的多個單獨的渦輪模塊。
[0017]技術方案7.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述蒸汽渦輪包括高壓(HP)渦輪模塊、聯(lián)接到所述高壓渦輪模塊上的中壓(IP)渦輪模塊，以及兩個低壓(LP)渦輪模塊，第一低壓渦輪模塊聯(lián)接到所述中壓渦輪模塊上，而第二低壓渦輪模塊聯(lián)接到發(fā)電機上。
[0018]技術方案8.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述兩個低壓渦輪模塊包括:第一低壓渦輪模塊，其借助于第二機械軸聯(lián)接到所述中壓渦輪模塊上；以及第二低壓渦輪模塊，其借助于第三機械軸直接聯(lián)接到發(fā)電機上，所述第三機械軸使所述發(fā)電機旋轉，以產生電功率。
[0019]技術方案9.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述HRSG由低壓(LP)區(qū)段、再熱/中壓(IP)區(qū)段和高壓(HP)區(qū)段組成。
[0020]技術方案10.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述至少一個HRSG是多個HRSG，它們各自包括在所述HRSG的入口導管中的至少一個導管噴燃器。
[0021]技術方案11.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，在所述HRSG的入口導管中的所述至少一個導管噴燃器是在所述HRSG的入口導管中的多個導管噴燃器。
[0022]技術方案12.根據技術方案I所述的方法，其特征在于，所述HRSG還包括至少一個蒸汽鼓，以及其中，調節(jié)蒸汽鼓壓力和導管噴燃器燃料輸入中的至少一個，以將所述蒸汽流調節(jié)到所述預定增加流量水平、所述預定壓力水平和所述預定降低溫度水平。
[0023]技術方案13.—種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，所述輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括多個燃氣渦輪、蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，所述HRSG包括在至少一個HRSG入口導管中的至少一個導管噴燃器和至少一個蒸汽鼓，所述方法包括:
啟動所述燃氣渦輪且使其加速到全速，然后使所述燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平，
將來自所述燃氣渦輪的排氣引導到所述HRSG，以加熱所述HRSG，使得所述HRSG產生蒸汽流，
當來自所述HRSG的蒸汽流超過使所述HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到冷凝器，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平，
當所述蒸汽流溫度降低到所述蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃所述導管噴燃器且使所述導管噴燃器加載，
調節(jié)蒸汽鼓壓力和導管噴燃器燃料輸入中的至少一個，以將蒸汽流調節(jié)到預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許所述蒸汽流進入所述蒸汽渦輪，以起動所述蒸汽渦輪的操作，
當所述蒸汽渦輪的起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平，
使所述燃氣渦輪回到正常操作，并且通過增加燃料流，來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度，
當所述蒸汽流達到其額定溫度時，關閉所述導管噴燃器，
使所述燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平，以及
當所述燃氣渦輪達到所述預定功率生產水平時，再次點燃所述導管噴燃器和使所述導管噴燃器加載，以增加蒸汽流，并且從而提高整體蒸汽渦輪功率水平，
其中當所述燃氣渦輪負載水平和因此相關的HRSG蒸汽生產能力在滿足所述蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行所述冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0024]技術方案14.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述多個燃氣渦輪包括N個燃氣渦輪，以及其中，在所述冷蒸汽渦輪啟動中使用所述N個燃氣渦輪中的N-1個。
[0025]技術方案15.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述燃氣渦輪回到正常操作，同時通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度。
[0026]技術方案16.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述蒸汽渦輪包括在多個不同的壓力和溫度水平下操作的多個單獨的渦輪模塊。
[0027]技術方案17.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述兩個低壓渦輪模塊包括:第一低壓渦輪模塊，其借助于第二機械軸聯(lián)接到所述中壓渦輪模塊上；以及第二低壓渦輪模塊，其借助于第三機械軸直接聯(lián)接到發(fā)電機上，所述第三機械軸使所述發(fā)電機旋轉，以產生電功率。
[0028]技術方案18.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述HRSG由低壓(LP)區(qū)段、再熱/中壓(IP)區(qū)段和高壓(HP)區(qū)段組成。
[0029]技術方案19.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，當所述蒸汽流到在所述多個不同的壓力和溫度水平下操作的所述多個單獨的渦輪模塊中的各個時，所述蒸汽渦輪起動操作完成。
[0030]技術方案20.—種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，所述輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括預定數量N個燃氣渦輪、驅動發(fā)電機的蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，所述HRSG包括在至少一個HRSG入口導管中的至少一個入口噴燃器，所述方法包括:
點燃所述N個燃氣渦輪中的至少一個且使其加速到全速，然后使所述燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平，
將來自所述燃氣渦輪的排氣引導到所述HRSG，以使所述HRSG變暖，使得所述HRSG啟動產生蒸汽流，
當來自所述HRSG的蒸汽流超過使所述HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平，
當所述蒸汽流溫度降低到所述蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃所述導管噴燃器和使所述導管噴燃器加載，
當來自所述HRSG的蒸汽流超過使所述HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平，
調節(jié)鼓壓力設定和噴燃器燃料輸入，以將所述蒸汽流調節(jié)到預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許所述蒸汽流進入所述蒸汽渦輪的中壓區(qū)段，以使所述蒸汽渦輪的起動操作開始，
當所述蒸汽渦輪加速，以便同步到所述發(fā)電機附連的電網，并且建立最小斷路器閉合負載時，允許蒸汽流進入所述蒸汽渦輪的高壓區(qū)段，
在此之后，允許蒸汽流進入所述蒸汽渦輪的低壓區(qū)段，以完成所述蒸汽渦輪的起動操作，
當所述蒸汽渦輪的起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平，
使所述燃氣渦輪回到正常操作控制曲線，并且通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度，
當所述蒸汽流達到其額定溫度時，使所述導管噴燃器跳脫，
使所述燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平，使得所述蒸汽渦輪負載跟著加載，因為來自所述燃氣渦輪的較高的排氣熱產生更多蒸汽，以及
當所述燃氣渦輪達到全負載時，再次點燃所述導管噴燃器和使所述導管噴燃器加載，以提高整體蒸汽渦輪功率水平，
其中當所述燃氣渦輪負載水平且因此有關的HRSG蒸汽生產能力在滿足所述蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行所述冷或暖蒸汽渦輪啟動。
【附圖說明】
[0031]圖1是聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪(CCGT)功率裝置的示意圖，其中，燃燒天然氣或來自煤的合成氣體的燃氣渦輪(GT)的熱排氣產生蒸汽，以對蒸汽渦輪(ST)功率裝置提供功率。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明涉及一種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷蒸汽渦輪啟動的方法。
[0033]鍋爐輔助燃燒(通常在燃氣渦輪處于最大負載時用來增加蒸汽流)現在用來提高部分負載的、溫度匹配的燃氣渦輪的蒸汽生產量。這么做是為了滿足冷蒸汽渦輪啟動的最小所需流量。
[0034]通常用來增加處于高負載的燃氣渦輪的蒸汽流的鍋爐輔助燃燒(SF)用來提高低負載的、溫度匹配的燃氣渦輪的蒸汽生產量。這么做是為了滿足冷蒸汽渦輪啟動的最小所需流量，其中，燃氣渦輪單元的數量在起動模式中降低。具有輔助燃燒的裝置中的蒸汽渦輪單元可能難以啟動。
[0035]點燃鍋爐中的輔助燃燒式噴燃器以及將它們設定為最小或低熱負載，這用來添加處于恰當溫度的足夠蒸汽，以在燃氣渦輪負載局限于匹配所需蒸汽溫度時，確保成功的冷或暖蒸汽渦輪啟動。本發(fā)明的方法避免了僅僅是為了使蒸汽渦輪啟動就必須點燃裝置中的所有燃氣渦輪單元。與較高負載的燃氣渦輪相比，本發(fā)明的方法還容許顯著地降低煙囪排放。注意，蒸汽流需要的較高負載的燃氣渦輪可能也無法匹配蒸汽溫度，而且可超過具體消費者的環(huán)境排放許可。
[0036]本發(fā)明的方法特別是用于冷(暖)蒸汽渦輪啟動(這與補充過程流的典型意圖相反)和/或用于處于燃氣渦輪全負載的最大蒸汽渦輪功率。本發(fā)明的方法還有創(chuàng)造性地使用了現有裝置裝備，無另外的費用或影響，但對于循環(huán)裝置使用而言，顯著地降低了起動排放。該方法在燃氣渦輪單元的數量降低的情況下保證成功的蒸汽渦輪啟動。方法不顯著地增加煙囪排放，而較高的燃氣渦輪負載的一氧化碳(CO)將具有大幅度增加。因而，它容許裝置運營者滿足較嚴格的起動排放許可，因為與使用較高的燃氣渦輪負載或者使用兩個燃氣渦輪來啟動蒸汽渦輪相比，該方法具有顯著地更低的煙囪排放。
[0037]如上面提到的那樣，圖1是聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪(CCGT)功率裝置10的示意圖，其中，來自燃燒天然氣或來自煤的合成氣體的燃氣渦輪12的熱排氣對蒸汽渦輪功率裝置提供功率。這個“氣體噴燃器”(燃氣渦輪12)包括壓縮機18、燃燒器16和燃燒渦輪14，燃燒渦輪14借助于機械軸22來驅動發(fā)電機20，燃氣渦輪18使機械軸22旋轉。
[0038]通過使來自燃氣渦輪的排氣25的熱傳送通過熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)24，而使用熱來產生蒸汽，HRSG是能量回收熱交換器，它回收可在燃氣渦輪排氣25中獲得的廢熱。這個“大型鍋爐”(HRSG 24)填充有熱交換器表面，使得它可使用來自排氣25的回收廢熱來產生處于高壓和高溫的蒸汽。這個蒸汽然后在圖1中顯示的蒸汽渦輪/發(fā)電機功率裝置26中用來在蒸汽渦輪中產生旋轉機械能量，以驅動發(fā)電機。
[0039]在功率裝置10中使用的蒸汽渦輪26包括在不同的壓力和溫度水平下操作的三個單獨的渦輪模塊。這些渦輪模塊包括高壓(HP)渦輪模塊28、借助于機械軸40聯(lián)接到高壓渦輪模塊28上的中壓(IP)渦輪模塊30，以及兩個低壓(LP)渦輪模塊32和34。倒數第二個低壓渦輪模塊32借助于第二機械軸42聯(lián)接到中壓渦輪模塊30上。最后一個低壓渦輪模塊34然后借助于第三機械軸38直接聯(lián)接到發(fā)電機36上，第三機械軸38使發(fā)電機36旋轉，發(fā)電機36然后產生電功率。
[0040]從燃氣渦輪12的端部排出的排氣25傳送通過HRSG 24中的各種構件，并且通過煙囪(未顯示)泄漏到大氣。燃氣渦輪12的排氣25被HRSG 24的入口導管27引導到HRSG 24構件。
[0041 ]圖1中顯示的HRSG 24是采用三個蒸汽鼓的多壓力HRSG(三重壓力)。因而，三重壓力HRSG 24由三個區(qū)段組成，S卩，低壓(LP)區(qū)段、再熱/中壓(IP)區(qū)段和高壓(HP)區(qū)段。各個區(qū)段都具有蒸汽鼓和蒸發(fā)器區(qū)段，在蒸發(fā)器區(qū)段中，水轉化成蒸汽。然后這個蒸汽傳送通過過熱器和/或再熱器，以提高蒸汽的溫度。因而，HRSG 24包括在下面描述的三個壓力區(qū)段中的一系列節(jié)熱器(預熱器、EC)、蒸發(fā)器(EV)、再熱器(HR)和過熱器(SH) ARSG 24還在導管27中具有呈導管噴燃器29形式的補充燃燒，導管噴燃器29提高氣體溫度和質量流量。排氣25流經導管噴燃器29，導管噴燃器29典型地位于高壓過熱器53和再熱器區(qū)段58之間。
[0042]HRSG 24的低壓、再熱/中壓和高壓區(qū)段共同包括高壓節(jié)熱器50、中壓節(jié)熱器48和低壓節(jié)熱器46，其功能是提高水溫來產生蒸汽。HRSG 24的這些區(qū)段還包括高壓蒸汽鼓47、中壓蒸汽鼓49和低壓蒸汽鼓51，它們用作蒸汽/水蒸發(fā)器、存儲箱和用于控制蒸汽純度的水處理場所。這些區(qū)段進一步包括高壓蒸發(fā)器區(qū)段52、中壓蒸發(fā)器區(qū)段54和低壓蒸發(fā)器區(qū)段56，在這里發(fā)生沸騰過程或產生蒸汽。隨著來自排氣流的熱能被水吸收，水溫提高。當水達到其沸點或飽和溫度時，一些水蒸發(fā)或蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽在與操作壓力相關聯(lián)的飽和溫度下產生。
[0043]最后，HRSG 24的低壓、再熱/中壓和高壓區(qū)段包括高壓過熱器區(qū)段53、中壓過熱器區(qū)段55和低壓過熱器區(qū)段57，并且再熱/中壓區(qū)段還包括再熱器58，其功能是提高蒸汽溫度。高的蒸汽溫度最大程度地減少水作為液體引入到蒸汽渦輪，并且提高蒸汽效率。過熱器和再熱器吸收來自燃氣渦輪12的排氣25的熱能，并且將這個能量傳送到來自蒸發(fā)器區(qū)段52、54和56的蒸汽。將蒸汽過熱能量水平測量為蒸汽溫度超過在蒸發(fā)器區(qū)段中實現的蒸汽溫度的升高量。高壓過熱器53將蒸汽從?650°C的溫度加熱到1050°C，以產生蒸汽62，蒸汽62饋送到高壓蒸汽渦輪28。高壓過熱器53和再熱器58還配備有調溫器60，其功能是最終控制蒸汽溫度，以防止可能損害管道系統(tǒng)和下游裝備，諸如蒸汽渦輪28、30、32和34。
[0044]典型地，蒸汽渦輪26較大，使得它可用于大得足以滿足常用的大型夏季電需求的發(fā)電機36。典型地，存在兩個或更多個氣體噴燃器，如燃氣渦輪12，它們在聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪功率裝置10中存在，以產生排氣，可從排氣中回收廢熱，廢熱用來產生足夠的蒸汽，以使大型蒸汽渦輪旋轉，諸如蒸汽渦輪26。具有輔助燃燒的裝置中的蒸汽渦輪單元可能難以啟動。如上面提到的那樣，雙氣體噴燃器裝置可能不總是具有兩個可用來啟動大型蒸汽渦輪的燃氣渦輪，并且因此蒸汽渦輪可能受到妨礙無法操作。
[0045]因而，本發(fā)明涉及一種用于增強輔助燃燒式多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷蒸汽渦輪啟動的方法。根據本發(fā)明的方法，在燃氣渦輪處于高負載時通常用來增加蒸汽流量的鍋爐輔助燃燒(SF)用來提高HRSG 24中的低負載的、溫度匹配的燃氣渦輪12的蒸汽生產量。這么做是為了滿足冷蒸汽渦輪啟動的最小所需蒸汽流量，燃氣渦輪單元的數量在起動模式中減少。使用導管噴燃器29來完成鍋爐輔助燃燒。
[0046]點燃HRSG鍋爐24中的輔助燃燒噴燃器29并且將它們設定成最小或低熱負載，這用來添加處于恰當溫度的足夠蒸汽，以在燃氣渦輪負載在匹配所需蒸汽溫度方面受到限制時，確保成功的冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0047]本發(fā)明的方法避免了僅僅是為了啟動蒸汽渦輪就必須點燃裝置中的所有燃氣渦輪單元。與較高負載的燃氣渦輪相比，本發(fā)明的方法還容許顯著地降低煙囪排放。注意，蒸汽流所需要的較高負載的燃氣渦輪可能也無法匹配蒸汽溫度。
[0048]本發(fā)明的方法特別是用于冷(或暖)蒸汽渦輪啟動(這與補充過程流相反)或者用于處于全燃氣渦輪負載的最大蒸汽渦輪功率。本發(fā)明的方法還有創(chuàng)造性地使用現有裝置裝備，無另外的費用或影響，但對于循環(huán)裝置使用，顯著地降低起動排放。該方法保證成功的蒸汽渦輪啟動，燃氣渦輪單元的數量減少。方法不顯著地添加煙囪排放，而較高的燃氣渦輪負載的一氧化碳(CO)將有大幅度增加。因而，它容許裝置運營者滿足更嚴格的起動排放許可，因為與使用較高的燃氣渦輪負載或者使用兩個燃氣渦輪來啟動蒸汽渦輪相比，該方法具有顯著地更低的煙囪排放。
[0049]根據本發(fā)明的方法的裝置10的操作和使用如下。正常情況下滿足裝置10啟動先決條件，諸如鼓水平和啟動的栗。點燃燃氣渦輪12且使其加速到全速，并且使其同步到?30 Mff以下的負載，以便最大程度地降低環(huán)境排放。燃氣渦輪12的負載有任何進一步的升高都產生較高的一氧化碳水平。燃氣渦輪排氣25使鍋爐/HRSG 24變暖，并且由HRSG 24產生的任何蒸汽都使裝置蒸汽管道系統(tǒng)加壓和變暖。超過保持鍋爐壓力設定點所需的任何蒸汽流都經由蒸汽被傳送系統(tǒng)引向冷凝器(廢熱沉)。這個蒸汽此時不合蒸汽渦輪使用，因為溫度可能過高，而且流量太低，以至于無法啟動蒸汽渦輪26。在這時，裝置控制器啟用對燃氣渦輪空氣流的改變(增加)，以降低處于恒定燃氣渦輪負載的燃氣渦輪排氣溫度。這么做是為了滿足所需蒸汽渦輪金屬溫度匹配信號。蒸汽溫度將降低。它現在將滿足所需溫度，但流量對于完全蒸汽渦輪啟動來說仍然太低;流全部被引向冷凝器。假設蒸汽渦輪26是冷的，并且燃氣渦輪功率低于30 MW，導管噴燃器29啟動許可得到滿足，并且先導噴燃器和主噴燃器、導管噴燃器29現在被點燃。蒸汽溫度最初可提高，但熱到達下游蒸發(fā)器區(qū)段將產生更多蒸汽流，然后蒸汽流會降低溫度。鼓壓力設定和噴燃器燃料輸入可用來調節(jié)系統(tǒng)性能。由于存在恰當的蒸汽條件(流量增加、壓力恰當且溫度降低)，中壓渦輪控制閥打開，以啟動蒸汽渦輪26。旁通系統(tǒng)閥略微關閉，以保持系統(tǒng)壓力。蒸汽渦輪26加速，同步到電網，并且建立最小斷路器閉合負載。現在允許流進入高壓區(qū)段，以完成起動。為了起動，仍然抑制蒸汽溫度。由于所有渦輪區(qū)段都接收蒸汽流，現在可通過減少處于恒定燃氣渦輪負載(這是來自溫度匹配的出口路徑)的燃氣渦輪空氣流來降低蒸汽溫度。燃氣渦輪排氣溫度25以蒸汽渦輪控制器可接受的速率升高。燃氣渦輪回到正常操作控制曲線。通過增加燃料流來使燃氣渦輪12加載現在將允許蒸汽達到額定溫度。導管噴燃器29在此時期期間已經保持處于恒定負載。保護系統(tǒng)會監(jiān)視過高的系統(tǒng)溫度。當蒸汽達到額定溫度時，噴燃器29可跳脫。燃氣渦輪12現在加載到最終期望功率生產水平。蒸汽渦輪負載將跟著加載，因為較高的排氣熱產生更多蒸汽。當燃氣渦輪12達到全負載時，導管噴燃器29現在可再次點燃且進行加載，以提高整體蒸汽渦輪功率水平。為了降低蒸汽渦輪功率，在使燃氣渦輪12從全負載卸載之前，使噴燃器卸載且關閉。如果出現高溫警報，保護系統(tǒng)使氣體閥不進一步打開。高-高(兩個(2)高)溫警報將使噴燃器氣體流量降低到最小，而高-高-高(三個(3)高)溫警報將使其跳脫。在噴燃器打開時卸載燃氣渦輪12將使它們跳脫。
[0050]應當注意，本發(fā)明的方法會增加高壓且熱的再熱蒸汽流，然后蒸汽流可用來使蒸汽渦輪冷啟動。結果是蒸汽渦輪功率可有大約5 Mff的提高，同時燃氣渦輪功率保持不變。當燃氣渦輪負載(以及因此其蒸汽生產能力)在匹配所需蒸汽溫度方面受到限制時，本發(fā)明的方法確保成功的冷或暖蒸汽渦輪啟動。
[0051]雖然結合目前認為最實際和優(yōu)選的實施例來描述本發(fā)明，但要理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施例，而是相反，本發(fā)明意于覆蓋包括在所附權利要求的范圍內的各種修改和等效布置。
【主權項】
1.一種用于輔助燃燒式單或多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置中的冷或暖蒸汽渦輪啟動的方法，所述輔助燃燒式單或多燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán)裝置包括至少一個燃氣渦輪、蒸汽渦輪和至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，所述HRSG包括在至少一個HRSG入口導管中的至少一個導管噴燃器，所述方法包括: 啟動所述燃氣渦輪且使其加速到全速，然后使所述燃氣渦輪同步到使燃氣渦輪排放降低到核準排放水平的負載水平， 將來自所述燃氣渦輪的排氣引導到所述HRSG，以加熱所述HRSG，使得所述HRSG產生蒸汽流， 當來自所述HRSG的蒸汽流超過使所述HRSG保持為預定壓力水平所需的流量水平時，將多余蒸汽流引導到廢熱沉，并且增加在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流，從而降低燃氣渦輪排氣溫度，使得蒸汽流溫度降低到蒸汽渦輪金屬溫度水平， 當所述蒸汽流溫度降低到所述蒸汽渦輪金屬溫度水平時，點燃所述導管噴燃器且使所述導管噴燃器加載， 將所述蒸汽流調節(jié)到預定增加流量水平、預定壓力水平和預定降低溫度水平，并且然后允許所述蒸汽流進入所述蒸汽渦輪，以起動所述蒸汽渦輪的操作， 當所述蒸汽渦輪的起動操作完成時，通過使在恒定燃氣渦輪負載下的燃氣渦輪空氣流降低到預定降低流量水平，來使蒸汽流溫度升高到預定升高溫度水平，從而使燃氣渦輪排氣溫度升高到預定升高溫度水平， 通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度， 當所述蒸汽流達到其額定溫度時，關閉所述導管噴燃器， 將所述燃氣渦輪加載到最終預定功率生產水平，以及 當所述燃氣渦輪達到所述最終預定功率生產水平時，再次點燃所述導管噴燃器和使所述導管噴燃器加載，以使蒸汽流提高到最終預定功率生產水平，并且從而提高到蒸汽渦輪功率水平， 其中當所述燃氣渦輪負載水平且因此相關的HRSG蒸汽生產能力在滿足所述蒸汽渦輪啟動所需的蒸汽流量和溫度方面受到限制時，將進行所述冷或暖蒸汽渦輪啟動。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個燃氣渦輪包括多個燃氣渦輪，以及其中，在所述冷蒸汽渦輪啟動中使用所述多個燃氣渦輪中的僅一個。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個燃氣渦輪包括N個燃氣渦輪，以及其中，在所述冷蒸汽渦輪啟動中使用所述N個燃氣渦輪中的N-1個。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢熱沉是冷凝器。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃氣渦輪回到正常操作，同時通過增加燃料流來使所述燃氣渦輪加載，使得所述蒸汽流達到其額定溫度。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽渦輪包括在多個不同的壓力和溫度水平下操作的多個單獨的渦輪模塊。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽渦輪包括高壓(HP)渦輪模塊、聯(lián)接到所述高壓渦輪模塊上的中壓(IP)渦輪模塊，以及兩個低壓(LP)渦輪模塊，第一低壓渦輪模塊聯(lián)接到所述中壓渦輪模塊上，而第二低壓渦輪模塊聯(lián)接到發(fā)電機上。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個低壓渦輪模塊包括:第一低壓渦輪模塊，其借助于第二機械軸聯(lián)接到所述中壓渦輪模塊上；以及第二低壓渦輪模塊，其借助于第三機械軸直接聯(lián)接到發(fā)電機上，所述第三機械軸使所述發(fā)電機旋轉，以產生電功率。9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述HRSG由低壓(LP)區(qū)段、再熱/中壓(IP)區(qū)段和高壓(HP)區(qū)段組成。10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個HRSG是多個HRSG，它們各自包括在所述HRSG的入口導管中的至少一個導管噴燃器。
【文檔編號】F01K23/10GK106089341SQ201610276355
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月29日 公開號201610276355.2, CN 106089341 A, CN 106089341A, CN 201610276355, CN-A-106089341, CN106089341 A, CN106089341A, CN201610276355, CN201610276355.2
【發(fā)明人】B.C.馬丁代爾
【申請人】通用電氣公司