用于加速燃气轮机装置和蒸汽轮机装置的方法

摘要

本发明涉及一种起动燃气和蒸汽轮机装置(1)到规定的装置负载的方法，该燃气和蒸汽轮机装置包括燃气轮机(2)、蒸汽轮机(20)、至少一个水－汽循环和至少一个旁通设备(100、102、200、202)，水－汽循环可经过该旁通设备在蒸汽轮机(20)旁通过。本方法包括下列步骤：将燃气轮机(2)置于一个燃气轮机负载，此时燃气和蒸汽轮机装置(1)具有规定的装置负载，以及水－汽循环在蒸汽轮机(20)旁通过；在蒸汽轮机(20)加热并调整水－汽循环的运行参数后，使蒸汽轮机(20)同步化；通过关闭旁通设备(100、102、200、202)并将蒸汽导向汽轮机(20)，在对燃气轮机(2)卸载的同时对蒸汽轮机(20)加载，使装置的负载保持为常数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种起动燃气和蒸汽轮机装置到规定的装置负载的方法，该燃气和蒸汽轮机装置包括燃气轮机、蒸汽轮机、至少一个水汽循环和至少一个旁通设备，水汽循环可经过该旁通设备在蒸汽轮机旁通过。

背景技术

燃气和蒸汽轮机装置或电厂(GUD电厂)往往用作所谓的中等容量发电厂。中等容量发电厂的一个重要特征是起动时间，亦即直至提供规定的装置功率的时间。因此短的起动时间是特别有利的，因为它实现了参与例如分钟或小时预备的能量调节市场的可能性。参与分钟预备的电厂必须有能力在几分钟后(在德国例如在15分钟后)提供规定的功率。在小时预备时，功率应在60分钟后提供。

此外，在装置的过渡状态，亦即电厂从一个功率水平转变为另一个功率水平时的状态，电流生产往往比连续的电流生产品质差，在连续生产时生产与电网经营者约定的功率。因此存在一种使过渡状态保持得尽可能短的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种起动燃气和蒸汽轮机装置的方法，借助此方法可以使装置很快加速到规定的部分负载。

上述技术问题通过一种按权利要求1所述的燃气和蒸汽轮机装置的起动方法得以解决。从属权利要求包含按照本发明的方法的有利设计。

按照本发明提供一种起动燃气和蒸汽轮机装置到规定的装置负载的方法，该装置包括燃气轮机、蒸汽轮机、至少一个水-汽循环和至少一个旁通设备，水-汽循环可经过该旁通设备在蒸汽轮机旁通过。本方法包括下列步骤：

1.将燃气轮机置于一个燃气轮机负载，此时燃气和蒸汽轮机装置具有规定的装置负载。在此阶段中水-汽循环在蒸汽轮机旁通过。换句话说，一个旁通设备或一些旁通设备是完全打开的。

2.在蒸汽轮机加热并调整水-汽循环的运行参数后，使蒸汽轮机同步化。所述运行参数尤其包括水-汽循环内的蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽量和蒸汽纯度。

3.通过关闭旁通设备并将蒸汽导向蒸汽轮机而对蒸汽轮机加载。在这里同时进行燃气轮机的卸载，使得装置的负载保持恒定。在蒸汽被完全接收后，亦即在完全关闭一个旁通设备或一些旁通设备后，以燃气轮机和蒸汽轮机联合运行的方式在期望的功率上实现装置的运行。

所说明的方法可以将从装置的静态直至达到规定的部分负载的起动时间缩短约15分钟，在这里，所述的缩短与规定的装置负载有关。在方法的一开始，装置负载仅由燃气轮机负担。只是在方法的末尾，装置负载不仅由燃气轮机负担，而且也由蒸汽轮机共同负担。

与本发明的方法不同，在现有技术中为了起动燃气和蒸汽轮机电厂，首先起动燃气轮机并置于部分负载，该部分负载通过所谓的IGV角点规定。IGV角点代表燃气轮机的压缩机进口处导向叶片的一个规定的位置，它导致最佳的效率并因而导致低的燃料消耗量和低的有害物质排放。IGV角点相当于燃气轮机装置全负荷的约50％。燃气轮机保持在此状态下如此之久和水-汽循环按旁通运行方式运行如此之久，直至加热蒸汽轮机和调整好水-汽循环的运行参数。在这之后使蒸汽轮机起动、同步化和加载。旁通设备越来越多地关闭，从而有越来越多的蒸汽导向蒸汽轮机。只有关闭了所有的旁通设备，燃气轮机才进一步加速。

但是由现有技术已知的方法不可能使燃气和蒸汽轮机装置很快加速到处于IGV角点之上的部分负载。由于这一原因，在现有技术中当应迅速达到处于IGV角点之上的部分负载时，燃气轮机单独在要求的部分负载水平上运行以及在那里保持不接通蒸汽轮机。水-汽循环在此期间处于旁通运行状态。若后来装置应转换为燃气和蒸汽轮机运行，则燃气轮机负载回到IGV角点并如上所述起动蒸汽轮机。

与按照本发明的方法相比，按按照现有技术的方法的缺点在于，燃气和蒸汽轮机装置单独通过燃气轮机的运行，与装置以燃气轮机和蒸汽轮机联合运行方式相比效率要低。与现有技术不同，采用按照本发明起动燃气和蒸汽轮机装置的方法，当应迅速达到一个处于IGV角点之上的装置负载时，燃气和蒸汽轮机装置也能以燃气轮机和蒸汽轮机联合运行的方式运行。

除了能更迅速地达到电网经营者要求的功率外，按照本发明的方法还提高了装置柔性以及在燃气轮机和蒸汽轮机联合运行时参与能量调节市场，也就是说，通过与单纯燃气轮机运行相比提高了效率并因而降低燃料消耗，从而可以减小能量的生产费用。

为了尽可能快速地达到规定的装置负载，特别有利的是，燃气轮机装置以最大允许的负载斜坡运行到燃气轮机负载。

附图说明

由下面参见附图对实施例的说明中给出本发明的其他特征、特性和优点。

图1表示燃气和蒸汽轮机装置的系统图；

图2表示曲线图，它表示燃气轮机负载和蒸汽轮机负载与从燃气轮机装置起动后经历的时间的关系。

具体实施方式

图1中示意性表示的燃气和蒸汽轮机装置1包括燃气轮机装置1a和蒸汽轮机装置1b。燃气轮机装置1a配备有燃气轮机2、压气机4和至少一个连接在压气机4与燃气轮机2之间的燃烧室6。借助压气机4将新鲜空气L吸入、压缩、以及通过新鲜空气管道8供入燃烧室6的一个或多个燃烧器。供入的空气与通过燃料管10供入的液态或气态燃料B混合并点燃此混合物。与此同时形成的燃气形成燃气轮机装置1a的工质AM，它供给燃气轮机2，在那里工质膨胀做功以及驱动一根与燃气轮机2连接的轴14。轴14除了与燃气轮机2连接外还与压气机4和发电机12连接以驱动发电机。膨胀后的工质AM经排气管34排入蒸汽轮机装置1b的废热锅炉30。

在废热锅炉30内，利用从燃气轮机装置1a输出的温度约为500°-600°C的工质来产生并过热蒸汽。

蒸汽轮机装置1b除了尤其可以设计为强制式直流锅炉的废热锅炉30外，还包括具有一些透平级20a、20b、20c的蒸汽轮机20和凝汽器26。废热锅炉30和凝汽器26与凝结水管或给水管35、40以及与蒸汽管48、53、64、70、80、100一起共同构成一个蒸汽系统，它与蒸汽轮机20一起构成一个水-汽循环。

来自给水箱38的水借助给水泵42供入也称为省煤器的高压预热器44，从那里进一步流向与省煤器44出口侧连接的以及设计用于直流工作的蒸发器46。蒸发器46本身在出口侧通过其中连接一个水分离器50的蒸汽管48与过热器52相连。过热器52在出口侧通过蒸汽管53与蒸汽轮机20的高压级20a的蒸汽进口54连接。

在蒸汽轮机20的高压级20a内被过热器52过热的蒸汽，在它经高压级20的蒸汽出口56进一步供给中间过热器58之前驱动透平。

在中间过热器58内过热后，蒸汽通过另一根蒸汽管81进一步流向蒸汽轮机20的中压级20b的蒸汽进口60，在那里蒸汽驱动透平。

中压级20b的蒸汽出口62经联通管64与蒸汽轮机低压级20c的蒸汽进口66连接。在流过低压级20c以及与之相关联地驱动透平后，已冷却和膨胀的蒸汽经低压级20c的蒸汽出口68排入蒸汽管70，它将蒸汽导向凝汽器26。

凝汽器26将进入的蒸汽转变为凝结水，并借助凝结水泵36将凝结水经凝结水管35进一步输入给水箱38。

除已提及的水-汽循环的构件外，该水汽循环还包括一根所谓高压旁路的旁通管100，它在蒸汽管53到达高压级20a的蒸汽进口54之前从蒸汽管53叉出。高压旁通管100绕过高压级20a并汇入到去往中间过热器58的输入管80中。另一根所谓的中压旁路200的旁通管，在蒸汽管81通入中压级30b的蒸汽进口60之前从蒸汽管81叉出。中压旁通管200不仅绕过中压级20b而且也绕过低压级20c，以及汇入到导向凝汽器26的蒸汽管70内。

在高压旁通管100和中压旁通管200内装入截止阀102、202，借助它可以将旁通管截止。同样，截止阀104、204处于蒸汽管53内或蒸汽管81内，确切地说，分别处于旁通管100或200的分叉点与高压级20a的蒸汽进口54或中压级20b的蒸汽进口60之间。

旁通管100、200和截止阀102、104、202、204用于在燃气和蒸汽轮机装置1起动期间使部分蒸汽绕过蒸汽轮机2走旁路。

下面参见图1表示的装置和图2表示的曲线图，说明按照本发明用于将燃气和蒸汽轮机装置起动到规定的装置负载的方法。

在方法的一开始起动燃气轮机装置1a，并在其同步化后用最大负载斜坡(Lastrampe)加载(图2中阶段GT1)。在达到要求的装置负载AL后，燃气轮机保持在对于维持装置负载AL必要的燃气轮机负载GL1(阶段GT2)上。

从燃气轮机排出的工质AM通过进口30a供给废热锅炉30。经膨胀的工质AM流过废热锅炉30，并通过出口30b朝着去往图1中未表示的烟囱的方向离开废热锅炉30。

在流过废热锅炉30时，热量从工质传给水-汽循环中的水或蒸汽。传输的废热导致在水-汽循环内开始生产蒸汽。在起动的这一阶段截止阀102和202完全打开。反之，截止阀104和204完全关闭，因此所有的蒸汽都流过旁通管100或200并因而绕过蒸汽轮机20直接输入凝汽器26。在这里，蒸汽导致蒸汽系统中的压力升高。因此压力连续上升，由此减少废热锅炉内的蒸汽生产。

在阶段DT1中当调整了水-汽循环内期望的运行参数以及蒸汽轮机通过部分打开载止阀104和204而加热后，蒸汽轮机与电网同步化。接着，通过越来越大地打开截止阀104和204以及越来越多地关闭截止阀102和200而实施对蒸汽轮机200的加载，从而使越来越大的部分蒸汽流动通过蒸汽轮机20(阶段DT2)。由此使蒸汽轮机负载上升。为了避免由于蒸汽轮机负载上升而使装置负载增大，燃气轮机负载同时连续地回到燃气轮机负载GL2(阶段GT3)。燃气轮机负载回返的斜坡选择为，补偿基于蒸汽轮机负载的上升装置负载的增加。总加起来保持装置负载AL为常数。

在截止阀104和204完全打开和截止阀102和202完全关闭后，也就是说，当旁通设备完全关闭后，装置以燃气轮机和蒸汽轮机联合运行的方式在期望的功率上运行(阶段GT4和DT3)。因此蒸汽轮机和燃气轮机保持它们各自的负载GL2和DL。