[发明专利]用于将蒸汽导入涡轮的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及联合循环发电系统，而更具体地，涉及用于将 蒸汽导入涡轮的系统和方法。

背景技术

至少某些已知的联合循环发电系统包括至少两个燃气涡轮发动 机和至少一个蒸汽涡轮发动机。各燃气涡轮发动机与热回收蒸汽发生 器(“HRSG”)成流动连通联接，这有利于产生蒸汽。具体地说，来自各 燃气涡轮发动机的排气被引入相应的HRSG，以产生用于其它电厂过 程的蒸汽，这些过程例如但不局限于给蒸汽涡轮提供动力。

在至少某些已知的联合循环发电系统中，第一燃气涡轮发动机被 指定为先导燃气涡轮发动机(lead gas turbine engine)，而第二燃气涡轮 机被指定为滞后燃气涡轮机(lag gas turbine)。由先导燃气涡轮机所排 放的排气产生的蒸汽最初为蒸汽涡轮提供动力，并且在随后的时间将 滞后燃气涡轮机所排放的排气所产生的蒸汽导入蒸汽涡轮。在至少某 些已知的联合循环系统中，将滞后燃气涡轮机的蒸汽混合到蒸汽涡轮 中在各种蒸汽涡轮构件中产生温度梯度。根据该梯度的温度范围，在 蒸汽涡轮中导致温度应力。此外，混合蒸汽的流率也可能在蒸汽涡轮 中产生应力。此外，根据蒸汽的温度，随着时间的流逝，这种应力可 能降低蒸汽涡轮构件的有效寿命，和/或可能负面地影响涡轮的效率。

为了防止对蒸汽涡轮产生热应力，至少某些已知的联合循环发电 系统在延长的时间周期内手动地将所产生的蒸汽在滞后HRSG中混 合。然而，将滞后蒸汽缓慢地混合到蒸汽涡轮中可能导致电力系统的 总效率降低。

发明内容

在一个方面，提供了一种在联合循环发电系统中操作蒸汽涡轮的 方法。该方法包括将第一数量的蒸汽从第一蒸汽发生器引入蒸汽涡轮 以利于给蒸汽涡轮提供动力，在与蒸汽涡轮成流动连通联接的第二蒸 汽发生器中产生第二数量的蒸汽，并在将第二数量的蒸汽从第二蒸汽 发生器引入蒸汽涡轮的情况下计算蒸汽涡轮中的预测应力水平。确定 将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡轮的起始时间，使得计算出的预测应力 水平将不超过该蒸汽涡轮的预定应力极限。在所确定的起始时间将第 二数量的蒸汽自动地从第二蒸汽发生器引入蒸汽涡轮。

提供的第一备选方法还包括计算旁通阀的闭合速率，其利于防止 所计算的预测应力水平超过蒸汽涡轮的预定应力极限。

提供的另一备选方法还包括确定将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡 轮的起始时间，还包括利用模型预测控制来确定起始时间。

提供的又一备选方法还包括确定将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡 轮的起始时间，还包括控制至少一个隔离阀和至少一个旁通阀中的至 少一个阀门，以利于将第二蒸汽压力保持在预定的第一蒸汽压力的范 围内。

提供的又一备选方法还包括确定将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡 轮的起始时间，还包括确定第一蒸汽流和第二蒸汽流的化学成分，并 将第二蒸汽流的化学成分同第一蒸汽流的化学成分进行比较，以确定 第二蒸汽流和第一蒸汽流的混合物的化学成分是否在蒸汽涡轮的预 定操作参数的范围内。

提供的又一备选方法还包括在将第二数量的蒸汽从第二蒸汽发 生器引入蒸汽涡轮的情况下，确定多个蒸汽涡轮构件的温度，计算多 个蒸汽涡轮构件的当前应力变化率，并计算多个蒸汽涡轮构件的预测 应力变化率。

提供的又一备选方法还包括在所确定的起始时间打开至少一个 隔离阀，以利于将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡轮，并以一个旁通阀闭 合速率关闭至少一个旁通阀，以利于增加引入蒸汽涡轮的第二数量的 蒸汽。

在另一方面，提供了在联合循环发电系统中操作蒸汽涡轮的控制 系统。该控制系统配置成将第一数量的蒸汽从第一蒸汽发生器引入蒸 汽涡轮，以利于给蒸汽涡轮提供动力，在与蒸汽涡轮成流动连通联接 的第二蒸汽发生器中产生第二数量的蒸汽，并在将第二数量的蒸汽从 第二蒸汽发生器引入蒸汽涡轮的情况下计算蒸汽涡轮中的预测应力 水平。该控制系统还配置成确定将第二数量的蒸汽引入蒸汽涡轮的起 始时间，使得所计算的预测应力水平将不超过蒸汽涡轮的预定应力极 限，并且在所确定的起始时间自动地将第二数量的蒸汽从第二蒸汽发 生器引入蒸汽涡轮。

提供的第一备选控制系统还配置成在将第二数量的蒸汽从第二 蒸汽发生器引入蒸汽涡轮的情况下，确定多个蒸汽涡轮构件的温度， 计算所述多个蒸汽涡轮构件的当前应力的变化率，并计算多个蒸汽涡 轮构件的预测应力的变化率。