[发明专利]用于在甩负荷时运行燃气轮机的方法、用于调节燃气轮机运行的装置以及发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在甩负荷时和/或快速关闭时运行燃气轮机的方法，所述方法具有下述步骤：通过在添加助燃空气的情况下在燃气轮机的至少一个燃烧室中燃烧燃料来运行燃气轮机。此外，本发明涉及一种用于调节燃气轮机运行的装置，借助所述装置能够实施在甩负荷和/或在快速关闭时运行燃气轮机的方法，以及涉及一种发电设备，所述发电设备包括具有至少一个燃烧室和压缩机的燃气轮机，其中能够将燃料和由压缩机所提供的助燃空气输送给燃烧室。

背景技术

发电设备和固定式燃气轮机以及用于运行燃气轮机的方法从现有技术中广泛已知。固定式燃气轮机大多驱动发电机，所述发电机将由其产生的电能馈送到电力分配网络中。发电设备的包括发电机转子和燃气轮机转子的轴系在此期间以电力分配网络的电网频率转动：在50Hz电网频率的情况下以3000min^-1的转速转动并且在60Hz电网频率的情况下以3600min^-1的转速转动。由于大多同步工作的发电机，由电网频率将转速强加于轴系。

在将发电机与电力分配网络未按计划地分离的情况下，一方面取消对燃气轮机转子制动的负荷。另一方面，不再通过电网频率预设轴系的转速。在出现也已知为甩负荷的上述情况时，目前对于空转运行所必需的措施而言燃料阀是关闭的。只要存在多级的燃烧器系统，除了断开对于空转运行而言必要的燃烧器级之外断开全部燃烧器级并且将它们的燃料阀关闭。由于在燃气轮机中出现的压力降而使在封闭的燃料阀和燃料喷嘴之间残留在燃料管道中的燃料部分泄漏到燃烧室中。在燃烧室中，所述燃料部分还支持还在进行的燃烧，由此在涡轮机单元中还继续驱动转子。由此加速燃气轮机的或者轴系的转子，使得转速强烈地上升并且上升到所谓的超额转速。之后，转速再次下降并且燃气轮机在空转的情况下继续运行。

对于快速关闭的情况已知类似的方法。快速关闭通常在燃气轮机或者发电设备出现运行故障的情况下被触发。在此也将发电机与电力分配网络分开。然而此外，关闭全部燃料阀并且尽可能快地停止燃烧。在该情况下，从燃料阀和燃烧器喷嘴之间的管道中膨胀的燃料也用于燃气轮机的暂短的转速加速。然而之后，转子惯性运转并且仅在每分钟几百转的低转速的情况下保持在所谓的盘车运行（Turn-Betrieb）中，以便冷却燃气轮机。

因此，在甩负荷和快速关闭时，必须确保：不过于快速地进行出现的转速加速并且不超过特定的超额转速。另一方面，所述运行情况能够导致在燃气轮机和发电机中的大范围和持久的损伤。

出于该原因，总是尤其重要的是，在甩负荷和快速关闭的情况下，将转子或者轴系的超额转速和转速加速度的梯度保持得尽可能地小。

因此，为了将燃料阀和燃料喷嘴之间的管道体积保持得尽可能地小，目前将相应的燃料阀设置成距燃料喷嘴尽可能地近。由此能够实现限制超额转速。然而，间距的减小受到由温度引起的或者几何形状的限制。因此，总体上力求进一步降低转子转速的超额转速和最大的加速度。

为了应对该问题，US 5,680,753提出，在甩负荷时借助于调节阀和与其并行连接的旁通阀短暂地调整预混合燃烧室的燃料量。

同时已知的是，在甩负荷的情况下，在涡轮机中的火焰会熄灭。为了避免这种情况，US 5,896,736提出，短时间内改变燃料空气混合物的比例。为此，在甩负荷时，生成用于调节压缩机入流导向叶片的校正信号，所述压缩机入流导向叶片通过所述校正信号在预设的持续时间期间继续旋转。由此，少量的压缩空气流入到燃烧器中，由此使燃料空气混合物积聚。

此外，WO 99/54610 A1公开在甩负荷之后用空气冲洗燃气轮机的燃烧器级和燃料管道。借此将仍存在于管道中的燃料以提高的压力馈送到燃烧室中。这导致不期望地延长以相应提高的超额转速进行的目前的燃烧过程。

此外已知的是，燃气轮机也能够燃烧低热量的燃料、例如合成气体。这种燃气轮机——与具有相同额定功率的、能够用高热量的燃料来运行的燃气轮机相比——具有用于燃料管道的显著更大的管道横截面，以便同样能够提供相应的能量。这导致，在用于低热量的燃料的燃气轮机中用于限制发电设备的轴系或者燃气轮机的转子的超额转速的目前的设计是不足够的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于在甩负荷和/或快速关闭时运行燃气轮机的方法，借助所述方法能够实现尽可能小的超额转速和/或低的转速加速度。本发明的另一目的是提供一种用于调节燃气轮机运行的装置，借助所述装置能够降低燃气轮机在甩负荷和快速关闭时的超额转速。本发明的另一目的是提供一种发电设备，其中同样可靠地避免所述缺点。