CN109790762B - 用于主频率控制的联合循环发电厂汽轮机的输出的短期调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于主频率控制的联合循环发电厂的一个汽轮机的输出的短期调节的方法，包括以下多个步骤：根据所需要的输出变化来打开或分别关闭汽轮机的至少一个压力级(1，2，3，4)的一个备用涡轮阀(31，51)；将一个指定期望压力(41)与一个压力测量(32)进行比较，该压力测量(32)在备用涡轮阀(31)上游进行以测量流入至少一个压力级(1，2，3，4)的蒸汽质量流的压力；以及在压力下降到期望压力(41)以下或超过期望压力(41)时，打开或分别关闭供料线路(71，81)以用于将可变比例的水引入多个压力级(1，2，3，4)中的至少一个压力级的蒸汽质量流中；可变比例的水被引入蒸汽质量流中直到达到一个经调节的期望蒸汽温度(49)，该经调节的期望蒸汽温度从一个基本指定期望蒸汽温度(45)与一个控制器(48)的默认值之间的差值中确定，该控制器(48)至少按比例操作并且评估压力测量(32)与期望压力(41)之间的差值。

Description

用于主频率控制的联合循环发电厂汽轮机的输出的短期调节 的方法

技术领域

本发明涉及一种用于主调节的燃气和汽轮机厂的一个汽轮机的简短功率匹配(brief power matching)的方法，诸如例如从DE 10 2010 040 623 A1中已知的。

背景技术

现代发电厂一方面要求提供高程度的效率，并且另一方面要求尽可能灵活地操作。除了启动时间短和负载变化速度快之外，这还包括补偿网络中的频率扰动的可能性。为了满足这些要求，发电厂必须能够在数秒钟内提供例如5％或更多的额外功率，并且然后在所要求的最短时间段(例如，15分钟)内确保该额外功率。

在传统的燃气和蒸汽发电厂中，这通常通过增加燃气轮机的负载来实现。然而，在某些情况下、特别是在上部负载范围内，可能特别有利的是，不仅仅由燃气轮机提供期望的功率增加，而且还通过适当地结合供料汽轮机的水蒸汽回路来提供期望的功率增加。因此，近来越来越多地追求其中汽轮机同样可以并且应当对频率支撑提供附加贡献的解决方案。通常，这里使用的方法一方面不会导致任何附加的投资成本(例如，由于要求附加的组件)，并且另一方面也不会对正常的***操作产生负面影响，例如，在稳态操作期间导致效率损失。

在这方面，近来，已经为热回收蒸汽发生器开发了基本上以合适的方式使用存储在加热表面的金属块中的热能的解决方案。这主要通过经操纵的给水和注入水变量的快速变化来实现。

更广泛的理论研究现在已经揭示，尽管通过使用前述热存储器而存在相对大的第二储备潜力，但是所述潜力可能仅以在时间方面相对延迟的方式被取回或被缓慢地取回。关于主调节储备，在主调节储备根据定义而需要对网络频率的快速变化作出响应的情况下，这些措施并不完全合适。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于主调节的一个燃气和蒸汽发电厂的一个汽轮机的简短功率匹配的方法。

所述目的通过根据本公开所述的方法来实现。

根据本发明的用于主调节的一个燃气和蒸汽发电厂的一个汽轮机的简短功率匹配的方法在此包括以下步骤：

-以取决于一个期望功率变化的方式来打开或关闭汽轮机的至少一个压力级的一个备用涡轮阀，

-将一个预定压力目标值与一个压力测量进行比较，该压力测量在备用涡轮阀的上游提供流入至少一个压力级的蒸汽质量流的压力的一个测量，

-在下降至低于压力目标值或超过压力目标值时，打开或关闭一个供料器以用于将一个可变水部分引入多个压力级中的至少一个压力级的蒸汽质量流中，

-其中可变水部分被引入蒸汽质量流中直到达到一个匹配蒸汽温度目标值，该匹配蒸汽温度目标值从一个预定义基本蒸汽温度目标值与一个调节器的输出值之间的差值确定，该调节器至少具有比例动作、并且评估和补偿压力测量与压力目标值之间的差值。在这种情况下，至少具有比例动作的调节器可以是例如一个P调节器、一个PID调节器、或有利地是一个PI调节器。

特别在对主调节要求附加功率的需求下，因此将快速措施(即，一个节流涡轮阀的打开)与长效措施(即，注入量的增加或给水质量流的增加)进行组合。因此，这导致功率调节的组合，以用于功率匹配期间的快速功率匹配和压力支撑。为此目的，至少一个涡轮阀必须被充分节流。如果现在需要附加功率，则在这些情况下可以通过经由一个压力排放装置打开至少一个节流涡轮阀来提供通过汽轮机的一个增加的质量流。众所周知，这相对迅速地发生，并且因此该措施最适合于关于一个主调节储备的速度要求。然而，还已知，对于涡轮阀的可接受的节流程度，该措施在时间方面受到非常大的限制。这正是本发明的起点。在对于附加功率的对应要求的情况下，一个措施(即，至少一个节流涡轮阀的打开)与另一措施(即，注入的增加或给水质量流的增加)相组合。在此，至少一个涡轮阀的打开确保了注入或给水量的快速和增加，确保了汽轮机的持久功率增加，这尤其在主调节储备的情况下是期望的。

本发明在实践中是可实施的，因为通过例如以汽轮机的一种类型的功率调节的形式打开至少一个涡轮阀来提供额外请求的功率。然而，以这种方式，对应压力级的蒸汽压力立即被降低(存储器被“清空”)。然而，由于注入量或给水量的增加而导致热能存储器被“挖掘到(tapped into)”的事实表示：可以高效地抵消蒸汽压力的降低。与之相比，如果在相反的情况下，当关闭涡轮阀(在网络的较低功率要求的情况下阀门关闭)时蒸汽压力上升，同样可以由于注入量或给水质量流的减少而有效地抵消压力的增加。因此，蒸汽存储器用作对于存储在金属块中的热能的一个缓冲元件，使得尽管存储的能量在释放期间的缓慢行为，但由于主调节储备，可以经由涉及“快速”蒸汽存储器的间接路径来使用所述存储的能量。

已经证明，这在实现汽轮机的中压级的涡轮阀的打开或关闭的情况下是特别有利的。这允许另外使用中压级的滚筒中的蒸汽存储器。已经发现，与针对高压级的节流相比，针对中压级的节流在可能的振动趋势方面明显不太敏感。

优选地，所述中压级的节流被补充，因为实现了一个可变水部分到流入汽轮机的高压级的蒸汽质量流中的供料。对于在高压级的部分的压力支撑和仅在中压级的部分的功率调节的这种组合，以下二者不再直接彼此耦合：经由中压级的涡轮阀的不同打开程度来改变汽轮机的功率输出，以及与该功率输出相关的用于中压级的压力支撑的高压级的注入或供料量的变化，这具有进一步的稳定效果。

如果在汽轮机的多个压力级中实现一个可变水部分的引入和多个涡轮阀的打开或关闭，则实现了特别高的灵活性。但是，将根据具体情况来最终决定哪种组合可能性最适合于哪种变化曲线。对于每个发电厂***，必须针对网络和客户要求以及可用的设计储备的背景，来单独地建立将对哪个压力级进行节流和冷却以及在何种程度上进行节流和冷却。

可以从其他改进方案中收集本发明的另外的优选实施例。

附图说明

图1示意性地示出了燃气和蒸汽发电厂的细节。

具体实施方式

下面将基于附图以示例的方式解释本发明。该附图示意性地示出了一个燃气和蒸汽发电厂的细节，该燃气和蒸汽发电厂具有一个汽轮机的一个高压级1、一个中压级2以及两个低压级3和4。在此，所有的级1至4经由一个转子轴彼此连接。

如在动态模拟中已经发现的，为中压级2节流涡轮阀31是特别有利的。首先，这里可以使用一个中压滚筒(未更详细示出)作为一个附加的蒸汽蓄能器，并且其次，已经发现，在高压侧上节流的情况下，高压级在振动趋势方面表现得明显更敏感，这是由于变化的高压给水和高压注入量而导致的高压涡轮阀51的一个变化的打开位置与一个变化的高压蒸汽质量流的相关联的相互作用。与之相比，在中压级2经由中压级的涡轮阀31的不同打开程度进行专用节流、并且高压级1的注入和给水量经由调节器100而与该专用节流间接相关地变化的情况下，实现了一个整体稳定效果，因为两个措施没有施加到相同的压力水平并且因此不再直接彼此耦合。因此，本发明的核心概念是将经由一个涡轮阀的位置的功率调节与经由注入量的增加或减少的压力调节进行组合。因此，基本上存在两个调节电路。也就是说，压力调节不再经由涡轮阀实现，而是仅经由注入的变化实现。不言而喻，这里也必须遵守限制，也就是说，蒸汽温度可能不会降低或增加超过特定量，或者在封闭注入的情况下，可能不会进行进一步的关闭，等等。

附图中所示的示例性实施例还示出了可以想到的不同的组合。在这方面，在这里所示的实施例中，功率调节经由多个组件21、46、47、42、33和供料中压级的涡轮阀31来实现，而用于稳定的压力调节主要是经由多个组件32、41、48、45、49、100、110、72、71和在到高压级的供料器中的注入装置73来实现，在注入装置73下游优选地还设置有一个高压过热器加热表面(这里未更详细示出)。此外，如在本示例性实施例中所示，有利的是，调节设备100不仅以压力稳定的方式调节高压级1的注入量，而且同时经由多个组件120、81、82和注射装置83调节中压级2本身的注入量，在注射装置83下游还优选地还设置有一个中间过热器加热表面(这里未更详细示出)。这具有的优点是，除了使用存储在高压级1的金属块中的热能之外，还可以使用存储在这种中间过热器加热***中的热能以用于压力辅助。在这些情况下，一种可能性是在一个相对长的时间段内提供具有高压级的相等组件负载的一个主调节储备，或者以主调节储备的相等持续时间减少高压级的蒸汽温度的变化，这导致高压级的组件负载减少。当然，另一种具有其自身优点和缺点的可能性是经由多个其他涡轮阀中的一个涡轮阀而实现功率调节，而不管哪种注入用于压力稳定。

经由中压级2的涡轮阀31实现功率调节。为此，汽轮机的当前功率输出经由一个测量设备21在转子处被确定，并且与一个相关联的功率目标值进行比较，该功率目标值可以以依赖于所要求的主调节储备的方式被重复地重置。在两个值之间存在差值的情况下——这对应于“所要求的功率变化”——然后发生涡轮阀31的打开位置的目标匹配，特别地使得目标值和实际值在结束时再次相同。压力调节基本上通过一个可变水部分借助于注入冷却装置73到高压级1的蒸汽质量流中的一个变化的引入而被实现，该冷却装置73有利地被实现为一个高压过热器加热表面(这里未更详细示出)的一个中间注入设备。此外，可选地另外设置的是一个可变水部分借助于注入冷却装置83到中压级2的蒸汽质量流中的一个附加变化的引入，该冷却装置83在此也有利地实现为一个中间过热器加热表面(这里未更详细示出)的一个中间注入设备。为此，将一个预定义压力目标值41与蒸汽质量流的一个压力测量32进行比较。这里，压力测量32在备用涡轮阀31上游进行。一旦低于或超过压力目标值41，就经由对应的激活装置72和82实现多个供料71和81的打开或关闭，结果使得一个变化的水部分被供料到多个注入冷却装置73和83。该可变水部分被引入蒸汽质量流中，直到达到一个匹配的蒸汽温度目标值49。在本示例中，这是从一个预先确定的基本蒸汽温度目标值45与一个比例-积分-(PI-)动作调节器48的输出值之间的差值来确定的，该PI动作调节器48评估和补偿压力测量32与压力目标值41之间的差值。在后跟的调节设备100中，该时间上可变的蒸汽温度目标值被预定义并且用作蒸汽温度调节设备100的一个可变输入变量。代替PI调节器48，使用一个简单的P调节器或一个PID调节器、或者使用具有等效动作的某种其他调节器将是同等可能的，其中在本示例中，PI调节器已经被证明是有利的。

Claims (5)

1.一种用于主调节的燃气和蒸汽发电厂的一个汽轮机的简短功率匹配的方法，所述汽轮机至少具有一个高压级(1)、一个中压级(2)和一个低压级(3，4)，所述方法包括以下步骤：

-以取决于一个所要求功率变化的方式打开或关闭所述汽轮机的所述中压级(2)的一个备用涡轮阀(31)，

-将一个预定义压力目标值(41)与一个压力测量(32)进行比较，所述压力测量(32)在所述备用涡轮阀(31)的上游提供流入至少一个压力级(1，2，3，4)的蒸汽质量流的压力的一个测量，

-在下降至低于所述压力目标值(41)或超过所述压力目标值(41)时，打开或关闭一个供料器(71，81)以用于将一个可变水部分引入所述压力级(1，2，3，4)中的至少一个压力级的所述蒸汽质量流中，

-其中所述可变水部分被引入所述蒸汽质量流中直到达到一个匹配的蒸汽温度目标值(49)，所述匹配的蒸汽温度目标值(49)从一个预定义基本蒸汽温度目标值(45)与一个调节器(48)的输出值之间的差值确定，所述调节器(48)至少具有比例动作，并且所述调节器(48)评估和补偿所述压力测量(32)与所述压力目标值(41)之间的差值。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

一个可变水部分到所述蒸汽质量流中的所述引入借助于一个注入冷却装置(73，83)而被实现。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

一个可变水部分到所述蒸汽质量流中的所述引入借助于流入设置在所述汽轮机上游的一个蒸汽发生器中的给水质量流的变化而被实现。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

实现一个可变水部分到流入所述汽轮机的高压级(1)的所述蒸汽质量流中的所述供料器。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，

其特征在于

在所述汽轮机的所述压力级(1，2，3，4)中的多个压力级中实现一个可变水部分的所述引入以及所述涡轮阀处的所述打开或所述关闭。

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