利用平均涡轮机出口温度来控制燃气涡轮机的操作的方法技术

本公开涉及利用平均涡轮机出口温度来控制燃气涡轮机的操作的方法。燃气涡轮机(10)包括压缩机(12)、燃烧室(13、16)、在燃烧室下游的涡轮机(14、17)，和总数量的涡轮机出口温度测量装置(18、19)。所述方法包括以下步骤：利用相应涡轮机的涡轮机出口温度测量装置局部地测量涡轮机的涡轮机出口温度；选择数量小于涡轮机出口温度测量装置的总数量的若干涡轮机出口温度测量装置；及对所选择的涡轮机出口温度测量装置的测量温度求平均值以获得平均涡轮机出口温度(TATAVG)。燃气涡轮机操作根据所确定的平均涡轮机出口温度被控制。除了方法之外，还公开了一种带有配置成执行上述方法的控制器的燃气涡轮机(10)。

Method for controlling operation of gas turbine using average turbine outlet temperature

The present disclosure relates to a method for controlling the operation of a gas turbine using an average turbine outlet temperature. The gas turbine (10) comprises a compressor (12), a combustion chamber (13, 16), a turbine (14, 17) downstream of the combustion chamber, and a total number of turbine outlet temperature measuring devices (18, 19). The method comprises the following steps: the turbine outlet temperature measurement of turbine turbine outlet temperature measuring device using the corresponding turbines locally; some turbine outlet temperature measuring device is less than the total number of turbine outlet temperature measuring device; and measuring temperature on the turbine outlet temperature measuring device of the selected averaging to obtain average turbine the outlet temperature (TATAVG). The operation of the gas turbine is controlled according to the determined average turbine outlet temperature. In addition to the method, a gas turbine (10) with a controller configured to perform the method is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
利用平均涡轮机出口温度来控制燃气涡轮机的操作的方法
本专利技术涉及一种用于对燃气涡轮机的涡轮机出口温度求平均值并且使用该涡轮机出口温度来操作燃气涡轮机的方法。本专利技术额外地涉及一种具有控制器的燃气涡轮机，所述控制器被配置且适于执行上述方法。
技术介绍
涡轮机出口温度是能够用来控制燃气涡轮机的操作并且在操作期间用于燃气涡轮机的保护的一个参数。使用涡轮机出口温度来控制燃气涡轮机的示例已经例如在EP2071157A1中公开。涡轮机出口温度也能够用于具有顺序燃烧的燃气涡轮机。具有顺序燃烧的燃气涡轮机的控制在过去已是各种文献的目的。用于具有顺序燃烧的燃气涡轮机的基本操作理念例如在EP0718470A2中描述。涡轮机出口温度的可靠且精确测量是在整个负载范围内用于可靠且精确控制燃气涡轮机操作的前提。由于通过不稳定的再生能源(如风能或太阳能)生产的电力增加，现存的基于燃气涡轮机的发电厂越来越多地用来平衡电力需求和稳定电网。因此需要改善的操作灵活性。这意味着燃气涡轮机常常以低于基本负载设计点的负载操作，即，在较低的燃烧室入口和点火温度下操作。此外，根据价格和可用性，使用来自不同来源的具有不同燃料气体组成的燃料。同时，排放极限值和总体排放许可变得更加严格，因此需要在较低排放值下操作，也在部分负载操作下，在瞬变期间保持低排放，因为这些也会计入累积排放极限，并且计入不同燃料组成。为了确保低排放和稳定操作，需要准确且稳健确定涡轮机出口温度。通常，所有涡轮机出口温度测量装置(temperaturemeasurement)的算术平均值在燃气涡轮机控制器中确定并用于控制燃气涡轮机操作。理论上，对所有单独温度测量装置求平均值是获得涡轮机出口温度的最佳方式。然而，燃气涡轮机中的泄露和缺陷可能会影响所述测量。尤其，靠近涡轮机出口温度测量传感器的冷却空气泄露能够影响局部测量的涡轮机出口温度。对于新的且干净的发动机(或者运行中断后重新组装的发动机)，这些泄露通常很小，并且发动机在运行中断后被调整以将这样的泄露考虑在内。然而，泄露和损害温度测量装置的其他因素可能在操作期间变化或增加。这些泄露影响单个涡轮机出口温度测量装置中的一些，其被求平均值以给出平均涡轮机出口温度TATAVG，因为相应的温度传感器受到冷泄露流动的影响从而导致了测量误差，即，发出较低温度的信号。控制器然后调整操作来补偿平均涡轮机出口温度的这些变化。例如，控制器能够增加燃料流动以将所测量的涡轮机出口温度(相应地涡轮机的涡轮机入口温度TIT)保持在目标温度。由于测量误差能够随时间增加，所以实际的涡轮机入口温度值增加从而导致更高的NOx排放(及增加的机器的使用寿命消耗)。对于具有顺序燃烧的燃气涡轮机，第一涡轮机出口温度测量装置和第二涡轮机出口温度测量装置可能会被泄露影响。
技术实现思路
本公开的一个目的是一种用于操作燃气涡轮机的方法，所述燃气涡轮机甚至在局部涡轮机出口温度测量装置受损的情况下仍保持稳定和可靠。该燃气涡轮机包括压缩机、燃烧室、在燃烧室下游的涡轮机、和总数量的涡轮机出口温度测量装置。所公开的用于操作燃气涡轮机的方法包括以下步骤：-利用相应涡轮机的涡轮机出口温度测量装置测量涡轮机的涡轮机出口温度，-选择数量小于涡轮机出口温度测量装置的总数量的若干涡轮机出口温度测量装置，-对所选择的涡轮机出口温度测量装置的测量温度求平均值以获得平均涡轮机出口温度，及-根据平均涡轮机出口温度控制燃气涡轮机的操作。涡轮机出口温度测量装置，例如热电偶或指示温度的其他传感器，能够例如分布成覆盖涡轮机出口的整个流动区域，尤其是每个温度测量装置均在流动区域或流动管道的指定部分的中心中，其中，每个部分均具有相同的面积。对于具有不均匀温度或速度分布的排出管道而言，可能有利的是，将温度测量装置分布成使得它们代表具有通过每个指定部分的相等排出质量流动的部分。燃烧室能够包括在环形燃烧室上游的多个燃烧器，或者能够包括在多个筒式燃烧室上游的多个燃烧器。根据该方法的实施例，在相应涡轮机上游的燃烧室的所有燃烧器都处于操作状态。该方法能够适用于具有顺序燃烧的燃气涡轮机或者具有单个燃烧室和一个涡轮机的燃气涡轮机。顺序燃烧燃气涡轮机具有第一燃烧室、第一涡轮机、第二燃烧室、和第二涡轮机。在顺序燃烧燃气涡轮机中，使用相应的第一和第二涡轮机出口温度测量装置，能够测量第一涡轮机出口温度并且能够测量第二涡轮机出口温度。根据第一实施例，相应地在第一涡轮机上游、第二涡轮机上游的所有燃烧室都处于操作状态。根据所述方法的另一个实施例，具有良好数据质量的涡轮机出口温度测量装置被识别。仅具有良好数据质量的涡轮机出口温度测量装置被选择用于求涡轮机出口温度的平均值。在该实施例中，平均涡轮机出口温度基于数量小于具有良好数据质量的可用涡轮机出口温度测量装置的总数量的若干具有良好数据质量的所选择的涡轮机出口测量值求平均值。良好数据质量能够例如通过确认没有坏数量质量信号从测量链发出被确定，所述测量链始于温度传感器并经由转换器和数据线引导到控制器。良好数据质量也能够通过比较所测量的温度值与所有测量的温度的平均值被确定，或与期望值(其能够例如取决于燃气涡轮机的操作状况)比较被确定。相对负载或者入口导叶位置，从启动开始的时间可以指示操作状况。对应的期望涡轮机出口温度能够例如提供在查找表中。在该方法的另外的实施例中，涡轮机出口温度测量装置的适当子集被选择以用于获得平均涡轮机出口温度。涡轮机出口温度测量装置的所选择的适当子集包括具有特定数量的最高测量值的涡轮机出口温度测量装置。在该方法的又另一个实施例中，所选择的适当子集由i个最高涡轮机出口温度测量装置到j个最高涡轮机出口温度测量装置组成，其中i和j为自然数。进一步，i为2或大于2，j等于或大于i，且i和j都小于出口温度测量装置的总数量。通常，燃气涡轮机控制器具有计时器，其限定控制器循环并在每次循环中更新数据和命令。所述循环由所述计时器限定。根据该方法的另一个实施例，仅具有在相对于先前控制器循环的平均涡轮机出口温度(TATAVG)的有限温度偏差内的测量值的涡轮机出口温度测量装置被选择用于求涡轮机出口温度的平均值。有限温度偏差能够例如是80℃的偏差，优选地，其为较小的偏差且被限制到50℃的偏差，并且其能够小至例如20℃或更小。求平均值和识别变量的大小的顺序的方法步骤需要显著的处理能力。为了限制控制器所需要的处理能力，提出了一种避免在一个控制器循环中求平均值的步骤的方法。该实施例利用了温度测量装置相对于控制器的循环时间较慢的事实。因为温度测量装置慢，所以来自不同时间阶段的温度值能够用于计算和近似在数个控制器循环上的平均温度。所述求平均值在若干控制器循环上执行并包括如下步骤：a)将平均涡轮机出口温度变量设定为0，将被选择以获得平均涡轮机出口温度的涡轮机出口温度测量装置分配到总计表(summinglist)，并且在每个随后的循环中b)确定在总计表上的涡轮机出口温度测量装置的最大局部涡轮机出口温度，c)将所确定的最大局部涡轮机出口温度的测量值添加到平均第一涡轮机出口温度变量；d)将确定的最大局部涡轮机出口温度测量装置从总计表中移除；e)重复步骤b)到d)特定次数，或直到总计表为空；f)使平均第一涡轮机出口温度变量除以添加到该变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作燃气涡轮机(10)的方法，所述燃气涡轮机(10)包括压缩机(12)、燃烧室(13、16)、在所述燃烧室(13、16)下游的涡轮机(14、17)，及总数量的涡轮机出口温度测量装置(18、19)，所述方法包括以下步骤：‑利用所述相应涡轮机(14、17)的所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)测量所述涡轮机(14、17)的涡轮机出口温度；‑选择数量小于所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的所述总数量的若干涡轮机出口温度测量装置(18、19)；‑对所述选择的涡轮机出口温度测量装置(18、19)的测量温度求平均值以获得平均涡轮机出口温度(TAT AVG)；以及‑根据所述平均涡轮机出口温度(TAT AVG)控制所述燃气涡轮机(10)的操作。

【技术特征摘要】
2015.11.13 EP 15194421.21.一种用于操作燃气涡轮机(10)的方法，所述燃气涡轮机(10)包括压缩机(12)、燃烧室(13、16)、在所述燃烧室(13、16)下游的涡轮机(14、17)，及总数量的涡轮机出口温度测量装置(18、19)，所述方法包括以下步骤：-利用所述相应涡轮机(14、17)的所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)测量所述涡轮机(14、17)的涡轮机出口温度；-选择数量小于所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的所述总数量的若干涡轮机出口温度测量装置(18、19)；-对所述选择的涡轮机出口温度测量装置(18、19)的测量温度求平均值以获得平均涡轮机出口温度(TATAVG)；以及-根据所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)控制所述燃气涡轮机(10)的操作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机(14、17)上游的所述燃烧室(13、16)的所有燃烧器(24、25)都处于操作状态。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有良好数据质量的涡轮机出口温度测量装置(18、19)被识别，并且在于，所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)基于数量小于具有良好数据质量的涡轮机出口温度测量装置(18、19)的所述总数量的若干具有良好数据质量的涡轮机出口温度测量值被求平均值。4.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的适当子集被选择以用于获得所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)，其中，所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的所述适当子集包括具有最高测量值的所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)。5.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的适当子集被选择以用于获得所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)，并且在于，所述适当子集由i个最高涡轮机出口温度测量装置(18、19)到j个最高涡轮机出口温度测量装置(18、19)组成，其中，i和j为自然数，i为2或大于2，j等于或大于i，且i和j小于出口温度测量装置(18、19)的所述总数量。6.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其特征在于，所述控制器(20)具有计时器，并且在于，对于每个涡轮机出口温度测量装置(18、19)，在实际测量值和先前控制器循环的所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)之间的温差被计算，并且在于，仅具有低于最大温度偏差的温差的测量值被选择以用于求当前循环的所述涡轮机出口温度的平均值(TATAVG)。7.根据权利要求1到6中的一项所述的方法，其特征在于，在若干控制器循环上执行所述求平均值，包括如下步骤：a)将平均涡轮机出口温度变量设定为0，将为获得所述平均涡轮机出口温度(TAT1AVG)而选择的涡轮机出口温度测量装置(18、19)分配到总计表，并且在每个循环中b)确定在所述总计表上的所述涡轮机出口温度测量装置(18、19)的最大值，c)将所述确定的最大涡轮机出口温度(18、19)的所述测量值添加到所述平均涡轮机出口温度变量，d)将所述确定的最大涡轮机出口温度测量装置(18、19)从所述总计表中移除，e)重复步骤b)到d)特定次数，或直到所述总计表为空；f)使所述平均涡轮机出口温度变量除以添加到所述平均涡轮机出口温度的测量装置的数量以获得所述平均涡轮机出口温度(TATAVG)。8.根据权利要求1到6中的一项所述的方法，其特征在于，在若干控制器循环上执行所述求平均值，包括如下步骤：a)将平均涡轮机出口温度变量设定为0，将为获得所述平均涡轮机出口温...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·加斯纳，A·J·舍斯恩，S·里帕里，S·伯内罗，M·拉米雷埃帕纳梅亚，M·张，
申请(专利权)人：安萨尔多能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH