用于提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性的系统和方法技术方案

公开了一种系统和方法，用于通过在小于100％负载的部分负载条件下操作一个或多个燃气涡轮发动机（14）、操作一个或多个蒸汽涡轮发动机（16）和一个或多个补充燃烧器（18）而提高管道燃烧的联合循环发电设备（12）的响应性，该一个或多个补充燃烧器（18）向蒸汽涡轮发动机（16）上游的热回收蒸汽发生器（20）提供额外热量。与处于部分负载条件下的燃气涡轮发动机（14）一起操作的蒸汽涡轮发动机（16）和补充燃烧器（18）的组合使得该系统能够快速地改变输出以适应管道燃烧的联合循环发电设备（12）的输出需求的改变。通过在部分负载条件下操作该一个或多个燃气涡轮发动机（14），燃气涡轮发动机（14）能够被使用比依赖于通过管道燃烧而增加的输出更快地增加联合循环发电设备（12）的净输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性的系统和方法
当前专利技术总地涉及燃气涡轮机系统，并且更具体地涉及管道燃烧的联合循环发电设备。
技术介绍
在过去十年中，越来越多数量的可再生能源供应已经被添加至诸如美国和欧洲的主要市场的电网。使用可再生能源的挑战之一是必须通过使用能源存储器来补充可再生能量源以便防止由于可再生能量源的间隙性和不可预测的本质而产生的供应缺口。另一个挑战是对在不同的季节期间加热和冷却住所的电力的需要以及对电网的各个部分的操作策略的需要。电力的季节性使用不一定与来自可再生资源的功率的可用性相匹配。在对电力供应的所有这些影响因素下，联合循环发电设备必须能够快速地上升和下降以便对需求作出响应。在发电设备不能达到电网运营商要求的负载时，经济处罚适用的地方尤其如此。常规的发电系统已经使用简单的循环发电设备以处理需要快速上升和下降间隔的负载。虽然简单的循环发电设备能够快速改变输出，但是简单的循环发电设备的操作成本更高，因为它们的总效率低于联合循环设备的总效率，并且环境考量（诸如，与简单的循环发电设备的安装相关联的排放）能够削弱它们的服务期限（viability）。其他常规的联合循环发电系统已经在热回收蒸汽发生器中使用管道燃烧以增加在热回收蒸汽发生器中产生的蒸汽，从而增加蒸汽涡轮发动机的输出。因为该系统在热力学上受到要产生的额外蒸汽所需的时间和蒸汽涡轮发动机的限制，所以这个系统具有缓慢的响应时间，一旦接收到所述额外蒸汽输入时，这些蒸汽涡轮发动机就以更多的输出作出响应。当前，最大的设备上升(rampup)能力仅仅在每分钟五兆瓦以下。然而，电网控制者更频繁地要求远高于每分钟五兆瓦的上升速率。因此，对具有更快的上升速率能力的发电设备存在需求。
技术实现思路
公开了一种系统和方法，用于通过在小于100％负载的部分负载条件下操作一个或多个燃气涡轮发动机、操作一个或多个蒸汽涡轮发动机和一个或多个补充燃烧器而提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性，该一个或多个补充燃烧器向蒸汽涡轮发动机上游的热回收蒸汽发生器（HRSG）提供额外热量。与在部分负载条件下的燃气涡轮发动机一起操作的蒸汽涡轮发动机和补充燃烧器的组合使得该系统能够快速地改变输出以适应管道燃烧的联合循环发电设备的输出需求的改变。通过在部分负载条件下操作该一个或多个燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机能够用于比依赖于通过管道燃烧增加输出更快地增加联合循环发电设备的净输出。在至少一个实施例中，该系统可以包括用于提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性的方法，使得燃气涡轮发动机仅在部分负载下操作，由此提供燃气涡轮发动机的输出被增加或降低的能力以改变联合循环发电设备的输出。如此一来，因为在联合循环构造中燃气涡轮发动机的输出可以比蒸汽涡轮发动机的输出更迅速地改变，所以当燃气涡轮发动机的输出改变时，联合循环发电设备的输出可以被更迅速地改变。在至少一个实施例中，用于提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性的方法可以包括在小于100%负载的部分负载条件下操作一个或多个燃气涡轮发动机以及通过蒸汽操作一个或多个蒸汽涡轮发动机，该蒸汽至少部分地由燃气涡轮发动机产生的热量形成。该方法还可以包括使一个或多个补充燃烧器燃烧以向蒸汽涡轮发动机上游的热回收蒸汽发生器提供额外热量，使得在部分负载下的燃气涡轮发动机和具有额外蒸汽输入的蒸汽涡轮发动机的联合输出可以与在100%负载条件下操作燃气涡轮发动机和在100%负载条件下操作蒸汽涡轮发动机至少一样多，该额外蒸汽输入通过使上游热回收蒸汽发生器的上游的补充燃烧器燃烧而产生。该方法还可以包括控制燃气涡轮发动机以改变燃气涡轮发动机的输出从而适应管道燃烧的联合循环发电设备的输出需求的改变。在至少一个实施例中，控制燃气涡轮发动机以改变燃气涡轮发动机的输出从而适应输出需求的改变包括增加燃气涡轮发动机的输出，以便增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出从而适应输出需求的增加。更具体地，增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出以适应输出需求的增加可以包括以至少每分钟五兆瓦的速率增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出。在另一个实施例中，增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出以适应输出需求的增加可以包括以至少每分钟十兆瓦的速率增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出。在又一个实施例中，增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出以适应输出需求的增加包括以至少每分钟十五兆瓦的速率增加管道燃烧的联合循环发电设备的输出。该方法可以包括在小于100%负载的部分负载条件下操作一个或多个燃气涡轮发动机，使得该燃气涡轮发动机在小于90%-95%负载的部分负载条件下操作。该方法还可以包括上升过程，在该上升过程中，燃气涡轮发动机上升，接着补充燃烧器的输出增加。该方法可以包括下降（rampdown）过程，在该下降过程中，燃气涡轮发动机的输出下降。燃气涡轮发动机的输出下降的下降过程之后可以接着补充燃烧器的输出的降低。该方法可以包括使一个或多个补充燃烧器燃烧以通过在起动过程期间使补充燃烧器燃烧而向上游的热回收蒸汽发生器提供额外热量，在该起动过程中，燃气涡轮发动机开始操作以便使热回收蒸汽发生器能够更快地升温并且允许将过量蒸汽提供至压盖密封件和冷凝器。该系统的优点在于联合循环发电设备可以被操作，通过调节一个或多个燃气涡轮发动机的输出而具有非常迅速的改变负载的能力。该系统的另一个优点在于联合循环发电设备可以被操作，具有增加或降低设备的输出多达每分钟30兆瓦的能力。下面更详细地描述这些和其他实施例。附图说明结合在本说明书中并形成本说明书的一部分的附图图示了当前公开的专利技术的实施例，并且与本描述一起公开了本专利技术的原理。图1是管道燃烧的联合循环发电设备的示意图。图2是用于提高管道燃烧的联合循环发电设备的响应性的系统的示意图。图3是管道燃烧的联合循环发电设备的基本负载再分配图。图4是管道燃烧的联合循环发电设备的建议上升图。图5是管道燃烧的联合循环发电设备的建议下降图。具体实施方式如在图1-5中所示，公开了一种系统和方法，用于通过在小于100％负载的部分负载条件下操作一个或多个燃气涡轮发动机14、操作一个或多个蒸汽涡轮发动机16和一个或多个补充燃烧器18而提高管道燃烧的联合循环发电设备12的响应性，该一个或多个补充燃烧器18向蒸汽涡轮发动机16上游的热回收蒸汽发生器20提供额外热量。与在部分负载条件下的燃气涡轮发动机14一起操作的蒸汽涡轮发动机16和补充燃烧器18的组合使得系统10能够快速地改变输出以适应管道燃烧的联合循环发电设备12的输出需求的变化。通过在部分负载条件下操作该一个或多个燃气涡轮发动机14，燃气涡轮发动机14能够被使用以比依赖于通过管道燃烧增加输出更快地增加联合循环发电设备12的净输出。在至少一个实施例中，系统10可以包括用于提高管道燃烧的联合循环发电设备12的响应性的方法，使得燃气涡轮发动机14仅在部分负载下操作，由此提供燃气涡轮发动机14的输出被增加或降低的能力以便改变联合循环发电设备12的输出。如此一来，因为燃气涡轮发动机14的输出可以比蒸汽涡轮发动机16的输出更迅速地改变，所以当燃气涡轮发动机14的输出改变时，联合循环发电设备12的输出可以被更迅速地改变。在至少一个实施例中，系统10可以包括在小于100%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高管道燃烧的联合循环发电设备（12）的响应性的方法，其特征在于：在小于100%负载的部分负载条件下操作至少一个燃气涡轮发动机（14）；通过蒸汽操作至少一个蒸汽涡轮发动机（16），所述蒸汽至少部分地由所述至少一个燃气涡轮发动机（14）产生的热量形成；使至少一个补充燃烧器（18）燃烧以向所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）上游的热回收蒸汽发生器（20）提供额外热量，使得在部分负载下的所述至少一个燃气涡轮发动机（14）和具有额外蒸汽输入的所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）的联合输出与在100%负载条件下操作所述至少一个燃气涡轮发动机（14）和在100%负载条件下操作所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）至少一样多，所述额外蒸汽输入通过使上游的所述热回收蒸汽发生器（20）上游的所述至少一个补充燃烧器（18）燃烧而产生；以及控制所述至少一个燃气涡轮发动机（14）以改变所述至少一个燃气涡轮发动机（14）的输出，从而适应所述管道燃烧的联合循环发电设备（12）的输出需求的改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提高管道燃烧的联合循环发电设备（12）的响应性的方法，其特征在于：在小于100%负载的部分负载条件下操作至少一个燃气涡轮发动机（14）；通过蒸汽操作至少一个蒸汽涡轮发动机（16），所述蒸汽至少部分地由所述至少一个燃气涡轮发动机（14）产生的热量形成；使至少一个补充燃烧器（18）燃烧以向所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）上游的热回收蒸汽发生器（20）提供额外热量，使得在部分负载下的所述至少一个燃气涡轮发动机（14）和具有额外蒸汽输入的所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）的联合输出与在100%负载条件下操作所述至少一个燃气涡轮发动机（14）和在100%负载条件下操作所述至少一个蒸汽涡轮发动机（16）至少一样多，所述额外蒸汽输入通过使上游的所述热回收蒸汽发生器（20）上游的所述至少一个补充燃烧器（18）燃烧而产生；以及控制所述至少一个燃气涡轮发动机（14）以改变所述至少一个燃气涡轮发动机（14）的输出，从而适应所述管道燃烧的联合循环发电设备（12）的输出需求的改变。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述至少一个燃气涡轮发动机（14）以改变所述至少一个燃气涡轮发动机（14）的输出从而适应输出需求的改变包括增加所述至少一个燃气涡轮发动机（14）的输出，以便增加所述管道燃烧的联合循环发电设备（12）的输出，从而适应输出需求的增加。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，增加所述管道燃烧的联合循环发电设备（12）的输出以适应输出需求的增加包括以每分钟至少五兆瓦的速率增加所述管道燃烧的联合循环发...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH法库哈森，RL约翰逊，M朔伊尔伦，MB汉塞尔，JH夏普，KM乌斯滕多普克拉默，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE