用於保持電站系統運行頻率的方法

2023-05-24 03:04:31 2

專利名稱：用於保持電站系統運行頻率的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於保持電站系統運行頻率的方法。
在一個封閉的電力系統中，如果由於任何原因使較大功率的發電站自發地從網絡中掉閘脫開，其餘的發電廠必須能夠迅速替代損失的功率補給，以免發生整個網絡的傾刻瓦解。這一操作允許的時間僅以秒計。所有附備的旋轉設備，例如渦輪機組和驅動設備都參與起到阻尼電網瓦解的作用。但是，如果不能立即卸載或斷開不重要的負載，或者不能以任何其他方式迅速饋送損失的功率，網絡瓦解將不可避免地發生。單軸汽輪機的壓縮機當轉速低於某一預定的較高轉速時會產生電湧波動(喘振現象)，因此它特別容易受到故障的鏈式反應影響。
另一方面，單軸汽輪機實際上在提供功率正向階梯函數變化方面具有相當的優勢。
在單軸汽輪機中，通過將自來水注入壓縮機的下遊，可以獲得功率的階梯函數變化。但是這種防護措施由於燃料系統的不活潑性能，可能導致一個負的瞬間效應，使燃燒室內的火焰不穩定，存在火花抑制熄滅的危險。而且，通過這種水注入方式，不能滿足和適應自然的負載增高的要求，由於溫度降低，使電力系統暫時產生一個與所需的負載增加不適應的負向反應。
因此，本發明的目的在於糾正這一缺陷。如權利要求所述，本發明在本文開頭所述的方法的基礎上，提供一種保護措施，它允許產生自發的正階梯函數功率變化。
為此，本發明為克服燃料系統的不活潑性質採用直接填加作為基本媒介物的水的方式。汽化所需的燃料量和加熱所產生的蒸汽到混合溫度。在同一時間，注入的水量必須與該電功率損失的發電機的過載能力相匹配。
本發明的主要優點是向濃縮的液體燃料供給加壓的水，將這種混合物噴入燃燒室的注入裝置受頻率下降的變化率控制。
置備的基本媒介物以及所涉及的燃料量不局限於只是水和油，也可以採用其他乳化液和溶液。此外，可直接採用氣化液體或氣體作為基本媒介物。
其他解決所述問題的改進和完善方案及其優選性體現在本發明的從屬權利要求中。
下面將結合附圖
詳細說明本發明的一個實施例。對於直接理解本發明無關的那些部件在此予以省略，凡是媒介物的流動方向在圖中用箭頭表示。
結合附圖，並參照下面的詳細說明，將使本發明的全貌及其優點變得更加易於理解和明了，該附圖表示氣輪機組，帶有順序布置的燃燒室和水油混合注入裝置。
現在參照附圖，其中相同或相應的部件用相類似的標號表示。該圖表示這樣一種汽輪機，它包括一個壓縮機1，與該壓縮機的下遊連接的第一燃燒室2；以下稱為HP燃燒室，一個HP渦輪機3位於該燃燒室的下遊，第二燃燒室4在這個HP渦輪機的下遊連接，以下稱為LP燃燒室，接著一個LP渦輪機5處於該燃燒室的下遊。一個發電機6用於發電。壓縮機開始工作後，向壓縮機1輸入的氣體16沿上述路徑通過，壓縮後的氣體8被送至HP燃燒室2。燃燒室2用燃料9燃燒，所用燃料本身可以是氣態和/或液態，這與燃燒室內採用的燃燒器的特性有關。燃燒室2一般採用擴散型燃燒器；然而，最好採用如歐洲專利EP-B1-0321809所介紹的預混式燃燒器，它的描述有助於對本發明的相應部件的理解。來自HP燃燒室2的熱氣10最先作用到HP渦輪機3上。在此裝置中，渦輪機3應產生最小膨脹，因此它的排出氣體11仍帶有較高的溫度。安裝在渦輪機3下遊的LP燃燒室4基本上為環狀圓柱體式。這個燃燒室4並不採用常規的燃燒器結構，它的燃燒是通過將燃料13噴入到熱排出氣體11中產生自點火實現的。假設這是一種氣態燃料，例如大氣，則必須滿足以下前提條件才能產生自點火。首先，可以假設，採用目前的裝置，自燃不會發生，除非溫度達到1000度左右，其次，僅指局部負載操作的情況。但是，這個要求會對汽輪機的優化熱動力設計產生不利影響。因此，出於熱動力學的考慮，HP渦輪機3的壓力比不允許上升到導致例如約500℃的低的出口溫度的程度，這樣作將有利於下遊的常規的燃燒室的可靠工作。為了保證甚至在不利條件下LP燃燒室4均可實現自點火，噴入LP燃燒室4的氣體燃料13可被添加到與其他燃料12等量的程度，後者具有低燃燒溫度。這裡氣態燃料是基本燃料，油適於作輔助燃料。這些液態輔助燃料12被噴入，起到爆燃引線作用，這樣即使由HP渦輪機3排出的熱氣11的溫度低於最佳自燃溫度，也能實現在LP燃燒室4內的自點火。接著由LP燃燒室4輸出的熱氣14供給LP渦輪機5。來自這個LP渦輪機5的排出氣體15的熱值可以被應用到較高程度，例如在下遊連接一個蒸汽流迴路7，供給蒸汽流到一蒸汽輪機，和/或將要注入的水預熱。
採用這種配置結構，燃燒室和渦輪機上的熱負載特別高，為此必須具有特別有效的冷卻系統。而且同時有必要考慮到這種高性能的汽輪機組通常不能釋放太多冷卻用氣體的事實，因為如果放氣太多，會顯著降低其效率和功率。不過，這套熱負載設備可以靠蒸汽流冷卻，下遊蒸汽流迴路中可提供足夠數量和質量的蒸汽。
箱20中容納有特定量的乳化液或溶液19，它們被加壓26，其中含有一些水17和相應數量的液體燃料18。由相應泵17a，18a將這兩種媒介物送入箱內。如果必要的話，也就是說當存在電網瓦解的跡象時，增加功率自然是需要的，於是將乳化液19噴入HP燃燒室2和/或LP燃燒室4內。噴入量21、23是受到控制的，裝置22同時起作用，初始噴入量與電網頻率和/或汽輪機組的轉速下降有關。為此，裝置22受信號24控制，這個信號是由電網頻率產生的，並且在計算機25中得到處理。計算機25根據一適當的體現發電機6的頻率和/或轉速的函數規律的規則保證乳化液或溶液的連續不斷的注入過程。在向濃燃料中注入上述受控量的水的同時，實現自發的功率增加；在這種情況下響應能力毫無延遲，即使出現功率下降的情況。乳化液或溶液19的燃料濃度及其噴入量均是發電機6的容許過載容量及電功率損耗和機械組件情況的函數。摻入燃料的水的注入可以是暫時的。摻入量可以變化，加水量與燃料量相比可增大到9/13。在採用本實施例的串接燃燒室的汽輪機組的情況下，從熱動力學觀點看，其過載能力大約30％左右。如前所述，乳化物或溶液可由燃料的各種基本媒介物製成，各種類型的燃料均可，它們被噴入機組中的狀態可以是氣態，從原理上說，應保證加入到水17中的燃料量18的規格，使燃料能量促進水蒸發並使相應的渦輪機3、5的入口處的溫度達到過熱的混合溫度。如果燃料是酒精，則在水中應具有15-20％的酒精含量。這種混合溶液是一種含酒精的溶液，可以毫無問題地存入箱20內。
顯然，根據本發明的上述教導，可以作出多種改進和改型方案，它們應視為在所附的權利要求的範圍內，而且，本發明的實施並不僅局限於上述的說明書的特例。
權利要求
1.一種用於保持電站系統運行頻率的方法，通過在電站系統的運行過程中提供一附加的媒介物，實現電功率自發的增長，其中所述媒介物(19，21，23)，由一種基本物質(17)構成，其可產生化學和/或物理反應，從而獲得所需能量(18)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，引入到電站系統的運行過程中的媒介物(19)由一定量的水(17)和一定量的燃料(18)混合形成。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，該數量的水(17)包含作為燃料(18)填加的油。並且以此方式得到的乳化液(19)被存入箱(20)中。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，該數量的水(17)包含作為燃料(18)填加的酒精，並且以此方式得到的溶液(19)被存入箱(20)中。
5.根據權利要求1-4所述的方法，其特徵在於，用於向該電站系統的運行過程提供的存入箱(20)內的媒介物(19)處於壓力(26)下保存。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，通過一受控裝置(22)將媒介物(19)連續供應到該電站系統的環節中。
7.根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，燃料(18)的填加量是定量的，使該數量的水(17)在該電站系統的渦輪機(3，5)的入口處蒸發和被加熱到混合溫度。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該媒介物(19，21，23)的連續供給發生在該運行過程的一個適當的比例範圍之後，這個條件由計算機(25)連續地、作為發電機(6)的頻率和/或轉速的函數進行分析判定。
9.根據權利要求1-8之一的方法，其特徵在於，該電站系統具有至少一個汽輪機組，它的工作由至少一個燃燒室維持。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於，該電站系統由一個與其汽輪機組下遊連續的蒸汽迴路驅動。
全文摘要
一種用於保持電站系統頻率穩定的方法,通過向這個電站系統的運行過程提供一附加的媒介物(19)實現電功率的自發的增長。這個媒介物(19)由一種基本物質(17)構成,其可產生化學和/或物理反應,從中獲得所需能量(18)。提供給運行過程的媒介物(19)貯存在箱(20)內,並處於壓力(26)下,在任何需要時自發地提供使用。
文檔編號F01K13/02GK1184888SQ9712554
公開日1998年6月17日 申請日期1997年12月12日 優先權日1996年12月13日
發明者H·弗魯赤 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司