單軸複合循環發電設備及其運行方法
2023-06-03 05:22:41
專利名稱：單軸複合循環發電設備及其運行方法
技術領域：
本發明涉及由燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機的單軸複合循環發電設備，特別涉及相對於發電機和燃氣輪機的連合體，能夠脫離和連結蒸汽輪機這樣構成的單軸複合循環發電設備。
背景技術：
相對於發電機與燃氣輪機的連合體能夠脫離和連結蒸汽輪機這樣構成的單軸複合循環發電設備已經在如專利文獻1中的記載中被提出。
特開平8-177414號公報(圖4、圖5和段落編號0016、0028～0031)所述的現有技術的單軸複合循環發電設備，進行蒸汽輪機的單獨運轉或燃氣輪機的單獨運轉，而在燃氣輪機和蒸汽輪機中的一個進行單獨的運轉時，由於另一個會停止運轉，在從單獨運轉向燃氣輪機和蒸汽輪機的複合運轉進行切換時，具有獲取兩者的同步需要花費時間的問題。
本發明的目的是提供一種得到迅速地進行將燃氣輪機的單獨運行轉移到與蒸汽輪機一起的複合運行的單軸複合循環發電設備。
本發明的另一目的在於提供一種能夠從低輸出向高輸出迅速地提高發電機輸出的單軸聯合循環發電設備。
發明內容
為了達到上述目的，在單軸複合循環發電設備中，設置有在從發電機和燃氣輪機的複合體脫離蒸汽輪機時，將蒸汽輪機保持為不滿額定轉速的一定的轉速(例如額定轉速附近的轉速)的裝置。
按照以上的構成，由於將從發電機與燃氣輪機的連合體上脫離的蒸汽輪機保持為不滿額定轉速的額定轉速接近的轉速上，因而相對於發電機和燃氣輪機的複合體，在連接蒸汽輪機的時侯，蒸汽輪機的轉速能夠立即上升為應有的額定轉速，能夠從燃氣輪機的單獨運行迅速地切換到與蒸汽輪機一起的複合運行。從而，能夠使得發電機從低輸出迅速上升到高輸出。
圖1表示根據本發明的單軸複合循環發電設備的第1實施形態的概略圖；圖2為表示根據如圖1所示的單軸複合循環發電設備的發電設備輸出與蒸汽輪機的轉速的關係說明圖；圖3表示根據本發明的單軸複合循環發電設備的第2實施形態的概略圖；附圖標記1…發電機、2…燃氣輪機、3…蒸汽輪機、4…離合器、5…控制裝置、7…壓縮機、8…燃燒器、9…調整閥、10…燃料供給系統、11…蒸汽加減閥、12…蒸汽供給系統、13…回水器、14…凝縮水回收系統、15…轉動裝置、19…調整閥、20…蒸汽回收系統、21…離合器連接檢測器、22…轉速檢測裝置。
具體實施例方式
以下基於圖1和圖2對本發明的單軸複合循環發電設備的第1實施形態進行說明。
本實施形態中的單軸複合循環發電設備，大致分為具備發電機1、驅動該發電機1的燃氣輪機2和蒸汽輪機3、為連接和脫離該蒸汽輪機3和發電機1的連接脫離裝置的離合器4、以及檢測發電機1的輸出變動(負載變動)，輸出將蒸汽輪機3相對於發電機1進行連接和脫離的指示的控制裝置5。
所述的發電機1，或者與燃氣輪機2共用旋轉軸6，或者連接到燃氣輪機2的旋轉軸6S。
所述的燃氣輪機2具有共用旋轉軸6S的空氣壓縮機7、從該空氣壓縮機7導入壓縮空氣的燃燒器8、具有向燃燒器8供給燃料的燃料調節閥9的燃料供給系統10。
所述的蒸汽輪機3具備具有蒸汽加減閥11的蒸汽供給系統12、將使用後的蒸汽在回水器13中進行凝縮而回收的凝縮水回收系統14、連接在蒸汽輪機3上的轉動裝置15。
所述的離合器4是為進行所述的發電機1的旋轉軸6和蒸汽輪機3的旋轉軸6B的連接和脫離的裝置，蒸汽輪機3的轉速成為發電機1的轉速以下後，脫離旋轉軸6、6B之間的連接，蒸汽輪機3的轉速與發電機1的轉速相同或在其之上後，將脫離的旋轉軸6、6B進行連接，為在所謂的一個方向上連接。
另一方面，所述的燃氣輪機2設置有從所述的燃燒器8排出所供給的燃燒氣體的排氣的排氣系統16，該排氣系統16經由排熱回收汽鍋17，從煙囪18排出。
另一方面，所述凝縮水回收系統14的凝縮水被導向所述的排熱回收汽鍋17，在這裡被加熱成為高溫的蒸汽，被導向到所述的蒸汽供給系統12中。
另外，從到達所述的蒸汽供給系統12的蒸汽加減閥11之前，具有例如在蒸汽輪機的起動/停止時或緊急時開啟的調整閥19的蒸汽回收系統20繞過蒸汽輪機3，導向到所述的回水器13。
所述控制裝置5獲取作為檢測所述離合器4的脫離-連接狀態的裝置的離合器連接檢測器21的檢測信號①、和來自作為檢測蒸汽輪機3的旋轉軸6B的轉速的裝置的轉速檢測器22的檢測信號②，還獲取發電機1的輸出信號③。隨後，基於各個信號①～③，輸出控制燃料調節閥9的控制信號④和控制蒸汽加減閥11的控制信號⑤。
在具有上述結構的離合器4的單軸複合循環發電設備中，在起動時，是在將蒸汽輪機3從發電機1的脫離狀態下起動燃氣輪機2的，達到適於燃燒器8點火的轉速後，在控制裝置5的指示下開啟燃料調節閥9，向燃燒器8供給燃料。所供給的燃料與從空氣壓縮機7所供給的空氣混合成為混合氣體，通過將它們進行燃燒，使其產生燃燒氣體。通過該燃燒氣體旋轉燃氣輪機2，使得轉速上升至額定轉速。在燃氣輪機2中工作結束的燃燒氣體成為排氣，被導入到排熱回收汽鍋17中，這裡加熱來自於回水器13的凝縮水，使其產生蒸汽。從該蒸汽供給系統12向蒸汽輪機3供給此蒸汽，給予蒸汽輪機3旋轉動力。在蒸汽輪機3將結束工作的蒸汽在回水器13中變為凝縮水，返回至排熱回收汽鍋17中。蒸汽輪機3在其轉速上升至額定值後，通過離合器4連接在先前到達額定轉速的燃氣輪機2上。
通過上述一連串的控制，燃氣輪機2和蒸汽輪機3達到額定的轉速，從發電機1輸出額定的電力。
在所述運行中，負載的變動，例如減少連接在發電機1上的負載，使得必須降低發電機1的輸出的情況中，考慮到燃氣輪機2和蒸汽輪機3的輸出共同下降，而近年來，環境汙染物質，例如從氮氧化物(以下稱為NOx)的排出量規則採用低Nox燃燒器的燃氣輪機中，不能簡單的和蒸汽輪機一起降低燃氣輪機的輸出。亦即為抑制低Nox燃燒器的Nox發生量或者不發火、回火，必須將燃氣輪機的輸出維持在最低例如75％的輸出。
因此，在本發明的實施形態中，如圖2所示，在燃氣輪機2單獨運行時發電機1的輸出為最低，如果蒸汽輪機3從發電機1上脫離，換句話說，控制裝置5從作為檢測裝置的離合器連接檢測器21中接收蒸汽輪機3脫離的檢測信號①，從作為檢測裝置的轉速檢測器22獲取檢測信號②，同時產生控制信號⑤控制蒸汽加減閥11的開度，使蒸汽輪機3保持在不滿額定轉速(例如3000rpm)的額定轉速的附近的轉速上(例如3000rpm的97％的速數)。
蒸汽輪機3的轉速被保持在額定轉速97％後，離合器4處於脫離狀態，蒸汽輪機3從連結燃氣輪機2的發電機1上脫離。
並且，為通過控制裝置5將蒸汽輪機3的轉速保持在額定轉速的97％，在控制蒸汽加減閥11的開度時，蒸汽加減閥11上的被限制的剩餘的蒸汽通過調整閥19以及蒸汽回收系統20被回收到回水器13中。
如上所述，在本實施形態中，離合器連接檢測器21、轉速檢測器22、控制裝置5、蒸汽加減閥11為將蒸汽輪機3維持在不滿額定轉速的額定轉速附近的轉速的裝置。
由此，由單獨的燃氣輪機2驅動發電機1，而在該狀態下，根據發電機1的輸出信號③檢測到負載增加的控制裝置5，發送控制信號⑤，打開蒸汽加減閥11，增加向蒸汽輪機3的蒸汽供給量，使得蒸汽輪機3的轉速上升至額定轉速。蒸汽輪機3上升到額定的轉速後，結合離合器4，進行燃氣輪機2和蒸汽輪機3的複合運行。由此，從燃氣輪機2的單獨的運行向燃氣輪機2和蒸汽輪機3的複合運行的轉換，因為是在蒸汽輪機3的轉速在額定轉速的97％進行待機的，因此可以在短時間內使蒸汽輪機3的轉速上升到額定的轉速，能夠在短時間內恢復複合運行。
上述的複合運行一單獨運行的切換，換而言之是負載變動在短時間內發生，必須在短時間內對應該負載變動，例如在市電發電設備或提供給工廠的電力需求的自用發電設備中，發生在白天，而夜間不會發生頻繁的負載變動。
因此，從負載的變動在短時間內發生的白天的運行進入到沒有負載變動的夜間，且負載降低的情況下，在把蒸汽輪機3從發電機1和燃氣輪機2中脫離的狀態下，使蒸汽輪機3的旋轉停止，或由轉動裝置15使其進行例如10rpm的低速旋轉，進行燃氣輪機2的單獨運行。
隨後，第二日在臨近負載變動短時間發生的時間帶時，向蒸汽輪機3供給蒸汽，使蒸汽輪機3的轉速保持在額定轉速以下的額定轉速附近的轉速上(額定轉速的97％)旋轉進行待機，繼續燃氣輪機2的單獨運行。
在該待機運行中，在進入負載變動短時間發生的時間帶後，在負載上升時，如前所述，增加向蒸汽輪機3的蒸汽供給量，將蒸汽輪機的轉速上升至額定轉速，使得蒸汽輪機3與連接了燃氣輪機2的發電機1進行連結，進行複合運行。
然而，上述的實施形態是相對於連接了燃氣輪機2的發電機1，進行蒸汽輪機3的脫離一連接，但是不限定於此。也就是說，在如圖3所示的第2實施形態所示的，也可以是相對於連接發電機1的燃氣輪機2，進行蒸汽輪機3的脫離一連接，其作用效果與第1實施形態沒有變化。
在上述各個實施形態中，是將離合器連接檢測器21、轉速檢測器22、控制裝置5、蒸汽加減閥11作為將蒸汽輪機3維持在不滿額定轉速的額定轉速附近的轉速上的裝置來說明的，但是也可以設置所述轉動裝置15或別的轉動裝置，作為保持在不滿額定轉速的額定轉速附近的轉速上的裝置。在該情況下，應該通過接收離合器連接檢測器21和轉速檢測器22的檢測信號①②的控制裝置5，向轉動裝置15或別的轉動裝置指示確實的待機中的轉速。
按照由上所述的本發明，能夠得到可使得由燃氣輪機單獨運行向與蒸汽輪機一起複合運行的迅速的轉移，可以將發電輸出從低輸出迅速地上升到高輸出的單軸複合循環發電設備。
權利要求
1.一種單軸複合循環發電設備，由燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機構成，並且具有相對發電機和燃氣輪機的連接體，使得蒸汽輪機進行連接或脫離的連接脫離裝置，其特徵在於設置有在使得蒸汽輪機從發電機與燃氣輪機的結合體脫離時，將蒸汽輪機保持在不滿額定轉速的一定的轉速上的裝置。
2.一種單軸複合循環發電設備，由燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機構成，並且具有相對發電機和燃氣輪機的連接體，使得蒸汽輪機進行連接或脫離的連接脫離裝置，其特徵在於具有檢測蒸汽輪機脫離的裝置；檢測蒸汽輪機轉速的裝置；以及基於這些檢測裝置的檢測信號，向脫離後的蒸汽輪機指示蒸汽供給量限制的控制裝置。
3.一種單軸複合循環發電設備，由燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機構成，並且具有相對發電機和燃氣輪機的連接體，使得蒸汽輪機進行連接或脫離的連接脫離裝置，其特徵在於具有檢測蒸汽輪機脫離的裝置；檢測蒸汽輪機的轉速的裝置；基於這些檢測裝置的檢測信號向脫離後的蒸汽輪機指示蒸汽供給量的限制的控制裝置；以及對通過限制蒸汽供給量剩餘的蒸汽進行回收的蒸汽回收系統。
4.一種單軸複合循環發電設備的運行方法，所述方法通過燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機，對應於發電機負載，將蒸汽輪機從發電機和燃氣輪機的連接體中脫離，以單獨的燃氣輪機進行運行，其特徵在於在發電機的負載降低時，將蒸汽輪機的轉速下降到額定轉速以下，在相對於發電機和燃氣輪機的連接體使得該連接進行脫離的同時，保持蒸汽輪機的轉速為解除連接時的轉速，並且在發電機負載上升時，使得蒸汽輪機的轉速上升至額定轉速，相對於發電機和燃氣輪機的連合體進行連接。
5.一種單軸複合循環發電設備的運行方法，所述方法通過燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機，對應於發電機負載，將蒸汽輪機相對於發電機和燃氣輪機的連接體進行脫離或連接，以單獨的燃氣輪機進行運行，或燃氣輪機和蒸汽輪機進行複合運行，其特徵在於在燃氣輪機單獨運行的情況下，限制向蒸汽輪機的蒸汽供給量，將蒸汽輪機的轉速下降到額定轉速以下，從發電機和燃氣輪機的連接體中脫離，同時保持蒸汽輪機的轉速為脫離連接時的轉速，並且，在蒸汽輪機和燃氣輪機進行複合運行的情況下，增加向蒸汽輪機的蒸汽供給量，使得蒸汽輪機的轉速上升至額定轉速，相對於發電機和燃氣輪機的連合體連接蒸汽輪機。
6.一種單軸複合循環發電設備的運行方法，所述方法通過燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機，對應於發電機負載，將蒸汽輪機相對於發電機和燃氣輪機的連接體進行脫離，以單獨的燃氣輪機驅動發電機，其特徵在於對應於發電機的負載，增減向蒸汽輪機的蒸汽供給量，將蒸汽輪機的轉速增加到額定轉速，或將其減少到額定轉速以下，由此，相對於發電機和燃氣輪機的連接體，使得蒸汽輪機進行連接或脫離。
7.一種單軸複合循環發電設備的運行方法，所述方法通過燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機，對應於發電機負載，將蒸汽輪機相對於發電機和燃氣輪機的連接體進行脫離或連接，以單獨的燃氣輪機進行運行，或燃氣輪機和蒸汽輪機進行複合運行，其特徵在於在負載變動頻繁時單獨運行燃氣輪機的情況下，限制向蒸汽輪機的蒸汽供給量，將蒸汽輪機的轉速下降到額定轉速以下，將蒸汽輪機從發電機和燃氣輪機的連接體中脫離，同時，保持已脫離的蒸汽輪機的轉速為不滿額定轉速的一定的轉速，並且在從燃氣輪機的單獨運行變化成蒸汽輪機和燃氣輪機的複合運行的情況下，增加向蒸汽輪機的蒸汽供給量，使得蒸汽輪機的轉速上升至額定轉速，相對於發電機和燃氣輪機的連合體連接蒸汽輪機。
8.一種單軸複合循環發電設備的運行方法，所述方法通過燃氣輪機和蒸汽輪機驅動發電機，對應於發電機負載，將蒸汽輪機相對於發電機和燃氣輪機的連接體進行脫離或連接，以單獨的燃氣輪機進行運行，或燃氣輪機和蒸汽輪機進行複合運行，其特徵在於在沒有負載變動的時間帶和存在負載變動的時間帶中運行時，(1)在沒有負載變動的時間帶中發電機降低負載時，在從發電機和燃氣輪機的連接體上脫離蒸汽輪機的狀態下，停止蒸汽輪機的旋轉，或使得蒸汽輪機低速旋轉，進行燃氣輪機單獨運行；(2)與存在負載變動的時間帶接近時，向蒸汽輪機供給蒸汽，將蒸汽輪機的轉速保持在額定轉速以下、且為額定轉速附近的轉速；(3)在存在負載變動的時間帶中發電機負載上升時，增加向蒸汽輪機的蒸汽供給量，使得蒸汽輪機的轉速上升至額定轉速，相對於發電機和燃氣輪機的連接體，連接蒸汽輪機，進行複合運行；(4)在存在負載變動的時間帶中發電機負載降低的情況下，限制向蒸汽輪機的蒸汽供給量，將蒸汽輪機的轉速下降至額定轉速以下，從發電機和燃氣輪機的連接體上脫離，進行燃氣輪機的單獨運行，同時將已脫離的蒸汽輪機的轉速保持為與額定轉速接近的轉速。
全文摘要
本發明提供一種能夠迅速地將燃氣輪機的單獨運行轉換到與蒸汽輪機一起的複合運行的、能夠使發電機電力輸出從低輸出迅速地向高輸出上升的單軸複合循環發電設備。在本發明的單軸複合循環發電設備中，設置有在使得蒸汽輪機3從發電機1與燃氣輪機2的結合體脫離時，將蒸汽輪機3保持在不滿額定轉速的額定轉速附近的轉速上的裝置。
文檔編號F01K23/10GK1580501SQ200410070840
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月20日 優先權日2003年8月1日
發明者高井秀和, 大倉亮一 申請人:株式會社日立製作所