[发明专利]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

说明书

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)。

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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(temperature measurement)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TAT AVG，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。

发明内容

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：