[发明专利]燃气和蒸汽轮机设备的起动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气和蒸汽轮机设备的起动方法，并尤其涉及一种此类设备的快速起动方法。

背景技术

在燃气轮机设备中，气态或液态燃料(例如天然气或石油)与压缩空气混合并燃烧。高压燃烧废气被供给至燃气轮机设备的透平。工作介质通过膨胀使透平转动，从而将热能转化为机械功，即透平轴的转动。膨胀后的工作介质在从燃气轮机设备流出时的温度典型地还有500至600摄氏度。

在燃气和蒸汽轮机设备中，来自燃气轮机设备的膨胀后的工作介质、也即所谓的废气被用于产生用来驱动蒸汽透平的蒸汽。为此，将工作介质供给至一个后接于燃气轮机设备废气侧的废热蒸汽发生器，在该废热蒸汽发生器中设有管或管束形式的加热面。这些加热面则接入蒸汽轮机设备的一个水汽循环内，该水汽循环具有至少一个、不过通常是多个压力级。在此，各压力级相互之间的不同之处在于，为产生蒸汽而供给至各加热面的水具有不同的压力水平。在DE 19736888 A1中记载了具有仅有一个压力级的水汽循环的燃气和蒸汽轮机设备，在DE 10004187 C1中记载了具有三个压力级(即高压级、中压级和低压级)的燃气和蒸汽轮机设备。

为起动燃气和蒸汽轮机设备，目前一般起动燃气轮机设备并将膨胀后的工作介质供给至蒸汽轮机设备的废热蒸汽发生器。不过，在废热蒸汽发生器中产生的蒸汽首先不是被供给至蒸汽轮机设备的透平部分，而是通过一些旁通站(Umleitstationen)绕过透平并直接供给至将蒸汽冷凝为水的冷凝器。冷凝物然后再次作为供应水供给至蒸汽发生器。在燃气和蒸汽轮机设备的一些实施方案中，绕行的蒸汽也被排放到大气中。

因此只有当水汽循环的蒸汽管道内或者在导引至燃气轮机设备的透平部分中的蒸汽管道内的蒸汽保持为一定的蒸汽参数，例如一定的蒸汽压力和温度时，才接通蒸汽轮机。保持这些蒸汽参数应使厚壁部件中的可能应力保持在一个低水平。

在燃气轮机设备起动后提高功率，这将导致蒸汽系统中的压力升高。起动燃气轮机设备所用的负荷梯度，亦即燃气轮机设备在单位时间内的功率升高，决定性地取决于废热蒸汽发生器的设计和构造方式以及蒸汽透平内的结构性限制。随着燃气透平负荷的升高并进而随着由燃气轮机设备排放的废气的温度和体积流的升高，蒸汽温度和蒸汽系统内的压力也升高。

在蒸汽透平起动之前，燃气轮机通常保持在一定的部分负荷上，直到燃气轮机设备和蒸汽系统内出现稳定状态。一旦开始稳定地产生蒸汽，蒸汽系统内的蒸汽就被导引到蒸汽透平，从而加速蒸汽透平。透平转速随后提高到额定转速。在与蒸汽透平相耦合的发电机和电网实现同步化之后，或者在单轴设备的情况下在自动解脱式离合器完成联接之后，若增加蒸汽供给，蒸汽透平将进一步加载。在这样的情况下，旁通站逐渐关闭，以保持蒸汽压力大体恒定并使废热蒸汽发生器中的压力水平波动最小化。

一旦旁通站关闭，并且在废热蒸汽发生器中产生的蒸汽完全被导引向蒸汽透平后，就在对现在在燃气和蒸汽透平运行中工作的设备提出更高的功率要求下实现燃气透平功率的进一步提高。

根据定义，燃气和蒸汽轮机设备的起动过程直到燃气透平达到基本负荷且所有旁通站都已关闭时才结束。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种燃气和蒸汽轮机设备的起动方法，该方法能够实现一种比本文开头所述方法更快的起动过程。

这一技术问题通过权利要求1所述的一种燃气和蒸汽轮机设备的起动方法实现。从属权利要求中包含这些方法的有利设计。

根据本发明，提供了一种燃气和蒸汽轮机设备的起动方法，尤其是一种快速起动燃气和蒸汽轮机设备的方法，该燃气和蒸汽轮机设备包括：具有至少一个燃气透平的燃气轮机设备以及具有至少一个蒸汽透平和至少一个蒸汽系统的蒸汽轮机设备，其中，将在燃气透平中膨胀的工作介质的废热供给至用于产生驱动蒸汽透平的蒸汽的所述蒸汽系统。

在根据本发明的方法中，在起动时，在蒸汽透平起动之前首先起动燃气透平。蒸汽透平在蒸汽系统中出现第一蒸汽或开始产生蒸汽时即被起动并受到蒸汽冲击。

根据本发明的方法，尽可能早地起动蒸汽透平并利用来自废热蒸汽发生器的第一蒸汽来加速它，而并不等待蒸汽系统达到其稳定状态。这种措施使得燃气和蒸汽轮机设备的起动过程能够明显地缩短。

与通常的起动方式不同，蒸汽系统内的蒸汽温度可以在蒸汽透平起动时处在蒸汽透平或者其外壳的材料温度以下。因此，将蒸汽较早地引入蒸汽透平可导致透平部件的冷却以及热应力。不过，如果在随后蒸汽温度升高时相应地保持较小的升高梯度，则可以实现一定的补偿。