[发明专利]确定燃油发电设备特别是燃气轮机和蒸汽轮机设备的单个组件的寿命消耗的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种就要进行的负荷变化过程预先确定燃油发电设备单个组件的寿命消耗的方法。此外本发明还涉及一种预先确定燃油发电设备中期望的负荷变化时间的方法。此外本发明还涉及一种就要进行的负荷变化过程预先确定燃油发电设备单个组件的寿命消耗以及预先确定燃油发电设备中期望的负荷变化时间的装置。

背景技术

在燃气轮机设备中将气态或液态的燃料、例如天然气或石油，与压缩空气混合并进行燃烧。处于压力下的燃烧气体被作为工作介质传送给燃气轮机设备的涡轮机。该工作介质膨胀后使涡轮机旋转，在此热能被转换为机械运动，即涡轮机轴的旋转。在膨胀的工作介质从燃气轮机设备逸出时还典型地具有500至600摄氏度的温度。

在燃气轮机和蒸汽轮机设备(GuD设备)中，利用来自燃气轮机设备的膨胀的工作介质(也称为烟气)来产生驱动蒸汽轮机的蒸汽。为此工作介质被传送到连接在燃气轮机设备的废气侧之后的废热蒸汽产生器，在其中加热面以管或管束的形式设置。加热面又连接在蒸汽轮机设备的水-蒸汽循环中，该循环具有至少一个(但通常是多个)压力级。

为启动燃气轮机和蒸汽轮机设备目前通常的方式是启动燃气轮机设备并将膨胀的工作介质传送到蒸汽轮机的废热蒸汽产生器。然而在废热蒸汽产生器中产生的蒸汽首先不是传送到蒸汽轮机设备的涡轮机部分，而是经过转运站经过涡轮机直接传送给将蒸汽冷凝成水的冷凝器。只有当水-蒸汽循环中的蒸汽管中的以及在传送到燃气轮机设备的涡轮部分的蒸汽管中的特定蒸汽参数(例如特定的蒸汽压力和蒸汽温度)得以保持时才接入蒸汽轮机。这些蒸汽参数的保持是要将在厚壁组件中的可能压力保持在低水平上。燃气轮机设备启动后接着出现功率上升，其导致在蒸汽系统中的压力上升。对使燃气轮机设备启动的负荷梯度(即燃气轮机设备每单位时间的功率上升)决定性的因素主要取决于废热蒸汽产生器的实施和结构方式以及在蒸汽轮机内的结构限制。随着燃气轮机负荷的增加，以及由此从燃气轮机设备送出的废气的温度及体积流量的增加，蒸汽系统中的蒸汽温度和压力也升高。

燃油电厂设备例如GuD设备的设计首先基于期望的载荷谱。在设计电厂时这样选择负荷变化速度，例如启动和停机过程或单个负荷变换的负荷变化速度，使得在电厂的计划的寿命末尾，完全用完理论的组件寿命。通过寿命监控系统可以显示实际的、当前的寿命消耗。

通过电力市场的发展的自由化，要求燃油发电设备尽可能快速启动或者在与燃油电厂设备相同的情况下经历负荷变化。根据现有技术，在燃油发电厂中负荷变化根据特定的允许的边界发生，例如特别是设备的压力关键的组件例如通过对其各组件的设计确定的锅炉、蒸汽轮机或燃气轮机。这些或者作为刚性的边界存储在自动化系统中或者通过优化系统进行同时计算。对此的一个例子是计算燃烧的锅炉最优锅炉边界。但是，这些优化系统在负荷变化之前不提供任何信息，并因此不能根据市场需求主动地影响例如时间或寿命消耗。

但是，将负荷变化速度分别与市场实际需求相匹配导致单个组件的寿命消耗在很大程度上受影响。因此要求在发生负荷变化时使各组件的寿命消耗尽可能低。这将显著提高燃油电厂设备在启动时和在负荷变化时的灵活性并对用户的使用做出贡献，这恰好对这样的设备在自由电力市场中的竞争性有好处。

这例如在EP 0 937 194 B1中对蒸汽轮机被公开。在EP 0 937 194 B1中给出了一种用于在输入规定时间的情况下调节涡轮机负荷变化过程的涡轮控制装置，通过该装置在考虑材料最大允许应力的情况下，达到灵活的、与产生电能的运行要求相应的涡轮机运行条件的变化。在EP 0 937 194 B1中在预先给定持续时间的情况下在限制单元中确定用于调节负荷变化过程的涡轮控制参数，其被确定为在离开启动状态和到达目标状态之间的时间段中的时间的函数。

另外还确定要实施相应涡轮机控制参数的负荷变化过程的材料疲劳度。因此可以预先计算附加的材料疲劳度，使得可以借助该材料疲劳度和还期望的涡轮机运行时间手动或自动地决定，负荷变化过程是否实际上应在期望的持续时间内实施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种提高燃油发电设备例如GuD设备的灵活性特别是运行灵活性的进一步改进的方法。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种可选的方法。本发明要解决的另一个技术问题是提供提高燃油发电设备的灵活性的装置。该装置应能特别适合实施该方法和该可选的方法。