專利名稱：用于啟動聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的設備及其組裝方法
技術領域：
本文描述的實施例大體涉及聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及促進啟動這樣的系統(tǒng)的方法和設備。
背景技術：
至少ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)包括ー個或多個燃氣輪機、至少ー個熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)和至少ー個蒸汽輪機。HRSG和蒸汽輪機通過蒸汽導管以流連通的方式聯(lián)接。通過將蒸汽從HRSG引導到蒸汽輪機來充分地對蒸汽導管加溫會 促進在通往蒸汽輪機的入口處獲得恰當的蒸汽狀況。已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)啟動程序要求從HRSG中產生的蒸汽最初繞過蒸汽輪機，直到壓カ和溫度在預定的過熱參數內，或在適于準許蒸汽進入蒸汽輪機的范圍內。在這個旁通操作期間，在旁通線路和關閉的蒸汽輪機入口隔離閥之間的蒸汽導管的區(qū)段不接收暖的蒸汽流。因此，旁通操作無法促進將蒸汽導管的這個區(qū)段加溫到預定的溫度范圍。這些閉塞頭(dead-headed)區(qū)段充滿不動的或滯止的流體，該流體會冷卻到適于進入蒸汽輪機的那些參數以下的溫度。因此，在旁通操作完成之后，在蒸汽進入蒸汽輪機之前，蒸汽線路的這個區(qū)段需要被加熱到那些預定參數內的范圍。在旁通操作之后加熱蒸汽線路的這個區(qū)段會使蒸汽進入蒸汽輪機延遲。這個延遲可超過20分鐘，從而進一步延長總的聯(lián)合循環(huán)啟動時間。此外，其中具有滯止流體的導管的長度可為很長的，從而延長與對受影響的導管的相關聯(lián)的區(qū)段加溫相關聯(lián)的延遲。此外，這樣的延遲會促使有額外的燃料消耗，從而降低聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的效率，以及增加其排放。此外，準許熱的流通蒸汽進入含有滯止的較冷的流體的導管的區(qū)段可在相關聯(lián)的蒸汽導管中引起額外的應力，從而促使導管的期望壽命減少。ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)已經使用了這樣的傳統(tǒng)啟動程序，這至少部分是因為這樣的系統(tǒng)帶有基本負荷，并且啟動可能是不頻繁的。此外，可能沒有緊急的感覺，因為在不頻繁的啟動期間將考慮到任何已知的啟動延遲。但是，由于增加的且更頻繁的日夜功率價格波動，這樣的意外啟動就變得更頻繁。例如，由于電功率需求和燃料價格的周期性變化，越來越趨向于使用聯(lián)合循環(huán)動カ裝置作為日常調峰單元。而且，ー些再生能源(例如風カ渦輪機)在風方面可經歷突然減少，從而促使聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的意外啟動。上面描述的蒸汽線路加熱延遲可降低聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)產生的電功率的及時商業(yè)輸送。ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)包括定位成較靠近蒸汽輪機入口隔離閥的額外的導管和閥。額外的導管和閥安裝起來成本高，維護起來成本高，促使在啟動期間有額外的失效點，并且難以在蒸汽輪機改型期間安裝。

發(fā)明內容
在一方面，提供了一種用于組裝聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)的方法。該方法包括將燃氣輪機聯(lián)接成與熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)處于流連通。該方法還包括通過至少一個蒸汽管道來將蒸汽輪機聯(lián)接成與HRSG處于流連通。該方法進ー步包括將至少一個加熱元件聯(lián)接到該至少一個蒸汽管道的一部分上。該方法還包括將至少一個控制器操作性地聯(lián)接到該至少ー個加熱元件上。該方法進ー步包括將該至少ー個控制器編程來改變該至少ー個蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。在另一方面，提供了一種蒸汽管道加熱系統(tǒng)。該蒸汽管道加熱系統(tǒng)包括聯(lián)接到蒸汽管道的至少一部分上的至少ー個電加熱元件。該系統(tǒng)還包括操作性地聯(lián)接到該至少ー個加熱元件上的至少ー個管道加熱控制器。該控制器被編程來改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。該至少一個控制器進ー步被編程來根據下者中的至少ー個來改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率蒸汽管道的該部分的質量和蒸汽管道的該部分的形狀。在又ー個方面，提供了一種聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括聯(lián)接到第一發(fā)電機上的燃氣輪機。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到第二發(fā)電機上的蒸汽輪機。該系統(tǒng)進ー步包括聯(lián)接到蒸汽輪機和燃氣輪機上的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。HRSG通過至少一個蒸汽管道以流連通的方式聯(lián)接到蒸汽輪機上。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到該至少一個蒸汽管道的一部分上的管 道加熱系統(tǒng)。該管道加熱系統(tǒng)包括至少ー個電加熱元件。管道加熱系統(tǒng)還包括操作性地聯(lián)接到該至少一個加熱元件上的至少ー個控制器。該控制器被編程來改變該至少ー個蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。


通過結合附圖來參照以下描述，可更好地理解本文描述的實施例。圖I是示例性聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的示意圖。圖2是可用于圖I中顯示的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的示例性高壓蒸汽管道的示意圖；圖3是可用于圖I中顯示的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的示例性熱的再熱(HRH)蒸汽管道的不意圖；圖4是具有示例性管道加熱系統(tǒng)的一部分的、圖2中顯示的高壓蒸汽管道的等距視圖； 圖5是圖4中顯示的示例性管道加熱系統(tǒng)的一部分聯(lián)接到其上的、圖2和4中顯示的高壓蒸汽管道的一部分的橫截面示意圖；圖6是可用于圖I中顯示的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的管道加熱系統(tǒng)的一部分的示意圖；以及圖7是組裝圖I中顯示的聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。部件列表100聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)102燃氣輪機104蒸汽輪機106第一發(fā)電機108第二發(fā)電機110熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)111排氣管道112蒸汽管道
122冷凝器124低壓蒸汽排出管道126高壓(HP)過熱器區(qū)段128再熱器/中壓(RH/IP)區(qū)段130低壓區(qū)段(LP)132蒸汽輪機HP區(qū)段134蒸汽輪機IP區(qū)段136蒸汽輪機LP區(qū)段
138HP過熱蒸汽管道140冷的再熱(CRH)蒸汽管道142熱的再熱(HRH)蒸汽管道144LP蒸汽管道145蒸汽跨接管道148HP旁通管道149調溫器150IP旁通管道151主截止閥(MSV)152主控制閥(MCV)153中間截止閥(ISV)154中間控制閥(ICV)156HP 旁通閥158IP 旁通閥160流通蒸汽(第一)部分162閉塞頭(第二)部分164流通蒸汽(第一)部分166閉塞頭(第二)部分167HP區(qū)段裝備組168IP區(qū)段裝備組169LP區(qū)段裝備組170旁通蒸汽流控制系統(tǒng)172第一控制器174第二控制器176第三控制器180蒸汽182蒸汽184滯止液體186主蒸汽溫度傳感器190蒸汽192蒸汽
194滯止液體196再熱蒸汽溫度傳感器200管道加熱系統(tǒng)202環(huán)形加熱元件層T1導管厚度
T2加熱元件層厚度204環(huán)形絕緣層T3絕緣層厚度205導管區(qū)段206直管路208第一彎部210第二彎部212第三彎部220加熱元件222電功率供應224熱能226溫度反饋裝置228熱電偶接線盒230溫度控制系統(tǒng)232溫度反饋信號234電功率需求信號236電功率反饋信號300方法302將燃氣輪機聯(lián)接成與...處于流連通304將蒸汽輪機聯(lián)接成與...處于流連通306將至少一個加熱元件聯(lián)接到...的一部分上308將至少一個控制器操作性地聯(lián)接到...上310將該至少ー個控制器被編程來改變...的速率
具體實施例方式圖I是示例性聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括分別可旋轉地聯(lián)接到第一發(fā)電機106和第二發(fā)電機108上的燃氣輪機102和蒸汽輪機104。系統(tǒng)100還包括通過排氣管道111而聯(lián)接成與燃氣輪機102處于流連通的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 110。在該示例性實施例中，單個燃氣輪機102聯(lián)接到單個HRSG 110上，HRSG 110聯(lián)接到單個蒸汽輪機104上。備選地，多個燃氣輪機102聯(lián)接到多個HRSG 110上，該多個HRSG110聯(lián)接到單個蒸汽輪機104上。而且，備選地，聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100包括使系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何數量的燃氣輪機102、任何數量的HRSG 110和任何數量的蒸汽輪機104。在該示例性實施例中，蒸汽輪機104通過多個蒸汽管道112而聯(lián)接成與HRSG 110處于流連通。如本文所用，蒸汽管道112包括使系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何材料和任何規(guī)格的導管和/或管道系統(tǒng)。蒸汽輪機104還通過低壓蒸汽排出管道124而聯(lián)接成與冷凝器122處于流連通。在該示例性實施例中，HRSG 110包括高壓(HP)過熱器區(qū)段126、再熱器/中壓(RH/IP)區(qū)段128和低壓(LP)區(qū)段130。類似地，蒸汽輪機104包括HP區(qū)段132、IP區(qū)段134和LP區(qū)段136。在該示例性實施例中，蒸汽管道112包括將HP過熱器區(qū)段126聯(lián)接成與HP區(qū)段132處于流連通的HP過熱蒸汽管道138。蒸汽管道112還包括將HP區(qū)段132聯(lián)接成與RH/IP區(qū)段128處于流連通的冷的再熱(CRH)蒸汽管道140。蒸汽管道112進ー步包括將RH/IP區(qū)段128聯(lián)接成與IP區(qū)段134處于流連通的熱的再熱(HRH)蒸汽管道142。蒸汽管道112還包括將LP區(qū)段130聯(lián)接成與LP區(qū)段136處于流連通的LP蒸汽管道144。此外，蒸汽輪機104包括將IP區(qū)段134聯(lián)接成LP區(qū)段136處于流連通的蒸汽跨接管道145。在系統(tǒng)100的許多實施例中，包括HP過熱蒸汽管道138、CRH蒸汽管道140、HRH蒸汽管道142以及LP蒸汽管道144的蒸汽管道112具有在大約100米(m)(大約328英尺(ft))至大約200m(656ft)的范圍中的長度。聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100進ー步包括將HP過熱蒸汽管道138聯(lián)接成與CRH蒸汽管道140處于流連通的HP旁通管道148。HP旁通管道148包括至少ー個調溫器149。系統(tǒng)100 還包括將HRH蒸汽管道142聯(lián)接成與冷凝器122處于流連通的IP旁通管道150。系統(tǒng)100進ー步包括在HP區(qū)段132的正上游(例如在大約2m(大約6ft)至大約4m(大約12ft)的范圍中)定位在HP過熱蒸汽管道138中的主截止閥(MSV) 151和主控制閥(MCV) 152。系統(tǒng)100還包括在IP區(qū)段134的正上游(例如在大約2m (大約6ft)至大約4m (大約12ft)的范圍中)定位在HRH蒸汽管道142中的中間截止閥(ISV) 153和中間控制閥(ICV) 154。系統(tǒng)100進ー步包括定位在HP旁通管道148內的HP旁通閥156，以及定位在IP旁通管道150內的IP旁通閥158。在該示例性實施例中，HP過熱蒸汽管道138包括第一部分，即聯(lián)接成與HRSG 110和HP旁通管道148處于直接的流連通且在它們之間延伸的流通蒸汽(live steam)部分160。HP過熱蒸汽管道138還包括第二部分，即聯(lián)接成與流通蒸汽部分160、HP旁通管道148和主截止閥MSV 151處于直接的流連通且在它們之間延伸的閉塞頭部分162。在該示例性實施例中，流通蒸汽部分160的長度在大約15m(大約50ft)至大約30m(大約100ft)的范圍中。而且，在該示例性實施例中，閉塞頭部分162的長度在大約91m(大約300ft)至大約122m(大約400ft)的范圍中。備選地，流通蒸汽部分160和閉塞頭部分162具有使聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何長度。而且，在該示例性實施例中，HRH蒸汽管道142包括第一部分，即聯(lián)接成與HRSG110和IP旁通管道150處于直接的流連通且在它們之間延伸的流通蒸汽部分164。HRH蒸汽管道142還包括第二部分，即聯(lián)接成與流通蒸汽部分164、IP旁通管道150和中間截止閥ISV 153處于直接的流連通且在它們之間延伸的閉塞頭部分166。在該示例性實施例中，流通蒸汽部分164的長度在大約91m(大約300ft)至大約122m(大約122ft)的范圍中。而且，在該示例性實施例中，閉塞頭部分166的長度在大約61m(大約200ft)至大約76m(大約250ft)的范圍中。備選地，流通蒸汽部分164和閉塞頭部分166具有使聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何長度。在該示例性實施例中，HRSG 110包括HP區(qū)段裝備組167。HRSGl 10還包括IP區(qū)段裝備組168。HRSG 110進ー步包括LP區(qū)段裝備組169。裝備組167、168和169包括使HRSG 110和系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何裝備，包括(無限制)溫度、壓カ和
流量測量裝置。在該示例性實施例中，聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100還包括旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170。系統(tǒng)170包括操作性地聯(lián)接到HP旁通閥156上的第一控制器172。系統(tǒng)170還包括操作性地聯(lián)接到MSV 15UMCV 152、ISV 153和ICV 154上的第二控制器174。系統(tǒng)170還包括操作性地聯(lián)接到IP旁通閥158上的第三控制器176。備選地，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170可包括操作性地聯(lián)接到任何閥上的、使系統(tǒng)170和聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的任何數量的控制器。而且，在該示例性實施例中，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170(包括第一控制器172、第二控制器174和第三控制器176)包括構造成執(zhí)行控制算法和控制邏輯的ー個或多個處理器(未顯示)。如本文所用，用語“控制器”、“控制系統(tǒng)”和“處理器”包括任何可編程的系統(tǒng)(包括多個系統(tǒng))，包括微控制器、簡精指令集電路、專用集成電路、可編程的邏輯電路，以 及能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路。以上實例僅是示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語處理器的定義和/或含義。此外，控制器172、174和176可包括足夠的處理能力來執(zhí)行支持應用程序，包括(無限制)監(jiān)瞀、控制和數據采集(SCADA)程序和數據采集系統(tǒng)(DAS)。此外，在一些實施例中，旁通壓カ控制系統(tǒng)170的至少一部分和額外的部分(未顯示)可在使聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運行的較寬泛的控制系統(tǒng)(未顯示)內實施，包括(無限制)駐留在個人計算機、遠程服務器、可編程的邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)柜和手持式互聯(lián)網被激活的裝置內的那些處理器。另外，在該示例性實施例中，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170調節(jié)HP旁通閥156，以促進在加溫期間對流通蒸汽部分160和HP旁通管道148中的高壓蒸汽流的控制。類似地，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170調節(jié)IP旁通閥158，以促進在加溫期間對流通蒸汽部分164和IP旁通管道150中的中壓蒸汽流的控制。此外，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170通過包括(無限制)接收容許輸入、傳輸容許輸出和傳輸打開和關閉命令的特征，來促進對MSV 15UMCV 152、ISV153和ICV 154的操作性打開和關閉控制特征。圖2是可用于聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100的HP過熱蒸汽管道138的示意圖。圖3是可用于聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100的HRH蒸汽管道142的示意圖。在系統(tǒng)100的啟動期間，蒸汽180通過HP旁通管道148經由HP過熱蒸汽管道138的流通蒸汽部分160和HP旁通閥156而從HP過熱器區(qū)段126中引導出來。MSV 151被關閉，以隔開蒸汽輪機104的HP區(qū)段132與可能還沒有獲得用于獲準進入其中的預定熱力學屬性(由HRSG HP區(qū)段裝備組167測得)的蒸汽。蒸汽182進入閉塞頭部分162，并且在MSV 151處停止。熱從蒸汽182中傳遞出來，并且蒸汽182冷卻和冷凝而在閉塞頭部分162中形成滯止液體184，而且部分162冷卻到低于蒸汽180的溫度的溫度，這由主蒸汽溫度傳感器186指示。主蒸汽溫度傳感器186操作性地聯(lián)接到旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170上。類似地，在系統(tǒng)100的啟動期間，蒸汽190通過IP旁通管道150經由HRH蒸汽管道142的流通蒸汽部分164和IP旁通閥158而從RH/IP區(qū)段128中引導出來。ISV 153被關閉，以隔開蒸汽輪機104的IP區(qū)段134與可能還沒有獲得用于獲準進入其中的預定的熱力學屬性(由HRSG IP區(qū)段裝備組168測得)的蒸汽。蒸汽192進入閉塞頭部分166，并且在ISV 153處停止。熱從蒸汽192中傳遞出來，并且蒸汽192冷卻和冷凝而在閉塞頭部分166中形成滯止液體194，而且部分166冷卻到低于蒸汽190的溫度的溫度，這由再熱蒸汽溫度傳感器196指示。再熱蒸汽溫度傳感器196操作性地聯(lián)接到旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170上。在該不例性實施例中，閉塞頭部分162和166兩者均包括管道加熱系統(tǒng)200的一部分。圖4是具有示例性管道加熱系統(tǒng)200的一部分的HP過熱蒸汽管道138的等距視圖。圖5是示例性管道加熱系統(tǒng)200的一部分聯(lián)接到其上的HP過熱蒸汽管道138的一部分的橫截面示意圖。在該示例性實施例中，管道加熱系統(tǒng)200聯(lián)接到閉塞頭部分162上，并且從流通蒸汽部分160延伸到HP區(qū)段132，包括M SV 151和MCV 152部分。HP過熱蒸汽管道138的閉塞頭部分162具有導管厚度值！\。管道加熱系統(tǒng)200包括在閉塞頭部分162的周圍沿周向延伸的環(huán)形加熱元件層202。加熱元件層202具有厚度值T2。管道加熱系統(tǒng)200還包括具有厚度值T3的環(huán)形絕緣層204。在該示例性實施例中，根據包括(無限制)厚度T1和下面論述的金屬質量的變量來確定厚度T2和厚度Τ3。在該示例性實施例中，管道加熱系統(tǒng)200是基于金屬質量的，并且針對多個導管區(qū)段205中的各個而與別個不同地來構造。閉塞頭部分162包括直管道206、第一彎部208、第二彎部210和第三彎部212。根據與其相關聯(lián)的金屬的質量來對直管路206和彎部208、210和212中的各個分配數值。在該示例性實施例中，對直管路206分配預定的金屬質量值I. 0，其中，直管路206的金屬質量是基準值。第一彎部208和第二彎部210具有比直管路206大25%的金屬質量，因此對彎部208和210分配金屬質量值I. 25。第三彎部212具有比直管路206大35%的金屬質量，因此對彎部212分配金屬質量值I. 35。閉塞頭部分162的各部分的任何形狀、構造和定向會促進金屬質量值的確定和分配。使用金屬質量值來為相關聯(lián)的導管部分確定熱輸入值。這種熱輸入值會促進確定加熱元件(在圖4和5中未顯示)的位置、數量、加熱值、間隔以及厚度T2和Τ3。大體上，具有更大的金屬質量的那些導管區(qū)段將接收下者中的至少ー個更大數量和更大密度的加熱元件，以及每個加熱元件有更大的熱輸入值。在一些實施例中，使用對“熱質量”的確定來促進對管道加熱系統(tǒng)200的構造。材料的“熱質量”與材料的質量成比例。熱質量是材料的特性，其基本等同于那個材料的熱容或熱容量，即物體存儲熱能的能力。例如，大體上，當循環(huán)動力裝置中的導管溫度經歷由于蒸汽發(fā)生器的循環(huán)使用而引起的波動時，管路的絕緣部分內的大的熱質量可促進導管溫度波動“變平”。這是因為當被引導通過其中的蒸汽的溫度高于導管的質量時，導管的熱質量吸收熱能，以及當蒸汽未被引導通過其中且周圍環(huán)境比蒸汽導管更冷時，導管的熱質量從中釋放熱能。在蒸汽導管的周圍延伸的絕緣體會促進相關聯(lián)的蒸汽導管保持高溫，而不會在短的停機時期期間達到熱均衡。HRH蒸汽管道142的閉塞頭部分166 (在圖3中顯示了兩者)包括類似構造的管道加熱系統(tǒng)200。圖6是可用于聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100 (在圖I中顯不)的管道加熱系統(tǒng)200的一部分的示意圖。在該示例性實施例中，管道加熱系統(tǒng)200包括多個加熱元件220。加熱元件220聯(lián)接到電功率供應222上。當通電時，加熱元件220輻射熱能224，熱能224根據距加熱元件220的距離而消散。在該示例性實施例中，加熱元件220類似于在熱處理服務中使用的那些加熱墊。加熱元件220在閉塞頭部分162和166的附近定位在加熱元件層202中。絕緣層204在加熱元件層202的上面延伸，以促進熱傳遞到閉塞頭部分162和166中。備選地，使用使管道加熱系統(tǒng)200能夠如本文描述的那樣運行的任何加熱裝置。大體上，為了對現有的動カ裝置改型，可通過這樣的方式來執(zhí)行加熱元件220的安裝移除目標管路上的現有絕緣層204，使加熱元件層202在該管路上延伸，并且然后使絕緣層204在加熱元件層202的上面延伸。管道加熱系統(tǒng)200還包括多個溫度反饋裝置，例如熱電偶226。備選實施例可使用任何其它溫度測量裝置，包括(無限制)電阻溫度檢測器(RTD)。管道加熱系統(tǒng)200進ー步包括熱電偶接線盒228，熱電偶226聯(lián)接到熱電偶接線盒228上。管道加熱系統(tǒng)200還包括操作性地聯(lián)接到熱電偶接線盒228和電功率供應222上的溫度控制系統(tǒng)230。熱電偶接線盒228將溫度反饋信號232傳輸給溫度控制系統(tǒng)230。溫度控制系統(tǒng)230將電功率需求信 號234傳輸給電功率供應222。在該示例性實施例中，電功率需求信號234根據溫度反饋信號232單獨地確定被命令傳輸給各個加熱元件220的可變的電流(未顯示)的量。電功率供應222將電功率反饋信號236傳輸給溫度控制系統(tǒng)230。在該示例性實施例中，溫度控制系統(tǒng)230是包括編程有多個管加溫優(yōu)化算法的至少ー個處理器(如上面描述)的控制器。這樣的管加溫優(yōu)化算法會促進確定加熱閉塞頭部分162和166以滿足獲準進入蒸汽輪機104所需的溫度狀況的最佳方法。管加溫優(yōu)化算法確定在閉塞頭部分162和166中的各種位置處所需的加熱量和使部分162和166的溫度以預定的速率升高的加熱速率。而且，在該示例性實施例中，溫度控制系統(tǒng)230編程有與各個導管區(qū)段205的金屬質量和/或形狀相關聯(lián)的數據，并且溫度控制系統(tǒng)230因此使這種數據來促進改變閉塞頭部分162和166中的溫度變化速率。在運行中，在聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100的啟動期間，并且參照圖2、3、4、5和6，HRSG110 (在圖I中顯示)的HP過熱器區(qū)段126產生蒸汽180，該蒸汽180不具有適于獲準進入蒸汽輪機104的HP區(qū)段132的熱力學屬性。HP旁通閥156被打開，并且MSV 151被關閉，而且蒸汽180經由HP過熱蒸汽管道138的流通蒸汽部分160被引導通過HP旁通管道148。蒸汽182進入閉塞頭部分162，并且在MSV 151處停止。熱從蒸汽182中傳遞出來，并且蒸汽182冷卻和冷凝而在閉塞頭部分162中形成滯止液體184。部分162冷卻到低于蒸汽180的溫度的溫度，這由主蒸汽溫度傳感器186指示。類似地，在運行中，在系統(tǒng)100的啟動期間，蒸汽190經由HRH蒸汽管道142的流通蒸汽部分164和IP旁通閥158被從RH/IP區(qū)段128引導通過IP旁通管道150。ISV 153被關閉，以隔開蒸汽輪機104的IP區(qū)段134與可能還沒有獲得用于獲準進入其中的預定的熱力學屬性的蒸汽。蒸汽192進入閉塞頭部分166，并且在ISV 153處停止。熱從蒸汽192中傳遞出來，并且蒸汽192冷卻和冷凝而在閉塞頭部分166中形成滯止液體194，而且部分166冷卻到低于蒸汽190的溫度的溫度，這由再熱蒸汽溫度傳感器196指示。而且，在運行中，管道加熱系統(tǒng)200的溫度控制系統(tǒng)230產生電功率需求信號234，并且將該電功率命令信號234傳輸給電功率供應222。電功率供應222將電流(未顯示)傳輸給加熱元件220。各個加熱元件220根據傳輸自各個熱電偶226且經由熱電偶接線盒228而被發(fā)送到溫度控制系統(tǒng)230的溫度反饋信號232來接收電流。熱能224通過加熱元件層202而傳輸到閉塞頭部分162和166中。閉塞頭部分162和166以預定的速率提高溫度，并且這樣的溫度分別由主蒸汽溫度傳感器186和再熱蒸汽溫度傳感器196測量。通過各個單獨的加熱元件220的電流是不同的，并且可暫時中斷，這取決于熱電偶226測得的溫度升高的實測速率。溫度升高的速率受控制，以不在閉塞頭部分162和166上引起過度的應力。在該示例性實施例中，溫度升高的速率的上限參數為260攝氏度(°C)(500華氏度(° F))每小吋?；诼?lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100的啟動時間，可按在特定時刻滿足所需的蒸汽狀況的任何速率來對閉塞頭部分162和166加溫。在該示例性實施例中，被編程來在溫度控制系統(tǒng)230中的管加溫優(yōu)化算法通過這樣的方式來減少與加熱閉塞頭部分162和166相關聯(lián)的延遲控制部分162和166的加溫速率，以與獲得的從HRSG 110中引導出的蒸汽內的蒸汽準入狀況相一致。備選地，使用使聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)100和管道加 熱系統(tǒng)200能夠如本文描述的那樣運行的任何加熱啟動時間、任何加熱停止時間和任何溫度升高速率。在該示例性實施例中，管道加熱系統(tǒng)200操作性地聯(lián)接到旁通流控制系統(tǒng)170上(在圖I中顯示)。更具體而言，控制器172、174和176 (全部都在圖I中顯示)操作性地聯(lián)接到溫度控制系統(tǒng)230上。因此，一旦閉塞頭部分162和164的導管狀況大致類似于分別在蒸汽180和190中的蒸汽狀況，并且蒸汽180和190具有用于獲準進入蒸汽輪機104的屬性，則MSV 15UMCC 152.ISV 153和ICV 154打開。蒸汽被允許流到蒸汽輪機104，并且對加熱元件220斷電。通過流過其中的蒸汽180和190來進ー步使閉塞頭部分162和164加溫。圖7是組裝聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)100 (在圖I中顯示)的示例性方法的流程圖。在該示例性實施例中，燃氣輪機102(在圖I中顯示)聯(lián)接302成與HRSG 110(在圖I中顯示)處于流連通。蒸汽輪機102 (在圖I中顯示)通過HP過熱蒸汽管道138、CRH蒸汽管道140、HRH蒸汽管道142和LP蒸汽管道144 (全部都在圖I中顯示)而聯(lián)接304成與HRSG110處于流連通。至少ー個加熱元件220 (在圖6中顯示)聯(lián)接306到HP過熱蒸汽管道138的閉塞頭部分162(在圖I中顯示)和HRH蒸汽管道142的閉塞頭部分166(在圖I中顯示)上。溫度控制系統(tǒng)230 (在圖6中顯示)操作性地聯(lián)接308到加熱元件220上。溫度控制系統(tǒng)230被編程310來改變閉塞頭部分162和166中的溫度變化速率。本文描述的是促進有優(yōu)于已知的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的商業(yè)運行的改進的商業(yè)運行的聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的示例性實施例。與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的啟動和加載相比，上面描述的方法和設備促進減小在啟動和加載期間的延遲。與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相比，這樣的方法和設備還促進減少在啟動和加載時期期間的燃料消耗。具體而言，與其它已知的啟動方法和設備相比，上面描述的方法和設備使聯(lián)合循環(huán)動カ裝置能夠更迅速地啟動，以及在更短的時間內達到期望的蒸汽輪機負載。更具體而言，本文描述的管道加熱系統(tǒng)促進加熱蒸汽導管的部分中的冷的滯止流體，使得相關聯(lián)的導管和其中的流體適于獲準進入蒸汽輪機。與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相比，本文描述的管道加熱系統(tǒng)會減少啟動聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的時間。此外，與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相比，本文描述的管道加熱系統(tǒng)和過程的實施例顯著地減少了保持蒸汽進入蒸汽輪機以對導管加溫所需的時限。因此，與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相比，蒸汽可更早地獲準進入蒸汽輪機，從而加快商業(yè)電功率發(fā)生。因而，本文描述的方法和設備促進減少燃料消耗和排放，同時提高動カ裝置的收入。本文描述的方法、系統(tǒng)和設備的示例性技術效果包括下者中的至少ー個(a)減少聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的啟動時間；(b)減少在聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的啟動期間的燃料消耗；(C)減少在聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)的啟動期間所產生的排放；以及(d)減小聯(lián)合循環(huán)動カ系統(tǒng)中的蒸汽導管上的熱應力，從而延長蒸汽導管的使用壽命。本文描述的方法和系統(tǒng)不限于本文描述的具體實施例。例如，各個系統(tǒng)的構件和/或各個方法的步驟可獨立地并且與本文描述的其它構件和/或步驟分開來使用和/或實踐。另外，各個構件和/或步驟也可用于其它組件和方法，以及/或者也可用其它組件和方法來實踐。一些實施例包括使用一個或多個電子裝置或計算裝置。這樣的裝置典型地包括處 理器或控制器，例如通用中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、微控制器、簡精指令集計算機(RISC)處理器、專用集成電路(ASIC)、可編程的邏輯電路和/或能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或處理器?？蓪⒈疚拿枋龅姆椒ň幋a成嵌在計算機可讀介質(包括(無限制)存儲裝置和/或存儲器裝置)中的可執(zhí)行指令。當由處理器執(zhí)行時，這樣的指令導致處理器執(zhí)行本文描述的方法的至少一部分。上面的實例僅是示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語處理器的定義和/或含義。雖然已經在多種具體實施例的方面來描述本發(fā)明，但是本領域技術人員將認可，可用在權利要求的精神和范圍內的改良方案來實踐本發(fā)明。
權利要求
1.一種蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200),包括 聯(lián)接到蒸汽管道(112)的至少一部分上的至少ー個電加熱元件(220);以及至少ー個管道加熱控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到所述至少一個加熱元件上，并且被編程來改變所述蒸汽管道中的所述部分中的溫度變化速率，其中，所述至少ー個控制器進一步被編程來根據下者中的至少ー個來改變所述蒸汽管道的所述部分中的所述溫度變化速率 所述蒸汽管道的所述部分的質量；以及 所述蒸汽管道的所述部分的形狀。
2.根據權利要求I所述的蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述至少一個管道加熱控制器(230)進ー步被編程來根據下者中的至少ー個來改變所述蒸汽管道(112)的所述部分中的所述溫度變化速率 所述蒸汽管道的所述部分的溫度；以及 從熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (110)中引導出的蒸汽的溫度。
3.根據權利要求I所述的蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述至少一個加熱元件(220)包括多個加熱元件(220)，所述多個加熱元件中的各個所述加熱元件大小設置成根據下者中的至少ー個來改變所述蒸汽管道(112)的所述部分中的所述溫度變化速率 所述蒸汽管道的所述部分的質量；以及 所述蒸汽管道的所述部分的形狀。
4.根據權利要求I所述的蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述至少一個加熱元件(220)定位在其中包括至少ー些滯止流體(184)的所述蒸汽管道(112)的所述部分上。
5.根據權利要求I所述的蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述至少一個管道加熱控制器(230)操作性地聯(lián)接到被編程來控制蒸汽對蒸汽輪機(104)的進入的至少ー個蒸汽輪機入口閥控制器(174)上，所述至少一個管道加熱控制器被編程來將容許信號傳輸給所述至少一個蒸汽輪機入ロ閥控制器。
6.根據權利要求5所述的蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述至少一個管道加熱控制器(230)操作性地聯(lián)接到被編程來控制繞過所述蒸汽輪機(104)的蒸汽的至少ー個蒸汽輪機旁通閥控制器(172/176)上，所述至少一個管道加熱控制器被編程來將容許信號傳輸給所述至少一個蒸汽輪機旁通閥控制器
7.—種聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)(100),包括 聯(lián)接到第一發(fā)電機(106)上的燃氣輪機(102)； 聯(lián)接到第二發(fā)電機(108)上的蒸汽輪機(104)； 聯(lián)接到所述蒸汽輪機和所述燃氣輪機上的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (110)，所述HRSG通過至少一個蒸汽管道(112)以流連通的方式聯(lián)接到所述蒸汽輪機上； 聯(lián)接到所述至少一個蒸汽管道的一部分上的管道加熱系統(tǒng)(200)，所述管道加熱系統(tǒng)包括 至少ー個電加熱元件(220);以及 至少ー個控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到所述至少一個加熱元件上，并且被編程來改變所述至少ー個蒸汽管道的所述部分中的溫度變化速率。
8.根據權利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個控制器(230)進ー步被編程來根據下者中的至少ー個來改變所述至少一個蒸汽管道(112)的所述部分中的所述溫度變化速率 所述至少一個蒸汽管道的所述部分的質量；以及 所述至少一個蒸汽管道的所述部分的形狀。
9.根據權利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個控制器(230)進ー步被編程來根據下者中的至少ー個來改變所述至少一個蒸汽管道(112)的所述部分中的所述溫度變化速率 所述至少一個蒸汽管道的所述部分的溫度；以及 從所述HRSG(IlO)中引導出的蒸汽的溫度。
10.根據權利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個加熱元件(220)包括多個加熱元件(220),所述多個加熱元件中的各個所述加熱元件大小設置成根據下者中的至少ー個來改變所述至少一個蒸汽管道(112)的所述部分中的所述溫度變化速率 所述至少一個蒸汽管道的所述部分的質量；以及 所述至少一個蒸汽管道的所述部分的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于啟動聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的設備及其組裝方法。一種蒸汽管道加熱系統(tǒng)(200)包括聯(lián)接到蒸汽管道(112)的至少一部分上的至少一個電加熱元件(220)。該系統(tǒng)還包括至少一個管道加熱控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到該至少一個加熱元件上，并且被編程來改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率，其中，該至少一個控制器進一步被編程來根據蒸汽管道的該部分的質量和蒸汽管道的該部分的形狀中的至少一個來改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。
文檔編號F01D25/10GK102691531SQ201210080559
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月18日
發(fā)明者D·L·羅杰斯, J·梅斯特羅尼, R·基拉, V·嫩梅尼 申請人:通用電氣公司