專利名稱：用于啟動(dòng)聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)備及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施例大體涉及聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及促進(jìn)啟動(dòng)這樣的系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
至少ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)包括ー個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)、至少ー個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)和至少ー個(gè)蒸汽輪機(jī)。HRSG和蒸汽輪機(jī)通過(guò)蒸汽導(dǎo)管以流連通的方式聯(lián)接。通過(guò)將蒸汽從HRSG引導(dǎo)到蒸汽輪機(jī)來(lái)充分地對(duì)蒸汽導(dǎo)管加溫會(huì) 促進(jìn)在通往蒸汽輪機(jī)的入口處獲得恰當(dāng)?shù)恼羝麪顩r。已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)程序要求從HRSG中產(chǎn)生的蒸汽最初繞過(guò)蒸汽輪機(jī)，直到壓カ和溫度在預(yù)定的過(guò)熱參數(shù)內(nèi)，或在適于準(zhǔn)許蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)的范圍內(nèi)。在這個(gè)旁通操作期間，在旁通線路和關(guān)閉的蒸汽輪機(jī)入口隔離閥之間的蒸汽導(dǎo)管的區(qū)段不接收暖的蒸汽流。因此，旁通操作無(wú)法促進(jìn)將蒸汽導(dǎo)管的這個(gè)區(qū)段加溫到預(yù)定的溫度范圍。這些閉塞頭(dead-headed)區(qū)段充滿不動(dòng)的或滯止的流體，該流體會(huì)冷卻到適于進(jìn)入蒸汽輪機(jī)的那些參數(shù)以下的溫度。因此，在旁通操作完成之后，在蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)之前，蒸汽線路的這個(gè)區(qū)段需要被加熱到那些預(yù)定參數(shù)內(nèi)的范圍。在旁通操作之后加熱蒸汽線路的這個(gè)區(qū)段會(huì)使蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)延遲。這個(gè)延遲可超過(guò)20分鐘，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)總的聯(lián)合循環(huán)啟動(dòng)時(shí)間。此外，其中具有滯止流體的導(dǎo)管的長(zhǎng)度可為很長(zhǎng)的，從而延長(zhǎng)與對(duì)受影響的導(dǎo)管的相關(guān)聯(lián)的區(qū)段加溫相關(guān)聯(lián)的延遲。此外，這樣的延遲會(huì)促使有額外的燃料消耗，從而降低聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的效率，以及增加其排放。此外，準(zhǔn)許熱的流通蒸汽進(jìn)入含有滯止的較冷的流體的導(dǎo)管的區(qū)段可在相關(guān)聯(lián)的蒸汽導(dǎo)管中引起額外的應(yīng)力，從而促使導(dǎo)管的期望壽命減少。ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)已經(jīng)使用了這樣的傳統(tǒng)啟動(dòng)程序，這至少部分是因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)帶有基本負(fù)荷，并且啟動(dòng)可能是不頻繁的。此外，可能沒有緊急的感覺，因?yàn)樵诓活l繁的啟動(dòng)期間將考慮到任何已知的啟動(dòng)延遲。但是，由于增加的且更頻繁的日夜功率價(jià)格波動(dòng)，這樣的意外啟動(dòng)就變得更頻繁。例如，由于電功率需求和燃料價(jià)格的周期性變化，越來(lái)越趨向于使用聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ裝置作為日常調(diào)峰單元。而且，ー些再生能源(例如風(fēng)カ渦輪機(jī))在風(fēng)方面可經(jīng)歷突然減少，從而促使聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的意外啟動(dòng)。上面描述的蒸汽線路加熱延遲可降低聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)產(chǎn)生的電功率的及時(shí)商業(yè)輸送。ー些已知的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)包括定位成較靠近蒸汽輪機(jī)入口隔離閥的額外的導(dǎo)管和閥。額外的導(dǎo)管和閥安裝起來(lái)成本高，維護(hù)起來(lái)成本高，促使在啟動(dòng)期間有額外的失效點(diǎn)，并且難以在蒸汽輪機(jī)改型期間安裝。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于組裝聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)的方法。該方法包括將燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)至少一個(gè)蒸汽管道來(lái)將蒸汽輪機(jī)聯(lián)接成與HRSG處于流連通。該方法進(jìn)ー步包括將至少一個(gè)加熱元件聯(lián)接到該至少一個(gè)蒸汽管道的一部分上。該方法還包括將至少一個(gè)控制器操作性地聯(lián)接到該至少ー個(gè)加熱元件上。該方法進(jìn)ー步包括將該至少ー個(gè)控制器編程來(lái)改變?cè)撝辽侃`個(gè)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(gè)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(gè)加熱元件上的至少ー個(gè)管道加熱控制器。該控制器被編程來(lái)改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。該至少一個(gè)控制器進(jìn)ー步被編程來(lái)根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)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(zhì)量和蒸汽管道的該部分的形狀。在又ー個(gè)方面，提供了一種聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括聯(lián)接到第一發(fā)電機(jī)上的燃?xì)廨啓C(jī)。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到第二發(fā)電機(jī)上的蒸汽輪機(jī)。該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括聯(lián)接到蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)上的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。HRSG通過(guò)至少一個(gè)蒸汽管道以流連通的方式聯(lián)接到蒸汽輪機(jī)上。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到該至少一個(gè)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(gè)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(gè)加熱元件上的至少ー個(gè)控制器。該控制器被編程來(lái)改變?cè)撝辽侃`個(gè)蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。


通過(guò)結(jié)合附圖來(lái)參照以下描述，可更好地理解本文描述的實(shí)施例。圖I是示例性聯(lián)合循環(huán)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)カ系統(tǒng)102燃?xì)廨啓C(jī)104蒸汽輪機(jī)106第一發(fā)電機(jī)108第二發(fā)電機(jī)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(guò)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(jī)HP區(qū)段134蒸汽輪機(jī)IP區(qū)段136蒸汽輪機(jī)LP區(qū)段
138HP過(guò)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(diào)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(hào)234電功率需求信號(hào)236電功率反饋信號(hào)300方法302將燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)接成與...處于流連通304將蒸汽輪機(jī)聯(lián)接成與...處于流連通306將至少一個(gè)加熱元件聯(lián)接到...的一部分上308將至少一個(gè)控制器操作性地聯(lián)接到...上310將該至少ー個(gè)控制器被編程來(lái)改變...的速率
具體實(shí)施例方式圖I是示例性聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括分別可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第一發(fā)電機(jī)106和第二發(fā)電機(jī)108上的燃?xì)廨啓C(jī)102和蒸汽輪機(jī)104。系統(tǒng)100還包括通過(guò)排氣管道111而聯(lián)接成與燃?xì)廨啓C(jī)102處于流連通的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 110。在該示例性實(shí)施例中，單個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)102聯(lián)接到單個(gè)HRSG 110上，HRSG 110聯(lián)接到單個(gè)蒸汽輪機(jī)104上。備選地，多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)102聯(lián)接到多個(gè)HRSG 110上，該多個(gè)HRSG110聯(lián)接到單個(gè)蒸汽輪機(jī)104上。而且，備選地，聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100包括使系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運(yùn)行的任何數(shù)量的燃?xì)廨啓C(jī)102、任何數(shù)量的HRSG 110和任何數(shù)量的蒸汽輪機(jī)104。在該示例性實(shí)施例中，蒸汽輪機(jī)104通過(guò)多個(gè)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(yùn)行的任何材料和任何規(guī)格的導(dǎo)管和/或管道系統(tǒng)。蒸汽輪機(jī)104還通過(guò)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(shí)施例中，HRSG 110包括高壓(HP)過(guò)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(jī)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(shí)施例中，蒸汽管道112包括將HP過(guò)熱器區(qū)段126聯(lián)接成與HP區(qū)段132處于流連通的HP過(guò)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(jìn)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(jī)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(shí)施例中，包括HP過(guò)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(zhǎng)度。聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100進(jìn)ー步包括將HP過(guò)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(gè)調(diào)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(jìn)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(guò)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(jìn)ー步包括定位在HP旁通管道148內(nèi)的HP旁通閥156，以及定位在IP旁通管道150內(nèi)的IP旁通閥158。在該示例性實(shí)施例中，HP過(guò)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(guò)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(shí)施例中，流通蒸汽部分160的長(zhǎng)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(shí)施例中，閉塞頭部分162的長(zhǎng)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(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運(yùn)行的任何長(zhǎng)度。而且，在該示例性實(shí)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(shí)施例中，流通蒸汽部分164的長(zhǎng)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(shí)施例中，閉塞頭部分166的長(zhǎng)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(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運(yùn)行的任何長(zhǎng)度。在該示例性實(shí)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(jìn)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(yùn)行的任何裝備，包括(無(wú)限制)溫度、壓カ和
流量測(cè)量裝置。在該示例性實(shí)施例中，聯(lián)合循環(huán)動(dòng)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(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運(yùn)行的任何數(shù)量的控制器。而且，在該示例性實(shí)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(gòu)造成執(zhí)行控制算法和控制邏輯的ー個(gè)或多個(gè)處理器(未顯示)。如本文所用，用語(yǔ)“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(gè)系統(tǒng))，包括微控制器、簡(jiǎn)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(shí)例僅是示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語(yǔ)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(lái)執(zhí)行支持應(yīng)用程序，包括(無(wú)限制)監(jiān)瞀、控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)程序和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。此外，在一些實(shí)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(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣運(yùn)行的較寬泛的控制系統(tǒng)(未顯示)內(nèi)實(shí)施，包括(無(wú)限制)駐留在個(gè)人計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程服務(wù)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(wǎng)被激活的裝置內(nèi)的那些處理器。另外，在該示例性實(shí)施例中，旁通蒸汽流控制系統(tǒng)170調(diào)節(jié)HP旁通閥156，以促進(jìn)在加溫期間對(duì)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(diào)節(jié)IP旁通閥158，以促進(jìn)在加溫期間對(duì)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(guò)包括(無(wú)限制)接收容許輸入、傳輸容許輸出和傳輸打開和關(guān)閉命令的特征，來(lái)促進(jìn)對(duì)MSV 15UMCV 152、ISV153和ICV 154的操作性打開和關(guān)閉控制特征。圖2是可用于聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100的HP過(guò)熱蒸汽管道138的示意圖。圖3是可用于聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100的HRH蒸汽管道142的示意圖。在系統(tǒng)100的啟動(dòng)期間，蒸汽180通過(guò)HP旁通管道148經(jīng)由HP過(guò)熱蒸汽管道138的流通蒸汽部分160和HP旁通閥156而從HP過(guò)熱器區(qū)段126中引導(dǎo)出來(lái)。MSV 151被關(guān)閉，以隔開蒸汽輪機(jī)104的HP區(qū)段132與可能還沒有獲得用于獲準(zhǔn)進(jìn)入其中的預(yù)定熱力學(xué)屬性(由HRSG HP區(qū)段裝備組167測(cè)得)的蒸汽。蒸汽182進(jìn)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(lái)，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(dòng)期間，蒸汽190通過(guò)IP旁通管道150經(jīng)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(dǎo)出來(lái)。ISV 153被關(guān)閉，以隔開蒸汽輪機(jī)104的IP區(qū)段134與可能還沒有獲得用于獲準(zhǔn)進(jìn)入其中的預(yù)定的熱力學(xué)屬性(由HRSG IP區(qū)段裝備組168測(cè)得)的蒸汽。蒸汽192進(jìn)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(lái)，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(shí)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(guò)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(guò)熱蒸汽管道138的一部分的橫截面示意圖。在該示例性實(shí)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(guò)熱蒸汽管道138的閉塞頭部分162具有導(dǎo)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(shí)施例中，根據(jù)包括(無(wú)限制)厚度T1和下面論述的金屬質(zhì)量的變量來(lái)確定厚度T2和厚度Τ3。在該示例性實(shí)施例中，管道加熱系統(tǒng)200是基于金屬質(zhì)量的，并且針對(duì)多個(gè)導(dǎo)管區(qū)段205中的各個(gè)而與別個(gè)不同地來(lái)構(gòu)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(jù)與其相關(guān)聯(lián)的金屬的質(zhì)量來(lái)對(duì)直管路206和彎部208、210和212中的各個(gè)分配數(shù)值。在該示例性實(shí)施例中，對(duì)直管路206分配預(yù)定的金屬質(zhì)量值I. 0，其中，直管路206的金屬質(zhì)量是基準(zhǔn)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(zhì)量，因此對(duì)彎部208和210分配金屬質(zhì)量值I. 25。第三彎部212具有比直管路206大35%的金屬質(zhì)量，因此對(duì)彎部212分配金屬質(zhì)量值I. 35。閉塞頭部分162的各部分的任何形狀、構(gòu)造和定向會(huì)促進(jìn)金屬質(zhì)量值的確定和分配。使用金屬質(zhì)量值來(lái)為相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)管部分確定熱輸入值。這種熱輸入值會(huì)促進(jìn)確定加熱元件(在圖4和5中未顯示)的位置、數(shù)量、加熱值、間隔以及厚度T2和Τ3。大體上，具有更大的金屬質(zhì)量的那些導(dǎo)管區(qū)段將接收下者中的至少ー個(gè)更大數(shù)量和更大密度的加熱元件，以及每個(gè)加熱元件有更大的熱輸入值。在一些實(shí)施例中，使用對(duì)“熱質(zhì)量”的確定來(lái)促進(jìn)對(duì)管道加熱系統(tǒng)200的構(gòu)造。材料的“熱質(zhì)量”與材料的質(zhì)量成比例。熱質(zhì)量是材料的特性，其基本等同于那個(gè)材料的熱容或熱容量，即物體存儲(chǔ)熱能的能力。例如，大體上，當(dāng)循環(huán)動(dòng)力裝置中的導(dǎo)管溫度經(jīng)歷由于蒸汽發(fā)生器的循環(huán)使用而引起的波動(dòng)時(shí)，管路的絕緣部分內(nèi)的大的熱質(zhì)量可促進(jìn)導(dǎo)管溫度波動(dòng)“變平”。這是因?yàn)楫?dāng)被引導(dǎo)通過(guò)其中的蒸汽的溫度高于導(dǎo)管的質(zhì)量時(shí)，導(dǎo)管的熱質(zhì)量吸收熱能，以及當(dāng)蒸汽未被引導(dǎo)通過(guò)其中且周圍環(huán)境比蒸汽導(dǎo)管更冷時(shí)，導(dǎo)管的熱質(zhì)量從中釋放熱能。在蒸汽導(dǎo)管的周圍延伸的絕緣體會(huì)促進(jìn)相關(guān)聯(lián)的蒸汽導(dǎo)管保持高溫，而不會(huì)在短的停機(jī)時(shí)期期間達(dá)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(gòu)造的管道加熱系統(tǒng)200。圖6是可用于聯(lián)合循環(huán)動(dòng)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(shí)施例中，管道加熱系統(tǒng)200包括多個(gè)加熱元件220。加熱元件220聯(lián)接到電功率供應(yīng)222上。當(dāng)通電時(shí)，加熱元件220輻射熱能224，熱能224根據(jù)距加熱元件220的距離而消散。在該示例性實(shí)施例中，加熱元件220類似于在熱處理服務(wù)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(jìn)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(yùn)行的任何加熱裝置。大體上，為了對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)カ裝置改型，可通過(guò)這樣的方式來(lái)執(zhí)行加熱元件220的安裝移除目標(biāo)管路上的現(xiàn)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(gè)溫度反饋裝置，例如熱電偶226。備選實(shí)施例可使用任何其它溫度測(cè)量裝置，包括(無(wú)限制)電阻溫度檢測(cè)器(RTD)。管道加熱系統(tǒng)200進(jìn)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(yīng)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(hào)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(hào)234傳輸給電功率供應(yīng)222。在該示例性實(shí)施例中，電功率需求信號(hào)234根據(jù)溫度反饋信號(hào)232單獨(dú)地確定被命令傳輸給各個(gè)加熱元件220的可變的電流(未顯示)的量。電功率供應(yīng)222將電功率反饋信號(hào)236傳輸給溫度控制系統(tǒng)230。在該示例性實(shí)施例中，溫度控制系統(tǒng)230是包括編程有多個(gè)管加溫優(yōu)化算法的至少ー個(gè)處理器(如上面描述)的控制器。這樣的管加溫優(yōu)化算法會(huì)促進(jìn)確定加熱閉塞頭部分162和166以滿足獲準(zhǔn)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)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(yù)定的速率升高的加熱速率。而且，在該示例性實(shí)施例中，溫度控制系統(tǒng)230編程有與各個(gè)導(dǎo)管區(qū)段205的金屬質(zhì)量和/或形狀相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并且溫度控制系統(tǒng)230因此使這種數(shù)據(jù)來(lái)促進(jìn)改變閉塞頭部分162和166中的溫度變化速率。在運(yùn)行中，在聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100的啟動(dòng)期間，并且參照?qǐng)D2、3、4、5和6，HRSG110 (在圖I中顯示)的HP過(guò)熱器區(qū)段126產(chǎn)生蒸汽180，該蒸汽180不具有適于獲準(zhǔn)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)104的HP區(qū)段132的熱力學(xué)屬性。HP旁通閥156被打開，并且MSV 151被關(guān)閉，而且蒸汽180經(jīng)由HP過(guò)熱蒸汽管道138的流通蒸汽部分160被引導(dǎo)通過(guò)HP旁通管道148。蒸汽182進(jìn)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(lái)，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(yùn)行中，在系統(tǒng)100的啟動(dòng)期間，蒸汽190經(jīng)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(dǎo)通過(guò)IP旁通管道150。ISV 153被關(guān)閉，以隔開蒸汽輪機(jī)104的IP區(qū)段134與可能還沒有獲得用于獲準(zhǔn)進(jìn)入其中的預(yù)定的熱力學(xué)屬性的蒸汽。蒸汽192進(jìn)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(lái)，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(yùn)行中，管道加熱系統(tǒng)200的溫度控制系統(tǒng)230產(chǎn)生電功率需求信號(hào)234，并且將該電功率命令信號(hào)234傳輸給電功率供應(yīng)222。電功率供應(yīng)222將電流(未顯示)傳輸給加熱元件220。各個(gè)加熱元件220根據(jù)傳輸自各個(gè)熱電偶226且經(jīng)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(hào)232來(lái)接收電流。熱能224通過(guò)加熱元件層202而傳輸?shù)介]塞頭部分162和166中。閉塞頭部分162和166以預(yù)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(cè)量。通過(guò)各個(gè)單獨(dú)的加熱元件220的電流是不同的，并且可暫時(shí)中斷，這取決于熱電偶226測(cè)得的溫度升高的實(shí)測(cè)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(guò)度的應(yīng)力。在該示例性實(shí)施例中，溫度升高的速率的上限參數(shù)為260攝氏度(°C)(500華氏度(° F))每小吋。基于聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)100的啟動(dòng)時(shí)間，可按在特定時(shí)刻滿足所需的蒸汽狀況的任何速率來(lái)對(duì)閉塞頭部分162和166加溫。在該示例性實(shí)施例中，被編程來(lái)在溫度控制系統(tǒng)230中的管加溫優(yōu)化算法通過(guò)這樣的方式來(lái)減少與加熱閉塞頭部分162和166相關(guān)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(dǎo)出的蒸汽內(nèi)的蒸汽準(zhǔn)入狀況相一致。備選地，使用使聯(lián)合循環(huán)動(dòng)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(yùn)行的任何加熱啟動(dòng)時(shí)間、任何加熱停止時(shí)間和任何溫度升高速率。在該示例性實(shí)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(dǎo)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(zhǔn)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)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(jī)104，并且對(duì)加熱元件220斷電。通過(guò)流過(guò)其中的蒸汽180和190來(lái)進(jìn)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(dòng)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(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)102 (在圖I中顯示)通過(guò)HP過(guò)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(gè)加熱元件220 (在圖6中顯示)聯(lián)接306到HP過(guò)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(lái)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(jìn)有優(yōu)于已知的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的商業(yè)運(yùn)行的改進(jìn)的商業(yè)運(yùn)行的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。與已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)和加載相比，上面描述的方法和設(shè)備促進(jìn)減小在啟動(dòng)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(shè)備還促進(jìn)減少在啟動(dòng)和加載時(shí)期期間的燃料消耗。具體而言，與其它已知的啟動(dòng)方法和設(shè)備相比，上面描述的方法和設(shè)備使聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ裝置能夠更迅速地啟動(dòng)，以及在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到期望的蒸汽輪機(jī)負(fù)載。更具體而言，本文描述的管道加熱系統(tǒng)促進(jìn)加熱蒸汽導(dǎo)管的部分中的冷的滯止流體，使得相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)管和其中的流體適于獲準(zhǔn)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)。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(huì)減少啟動(dòng)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的時(shí)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(guò)程的實(shí)施例顯著地減少了保持蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)以對(duì)導(dǎo)管加溫所需的時(shí)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(zhǔn)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)，從而加快商業(yè)電功率發(fā)生。因而，本文描述的方法和設(shè)備促進(jìn)減少燃料消耗和排放，同時(shí)提高動(dòng)カ裝置的收入。本文描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括下者中的至少ー個(gè)(a)減少聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間；(b)減少在聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的啟動(dòng)期間的燃料消耗；(C)減少在聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)的啟動(dòng)期間所產(chǎn)生的排放；以及(d)減小聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ系統(tǒng)中的蒸汽導(dǎo)管上的熱應(yīng)力，從而延長(zhǎng)蒸汽導(dǎo)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(shí)施例。例如，各個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)件和/或各個(gè)方法的步驟可獨(dú)立地并且與本文描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開來(lái)使用和/或?qū)嵺`。另外，各個(gè)構(gòu)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(lái)實(shí)踐。一些實(shí)施例包括使用一個(gè)或多個(gè)電子裝置或計(jì)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(jiǎn)精指令集計(jì)算機(jī)(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(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(包括(無(wú)限制)存儲(chǔ)裝置和/或存儲(chǔ)器裝置)中的可執(zhí)行指令。當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，這樣的指令導(dǎo)致處理器執(zhí)行本文描述的方法的至少一部分。上面的實(shí)例僅是示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語(yǔ)處理器的定義和/或含義。雖然已經(jīng)在多種具體實(shí)施例的方面來(lái)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)可，可用在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的改良方案來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。
權(quán)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(gè)電加熱元件(220);以及至少ー個(gè)管道加熱控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到所述至少一個(gè)加熱元件上，并且被編程來(lái)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(gè)控制器進(jìn)一步被編程來(lái)根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)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(zhì)量；以及 所述蒸汽管道的所述部分的形狀。
2.根據(jù)權(quán)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(gè)管道加熱控制器(230)進(jìn)ー步被編程來(lái)根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)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(dǎo)出的蒸汽的溫度。
3.根據(jù)權(quán)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(gè)加熱元件(220)包括多個(gè)加熱元件(220)，所述多個(gè)加熱元件中的各個(gè)所述加熱元件大小設(shè)置成根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)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(zhì)量；以及 所述蒸汽管道的所述部分的形狀。
4.根據(jù)權(quán)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(gè)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(jù)權(quán)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(gè)管道加熱控制器(230)操作性地聯(lián)接到被編程來(lái)控制蒸汽對(duì)蒸汽輪機(jī)(104)的進(jìn)入的至少ー個(gè)蒸汽輪機(jī)入口閥控制器(174)上，所述至少一個(gè)管道加熱控制器被編程來(lái)將容許信號(hào)傳輸給所述至少一個(gè)蒸汽輪機(jī)入ロ閥控制器。
6.根據(jù)權(quán)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(gè)管道加熱控制器(230)操作性地聯(lián)接到被編程來(lái)控制繞過(guò)所述蒸汽輪機(jī)(104)的蒸汽的至少ー個(gè)蒸汽輪機(jī)旁通閥控制器(172/176)上，所述至少一個(gè)管道加熱控制器被編程來(lái)將容許信號(hào)傳輸給所述至少一個(gè)蒸汽輪機(jī)旁通閥控制器
7.—種聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)(100),包括 聯(lián)接到第一發(fā)電機(jī)(106)上的燃?xì)廨啓C(jī)(102)； 聯(lián)接到第二發(fā)電機(jī)(108)上的蒸汽輪機(jī)(104)； 聯(lián)接到所述蒸汽輪機(jī)和所述燃?xì)廨啓C(jī)上的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (110)，所述HRSG通過(guò)至少一個(gè)蒸汽管道(112)以流連通的方式聯(lián)接到所述蒸汽輪機(jī)上； 聯(lián)接到所述至少一個(gè)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(gè)電加熱元件(220);以及 至少ー個(gè)控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到所述至少一個(gè)加熱元件上，并且被編程來(lái)改變所述至少ー個(gè)蒸汽管道的所述部分中的溫度變化速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個(gè)控制器(230)進(jìn)ー步被編程來(lái)根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)改變所述至少一個(gè)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(gè)蒸汽管道的所述部分的質(zhì)量；以及 所述至少一個(gè)蒸汽管道的所述部分的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個(gè)控制器(230)進(jìn)ー步被編程來(lái)根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)改變所述至少一個(gè)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(gè)蒸汽管道的所述部分的溫度；以及 從所述HRSG(IlO)中引導(dǎo)出的蒸汽的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)カ發(fā)生系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述至少ー個(gè)加熱元件(220)包括多個(gè)加熱元件(220),所述多個(gè)加熱元件中的各個(gè)所述加熱元件大小設(shè)置成根據(jù)下者中的至少ー個(gè)來(lái)改變所述至少一個(gè)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(gè)蒸汽管道的所述部分的質(zhì)量；以及 所述至少一個(gè)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(dòng)聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)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(gè)電加熱元件(220)。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)管道加熱控制器(230)，其操作性地聯(lián)接到該至少一個(gè)加熱元件上，并且被編程來(lái)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(gè)控制器進(jìn)一步被編程來(lái)根據(jù)蒸汽管道的該部分的質(zhì)量和蒸汽管道的該部分的形狀中的至少一個(gè)來(lái)改變蒸汽管道的該部分中的溫度變化速率。
文檔編號(hào)F01D25/10GK102691531SQ201210080559
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:通用電氣公司