專(zhuān)利名稱(chēng)：可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，具體地講，是一種可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)以及將燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)通過(guò)一個(gè)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的軸連在一起運(yùn)行的方法。
燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括壓縮機(jī)，用于吸收和壓縮空氣;燃燒器，用于和壓縮空氣一起燃燒燃料，以產(chǎn)生燃?xì)?燃?xì)廨啓C(jī)，由燃燒器產(chǎn)生的燃?xì)怛?qū)動(dòng);和發(fā)電機(jī)，在此，壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)由和它們二者同軸相連的燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。
在該種燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備中，由于發(fā)電機(jī)是和輸電系統(tǒng)連在一起的，所以采用同步發(fā)電機(jī)，以和輸電系統(tǒng)的頻率同期。因此，發(fā)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速是一個(gè)常數(shù)，發(fā)電機(jī)的頻率就和輸電系統(tǒng)的頻率成比例。
在燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備中，空氣被送入壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮。所以，如果空氣溫度和額定輸出時(shí)所要求的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度有偏差，那么燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的出力就降低了。即，燃?xì)廨啓C(jī)有隨著空氣溫度升高，機(jī)組出力降低的特性，例如，如果燃?xì)廨啓C(jī)在4℃時(shí)達(dá)到最大出力，那么燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)在40℃的出力降低為額定出力的90%。
至于其原因，是因?yàn)閷?shí)際進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣量(以用重量表示的流量表示，稱(chēng)為空氣吸入量)隨著溫度的升高而變小，因?yàn)闉榱吮３秩剂虾涂諝獾谋壤秊橐粋€(gè)常數(shù)，燃燒器的燃料供應(yīng)量也降低。
本發(fā)明的目的是提供一種可以調(diào)節(jié)速度的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，以及該設(shè)備在保持輸出頻率和輸電系統(tǒng)的頻率基本上的一致的情況下，使燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)在升高的環(huán)境溫度下保持高出力的運(yùn)行方法。
本發(fā)明采用由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)。為了使發(fā)電機(jī)定子一次繞組的輸出頻率和輸電系統(tǒng)的頻率處于同一水平，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二次繞組的轉(zhuǎn)數(shù)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二次繞組的交流勵(lì)磁來(lái)改變使之和環(huán)境溫度相適應(yīng)，因此，二次繞組的轉(zhuǎn)數(shù)是可以改變的。
本發(fā)明的可調(diào)節(jié)速度燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括吸進(jìn)空氣以產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機(jī)，使燃料和壓縮空氣一起燃燒以產(chǎn)生燃?xì)獾娜紵鳎扇細(xì)怛?qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)，以及和壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)同軸連接的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的一次繞組和輸電系統(tǒng)連在一起，二次繞組和一個(gè)交流勵(lì)磁機(jī)連在一起。燃燒器的燃料供應(yīng)量由燃料控制器按照負(fù)荷需求信號(hào)來(lái)控制。交流勵(lì)磁機(jī)由勵(lì)磁控制裝置按照負(fù)荷需求信號(hào)和空氣溫度來(lái)控制。
另外，發(fā)電機(jī)二次繞組的交流勵(lì)磁大小按照環(huán)境溫度的要求來(lái)控制，以使二次繞組所連軸的轉(zhuǎn)速得以控制。
本發(fā)明也提供一種可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方法，該設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)的吸進(jìn)和壓縮空氣，為產(chǎn)生燃?xì)庥扇紵魇谷剂虾蛪嚎s空氣燃燒，由燃?xì)怛?qū)動(dòng)和壓縮機(jī)同軸相連的燃?xì)廨啓C(jī)，驅(qū)動(dòng)和燃?xì)廨啓C(jī)同軸相連的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的一次繞組和輸電系統(tǒng)連在一起，而二次繞組和交流勵(lì)磁機(jī)連在一起，其中，該軸的旋轉(zhuǎn)速度增加到足以使燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的出力達(dá)到希望水平的程度。
理想情況是這樣的，當(dāng)發(fā)電機(jī)出力由于溫度上升而降低時(shí)，將導(dǎo)致實(shí)際吸進(jìn)空氣量(以重量計(jì))也減少，那么軸的旋轉(zhuǎn)速度將定期地或每天根據(jù)環(huán)境溫度和由供電指揮中心發(fā)出的負(fù)荷需求信號(hào)的要求而增加。結(jié)果，為了提高燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的出力，吸進(jìn)空氣和供應(yīng)的燃料也將增加。另外，當(dāng)環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)置溫度時(shí)，為了保持輸出頻率的恒定，軸的旋轉(zhuǎn)速度也將減小。
由于通過(guò)改變軸轉(zhuǎn)速和控制吸入的空氣量和燃料和空氣比例來(lái)調(diào)節(jié)頻率全部可以由電信號(hào)來(lái)控制，這種燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間很短。
即使壓縮機(jī)中吸進(jìn)空氣的溫度發(fā)生變化，吸進(jìn)空氣量(以重量表示的流量)也可以通過(guò)根據(jù)空氣溫度信號(hào)的要求來(lái)改變二次繞組所連結(jié)的軸的轉(zhuǎn)速，而幾乎保持不變。
本發(fā)明適用于燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備和余熱汽輪發(fā)電設(shè)備聯(lián)合使用的，即所謂聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)例子的方框圖。
圖2是圖1中燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的詳細(xì)布置，該布置包括一個(gè)計(jì)算單元和一臺(tái)可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。
圖3是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理的解釋圖。
圖4是另一個(gè)例子的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的詳細(xì)布置。
圖5是本發(fā)明使用的壓縮機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的特性圖。
圖6表示了空氣流量，燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度和負(fù)荷的關(guān)系。
圖7是單軸型聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖1給出了本發(fā)明的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的一個(gè)例子。該燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括壓縮機(jī)1，用于壓縮吸進(jìn)的空氣;燃燒器2，用于將燃料和壓縮空氣按預(yù)先設(shè)置的燃料空氣比進(jìn)行燃燒;燃?xì)廨啓C(jī)3，由燃?xì)怛?qū)動(dòng);和可調(diào)速發(fā)電機(jī)5，由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)1和可調(diào)速發(fā)電機(jī)5同軸相連。
數(shù)字4指的是向燃燒器2提供燃料的燃料輸送裝置，18指輸電系統(tǒng)，9是用于給發(fā)電機(jī)5二次繞組提供勵(lì)磁的交流勵(lì)磁機(jī)。
為了使本發(fā)明的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)運(yùn)行，從供電指揮中心等發(fā)來(lái)的負(fù)荷需求信號(hào)Pd，和由環(huán)境溫度檢測(cè)器測(cè)得的環(huán)境溫度T均輸入到計(jì)算單元8，燃料量的需求值Fd和可調(diào)速發(fā)電機(jī)5的二次繞組交流勵(lì)磁電流的需要值Ed均由計(jì)算單元按照電力需求Pd和所測(cè)的溫度T確定。
目標(biāo)值Fd輸入到燃料控制器6，以調(diào)節(jié)燃料輸送控制器4的開(kāi)度，從而控制燃燒器2的燃料供應(yīng)。
交流勵(lì)磁的大小的需求值Ed輸入到勵(lì)磁控制單元7，以控制交流勵(lì)磁機(jī)9，從而交流勵(lì)磁機(jī)9決定發(fā)電機(jī)5的交流勵(lì)磁量，相位，大小或角度等。
交流勵(lì)磁裝置9是由三相交流勵(lì)磁變頻的裝置。像循環(huán)變流器、GTO元件等已知的變流器均可用作交流勵(lì)磁裝置9。
盡管如上面描述，環(huán)境溫度T每次都被輸入到計(jì)算單元8中，但是溫度信號(hào)也可以按預(yù)先設(shè)置的幾個(gè)溫度范圍確定，軸的速度控制、二次繞組的勵(lì)磁控制均按負(fù)荷需求信號(hào)控制而并不每次檢測(cè)空氣溫度T。所以，在本發(fā)明中，“按負(fù)荷需求信號(hào)和空氣溫度”意指Pd和T被檢測(cè)并輸入到計(jì)算單元和/或T并非每次測(cè)量，而將預(yù)置的T值作為溫度信號(hào)。
本發(fā)明的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的概述如圖2所述。
該可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括發(fā)電機(jī)5，其功能基本上和利用夜間的電力被抽到高處的水來(lái)發(fā)電的可調(diào)速抽水渦輪發(fā)電設(shè)備(Water Pump Turbine Generation Apparatus)一樣。如圖2，可調(diào)速發(fā)電機(jī)5的一次繞組和輸電系統(tǒng)18連在一起，二次繞組16由燃?xì)廨啓C(jī)的軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
二次繞組16由交流勵(lì)磁機(jī)9提供變頻勵(lì)磁。數(shù)字6是燃料控制單元。交流勵(lì)磁機(jī)9一端聯(lián)到輸電系統(tǒng)電源上。
在可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)5中，一次繞組15的頻率f0和輸電系統(tǒng)的頻率對(duì)應(yīng)，如果和發(fā)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)成比例的頻率設(shè)為f1，而二次線(xiàn)圈的勵(lì)磁頻率為fe，那么這些參數(shù)有如下關(guān)系。
f0＝f1+fe因?yàn)閒0通常是一個(gè)常數(shù)，可以通過(guò)改變fe來(lái)改變f1。如二次繞組16的勵(lì)磁頻率fe發(fā)生變化，燃?xì)廨啓C(jī)3的軸的機(jī)械轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。所以可以控制由壓縮機(jī)1吸進(jìn)的空氣量。本發(fā)明采用了這個(gè)原理。
即使環(huán)境溫度發(fā)生變化，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出大體保持在額定輸出，而保持發(fā)電機(jī)的輸出頻率為常數(shù)。燃料量需求值Fd和可調(diào)速發(fā)電機(jī)的二次繞組16的交流勵(lì)磁需求值Ed，如圖2所示，由計(jì)算單元8確定。
燃?xì)廨啓C(jī)的輸出和環(huán)境溫度之間的關(guān)系如圖3所示，圖3表示了以縱座標(biāo)表示的燃?xì)廨啓C(jī)的輸出和以橫座標(biāo)表示的環(huán)境溫度之間的關(guān)系。眾所周知，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出118隨著環(huán)境溫度而變，當(dāng)環(huán)境溫度增加，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出減小。當(dāng)壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)是采用常規(guī)技術(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)行在恒定轉(zhuǎn)速時(shí)，吸進(jìn)壓縮機(jī)的空氣體積流量也是常數(shù)。所以，當(dāng)環(huán)境溫度增加，空氣重量流量減小，燃料量減少，以致于燃?xì)廨啓C(jī)的輸出減小。
重量流量是由體積流量和是環(huán)境溫度函數(shù)的空氣密度的乘積來(lái)決定。當(dāng)空氣密度在較高溫度下減小時(shí)，空氣的重量流量隨著溫度的增加而減小。燃?xì)廨啓C(jī)的標(biāo)稱(chēng)輸出(即額定輸出或由當(dāng)局允許的設(shè)計(jì)輸出)通常定義為在某個(gè)特定溫度下如4℃時(shí)的輸出。所以，一般不可能在高溫季節(jié)，特別是夏季達(dá)到額定輸出。
因?yàn)樵诒景l(fā)明中，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速如線(xiàn)120所示是隨環(huán)境溫度和負(fù)荷需求信號(hào)而增加，為了保持預(yù)先確定的燃料-空氣比例，由壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣量和燃料器的燃料供給量也增加，同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出，如特性線(xiàn)119所示，可以增加達(dá)到額定輸出。
采用這種方法，由空氣壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣重量，和環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，大體上保持常數(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)具有如119特性的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，采用了具有如圖2所示的二套函數(shù)發(fā)生器81和82的計(jì)算單元8。負(fù)荷需求信號(hào)Pd輸入到函數(shù)發(fā)生器82中，用以計(jì)算燃料量(燃料流量)的需求值Fd。特性a、b、c…，表示了預(yù)置頻率、負(fù)荷需求Pd和環(huán)境溫度的關(guān)系，可以事先確定。接著，將表示負(fù)荷需求信號(hào)Pd和二次繞組的勵(lì)磁量Ed間關(guān)系的特性a、b、c…輸入到函數(shù)發(fā)生器81中。
因?yàn)樨?fù)荷需求信號(hào)和燃料量需求值之間幾乎是成比例的，便可以確定燃料量的需求值Fd。燃料量的需求量Fd可以在控制單元中用常規(guī)的燃料量計(jì)算方法來(lái)確定?？烧{(diào)速發(fā)電機(jī)二次繞組的交流勵(lì)磁量的需求值Ed可由負(fù)荷需求信號(hào)Pd和環(huán)境溫度T決定。
可調(diào)速發(fā)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度由交流勵(lì)磁量的需求值Ed確定。例如，當(dāng)環(huán)境溫度為4℃，燃?xì)廨啓C(jī)按b線(xiàn)運(yùn)行，即負(fù)荷需求信號(hào)Pd為0，頻率為50Hz。軸的轉(zhuǎn)速就被控制以保持Pd和頻率為50Hz。
隨著負(fù)荷的增加或減小，軸的轉(zhuǎn)速隨著適當(dāng)?shù)拿疃黾踊驕p小。如果環(huán)境溫度高于預(yù)置溫度如4℃，則發(fā)出命令。增加由壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣量和軸的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，發(fā)出命令增加二次繞組的勵(lì)磁量。
如果環(huán)境溫度低于上限溫度如40℃而低于4℃，發(fā)出命令，以按照線(xiàn)a和b之間的特性線(xiàn)(未畫(huà)出)來(lái)確定旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)數(shù))。交流勵(lì)磁量的需求值Ed(旋轉(zhuǎn)速度的需求值)輸入到勵(lì)磁控制單元7中。為了達(dá)到這個(gè)需求值，可調(diào)速發(fā)電機(jī)5的滑差要實(shí)施控制。
例如，電力系統(tǒng)的頻率f0可以確定，為50Hz作為表達(dá)式中的額定頻率。
旋轉(zhuǎn)速度的需求值Ed是f1相當(dāng)于可調(diào)速發(fā)電機(jī)5的軸旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)它為55Hz時(shí)，二次繞組的交流勵(lì)磁量要進(jìn)行控制以使二次繞組的勵(lì)磁頻率(差頻)fe為-5Hz。這意味著磁通量的方向反向，為負(fù)值。
二次繞組16的三相交流勵(lì)磁量是由交流勵(lì)磁裝置9確定的。所以，當(dāng)調(diào)節(jié)有功功率作為負(fù)荷控制信號(hào)Pd時(shí)，僅控制了三相交流勵(lì)磁量的相角，而當(dāng)調(diào)節(jié)有功功率隨作為負(fù)荷需求信號(hào)Pd時(shí)，僅控制了三相交流勵(lì)磁量的大小。
按照上述控制方法，根據(jù)負(fù)荷需求信號(hào)Pd供應(yīng)燃料來(lái)實(shí)施燃燒。另外，和發(fā)電機(jī)連在一起的壓縮機(jī)的軸按照考慮了環(huán)境溫度變化所確定的速度旋轉(zhuǎn)，合適量的空氣按和負(fù)荷需求信號(hào)Pd成比例地被吸進(jìn)。所以，所期望的高輸出可以從燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)獲得而保持頻率為常數(shù)。
圖4是本發(fā)明的另一個(gè)例子。在本例中的函數(shù)發(fā)生器83的布置中，計(jì)算單元8和圖2的不一樣。函數(shù)發(fā)生器82由負(fù)荷需求信號(hào)Pd來(lái)確定燃料量的需求量Fd。另外，函數(shù)發(fā)生器83還按照環(huán)境溫度T和燃料量的需求值Fd來(lái)確定交流勵(lì)磁量的需求值Ed，這些需求值可以由不同的方法來(lái)確定。圖4和圖2中相同的數(shù)字表示的含義相同。
本發(fā)明有另外一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。該優(yōu)點(diǎn)可以參照?qǐng)D5和圖6來(lái)詳細(xì)解釋?zhuān)瑘D5表示了以橫坐標(biāo)表示的空氣流量(以重量表示的流量)和以縱座標(biāo)表示的壓縮機(jī)的壓縮比率(Pressure Ratio)之間的關(guān)系，圖6表示了負(fù)荷率(%)和以左縱座標(biāo)表示的空氣流量(以重量表示)，以右縱坐標(biāo)表示的燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度之間的關(guān)系。在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中，在部分負(fù)荷運(yùn)行期間，其熱效率低于滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的熱效率，如圖5所示，壓縮機(jī)的內(nèi)效率(Internal Efficiency)22以橢圓輪廓線(xiàn)表示，額定運(yùn)行點(diǎn)P位于其中心。
相對(duì)于壓縮機(jī)狀態(tài)變化的效率最小變化的連線(xiàn)稱(chēng)為工作線(xiàn)24。壓縮機(jī)沿著工作線(xiàn)24運(yùn)行可以獲得最高效率。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在工作線(xiàn)24上時(shí)，壓縮機(jī)的效率最高，且其運(yùn)行有很好的穩(wěn)定性。
壓縮機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)保持為常數(shù)，壓縮機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，隨著空氣流量的減小，沿著等轉(zhuǎn)數(shù)線(xiàn)21向上移動(dòng)，以致使壓縮機(jī)內(nèi)效率的減小變?yōu)樽畲蟆?br> 隨著負(fù)荷的減小，壓縮機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)接近表示穩(wěn)定極限的波動(dòng)線(xiàn)(Surge Line)23，超過(guò)這個(gè)極限，壓縮機(jī)將發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象(SurgePhonomenon)，由壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣流量不能小于由轉(zhuǎn)數(shù)線(xiàn)21和波動(dòng)線(xiàn)23交點(diǎn)Q確定的空氣流量W1。
另一方面，燃燒所必需和足夠的空氣量隨負(fù)荷減小而減小，所以，僅有一部分壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣對(duì)低于點(diǎn)Q的負(fù)荷范圍的燃燒有作用。剩余的空氣和沒(méi)有被加熱的燃?xì)饣旌显谝黄稹＝Y(jié)果引起燃?xì)廨啓C(jī)入口處的燃?xì)鉁囟认陆?，和燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率減低，因?yàn)橛糜谌紵目諝饬髁颗c負(fù)荷的減小成比例地減小，所以燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率隨負(fù)荷減小而降低。圖5中，W0是P點(diǎn)的空氣流量，W1是Q點(diǎn)的空氣流量，按照本發(fā)明的運(yùn)行方法，通過(guò)降低軸的旋轉(zhuǎn)速度可以將空氣流量W0減小到W1，而不會(huì)引起任何諸如波動(dòng)的問(wèn)題。
圖6表示上面的關(guān)系，正如表示常規(guī)運(yùn)行的特性線(xiàn)25，27(實(shí)線(xiàn))所示，燃?xì)廨啓C(jī)入口處的燃?xì)鉁囟入S負(fù)荷增加而升高，當(dāng)負(fù)荷在75-80%以上，燃?xì)鉁囟葞缀醣３衷?300℃不變。當(dāng)負(fù)荷低于75%時(shí)，空氣流量為W2，低于W1。當(dāng)負(fù)荷為80%或更高，空氣流量接近W1，即，常規(guī)方法并不滿(mǎn)足負(fù)荷需求的要求，熱效率降低。
特性線(xiàn)26，30(虛線(xiàn))表示了本發(fā)明的運(yùn)行方法。燃?xì)廨啓C(jī)入口處燃?xì)鉁囟群拓?fù)荷無(wú)關(guān)，幾乎保持在1300℃左右，隨著負(fù)荷增加，空氣流量增加到W1附近。空氣流量和負(fù)荷成比例，所以，本發(fā)明的運(yùn)行方法有較好的負(fù)荷依賴(lài)性。
按照本發(fā)明，隨著負(fù)荷減小，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低，按照計(jì)算單元8的函數(shù)發(fā)生器81和82的特性空氣流量也減少，圖5中的運(yùn)行點(diǎn)R沿著工作線(xiàn)24移動(dòng)，以保持較高的壓縮機(jī)內(nèi)效率。
另外，本發(fā)明中，壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣流量不受限制，這是因?yàn)樵谏踔恋拓?fù)荷范圍內(nèi)，一定適量的空氣也可以和燃料量成比例地吸進(jìn)壓縮機(jī)，結(jié)果，如圖6特性線(xiàn)26所示，低負(fù)荷下燃?xì)廨啓C(jī)入口處的燃?xì)鉁囟炔⒉唤档?，燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率幾乎可以保持和高負(fù)荷范圍內(nèi)一樣。即，在一個(gè)較大的負(fù)荷范圍內(nèi)，可以獲得一個(gè)幾乎和額定值時(shí)一樣的熱效率值。
本發(fā)明適用于包括如下設(shè)備的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，由燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、燃燒器和第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備;用于回收從燃?xì)廨啓C(jī)排出余熱的余熱鍋爐(heat recovery steam generater);由被回收熱量生成的蒸汽驅(qū)動(dòng)的蒸汽輪機(jī);和由蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二臺(tái)發(fā)電機(jī)，所述燃?xì)廨啺l(fā)電裝置包括壓縮機(jī)，用于吸進(jìn)和壓縮空氣;
燃燒器，使吸進(jìn)空氣和燃料燃燒以產(chǎn)生燃?xì)?
燃?xì)廨啓C(jī)，由所產(chǎn)生的燃?xì)怛?qū)動(dòng);
燃料控制裝置，按照負(fù)荷需求信號(hào)控制燃燒器的燃料供熱量;
第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，其一次繞組和輸電系統(tǒng)相連，二次繞組由交流電流勵(lì)磁;其中第一臺(tái)發(fā)電機(jī)和所述的燃?xì)廨啓C(jī)連在同一軸上，該軸的轉(zhuǎn)數(shù)被控制來(lái)按照負(fù)荷需求信號(hào)和環(huán)境溫度的要求增加燃?xì)廨啓C(jī)的輸出。
按照本發(fā)明，可以期望得到一種有很高輸出的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，而且保持一個(gè)所要求的輸出頻率。此外，燃?xì)廨啓C(jī)在部分負(fù)荷時(shí)仍可保持高熱效率。
本發(fā)明的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖7，該系統(tǒng)的主設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，蒸汽輪機(jī)設(shè)備和發(fā)電機(jī)。在圖7的情況下，這些設(shè)備均聯(lián)在一個(gè)軸上(所謂單軸型)，但是燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備和蒸汽輪機(jī)設(shè)備可以和不同的發(fā)電機(jī)連在一起(所謂多軸型)，空氣57被壓縮機(jī)1吸進(jìn)和壓縮，然后由燃燒器2變換成高溫、高壓氣體，并被送到燃?xì)廨啓C(jī)3。其部分熱能做功，由發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，從燃?xì)廨啓C(jī)排出的尾熱(Exhaust Heat)55對(duì)余熱鍋爐51中的給水53加熱，產(chǎn)生蒸汽54。所生成的蒸汽54引入蒸汽輪機(jī)52做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)，以發(fā)電。已經(jīng)做完功的蒸汽在凝結(jié)器中凝結(jié)成水，返回到余熱鍋爐用作給水。由余熱鍋爐51排出的廢氣又排放到煙囪中。
另外，由于本發(fā)明的調(diào)節(jié)是通過(guò)處理電信號(hào)完成的，所以燃?xì)廨啓C(jī)輸出隨負(fù)荷需求的調(diào)節(jié)較之常規(guī)調(diào)節(jié)方法要快。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括壓縮機(jī)，用于吸進(jìn)和壓縮空氣；燃燒器，用于使燃料和吸入空氣一起燃燒以產(chǎn)生燃?xì)?；燃?xì)廨啓C(jī)，由所產(chǎn)生的燃?xì)怛?qū)動(dòng)；燃料控制裝置，用于按照負(fù)荷需求信號(hào)的要求控制供給燃燒器的燃料量；發(fā)電機(jī)，其一次繞組和輸電系統(tǒng)相連，而其二次繞組由交流勵(lì)磁；其中，發(fā)電機(jī)和上述燃?xì)廨啓C(jī)同軸，軸的轉(zhuǎn)數(shù)按照負(fù)荷需求信號(hào)和環(huán)境溫度的要求進(jìn)行控制來(lái)增加燃?xì)廨啓C(jī)的輸出。
2.按照權(quán)利要求1的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，還包括用于調(diào)節(jié)二次繞組勵(lì)磁量的交流勵(lì)磁裝置。
3.按照權(quán)利要求1的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，其中軸的轉(zhuǎn)速通過(guò)調(diào)節(jié)二次繞組勵(lì)磁電流的大小來(lái)控制。
4.一種可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方法，該設(shè)備包括用于吸進(jìn)和壓縮空氣的壓縮機(jī)，用于使吸進(jìn)的空氣和燃料一起燃燒以產(chǎn)生燃?xì)獾娜紵?，由產(chǎn)生的燃?xì)怛?qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)，按照負(fù)荷需求信號(hào)的要求控制燃燒器的燃料供給量的燃料控制裝置，其一次繞組和輸電系統(tǒng)相連、二次繞組由交流勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，其中發(fā)電機(jī)和所述燃?xì)廨啓C(jī)同軸連接，該方法包括按照環(huán)境溫度和負(fù)荷需求信號(hào)的要求，控制軸的轉(zhuǎn)數(shù)使燃?xì)廨啓C(jī)的輸出在不同的環(huán)境溫度下基本保持在額定輸出的水平上。
5.按照權(quán)利要求4的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的運(yùn)行方法，其中所述軸的旋轉(zhuǎn)速度隨著環(huán)境溫度的增加而增加。
6.按照權(quán)利要求4的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的運(yùn)行方法，其中所述軸的旋轉(zhuǎn)速度，在環(huán)境溫度低于某個(gè)特定溫度時(shí)，也會(huì)降低。
7.一種聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，包括由燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)，燃燒器和第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成的燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備;用于回收從燃?xì)廨啓C(jī)排出的余熱的余熱鍋爐;由被回收熱量加熱的蒸汽驅(qū)動(dòng)的蒸汽輪機(jī);由蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二臺(tái)發(fā)電機(jī)。所述燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備包括用于吸進(jìn)和壓縮空氣的壓縮機(jī);用于使被吸進(jìn)空氣和燃料一起燃燒以產(chǎn)生燃?xì)獾娜紵?由所產(chǎn)生燃?xì)怛?qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī);用于按照負(fù)荷需求信號(hào)的要求控制燃燒器的燃料供給量的燃料控制裝置;其一次繞組和輸電系統(tǒng)相連，二次繞組由交流勵(lì)磁的第一臺(tái)發(fā)電機(jī);其中第一臺(tái)發(fā)電機(jī)和所述燃?xì)廨啓C(jī)連在一起，軸的轉(zhuǎn)數(shù)按照負(fù)荷需求信號(hào)和環(huán)境溫度進(jìn)行控制來(lái)增加燃?xì)廨啓C(jī)的輸出。
8.包括按照權(quán)利要求7的燃?xì)廨啺l(fā)生設(shè)備的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其中還包括用于調(diào)節(jié)二次繞組勵(lì)磁的交流勵(lì)磁裝置。
9.包括按照權(quán)利要求7的燃?xì)廨啺l(fā)生設(shè)備的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其中，軸的轉(zhuǎn)速通過(guò)調(diào)節(jié)二次繞組的勵(lì)磁量來(lái)控制。
全文摘要
公開(kāi)了一種不受環(huán)境溫度變化的影響，可以保持燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備在額定出力的可調(diào)速燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備。發(fā)電機(jī)的二次繞組的旋轉(zhuǎn)速度由燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)控制，二次繞組的交流勵(lì)磁在考慮了環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上確定。壓縮機(jī)吸進(jìn)的空氣量(以重量表示的流量)，在環(huán)境溫度升高的情況下，可以通過(guò)增加燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)增加，以使燃?xì)廨啓C(jī)的輸出保持在額定輸出附近，同時(shí)保持期望的一次繞組頻率。
文檔編號(hào)H02P9/04GK1104717SQ9410799
公開(kāi)日1995年7月5日 申請(qǐng)日期1994年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月23日
發(fā)明者宇多村元昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所