ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ЦИКЛА С ВНУТРИЦИКЛОВОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ (ВАРИАНТЫ), УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ТАКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ
ELECTRO-STATION OF COMBINED CYCLE WITH INTER-CYCLE GASIFICATION (VERSIONS), CONTROL DEVICE FOR SUCH ELECTRO-STATION (VERSIONS) AND CONTROL PROCEDURE FOR SUCH ELECTRO-STATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией (КЦВГ), в которой газовую турбину приводят в действие горючим газом, получаемым газификацией твердого топлива, например угля, а также к устройству управления процессом и к соответствующему способу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Для оборудованных газовыми турбинами электростанций известно решение, позволяющее применять ископаемое топливо, например уголь, для получения горючего газа, а именно КЦВГ (комбинированный цикл с внутрицикловой газификацией). В рамках данной технологии размолотое в порошок твердое топливо газифицируют, вводя в контакт с ним высокотемпературный газообразный агент в газификаторе, в результате чего образуется горючий газ. Этот горючий газ затем подают в камеру сгорания газовой турбины, где он приводит турбину во вращение, а энергию вращения механически передают в электрогенератор, который вырабатывает электричество.
[0003] Блок-схема традиционного КЦВГ-процесса описывается применительно к фиг.29, на которой схематично показана КЦВГ-установка с газификатором, работающим по способу газификации в потоке. В данной установке порошкообразный уголь в смеси с воздухом подают в газификатор 102 из угольного бункера 101. Также в газификатор 102 подают сажу, образующуюся из углерода и отделяемую от генерируемого горючего газа.
[0004] В дутьевой газификатор 102 подают в качестве газифицирующего агента кислород или воздух. Туда же подают распылением угольный порошок и сажу, сгорающие при температуре окружающей атмосферы порядка 1500-1800°С, что выше температуры плавления золы, и в результате этого образуется горючий газ. Далее образовавшийся горючий газ охлаждают в теплообменнике внутри газификатора 102 и выпускают в пылеуловитель 103, который отделяет и собирает сажу, увлекаемую горючим газом.
2
2
[0005] После отделения сажи и пыли горючий газ подают в реактор 104, где из него удаляют серные примеси, такие как HS (сульфид водорода) или COS (карбонильный сульфид), азотные примеси, такие как NH (аммиак), мелкие частицы типа сажи и следовые примеси, такие как HCl (хлорид водорода) и HCN (цианид водорода).
[0006] После удаления различных примесей в реакторе 104 горючий газ подают по топливопроводу 105 в камеру 106 сгорания. В камере 106 сгорания горючий газ сжигают в смеси с воздухом, подаваемым из компрессора 107, в результате чего образуются продукты сгорания. Они поступают из камеры 106 сгорания в газовую турбину 108 (ГТ), приводя ее во вращательное движение, благодаря чему установленный на той же оси генератор 109 вырабатывает электроэнергию.
[0007] Отходящие газы, т.е. отработавшие в газовой турбине 108 продукты сгорания, поступают в парогенератор-теплообменник 111 (ПГТ). Последний вырабатывает пар, отбирая тепло у отходящих газов турбины 108. Подогретый отходящими газами пар подают из парогенератора 111 в паровую турбину 112 (ПТ), приводя ее во вращательное движение, а установленный на той же оси генератор 110 вырабатывает электроэнергию.
[0008] Отработавший в паровой турбине 112 пар конденсируют в конденсаторе 113 и возвращают в ПГТ 111. Далее, отходящие газы после отбора у них тепла в ПГТ 111 выпускают в окружающую среду через дымовую трубу 114.
Описанные здесь паровая и газовая турбины установлены каждая на своей оси, но также могут быть установлены на одной оси.
[0009] Часть сжатого воздуха из компрессора 107 отбирают и сжимают осевым компрессором 115. Этот воздух направляют в газификатор 102. В случае воздушного дутья кислород, отделяемый аппаратом 116 сегрегации воздуха, подмешивают к подаваемому воздуху, и таким образом в газификатор 102 поступает воздух с повышенным содержанием кислорода.
[0010] В то же время отделяемый аппаратом 116 сегрегации воздуха азот подают в угольный бункер 101, где он служит для повышения давления или как транспортирующая среда при подаче пылевидного угля и сажи в газификатор 102. Компрессор 115 может отбирать часть воздуха из компрессора 107 или же забирать воздух непосредственно из атмосферы. При этом компрессор 115 может быть осевым или центробежным.
[0011] Для управления расходом и давлением подаваемого из осевого компрессора 115 в газификатор 102 воздуха в тракте 117 подачи газифицирующего агента предусмотрен запорно-регулирующий вентиль 118. Для управления расходом и давлением подмешиваемого к подаваемому в газификатор 102 воздуху кислорода предусмотрен запорно-регулирующий вентиль 120, размещенный в тракте 119 подачи кислорода из аппарата 116 сегрегации воздуха в газификатор 102. Кроме того, для управления расходом подаваемого в камеру 106 сгорания горючего газа предусмотрен запорно-регулирующий вентиль 121 в топливопроводе 105.
[0012] Таким образом, вентилями 118, 120 и 121 можно приводить расход подаваемого в камеру 106 сгорания горючего газа в соответствие с изменяющейся нагрузкой газовой турбины 108. То есть количество подаваемого в газификатор 102 пылевидного угля регулируют сообразно расходу подаваемого в камеру 106 сгорания горючего газа, который определяется степенью открытия вентиля 121. Открывая вентили 118 и 120 на нужную величину, можно задать расход и давление газифицирующего агента (воздуха), необходимое для газификации подаваемого в газификатор 102 пылевидного угля, а также содержание кислорода в смеси. Если в качестве газифицирующего агента используется не обогащенный кислородом воздух, аппарат 116 сегрегации воздуха, тракт 119 подачи кислорода и запорно-регулирующий вентиль 120 не требуются.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Как описано выше, в показанном на фиг.29 традиционном КЦВГ-процессе запорно-регулирующий вентиль 118 устанавливают в тракте 117 подачи газифицирующего агента в газификатор 102 и с его помощью настраивают расход и давление подаваемого в газификатор 102 агента.
[0014] Следовательно, может возникнуть такая проблема, что падение давления на вентиле 118 приведет к падению производительности электростанции. Кроме того, необходимо повышать давление посредством осевого компрессора 115, имея в виду его падение на вентиле 118. Поэтому приходится поднимать давление компрессором 115 и при этом оборудовать такой тракт подачи воздуха в газификатор 102, который мог бы это давление выдержать.
[0015] В результате этого осложняется не только конструирование КЦВГ-оборудования, но и его эксплуатация, связанная с высокими рабочими давлениями.
[0016] Задача настоящего изобретения - решить вышеуказанные проблемы и предоставить электростанцию комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, а также устройство управления и способ его работы, отличающиеся тем, что можно настраивать давление и расход газифицирующего агента, предназначенного к подаче в газификатор, и при этом давление в тракте подачи газифицирующего агента может быть понижено, а производительность электростанции - повышена.
[0017] Для решения вышеперечисленных задач настоящее изобретение предлагает следующее.
Во-первых, настоящее изобретение относится к электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, содержащей:
- газификатор, генерирующий горючий газ путем приведения газообразного газифицирующего агента в реакцию с твердым топливом;
- компрессор, подающий сжатый атмосферный воздух;
- камеру сгорания для сжигания горючего газа из газификатора в смеси со сжатым воздухом из компрессора;
- газовую турбину, приводимую во вращение продуктами сгорания, истекающими из камеры сгорания;
- нагнетатель для повышения давления газифицирующего агента при подаче его в газификатор;
- тракт подачи газифицирующего агента повышенного давления из нагнетателя в газификатор;
- байпас, ответвляющийся от тракта подачи газифицирующего агента; и
- первый запорно-регулирующий вентиль, степень открытия которого регулирует расход или давление отводимого в байпас газифицирующего агента.
[0018] В электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией согласно настоящему изобретению расположенный в байпасе первый запорно-регулирующий вентиль позволяет регулировать расход или давление отводимого в байпас газифицирующего агента. Следовательно, степенью открытия первого запорно-регулирующего вентиля в байпасе можно также задавать расход или давление газифицирующего агента, подаваемого в газификатор. Таким образом, поскольку не требуется запорно-регулирующая арматура в тракте подачи газифицирующего агента, можно избежать падения давления в тракте, что позволяет существенно понизить давление на выходе нагнетателя.
[0019] Во-вторых, настоящее изобретение относится к устройству управления электростанцией комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, содержащей:
- газификатор, генерирующий горючий газ путем ввода газообразного газифицирующего агента в реакцию с твердым топливом;
- камеру сгорания для сжигания горючего газа из газификатора в смеси со сжатым воздухом из компрессора;
- газовую турбину, приводимую во вращение продуктами сгорания, истекающими из камеры сгорания;
- нагнетатель для повышения давления газифицирующего агента при подаче его в газификатор;
- тракт подачи газифицирующего агента повышенного давления из нагнетателя в газификатор;
- байпас, ответвляющийся от тракта подачи газифицирующего агента;
- первый запорно-регулирующий вентиль в байпасе;
- второй запорно-регулирующий вентиль для задания расхода газа, подаваемого в нагнетатель;
причем устройство управления содержит:
- первый задатчик для задания требуемого расхода подаваемого в газификатор газифицирующего агента исходя из требуемой выходной мощности газовой турбины;
- первое исполнительное устройство для управления степенью открытия первого запорно-регулирующего вентиля таким образом, чтобы расход подаваемого в газификатор агента равнялся величине, заданной первым задатчиком;
- второй задатчик для задания такой степени открытия второго запорно-регулирующего вентиля, чтобы газифицирующий агент подавался по тракту в направлении байпаса в количестве, превышающем требуемое; и
- второе исполнительное устройство для управления степенью открытия второго запорно-регулирующего вентиля согласно командам второго задатчика.
[0020] При такой компоновке газифицирующий агент поступает из нагнетателя в тракт подачи в количестве, несколько превышающем требуемое, которое определяют исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины. Имея агент в достатке, его избыток отводят в байпас через первый запорно-регулирующий вентиль, в результате чего в газификатор поступает требуемое количество. Так достигают требуемой мощности, в то же время снижая потерю давления.
[0021] Если тракт подачи горючего газа из газификатора в камеру сгорания электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией оборудован третьим запорно-регулирующим вентилем, устройство управления может содержать:
- третий задатчик для задания расхода подаваемого в камеру сгорания горючего газа исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины и параметров окружающей среды;
- третье исполнительное устройство для управления степенью открытия третьего запорно-регулирующего вентиля так, чтобы расход подаваемого в камеру сгорания горючего газа равнялся указанной задатчиком величине.
[0022] При такой компоновке, в которой тракт подачи горючего газа в камеру сгорания оборудован третьим запорно-регулирующим вентилем для настройки расхода горючего газа, можно без труда настраивать расход подаваемого в камеру сгорания горючего газа посредством третьего запорно-регулирующего вентиля исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины и параметров окружающей среды.
[0023] Согласно настоящему изобретению устройство управления может быть оборудовано таким образом, чтобы первый задатчик получал сведения о требуемом камерой сгорания количестве горючего газа исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины и параметров окружающей среды и задавал требуемое газификатором количество газифицирующего агента исходя из требуемого количества горючего газа.
[0024] Величину требуемого камерой сгорания количества горючего газа получают исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины и параметров окружающей среды, а требуемое газификатором количество газифицирующего агента задают исходя из требуемого количества горючего газа, что позволяет настраивать выход горючего газа из газификатора соответственно потребностям камеры сгорания. В результате отпадает потребность в установке вентиля или подобного устройства для регулирования расхода горючего газа на входе камеры сгорания.
[0025] Вышеуказанное устройство управления может дополнительно содержать первый корректор для внесения поправки в команду степени открытия второго запорно-регулирующего вентиля в сторону увеличения объема подаваемого в нагнетатель воздуха исходя из характеристик нагнетателя.
[0026] Падение характеристик нагнетателя в силу износа или иных подобных причин приводит к снижению подачи бустером газифицирующего агента в тракт подачи агента. Соответственно, в указанную в команде на открытие второго запорно-регулирующего вентиля степень или величину вносят поправку в сторону увеличения расхода подаваемого бустером воздуха с учетом его характеристик, что позволяет избежать недостатка подачи газифицирующего агента и постоянно подавать достаточное количество агента в тракт подачи агента.
[0027] Вышеуказанное устройство управления также может дополнительно содержать расчетное устройство для оценки стабильности нагрузки, причем может быть предусмотрено, что если расчетное устройство оценило нагрузку как стабильную, вступает в действие первый корректор.
[0028] Такая компоновка позволяет ограничить работу первого корректора периодами стабильной нагрузки, снижая эксплуатационный риск.
[0029] Если тракт подачи твердого топлива в газификатор электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией оборудован четвертым запорно-регулирующим вентилем, устройство управления содержит
- четвертый задатчик для задания требуемого газификатором количества твердого топлива исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины;
- четвертое исполнительное устройство для управления степенью открытия четвертого запорно-регулирующего вентиля таким образом, чтобы количество подаваемого в газификатор твердого топлива равнялось заданной четвертым задатчиком величине.
[0030] При такой компоновке в тракте подачи твердого топлива установлен четвертый запорно-регулирующий вентиль для управления подачей твердого топлива в газификатор, и при этом степенью открытия четвертого запорно-регулирующего вентиля управляют исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины. Так можно настраивать желаемую подачу твердого топлива в газификатор.
[0031] Устройство управления также может дополнительно содержать второй корректор для внесения поправки в требуемое количество подаваемого в газификатор твердого топлива исходя из характеристик угля.
[0032] При такой компоновке в требуемое количество подаваемого в газификатор твердого топлива вносят поправку, соответствующую характеристикам угля, что позволяет, даже в случае изменения характеристик топлива, обусловленных переходом на другой сорт угля или подобной причиной, стабилизировать количество тепла генерируемого в газификаторе горючего газа. Так можно получить требуемую мощность на выходе газовой турбины.
[0033] Второй корректор вышеуказанного устройства управления вносит поправку в требуемое количество твердого топлива исходя из теплотворной способности твердого топлива и нагрузки электрогенератора.
[0034] При такой компоновке отвечающую нагрузке генератора поправку вносят не только в теплотворную способность твердого топлива, но и в требуемое количество, что делает возможным более тонкое управление.
[0035] Устройство управления также может дополнительно содержать расчетное устройство для оценки стабильности нагрузки, причем может быть предусмотрено, что если расчетное устройство оценило нагрузку как стабильную, вступает в действие второй корректор.
[0036] Ограничение работы второго корректора периодами стабильной нагрузки позволяет снизить эксплуатационный риск.
[0037] В-третьих, настоящее изобретение относится к способу действия устройства управления электростанцией комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, содержащей:
- газификатор, генерирующий горючий газ путем ввода газообразного газифицирующего агента в реакцию с твердым топливом;
- камеру сгорания для сжигания горючего газа из газификатора в смеси со сжатым воздухом из компрессора;
- газовую турбину, приводимую во вращение продуктами сгорания, истекающими из камеры сгорания;
- нагнетатель для повышения давления газифицирующего агента при подаче его в газификатор;
- тракт подачи газифицирующего агента повышенного давления из нагнетателя в газификатор;
- байпас, ответвляющийся от тракта подачи газифицирующего агента;
- первый запорно-регулирующий вентиль в байпасе;
- второй запорно-регулирующий вентиль для задания расхода газа, подаваемого в нагнетатель;
причем способ действия устройства управления электростанцией комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией предусматривает:
- этап, на котором задают требуемое газификатором количество газифицирующего агента исходя из требуемой мощности на выходе газовой турбины;
- этап, на котором степенью открытия первого запорно-регулирующего вентиля управляют так, чтобы количество подаваемого в газификатор газифицирующего агента равнялось требуемому;
- этап, на котором дают команду открыть второй запорно-регулирующий вентиль на некоторую степень или величину, такую, чтобы по тракту в сторону байпаса подавался газифицирующий агент в количестве больше требуемого;
- этап, на котором вторым запорно-регулирующим вентилем управляют в зависимости от команды на открытие на некоторую величину.
[0038] Преимущества настоящего изобретения заключаются в том, что можно управлять давлением и расходом подаваемого в газификатор газифицирующего агента, и при этом можно понизить давление в системе подачи газифицирующего агента, в результате чего повышается эффективность электростанции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0039] Фиг.1 схематически показывает общую компоновку КЦВГ-системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает основные элементы компоновки устройства управления газовой турбиной КЦВГ согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 показывает блок-схему устройства управления турбиной с фиг.2.
Фиг.4 показывает основные элементы компоновки устройства управления газификатором КЦВГ согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает блок-схему устройства управления газификатора с фиг.4.
Фиг.6 показывает график, отражающий возможности КЦВГ-системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения в части реагирования выходной мощностью на команду изменения нагрузки.
Фиг.7 схематически показывает общую компоновку КЦВГ-системы согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 показывает основные элементы компоновки устройства управления газификатором КЦВГ согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 показывает график, отражающий возможности КЦВГ-системы согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения в части реагирования выходной мощностью на команду изменения нагрузки.
Фиг.10 схематически показывает общую компоновку КЦВГ-системы с кислородным дутьем.
Фиг.11 показывает блок схему задатчика степени открытия входного направляющего аппарата (ВНА) согласно первой модификации настоящего изобретения.
Фиг.12 показывает график, отражающий изменения подачи газифицирующего агента в тракт подачи газифицирующего агента в случае, если задатчик степени открытия ВНА не оснащен первым корректором.
Фиг.13 показывает график, отражающий изменения подачи газифицирующего агента в тракт подачи газифицирующего агента в случае, если задатчик степени открытия ВНА оснащен первым корректором.
Фиг.14 показывает блок-схему компоновки задатчика требуемого количества угля согласно второй модификации.
Фиг.15 показывает график, отражающий способность системы отслеживать колебания теплотворной способности угля в случае, если задатчик требуемого количества угля не оснащен вторым корректором.
Фиг.16 показывает график, отражающий способность системы отслеживать колебания теплотворной способности угля в случае, если задатчик требуемого количества угля оснащен вторым корректором.
Фиг.17 показывает блок-схему компоновки задатчика требуемого количества угля согласно третьей модификации.
Фиг.18 описывает работу подстроечного устройства задатчика требуемого количества угля согласно третьей модификации.
Фиг.19 показывает пример компоновки расчетного устройства.
Фиг.20 показывает блок-схему компоновки устройства управления газификатором согласно пятой модификации
Фиг.21 показывает блок-схему компоновки КЦВГ-системы согласно шестой модификации.
Фиг.22 показывает блок-схему компоновки КЦВГ-системы согласно седьмой модификации.
Фиг.23 показывает блок-схему компоновки первого примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.24 показывает блок-схему компоновки второго примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.25 показывает блок-схему компоновки третьего примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.26 показывает блок-схему компоновки четвертого примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.27 показывает блок-схему компоновки пятого примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.28 показывает блок-схему компоновки еще одного примера обвязки байпаса газифицирующего агента в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.29 схематически показывает общую компоновку традиционной КЦВГ-системы.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0040] Ниже описаны варианты осуществления электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией (КЦВГ) согласно настоящему изобретению, а также устройство управления и способ его работы со ссылками на прилагаемые чертежи.
В качестве примеров твердого топлива, применимых на заявляемой электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией согласно настоящему изобретению, можно назвать тяжелые виды топлива, такие как уголь, нефтяной кокс, угольный кокс, асфальт, битумный пек, битуминозный сланец и другие, а также отходы, такие как отработанные автопокрышки, пластиковые отбросы и прочие. В описанных ниже примерах подразумевается применение угля в качестве твердого топлива.
[0041] Первый вариант осуществления изобретения
Ниже описан первый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Фиг.1 схематически показывает общую компоновку КЦВГ-системы согласно настоящему изобретению. КЦВГ-система согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения основана на дутьевом способе с воздухом в качестве газифицирующего агента.
[0042] Как видно на фиг.1, КЦВГ-система согласно данному варианту осуществления содержит в качестве основных элементов угольный бункер 1, газификатор 2, пылеуловитель 3, реактор 4 для обработки газа и генераторную установку 5.
[0043] (Угольный бункер 1)
Угольный бункер 1 содержит мельницу 1а, которая размалывает уголь в пылевидную форму фракции от нескольких микрон до сотен микрон, а также пылеугольный раздатчик 1b, который подает размолотый на мельнице 1а уголь в газификатор 2. При такой компоновке угольного бункера 1 пылевидный уголь, размолотый на мельнице 1а, подают в пылеугольный раздатчик 1b. Туда же поступает транспортирующая среда, например азот, получаемый в устройстве 16 сегрегации воздуха. Соответственно, пылеугольный раздатчик 1b с потоком воздуха подает в газификатор 2 пылевидный уголь, получаемый с мельницы 1а и временно накапливаемый в зависимости от подачи транспортирующей среды.
[0044] (Газификатор)
В газификатор 2, а именно в камеру 2а сгорания при температуре порядка 1500-1800°С, что выше температуры плавления золы, подают пылевидный уголь из угольного бункера 1 и собираемую пылеуловителем сажу, вводя их в реакцию с газифицирующим агентом из осевого компрессора 21. Так в камере 2а сгорания пылевидный уголь сгорает при высокой температуре, выделяя горючий угольный газ и жидкий шлак из расплавленной угольной золы.
[0045] Горячий угольный газ, образующийся при высокой температуре в камере 2а сгорания, перетекает в дожигатель 2b, расположенный в верхней части камеры 2а сгорания. В дожигатель 2b также подают пылевидный уголь из угольного бункера 1 и сажу из пылеуловителя 3 для дальнейшей газификации с выделением горючего газа, вслед за чем горючий газ перетекает в теплообменник 2с и охлаждается. В настоящем варианте осуществления применяется способ газификации в потоке, с которым выбрасывается жидкий шлак из расплавленной золы, однако вместо него можно также применять способы газификации в кипящем или неподвижном слое. Образующийся в газификаторе 2 горючий газ подают в пылеуловитель 3.
[0046] (Пылеуловитель)
Пылеуловитель 3 оборудован циклоном 3a для центробежного отделения сажи от поступающего из газификатора 2 горючего газа, а также устройством 3b для подачи собираемой в циклоне 3a сажи в газификатор 2. Пылеуловитель 3 устроен так, что отделяемая циклоном 3a сажа, поступая в устройство 3b подачи, временно там хранится. Аналогично пылеугольному раздатчику 1b, устройство 3b для подачи сажи подает временно хранимую сажу с потоком в газификатор 2 по мере подачи транспортирующей среды, например азота, отделяемого устройством 16 сегрегации воздуха. После прохождения циклона 3a горючий газ без сажи подают в реактор 4. После отделения пыли в циклоне 3a горючий газ подают в реактор 4 для дальнейшей обработки.
[0047] (Реактор)
2
2
2
3
2
3
2
При подаче горючего газа из пылеуловителя 3 реактор 4 сначала преобразует содержащийся в нем COS в H и CO, в результате чего образуется горючий газ, содержащий HS. Этот газ вводят в газожидкостный контакт с очищающим раствором, в результате чего удаляются такие загрязнения, как HCl или NH, а затем в газожидкостный контакт с пригодным для повторного использования поглощающим раствором, который поглощает HS. Далее горючий газ, очищенный от таких примесей, как HCl, NH или HS, подают в генераторную установку 5 по тракту В подачи горючего газа.
[0048] (Генераторная установка)
Генераторная установка 5 содержит камеру 11 сгорания, компрессор 12, газовую турбину 13, электрогенераторы 14 и 15, парогенератор-теплообменник (ПГТ) 16, паровую турбину 17, конденсатор 18 и дымовую трубу 19. Таким образом, в КЦВГ-системе согласно настоящему изобретению объединенная генераторная установка содержит газовую турбину 13 и паровую турбину 17. В настоящем варианте осуществления газовая турбина 13 и паровая турбина 17 установлены на двух разных осях и имеется два электрогенератора 14 и 15. Однако возможно оборудовать генераторную установку с газовой турбиной 13 и паровой турбиной 17 на одной оси и с единственным электрогенератором.
[0049] При такой компоновке генераторной установки 5 сжатый воздух из компрессора 12, а также горючий газ из реактора 4 подают в камеру 11 сгорания. Горючий газ сгорает в камере 11 сгорания, а продукты сгорания поступают в газовую турбину 13. Последняя приводится во вращение продуктами сгорания, вращательное движение передается валом на компрессор 12 и электрогенератор 14, в результате чего компрессор 12 вырабатывает сжатый воздух, а электрогенератор 14 - электроэнергию.
[0050] Часть сжатого воздуха с выхода компрессора 12 подают в камеру 11 сгорания и газовую турбину 13 в качестве охлаждающей среды для конструкций, подвергающихся воздействию высокой температуры со стороны продуктов сгорания, таких как внутренняя стенка и сопло камеры 11 сгорания, крыльчатка и кожух газовой турбины 13.
[0051] Продукты сгорания, вращающие газовую турбину 13, истекают из нее и в качестве отходящих газов поступают в ПГТ 16. В ПГТ 16 остаточное тепло отходящих из газовой турбины 13 газов используется для превращения поступающей из конденсатора 18 воды в пар. Образующийся в конденсаторе 18 пар подают в паровую турбину 17, приводя ее во вращение. Вращательное движение паровой турбины 17 передается валом электрогенератору 15, который вырабатывает электроэнергию. Отработавший в паровой турбине 17 пар истекает в конденсатор 18, где его давление падает и он конденсируется. Отходящие из газовой турбины 13 газы, охлажденные отбором тепла в ПГТ 16, выпускают через дымовую трубу 19 в окружающую среду.
[0052] Ниже приводится описание отдельных подсистем, являющихся признаками КЦВГ-системы согласно настоящему варианту осуществления. Другими словами, ниже подробно описываются тракт А подачи газифицирующего агента (сжатого воздуха, в случае настоящего варианта осуществления) в газификатор 2, а также тракт В подачи горючего газа (топлива), очищенного в реакторе 4, в камеру сгорания.
[0053] В настоящем варианте реализации, как видно на фиг.1, атмосферный воздух поступает в качестве газифицирующего агента в осевой компрессор (нагнетатель) 21, а затем под повышенным давлением перетекает в тракт А подачи газифицирующего агента. Количество воздуха на этой стадии регулируют степенью открытия ВНА (входного направляющего аппарата) 27 второго запорно-регулирующего вентиля.
[0054] От тракта А подачи газифицирующего агента в точке Y ответвляется байпас D, а ниже по потоку в точке X имеется примыкание тракта С подачи кислорода, через которое вводят кислород, отделяемый устройством 22 сегрегации воздуха. Байпас D газифицирующего агента, ответвляющийся от тракта А, оснащен вентилем для регулирования отбираемого давления, т.е. первым запорно-регулирующим вентилем 23, а также отсечным вентилем 24.
[0055] Осевой компрессор 21 приводится во вращение своим валом, отдельным от вала газовой турбины 13 или паровой турбины 17. Также может быть предусмотрена установка компрессора на одном валу с газовой турбиной 13 или паровой турбиной 17. Кроме того, может быть предусмотрено, что запорно-регулирующий вентиль 23 также выполняет функции отсечного вентиля, что устраняет необходимость в установке вентиля 24.
[0056] Вентиль для регулирования расхода горючего газа, подаваемого в камеру 11 сгорания, т.е. третий запорно-регулирующий вентиль 25, установлен в тракте В подачи горючего газа, соединяющем реактор 4 с камерой 11 сгорания. Также тракт В подачи горючего газа оборудован отсечным вентилем (не показан), который определяет, можно ли регулировать расход горючего газа, подаваемого в камеру 11 сгорания.
[0057] Как описано выше, в тракте подачи газифицирующего агента традиционной компоновки, показанной на фиг.29, расход и давление газифицирующего агента, подаваемого в газификатор 102, регулируют запорно-регулирующим вентилем 118, установленным в тракте 117 подачи газифицирующего агента. Согласно настоящему варианту осуществления, напротив, расход и давление газифицирующего агента, подаваемого в газификатор 2, регулируют степенью открытия запорно-регулирующего вентиля 23 отбираемого давления, установленного в байпасе D газифицирующего агента, и степенью открытия входного направляющего аппарата (ВНА) запорно-регулирующего вентиля 27 на входе нагнетателя 21. По этой причине отпадает необходимость в установке запорно-регулирующего вентиля в тракте А подачи газифицирующего агента, что позволяет снизить потери давления в тракте А подачи газифицирующего агента на пути от осевого компрессора 21 к газификатору 2. Соответственно, можно значительно снизить давление на выходе осевого компрессора 21 по сравнению с традиционной компоновкой, в которой запорно-регулирующий вентиль устанавливают в тракте А подачи газифицирующего агента (см. фиг.29).
[0058] Ниже описывается устройство управления вышеописанной КЦВГ-системой и способ его работы со ссылками на фиг.2 - 6. Сначала описывается управление генераторной установкой 5 со ссылками на фиг.2 и фиг.3. Фиг.2 показывает основные элементы компоновки устройства управления газовой турбиной.
[0059] Как видно на фиг.2, устройство 30 управления турбиной управляет степенью открытия вентиля 25 настройки расхода, установленного в тракте В подачи горючего газа в камеру 11 сгорания. В непосредственной близости от газовой турбины 13 установлен (не показан) датчик температуры на крыльчатке (ДТК), измеряющий температуру отходящих газов турбины 13. Ниже по потоку в тракте отходящих газов установлен (не показан) датчик температуры отходящих газов (ДТО), измеряющий температуру в тракте отходящих газов.
[0060] Для указанных датчиков можно использовать, например, термопару. Показания ДТК и ДТО поступают в устройство 30 управления турбиной.
[0061] Также в устройство 30 управления турбиной поступают данные о мощности на паровой турбине 17 и мощности на выходе электрогенератора 15. Мощность на паровой турбине 17 можно рассчитать, например, по характеристикам пара на входе турбины.
[0062] Устройство 30 управления турбиной получает данные, описывающие эксплуатационное и тепловое состояние газовой турбины, и выдает на основе входного сигнала команду на изменение степени открытия вентиля настройки расхода горючего газа, подаваемого в камеру 11 сгорания. В качестве примера данных, описывающих вышеуказанное эксплуатационное состояние, можно назвать мощность на выходе электрогенератора 15, мощность на паровой турбине 17, скорость вращения газовой турбины 13 и подобные величины. В качестве примера данных, описывающих тепловое состояние, можно назвать температуру отходящих газов, температуру на крыльчатке и другие подобные величины.
[0063] Фиг.3 показывает блок-схему устройства 30 управления турбиной.
Сначала задатчик 35 осевой нагрузки задает требуемую выходную мощность, на основании которой вычисляют команду MWD на выработку мощности в соответствии с установленным темпом набора нагрузки (например, 3% в минуту). Сумматор 36 вычисляет команду GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной, вычитая выходную мощность паровой турбины из команды MWD. Команда GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной поступает в сумматор 37, а также в описанное ниже устройство 50 управления газификатором (см. фиг.4).
[0064] Мощность на газовой турбине, вычисляемую вычитанием мощности на паровой турбине из требуемой выходной мощности, подают на сумматор 37. Последний вычисляет расхождение, вычитая мощность на газовой турбине из команды GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной. Величина расхождения поступает в ПИ-регулятор 38, который вырабатывает команду LDCSO на набор нагрузки, такую, чтобы привести мощность на газовой турбине в соответствие с командой GT_MWD. Команда LDCSO на набор нагрузки поступает в селектор 39.
[0065] В дополнение к вышеуказанной команде LDCSO на набор нагрузки, в селектор 39 также поступают команда GVCSO на набор оборотов, вычисляемая по скорости вращения вала, команды EXCSO набора температуры отходящих газов и BPCSO набора температуры на крыльчатке, вычисляемые из соответствующих температур, а также команда FLCSO расхода топлива, вычисляемая из количества топлива. Селектор 39 выбирает управляющую команду с наименьшим значением и передает ее в качестве управляющей команды CSO на задатчик степени открытия, т.е. третий задатчик 40. Задатчик 40 степени открытия вентиля имеет таблично заданную зависимость степени открытия вентиля 25 настройки расхода от поступившей команды CSO. Задатчик 40 степени открытия вентиля вычисляет по таблице величину открытия, соответствующую поступившей от селектора 39 управляющей команде CSO, и выдает команду на изменение степени открытия вентиля настройки расхода. При вычислении степени открытия (т.е. расхода), соответствующей команде CSO, задатчик 40 использует перепад давления на вентиле 25 настройки расхода.
[0066] Ниже описывается управление газификатором 2 КЦВГ-системы с фиг.1 со ссылками на фиг.4 и фиг.5. Фиг.4 показывает основные элементы компоновки устройства управления газификатором 2.
[0067] Как видно на фиг.4, вентиль настройки подачи пылевидного угля в газификатор 2, т.е. четвертый запорно-регулирующий вентиль 41, установлен в тракте подачи угля, т.е. в тракте E подачи твердого топлива, соединяющем угольный бункер 1 с газификатором 2. В тракте В подачи горючего газа из газификатора 2 в камеру 11 сгорания генераторной установки 5, в непосредственной близости от выходного патрубка газификатора 2, установлен датчик 44 для измерения давления на выходе газификатора 2. Показания датчика 44 давления поступают в устройство 50 управления газификатором. Как описано выше, вентиль 23 настройки отбираемого давления установлен в тракте D подачи газифицирующего агента, а ВНА-вентиль 27 установлен на входе осевого компрессора 21.
[0068] Степенями открытия вентиля 41 настройки расхода угля, вентиля 23 настройки отбираемого давления и ВНА-вентиля 27 управляют посредством, соответственно, команды задания требуемого количества угля (твердого топлива), команды задания требуемого количества воздуха (горючего газа) и команды на изменение степени открытия ВНА, исходящих от устройства 50 управления газификатором.
[0069] На фиг.5 схематически показана компоновка устройства 50 управления газификатором. Как видно на фиг.5, команда GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной, отданная описанным выше устройством 30 управления турбиной, поступает на вход устройства 50 управления газификатором. В устройстве 50 команда GT_MWD поступает в задатчик 51 предварительной общей команды GID и вычислитель 52 поправки. Также на вход вычислителя 52 поправки можно подавать выходной сигнал задатчика 51 предварительной общей команды GID.
[0070] Задатчик 51 команды GID рассчитывает предварительную команду GID, такую, чтобы привести работу газификатора 2 в соответствие с нагрузкой газовой турбины 13. Например, задатчик 51 команды GID имеет таблично заданную зависимость команды GID от команды GT_MWD выработки мощности газовой турбиной и таким образом определяет табличным методом предварительную команду GID, соответствующую полученной от устройства 30 управления турбиной команде GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной.
[0071] Вычислитель 52 вычисляет поправку к вышеуказанной предварительной команде GID исходя, например, из соотношения между командой GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной и давлением в выходном патрубке газификатора.
[0072] А именно, вычислитель 52 поправки имеет таблично заданную зависимость давления в выходном патрубке газификатора 2 от команды GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной и определяет табличным способом величину выходного давления, соответствующего полученной от устройства 30 управления турбиной команде GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной, затем определяет отклонение между расчетным и фактическим давлением в выходном патрубке газификатора, т.е. отклонение ΔР по давлению, и передает последнюю величину в ПИ-регулятор и далее в сумматор 53 для внесения поправки.
[0073] Предварительную команду GID, поступившую от задатчика 51 команды GID складывают на сумматоре 53 с величиной, поступившей от вычислителя 52 поправки, получая таким образом общую команду GID. Общая команда GID газификатора поступает в задатчик требуемого количества угля, т.е. четвертый задатчик 54, в задатчик требуемого количеств воздуха, т.е. первый задатчик 51, и в задатчик степени открытия ВНА, т.е. второй задатчик 56.
[0074] Задатчик 54 требуемого количества угля имеет функциональный блок 541 с табличной зависимостью требуемого количества угля от общей команды GID. Функциональный блок 541 табличным способом определяет требуемое количество угля, отвечающее поступившей общей команде GID, и выдает соответствующую команду на задание требуемого количества угля.
[0075] Задатчик 55 требуемого количества воздуха имеет функциональный блок 551 с табличной зависимостью требуемого количества воздуха от общей команды GID. Функциональный блок 551 табличным способом определяет требуемое количество воздуха, отвечающее поступившей общей команде GID, и выдает соответствующую команду на задание требуемого количества воздуха.
[0076] Задатчик 56 степени открытия ВНА имеет функциональный блок 561 с табличной зависимостью требуемого количества воздуха от общей команды GID, а также функциональный блок 562 с табличной зависимостью степени открытия ВНА от требуемого количества воздуха. Функция, суммирующая функциональные части 561 и 562, может быть такой же, как функция блока 551. Функциональный блок 561 определяет требуемое количество воздуха, отвечающее общей команде GID, посредством вышеупомянутой или подобной таблицы, а затем функциональный блок 562 определяет отвечающую требуемому количеству воздуха степень открытия ВНА, выдавая соответствующую команду на изменение степени открытия ВНА.
[0077] Команда на задание требуемого количества угля, поступающая от задатчика 54, служит управляющей величиной для вентиля 41 настройки расхода угля, показанного на фиг.4, а непоказанное исполнительное устройство открывает вентиль 41 на некоторую степень исходя из этой величины, в результате чего имеет место настройка количества угля, поступающего в газификатор 2.
[0078] Команда на задание требуемого количества воздуха, поступающая от задатчика 55, служит в качестве команды на изменение степени открытия вентиля 23 настройки отбираемого давления.
[0079] А именно, вычисляют расхождение между командой на задание требуемого количества воздуха, поступающей от задатчика 55, и фактическим количеством, поступающим в газификатор 2, в результате чего открывают вентиль 23 на такую величину, чтобы устранить расхождение. Открытие вентиля 23 настройки отбираемого давления на указанную величину производится непоказанным исполнительным устройством, т.е. первым исполнительным устройством. При открытом на такую величину вентиле настройки отбираемого давления избыток сжатого воздуха, поступающего от осевого компрессора 21, перетекает в камеру 11 сгорания через вентиль 23, тогда как давление и расход газифицирующего агента, поступающего в газификатор 2, достигают требуемой величины.
[0080] Команда на изменение степени открытия ВНА, поступающая от задатчика 56, служит в качестве команды на изменение степени открытия ВНА-вентиля 27. ВНА-вентиль 27 открывается на указанную величину непоказанным исполнительным устройством, т.е. вторым исполнительным устройством, согласно поступившей команде на изменение степени открытия ВНА, в результате чего количество воздуха, поступающее в осевой компрессор 21, достигает требуемой величины.
[0081] На фиг.5 показаны три вышеуказанных задатчика, но, кроме того, могут быть предусмотрены задатчики для количества кислорода и сажи.
[0082] Как описано выше, КЦВГ-система, устройство управления и способ его работы согласно настоящему варианту осуществления предполагают, что предусмотрен байпас D газифицирующего агента, ответвляющийся от тракта А подачи газифицирующего агента, а давление и расход отбираемого в байпас агента регулируют вентилем 23 настройки отбираемого давления, что позволяет регулировать также расход и давление газифицирующего агента, поступающего в газификатор 2. Таким образом, поскольку отпадает необходимость устанавливать вентиль настройки расхода в тракте А подачи газифицирующего агента, можно снизить потери давления в тракте А подачи газифицирующего агента на пути от осевого компрессора 21 к газификатору 2. Следовательно, по сравнению с традиционной компоновкой (см. фиг.29), которая предполагает установку управляющего вентиля 118 в тракте А подачи газифицирующего агента, можно значительно понизить давление на выходе осевого компрессора 21.
[0083] Далее, как показано на фиг.1, байпас D газифицирующего агента примыкает к выходу компрессора 12, что позволяет использовать газифицирующий агент, отбираемый в байпас D, ответвляющийся от тракта А подачи газифицирующего агента, в качестве части воздуха, подаваемого на охлаждение камеры 11 сгорания и газовой турбины 13. Это позволяет понизить давление на выходе компрессора 12 и тем самым дополнительно повысить эффективность газовой турбины 13. В результате совокупную эффективность в рамках настоящего варианта осуществления можно повысить на несколько процентов по сравнению с традиционным способом. Такое же улучшение достигается и в рамках других вариантов осуществления, описанных ниже.
[0084] На фиг.6 показан график, отражающий способность генерирующей установки КЦВГ-системы согласно настоящему варианту осуществления реагировать на команду изменения нагрузки. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной - мощность на выходе, т.е. суммарная мощность электрогенераторов 14 и 15. Кривая а показывает мощность на газовой турбине, кривая b - мощность на паровой турбине, кривая с - мощность на выходе генераторной установки, а кривая d - команду MWD на выработку мощности. Как видно на этом графике, система способна весьма хорошо следовать команде MWD.
[0085] Второй вариант осуществления
Ниже описан второй вариант осуществления заявляемого изобретения. В КЦВГ-системе согласно вышеописанному первому варианту осуществления (см. фиг.1) вентиль 25 настройки подачи горючего газа в камеру 11 сгорания устанавливают в тракте В подачи горючего газа. КЦВГ-система согласно настоящему второму варианту осуществления отличается от первой тем, что вентиль 25 настройки расхода не устанавливают, что показано на фиг.7.
[0086] То есть, поскольку в КЦВГ-системе согласно настоящему варианту осуществления отсутствует вентиль 25 настройки расхода, подачу горючего газа в камеру 11 сгорания настраивают средствами управления газификатором 2. Ниже подробно описан способ управления КЦВГ-системой согласно настоящему варианту осуществления.
[0087] На фиг.8 показана компоновка устройства 50-1 управления газификатором согласно настоящему варианту осуществления. Как видно на фиг.8, устройство 50-1 управления газификатором на входе получает управляющую команду CSO от устройства 30 управления турбиной, и при этом устройство 50-1 содержит задатчик 60 для задания общей команды GID газификатора исходя из поступившей команды CSO, а также задатчик 54 требуемого количества угля, задатчик 55 требуемого количества воздуха и задатчик 56 степени открытия ВНА, которые выдают, соответственно, команду на задание требуемого количества угля, команду на задание требуемого количества воздуха и команду на изменение степени открытия ВНА исходя из общей команды GID газификатора, полученной от задатчика 60. Общая команда GID газификатора на этой схеме задается одним только задатчиком 60, однако для получения общей команды GID можно добавить сигнал поправки, рассчитываемый по давлению в газификаторе, подобно тому, как это делает вычислитель 52 поправки на фиг.5.
[0088] Задатчик 60 команды GID имеет таблично заданную зависимость общей команды GID газификатора от управляющей команды CSO, что позволяет табличным способом определить общую команду GID газификатора, соответствующую поступившей от устройства 30 управления турбиной управляющей команде CSO, после чего общая команда GID поступает в задатчики 54, 55 и 56. Так, сходно с вышеописанным первым вариантом осуществления, получают команду на задание требуемого количества угля, команду на задание требуемого количества воздуха и команду на изменение степени открытия ВНА исходя из общей команды GID газификатора, а затем открывают вентиль 41 настройки расхода угля, вентиль 23 настройки отбираемого давления и ВНА-вентиль 27 на степени, соответствующие этим командам, в результате чего подача угля и воздуха в газификатор 2, а также подача воздуха в осевой компрессор 21 достигают требуемых величин.
[0089] Как описано выше, КЦВГ-система, устройство управления и способ его работы согласно настоящему варианту осуществления предполагают, что подачу угля и газифицирующего агента в газификатор 2 устанавливают в зависимости от команды CSO, поступающей от устройства 30 управления турбиной. Управляющая команда CSO соответствует заданной величине подачи горючего газа в камеру 11 сгорания, в силу чего, управляя газификатором на основании команды CSO, можно так задать выход горючего газа из газификатора 2, что он будет отвечать команде на выработку мощности газовой турбиной в соответствующий момент времени. То есть согласно настоящему варианту осуществления, если вместо настройки расхода горючего газа вентилем 25 настраивать его средствами управления газификатором 2, сам вентиль 25 настройки расхода горючего газа становится ненужным, что упрощает конструкцию системы и позволяет повысить ее эффективность.
[0090] В КЦВГ-системе согласно настоящему варианту осуществления не требуется вентиль 25 настройки расхода горючего газа, а потому можно снизить потери давления в тракте В подачи горючего газа, что, в свою очередь, позволяет дополнительно снизить давление на выходе компрессора 12.
[0091] На фиг.9 показан график, отражающий способность генерирующей установки КЦВГ-системы согласно настоящему варианту осуществления реагировать на команду изменения нагрузки. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной - мощность на выходе, т.е. суммарная мощность электрогенераторов 14 и 15. Кривая a' показывает мощность на газовой турбине, кривая b' - мощность на паровой турбине, кривая c' - мощность на выходе генераторной установки, а кривая d' - команду MWD на выработку мощности. Как видно на этом графике, система способна следовать команде MWD не столь хорошо, как на графике для первого варианта осуществления, показанном на фиг.6, но вполне удовлетворительно.
[0092] Согласно настоящему варианту осуществления в устройстве 50-1 управления газификатором имеется задатчик 60 общей команды GID газификатора, соответствующей управляющей команде CSO, однако вместо этого может быть предусмотрено, что задатчик 60 команды GID является частью устройства 30 управления турбиной, и таким образом общая команда GID газификатора от задатчика 60 поступает на вход устройства управления газификатором.
[0093] Вышеприведенные варианты осуществления описаны применительно к дутьевому способу с воздушной смесью в качестве газифицирующего агента. Однако вместо этого можно использовать дутьевой метод с кислородом в качестве газифицирующего агента. В таком случае, как показано на фиг.10, тракт С подачи кислорода присоединен к входному патрубку осевого компрессора 21. Последний сжимает кислород, отделяемый устройством 22 сегрегации воздуха, повышает его давление для использования в качестве газифицирующего агента и подает в тракт А подачи газифицирующего агента. Расход и давление в тракте А подачи газифицирующего агента настраивают вентилем 23 настройки отбираемого давления в байпасе D газифицирующего агента и степенью открытия ВНА 27. При такой компоновке отпадает необходимость в установке запорно-регулирующего вентиля 26 (см. фиг.1) в тракте С подачи кислорода.
[0094] Ниже описаны модификации КЦВГ-системы, устройства управления и способа его работы согласно ранее описанным вариантам осуществления.
[0095] Первая модификация
В описанных выше вариантах осуществления задатчик 56 степени открытия ВНА, входящий в состав устройств 50 и 50-1 управления газификатором, может дополнительно содержать первый корректор 563 для введения поправки в команду на изменение степени открытия ВНА в сторону увеличения объема воздуха, подаваемого осевым компрессором 21, с учетом падения характеристик последнего в результате износа.
[0096] На фиг.11 схематически показана компоновка задатчика степени открытия ВНА согласно первой модификации настоящего изобретения. Как видно на фиг.11, первый корректор 563 содержит:
- сумматор 62, вычисляющий скорректированную величину требуемого количества воздуха, которая несколько ниже заданной, вычитая из требуемого количества, заданного на основании общей команды GID газификатора, уточненную величину, получаемую от генератора 61 сигнала, т.е. расхождение по расходу, необходимое для начала процедуры коррекции;
- сумматор 63, вычисляющий разность между скорректированной величиной требуемого количества воздуха и фактическим количеством газифицирующего агента, поступающего в газификатор 2;
- ПИ-регулятор 64 для вычисления поправки в степень открытия ВНА, такую, чтобы устранить расхождение, вычисленное сумматором 63.
Уточним, однако, что величина на выходе ПИ-регулятора 64 не может быть ниже нуля.
[0097] Поправку в степень открытия ВНА, получаемую от ПИ-регулятора 64, прибавляют на сумматоре 65 к степени открытия ВНА, отвечающему требуемому количеству воздуха, и выдают в качестве исполнительной команды на изменение степени открытия. Степенью открытия ВНА вентиля 27 управляют на основании указанной команды.
[0098] К примеру, по мере того, как эксплуатационные характеристики осевого компрессора 21 снижаются в результате износа или подобных причин, подача воздуха из осевого компрессора 21 в тракт А подачи газифицирующего агента падает. Соответственно, как описано выше, вводя поправку в команду на изменение степени открытия ВНА в сторону увеличения подаваемого в осевой компрессор 21 количества воздуха, с учетом его эксплуатационных характеристик, можно избежать недоподачи газифицирующего агента, обеспечив бесперебойную подачу газифицирующего агента в тракт А в достаточном количестве.
[0099] Предварительно заданную выходную величину генератора 61 сигнала вычитают на сумматоре 62 из требуемого количества воздуха по следующей причине. Если использовать непосредственно величину, заданную функциональным блоком 561, излишняя подача сжатого воздуха со стороны осевого компрессора 21 падает до нуля или возрастает, в результате чего вентиль 23 настройки отбираемого давления многократно открывается и закрывается.
[0100] На фиг.12 и фиг.13 показаны графики, отражающие работу первого корректора 563. На фиг.12 показано изменение подачи газифицирующего агента в тракт А в случае, если задатчик 56 степени открытия ВНА не оснащен первым корректором 563. На фиг.13 показано изменение подачи газифицирующего агента в тракт А в случае, если задатчик 56 степени открытия ВНА оснащен первым корректором 563. На этих графиках сплошной линией показан расход газифицирующего агента на входе в тракт А, тогда как пунктирной линией показано требуемое количество воздуха, поступающее от задатчика 56 степени открытия ВНА.
[0101] К примеру, если падение эксплуатационных характеристик осевого компрессора 21 происходит в момент времени Т, а также при условии отсутствия первого корректора 563, подача газифицирующего агента не соответствует требуемому количеству воздуха, как видно на фиг.12, имеет место недостаточная подача. Напротив, как видно на фиг.13, при наличии первого корректора 563, даже если падение эксплуатационных характеристик осевого компрессора 21 также происходит в момент времени Т, подача газифицирующего агента соответствует требуемому количеству воздуха и недостатка подачи не происходит.
[0102] Вторая модификация
В описанных выше вариантах осуществления задатчик 54 требуемого количества угля в составе устройств 50 и 50-1 управления газификатором может дополнительно содержать второй корректор 542 для введения поправки в вычисляемое из общей команды GID газификатора требуемое количество угля исходя из теплотворной способности угля, подаваемого в газификатор 2.
[0103] На фиг.14 схематически показана компоновка задатчика требуемого количества угля согласно второй модификации настоящего изобретения. Как видно на фиг.14, второй корректор 542, входящий в состав задатчика 54-1 требуемого количества угля, содержит
- задатчик 71 теплотворной способности, задающий теплотворную способность исходя из общей команды GID газификатора;
- сумматор 72 для вычисления расхождения между величиной на выходе задатчика 71 и фактической теплотворной способностью горючего газа, поступающего из газификатора 2;
- генератор 77 функции, определяющий, достаточно ли велико вычисленное сумматором 72 расхождение для начала процедуры коррекции;
- ПИ-регулятор 73 для вычисления скорректированной величины требуемого количества угля, такой, чтобы устранить указанное расхождение, в том случае, если генератор 77 функции определил, что расхождение достаточно велико для начала процедуры коррекции.
[0104] А именно, генератор 77 функции выдает ноль, если вычисленное сумматором 72 расхождение лежит в некотором наперед заданном диапазоне, либо выдает величину расхождения, если оно выходит за пределы диапазона. Величину поправки количества угля, полученную от пропорционально интегрального регулятора 73, прибавляют на сумматоре 74 к заданному требуемому количеству угля, вычисленному исходя из общей команды GID газификатора, получая таким образом скорректированную величину требуемого количества угля, т.е. исполнительную команду на задание требуемого количества угля. Может быть предусмотрено, чтобы команда на задание требуемого количества угля была увязана с командой на задание требуемой подачи воздуха в газификатор.
[0105] Так, в зависимости от теплотворной способности угля, вносят поправку в требуемое количество угля, рассчитанное исходя из общей команды GID газификатора, в результате чего, даже если теплотворная способность или свойства подаваемого в газификатор 2 пылевидного угля изменяются в связи с переходом на отопление другим сортом угля, можно стабилизировать теплотворную способность исходящего из газификатора 2 горючего газа. Следовательно, можно получить желаемую мощность на газовой турбине.
[0106] На фиг.15 и фиг.16 показаны графики, отражающие преимущества наличия второго корректора 542. На фиг.15 показано изменение теплотворной способности горючего газа в том случае, если задатчик 54 требуемого количества угля не оснащен вторым корректором 542. На фиг.16 показано изменение теплотворной способности горючего газа в том случае, если задатчик 54 требуемого количества угля оснащен вторым корректором 542. На этих графиках сплошной линией показана теплотворная способность исходящего из газификатора 2 горючего газа, а пунктирной линией - требуемая величина теплотворной способности горючего газа исходя из общей команды GID газификатора.
[0107] Как видно на фиг.15, в отсутствие второго корректора 542 фактическая теплотворная способность не соответствует заданной, тогда как на фиг.16 видно, что при наличии второго корректора 542 фактическая теплотворная способность реагирует на изменения заданной величины и соответствующим образом изменяется.
[0108] Третья модификация
Задатчик 54-1 требуемого количества угля, оснащенный вторым корректором 542, может дополнительно содержать, как показано на фиг.17, настроечный блок 74 для настройки поступающей от ПИ-регулятора 73 скорректированной величины требуемого значения угля сообразно нагрузке генератора.
[0109] К примеру, как видно на фиг.18, подача горючего газа согласно общей команде GID газификатора изменяется вместе с нагрузкой генератора. При этом, если теплотворная способность горючего газа неизменна, то чем выше нагрузка генератора, тем больше требуется горючего газа. Если же теплотворная способность изменяется, то чем она меньше, тем больше требуется газа, и чем выше растет нагрузка генератора, тем больше становится расхождение в подаче для высокой и низкой теплотворной способности.
[0110] В показанном на фиг.14 задатчике 54-1 требуемого количества угля в выходную величину с успехом вносят поправку на изменение теплотворной способности. Однако при такой коррекции, как видно на графике с фиг.18, кривая с тем же наклоном просто смещается вдоль вертикальной оси Y, т.е. изменяется только величина смещения, а величина поправки не зависит от нагрузки генератора.
[0111] Поэтому, как показано на фиг.17, второй корректор дополнительно оснащен настроечным блоком 74 для настройки поправки в требуемое количество угля согласно нагрузке генератора, что позволяет производить тонкую настройку требуемого количества угля с учетом как теплотворной способности, так и нагрузки генератора. А именно, второй корректор 542-1 принимает на входе команду GID газификатора и содержит настроечный блок 74, который содержит
- функциональный блок 75 для вычисления поправочного множителя исходя из общей команды GID газификатора и нагрузки генератора;
- умножитель 76 для перемножения величины поправки с выхода ПИ-регулятора 73 на поправочный множитель с выхода функционального блока 75.
Величина с выхода умножителя 76 поступает в сумматор 74 для вычисления окончательной величины поправки корректора 542-1. Настоящая модификация позволяет тонкое управление благодаря настройке величины поправки с учетом нагрузки генератора.
[0112] Четвертая модификация
В дополнение к вышеописанным первой, второй и третьей модификации предусмотрено расчетное устройство для оценки стабильности нагрузки генератора, причем если данное устройство оценивает нагрузку как установившуюся, могут быть приведены в действие, вместе или по отдельности, первый корректор 563 и второй корректор 542 или 542-1. Расчетное устройство вычисляет, к примеру, разницу между мощностью на газовой турбине и командой на выработку мощности газовой турбиной, и если расхождение не превышает некоторой наперед заданной величины в течение некоторого наперед заданного интервала времени, нагрузка расценивается как стабильная. На фиг.19 показан пример компоновки расчетного устройства.
[0113] Включение первого и второго корректоров только на периоды установившейся нагрузки позволяет снизить эксплуатационные риски.
[0114] Пятая модификация
В вышеописанном варианте осуществления, как показано на фиг.20, устройство управления газификатором оснащено
- сумматором 80 для добавления команды GIR-F форсировки по углю для разгона газификатора 2 согласно общей команде GID газификатора,
- сумматором 81 для добавления команды GIR-A форсировки по воздуху для разгона газификатора 2 согласно общей команде GID газификатора,
причем выходную величину сумматора 80 можно подать на вход задатчика 54 требуемого количества угля, а выходную величину сумматора 81 можно подать на вход задатчика 55 требуемого количества воздуха и задатчика 56 степени открытия ВНА. Команды GIR-F форсировки по углю и GIR-A форсировки по воздуху представляют собой управляющие величины, вычисляемые исходя из команды GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной или команды на выработку мощности генераторной установкой.
[0115] Так команды GIR-F и GIR-A форсировки, рассчитанные исходя из команды GT_MWD на выработку мощности газовой турбиной или из мощности генераторной установки, т.е. команды на выработку мощности, добавляют к общей команде GID газификатора для вычисления команды на задание требуемого количества угля, команды на задание требуемого количества воздуха и команды на изменение степени открытия ВНА, что позволяет газификатору 2 с опережением реагировать на изменения нагрузки. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить колебания выходной мощности, обусловленные замедленной реакцией паровой турбины 17, и на ранних сроках стабилизировать мощность на газовой турбине.
[0116] Шестая модификация
Как и в описанных выше вариантах осуществления, атмосферный воздух поступает в осевой компрессор 21, но в дополнение к этому на вход осевого компрессора можно подать часть сжатого воздуха с выхода компрессора 12, как показано на фиг.21. В этом случае ВНА-вентиль 27 (не показан) устанавливают между выходом компрессора 12 и входом осевого компрессора 21.
[0117] При такой компоновке осевой компрессор 21 забирает сжатый воздух из компрессора 12 для использования в качестве газифицирующего агента. Осевой компрессор 21 дополнительно повышает давление сжатого воздуха, а затем подает его в тракт А подачи газифицирующего агента. Часть газифицирующего агента, поданного в тракт А, перетекает по байпасу D к выходу компрессора 12.
[0118] В этом случае количество сжатого воздуха, забираемого осевым компрессором 21, настраивают командой на изменение степени открытия ВНА-вентиля 27 (не показан), поступающей от задатчика степени открытия ВНА. Задатчик степени открытия ВНА имеет таблично заданную зависимость, учитывающую характеристики компрессора 12, и табличным способом рассчитывает команду на изменение степени открытия ВНА-вентиля 27.
[0119] В рамках настоящей модификации часть воздуха из компрессора 12 возвращается и повторно используется, что позволяет снизить давление на выходе компрессора 12 и повысить эффективность газовой турбины 13.
[0120] Что же касается КЦВГ-системы согласно вышеописанному первому варианту осуществления, в случае забора атмосферного воздуха для использования в качестве газифицирующего агента работа осевого компрессора 21 не зависит от работы компрессора 12, поэтому по сравнению с забором сжатого воздуха из компрессора 12 преимущество ее состоит в более простом управлении. При этом весь сжатый воздух из компрессора 12 поступает в камеру 11 сгорания и газовую турбину 13, где может служить для поддержания горения в камере 11 сгорания, а также для охлаждения различных частей камеры 11 сгорания и газовой турбины 13.
[0121] Седьмая модификация
В данной модификации, как показано на фиг.22, осевой компрессор 21, компрессор 12, газовая турбина 13 и электрогенератор 14 установлены на одном валу. То есть, поскольку осевой компрессор 21 находится на одном валу с газовой турбиной 13, вращение последней передается через вал и приводит во вращение осевой компрессор 21. Может быть предусмотрено размещение осевого компрессора 21 на одном валу с паровой турбиной 17, в этом случае вращение последней будет через вал приводить в движение осевой компрессор 21. Наконец, если газовая турбина 13 и паровая турбина 17 установлены на одном валу, вращение обеих турбин через вал приводит в движение осевой компрессор 21.
[0122] При такой компоновке отпадает необходимость в установке электродвигателя для вращения осевого компрессора 21, что позволяет уменьшить габариты КЦВГ-электростанции.
[0123] Восьмая модификация
В описанных выше вариантах осуществления выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен ниже по потоку от выходного патрубка компрессора 12, однако может быть предусмотрено иное его расположение. Ниже описано несколько примеров обвязки байпаса с различным расположением выходного патрубка, каждый со ссылкой на соответствующий чертеж. Во всех описанных ниже примерах байпас D ответвляется от тракта А подачи газифицирующего агента в точке X, как в вышеописанных вариантах осуществления. Соответственно, фиг.23 - 28 показывают окрестности выходного патрубка байпаса D газифицирующего агента для каждого из описанных ниже примеров обвязки.
[0124] Первый пример обвязки байпаса газифицирующего агента
Первый пример обвязки байпаса 22 газифицирующего агента описан применительно к фиг.23. В настоящем примере выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен у входа камеры 11 сгорания. То есть выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен в тракте 7а подачи сжатого воздуха, который снабжает камеру 11 сгорания сжатым воздухом из компрессора 12 для поддержания горения. При таком расположении выходного патрубка газифицирующий агент из осевого компрессора 21, отобранный в байпас, можно использовать в качестве части воздуха, подаваемого в камеру 11 сгорания для поддержания горения.
[0125] Второй пример обвязки байпаса газифицирующего агента
Второй пример обвязки байпаса 22 газифицирующего агента описан применительно к фиг.24. В настоящем примере предусмотрен теплообменник 20 в тракте 13а подачи воды, который подает в ПГТ 16 воду из конденсатора 18. Предусмотрено, что отбираемый в байпас D газифицирующий агент поступает в теплообменник 20, отдает свое тепло воде, поступающей из конденсатора 18 в ПГТ 16, и истекает через дымовую трубу 19 или используется для охлаждения газовой турбины (не показано).
[0126] Таким образом, часть газифицирующего агента, разогретого до высокой температуры при повышении давления в осевом компрессоре 21, поступает в теплообменник 20 по байпасу D газифицирующего агента, его тепло отбирается водой из конденсатора 18, которая затем обращается в пар в ПГТ 16. Соответственно, бросовое тепло газифицирующего агента, разогретого до высокой температуры при повышении давления в осевом компрессоре 21, отбирается и обращается в движение паровой турбины 17, что повышает общую эффективность КЦВГ-системы.
[0127] Третий пример обвязки байпаса газифицирующего агента
Третий пример обвязки байпаса D газифицирующего агента описан применительно к фиг.25. В настоящем примере выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен у выхода ПГТ 16. То есть газифицирующий агент, отбираемый в байпас D, смешивается с отходящими газами, отдавшими свое тепло в ПГТ 16, и истекает через дымовую трубу 19. Здесь воздух, отобранный в байпас D из тракта А подачи газифицирующего агента с целью регулирования расхода и давления газифицирующего агента, подаваемого в газификатор 2, выпускается через дымовую трубу 19 вместе с отходящими газами.
[0128] Четвертый пример обвязки байпаса газифицирующего агента
Четвертый пример обвязки байпаса D газифицирующего агента описан применительно к фиг.26. В настоящем примере выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента размещен в тракте 8а подачи отходящих газов из газовой турбины 13 в ПГТ 16. То есть газифицирующий агент, разогретый до высокой температуры при повышении давления в осевом компрессоре 21, поступает в ПГТ 16 вместе с отходящими газами из турбины 13, где отдает свое тепло. Соответственно, в ПГТ можно увеличить расход жидкости для генерации подаваемого в паровую турбину 17 пара, что позволяет повысить общую эффективность КЦВГ-системы.
[0129] Предусмотрен параллельный основному байпас D' газифицирующего агента. Байпас D' ответвляется от тракта А подачи газифицирующего агента в точке X и, подобно байпасу D на фиг.24, примыкает к выходу ПГТ 16. Вентиль 23 настройки отбираемого давления и отсечной вентиль 24 расположены в байпасе D, который примыкает к тракту 8а подачи отходящих газов, тогда как отсечной вентиль 28 расположен в байпасе D', который примыкает к выходу ПГТ 16. То есть штатно отсечной вентиль 28 закрыт и газифицирующий агент не поступает в байпас D', в силу чего расход и давление газифицирующего давления, поступающего в газификатор 2 по тракту А, настраивают степенью открытия вентиля 23 настройки отбираемого давления в байпасе D.
[0130] Однако, если байпас D выходит из строя, во-первых, закрывают отсечной вентиль 24, перекрывая поступление газифицирующего агента в байпас D. Затем открывают отсечной вентиль 28, что позволяет агенту истекать в байпас D' и далее в окружающую среду вместе с отходящими газами через дымовую трубу 19.
[0131] Пятый пример обвязки байпаса газифицирующего агента
Пятый пример обвязки байпаса D газифицирующего агента описан применительно к фиг.27. Во-первых, как видно на фиг.27, паровая турбина 17 состоит из турбины 17Н высокого давления, турбины 17I среднего давления и турбины 17L низкого давления. Пар для вращения турбины 17Н высокого давления, турбины 17I среднего давления и турбины 17L низкого давления поступает из ПГТ 16. При этом пар, который образуется из воды, поступающей из конденсатора 18, подают на турбину 17L низкого давления, а пар с более высоким давлением подают на турбину 17I среднего давления. Далее, пар наивысшего давления подают на турбину 17Н высокого давления.
[0132] То есть при подаче пара из ПГТ 16 на турбину 17Н высокого давления, турбину 17I среднего давления и турбину 17L низкого давления отработавший в турбине 17Н высокого давления пар подогревают в ПГТ 16 и подают в турбину 17I среднего давления. Пар, отработавший в турбине 17I среднего давления, подогревают в ПГТ 16 и подают в турбину 17L низкого давления. Пар, отработавший в турбине 17L низкого давления, поступает в конденсатор 18 и конденсируется.
[0133] При наличии турбины 17Н высокого давления, турбины 17I среднего давления и турбины 17L низкого давления, как показано на фиг.27, выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен в средней части ПГТ 16. Соответственно, к примеру, байпас D может примыкать к тракту отходящих газов, отработавших на генерации пара для турбины 17Н высокого давления. Таким образом, часть газифицирующего агента из осевого компрессора 21 может быть подмешана к отходящим газам, которые отработали в ступени теплообменника и температура которых понизилась.
[0134] То есть, если выходной патрубок байпаса D газифицирующего агента расположен у входа ПГТ 16, как описано в четвертом примере, температура агента на выходе осевого компрессора 21, которая равна примерно 450-500°С, ниже температуры отходящих газов из турбины 13, которая равна примерно 600°С, что снижает тепловую эффективность. Однако согласно настоящему примеру за счет подмешивания к отработавшим в ПГТ 16 отходящим газам, температура которых ниже, можно увеличить расход теплоносителя без ущерба для эффективности теплообмена.
[0135] Как и в описанном выше четвертом примере (см. фиг.26), предусмотрен байпас D', ответвляющийся от тракта А подачи газифицирующего агента в точке X и параллельный байпасу D. Байпас D' снабжен отсечным вентилем 28 и также примыкает к выходу ПГТ 16. То есть, если байпас D выходит из строя, открывают отсечной вентиль 28, позволяя газифицирующему агенту истекать в байпас D' и далее через дымовую трубу 19 в окружающую среду.
[0136] Для настоящего примера была в явном виде показана компоновка паровой турбины 17 из турбины 17Н высокого давления, турбины 17I среднего давления и турбины 17L низкого давления, однако подразумевается, что такая компоновка может быть применена во всех описанных выше примерах и вариантах осуществления.
[0137] Далее, как показано на фиг.28, может быть предусмотрено, что байпас D', описанный для четвертого и пятого примеров, сочетается с различными вышеописанными вариантами байпаса D газифицирующего агента. Например, как показано на фиг.28, параллельные байпасы D и D' ответвляются в точке X тракта А подачи газифицирующего агента, и при этом байпас D примыкает к выходу осевого компрессора 21, а байпас D' примыкает к выходу ПГТ 16. То есть могут быть предусмотрены различные варианты обвязки байпасов D и D', как описано выше, причем обвязки могут проектироваться с опциональными их комбинациями с целью получения различных преимуществ.
[0138] Выше были описаны различные варианты осуществления и модификации КЦВГ-системы, устройства управления и способа его работы согласно настоящему изобретению, однако возможные варианты не ограничиваются описанными, но подразумевается, что могут быть созданы произвольные их комбинации.