一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃气轮机技术领域，具体而言，涉及一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统。


背景技术：

2.燃气轮机是一种利用高温燃气做功的设备，为保证燃气轮机透平部件的安全，日本三菱公司的燃气轮机透平转子采用透平冷却空气系统(tca系统)进行冷却，即利用高压给水来冷却压气机抽气，通过两个流量控制阀控制tca的冷却水流量及回收去向。由于燃气轮机从启动初期到带额定负荷之间，压气机抽汽温度是从低到高变化，造成tca冷却水出口温度及流量都有不同的要求，启动初期要求大流量低温度的tca冷却水，带负荷期间则要求高温度低流量的tca冷却水，因此，必须设计两路回水控制阀来调节流量，并在特定负荷时进行流量的切换。启动初期由于冷却水量需求大但温度低，将控制回至凝汽器的流量控制阀开启，回水流至凝汽器中，其热量被浪费。当燃气轮机带一定负荷后，tca系统出口的冷却水温度升高，为回收该部分热量，将回水切换至另一流量控制阀，回至高压汽包，该流量控制为开环控制，造成tca流量偏差较大，甚至因工况发生变化时，造成冷却水流量波动，导致机组跳闸。
3.同时，燃气轮机是以天然气为燃料的发电设备，为提高燃气轮机的效率，三菱公司的燃气轮机采用天然气加热系统(fgh系统)对燃料进行加热，即利用中压省煤器出口水作为加热天然气的热源，通过两个流量控制阀来控制fgh系统的加热水流量及回收去向。燃气轮机启动后，中压省煤器的出口温度较低，且凝结水加热器无法容纳该回水，于是需要开启控制回至凝汽器的流量控制阀，将回水输送至凝汽器，导致一部分热量被浪费。当燃气轮机负荷增加后，中压省煤器温度开始逐渐升高，为回收该部分热量，回水切换至另一流量控制阀，回至凝结水加热器。根据燃气轮机不同负荷设定流量控制阀不同的流量设定值，该设定也为开环设置，通常流量设置高于实际需求，增加了中压给水泵的耗电量。
4.上述燃气轮机中的tca系统、fgh系统采用的是两套系统，一套是用高压给水泵来水，一套是用中压给水泵来水，增加了厂用耗电量，且两个系统均比较复杂，回水都需要来回切换，且在流量切换的时候，经常会因流量阀问题造成流量大幅波动，甚至跳机。


技术实现要素：

5.本说明书提供一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
6.根据本说明书实施例，提供了一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统，所述系统包括：tca系统、fgh系统、中压给水输送管道、低压回水输送管道、流量控制阀、三通控制阀、天然气供气管道、第一输送管道、第二输送管道、第三输送管道、天然气进气管道、温度计；其中：
7.所述中压给水输送管道的一端连通中压给水泵的出水端，所述中压给水输送管道
的另一端连接于所述tca系统的进水端；所述tca系统的出水端与所述fgh系统的进水端之间相互连通；所述fgh系统的出水端连接有所述低压回水输送管道，所述低压回水输送管道连接至低压汽包；所述流量控制阀安装于所述低压回水输送管道上；
8.所述三通控制阀的进气端连通所述天然气供气管道，所述三通控制阀的两个出气端分别与所述第一输送管道、第二输送管道的一端相连通；所述第一输送管道的另一端连接于所述fgh系统的进气端；所述fgh系统的出气端连接所述第三输送管道；所述第二输送管道与所述第三输送管道汇合后共同与所述天然气进气管道相连通；所述天然气进气管道上安装有所述温度计。
9.可选地，所述系统还包括连接管道，所述tca系统的出水端与所述fgh系统的进水端之间通过所述连接管道相连通。
10.可选地，所述三通控制阀为自动三通温控阀。
11.进一步可选地，所述温度计的信号输出端与所述三通控制阀的信号输入端电连接。
12.可选地，所述流量控制阀为电动流量控制阀。
13.本说明书实施例的有益效果如下：
14.将tca系统、fgh系统组合成一套系统，充分利用tca冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，且冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，该系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，此外，组合之后的系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性。
15.本说明书实施例的创新点包括：
16.1、本实施例中，将tca系统、fgh系统组合成一套系统，简化了系统，降低了工程造价，是本说明书实施例的创新点之一。
17.2、本实施例中，该系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，是本说明书实施例的创新点之一。
18.3、本实施例中，系统中的冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，是本说明书实施例的创新点之一。
19.4、本实施例中，充分利用tca冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，是本说明书实施例的创新点之一。
20.5、本实施例中，组合之后的系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性，是本说明书实施例的创新点之一。
附图说明
21.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本说明书实施例提供的燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统的结构示意图；
23.图中，1为tca系统、2为fgh系统、3为中压给水输送管道、4为低压回水输送管道、5为流量控制阀、6为三通控制阀、7为天然气供气管道、8为第一输送管道、9为第二输送管道、10为第三输送管道、11为天然气进气管道、12为温度计、13为连接管道。
具体实施方式
24.下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.本说明书实施例公开了一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统。以下分别进行详细说明。
27.图1是示出了根据本说明实施例提供的一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统。如图1所示，所述系统包括：tca系统1、fgh系统2、中压给水输送管道3、低压回水输送管道4、流量控制阀5、三通控制阀6、天然气供气管道7、第一输送管道8、第二输送管道9、第三输送管道10、天然气进气管道11、温度计12；其中，所述中压给水输送管道3的一端连通中压给水泵(图中未示出)的出水端，所述中压给水输送管道3的另一端连接于所述tca系统1的进水端；所述tca系统1的出水端与所述fgh系统2的进水端之间相互连通；所述fgh系统2的出水端连接有所述低压回水输送管道4，所述低压回水输送管道4连接至低压汽包(图中未示出)；所述流量控制阀5安装于所述低压回水输送管道4上；所述三通控制阀6的进气端连通所述天然气供气管道7，所述三通控制阀6的两个出气端分别与所述第一输送管道8、第二输送管道9的一端相连通；所述第一输送管道8的另一端连接于所述fgh系统2的进气端；所述fgh系统2的出气端连接所述第三输送管道10；所述第二输送管道9与所述第三输送管道10汇合后共同与所述天然气进气管道11相连通；所述天然气进气管道11上安装有所述温度计12。
28.本实用新型实施例中燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统将tca系统1和fgh系统2组合成一套系统，简化了系统，降低了工程造价，充分利用tca冷却水的热量加热天然气，避免了热量的浪费，也无需流量控制的切换，解决了在流量切换时因流量阀造成的流量大幅波动甚至跳机的问题，提高了运行安全性。
29.组合后的tca系统1的冷却水从中压给水泵供给，利用中压给水泵从低压汽包抽水，并通过中压给水输送管道3将冷却水输送至tca系统1中，在tca系统1中冷却压气机抽气，之后，冷却水温度升高，进入进水端与tca系统1的出水端相连通的fgh系统2，在fgh系统2中加热天然气，换热完成之后再通过低压回水输送管道4输送回至低压汽包中，以此达成
一个闭式循环，热量都能被完全回收，提高了机组效率，在该组合系统中，只需在低压回水输送管道4上设置一个流量控制阀5，利用流量控制阀5调节低压回水输送管道4内的水流量，进而控制两个系统的水流量，无需进行流量切换，相对于独立的tca系统、fgh系统，省去了三套流量控制阀，简化了系统，降低了工程造价，也避免了流量切换时经常因流量阀问题造成流量大幅波动甚至跳机的情况，提高了运行安全。
30.在一个具体的实施例中，所述系统还包括连接管道13，所述tca系统1的出水端与所述fgh系统2的进水端之间通过所述连接管道13相连通，温度升高之后的冷却水通过连接管道13从tca系统1输送至fgh系统2中。优选的，所述流量控制阀5为电动流量控制阀，利用流量控制阀5自动控制低压回水输送管道4内的水流量，进而实现tca系统、fgh系统水流量的自动控制。
31.此外，在上述闭式循环的系统中，fgh系统2的天然气进气端采用三通控制阀6，利用三通控制阀6将通过天然气供气管道7输入系统的天然气进行分流，一部分经第一输送管道8输送至fgh系统2中进行加热，再将加热后的天然气通过第三输送管道10输送至天然气进气管道11中，另一部分直接经第二输送管道9输送至天然气进气管道11中，由此控制进入燃气轮机内天然气的温度，并由设置于天然气进气管道11上的温度计12实时监测进入燃气轮机的天然气温度。具体的，根据温度计12所测得的天然气温度以及预设的天然气温度值，通过三通控制阀6调节天然气的两路分流量，例如，当需要提升天然气进气管道11内天然气的温度时，调节三通控制阀6，将流向第一输送管道8的阀门开度调大，并将流向第二输送管道9的阀门开度调小，使得更多的天然气被加热，进而使第二输送管道9、第三输送管道10混合后的天然气温度升高，相反地，当需要降低天然气进气管道11内天然气的温度时，通过调节三通控制阀6，将流向第一输送管道8的阀门开度调小，并将流向第二输送管道9的阀门开度调大，使得更少的天然气被加热，进而降低第二输送管道9、第三输送管道10混合后的天然气温度。
32.进一步的，为了提高系统的安全性，并实现对各控制量的及时精准调节，所述三通控制阀6为自动三通温控阀，所述温度计12的信号输出端与所述三通控制阀6的信号输入端电连接。
33.其中，温度计12的信号输出端与三通控制阀6的信号输入端的电连接方式是现有技术，温度计12实时监测进入燃气轮机的天然气温度，并将所测得的天然气温度信号通信至自动三通温控阀中，即三通控制阀6，三通控制阀6将系统中预设的天然气温度与所接收的实际天然气温度进行比较，并根据两者之间的差值调节三通控制阀6的两个出气端的阀门开度，当实际的天然气温度低于系统预设的天然气温度时，自动控制调节三通控制阀6，使得从天然气供气管道7输送来的天然气更多的分流至第一输送管道8中，以加大天然气加热的比例，使更多的天然气被加热，进而提高混合后的天然气温度，以此反复调节，直至实际的天然气温度与系统预设的天然气温度差值控制在系统的预设差值范围内；当实际的天然气温度高于系统预设的天然气温度时，利用对三通控制阀6的调节，将更多的天然气分流至第二输送管道9中，以减小天然气加热的比例，使更多的天然气直接汇入天然气进气管道11中，降低混合后的天然气温度，以此反复调节，直至实际的天然气温度与系统预设的天然气温度差值控制在系统的预设差值范围内。
34.需要注意并理解的是，上述中“系统中预设的天然气温度”与“系统的预设差值范
围”均为根据燃气轮机的实际运行状况以及实际运行环境进行设定的。
35.综上所述，本说明书公开一种燃气轮机透平冷却及天然气加热一体的系统，将tca系统、fgh系统组合成一套系统，充分利用tca冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，且冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，该系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，此外，组合之后的系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性。
36.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
37.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。