一种改造的燃气-蒸汽联合循环机组及其控制方式的制作方法

一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组及其控制方式
技术领域
1.本发明涉及燃气
‑
蒸汽联合循环机组节能减排技术领域，尤其涉及一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组及其控制方式。


背景技术：

2.由于用电量随时间变化，电厂的发电负荷也会受电网调配而发生改变。对于燃气
‑
蒸汽联合循环发电机组，发电负荷由燃气轮机部分燃气推动燃气透平的做功量和余热锅炉部分蒸汽推动蒸汽透平的做功量提供。目前，各燃气
‑
蒸汽联合循环电厂在低负荷运行时，大多通过调整压气机入口导叶的旋转角度(igv角度)和燃烧室温度(t3)来控制燃气透平排气温度(t4)不变，以保证底循环的运行性能，使变工况的运行对整体机组的影响较小。但是调整igv角度的办法只适用于负荷变化在一定范围的情况：若压气机流量过低，则会造成压气机失速，降低机组效率和压气机压比，机组整体甚至可能会发生更严重的喘振。对于燃气
‑
蒸汽联合循环机组来说，由于燃气透平排烟用于余热锅炉，组成的管网容量更大，会使喘振时振动频率更低，振幅更大；若流量过高，则压气机会发生阻塞，致使压气机压比和效率下降。当叶型、叶片安装角度以及压气机转速确定时，压气机所能压缩的气体最大体积流量应该是固定的。而压气机效率定义为等熵压缩焓增和实际压缩焓增之比。可以想象，压气机效率影响了压气机输出体积流量。而叶片间由于流量变化而造成的气流与叶片脱流便是造成效率降低第的一个重要原因。本发明的主要思想是减缓燃气轮机在负荷变化中压气机体积流量的变化。
3.因此，如何提供一种能够更高效率、更有利安全运行的燃气
‑
蒸汽联合循环机组，在机组运行时使用冷却水对压气机进行水冷降温，减少压气机做功，降低压气机出口的温度；在机组低负荷运行时易发生喘振，成为本领域技术人员亟需解决的难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组，解决机组运行时压气机出口温度高，压气机耗功高；低负荷运行时易发生喘振，余热锅炉效率和燃机效率大幅降低的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组，包括燃气轮机部分和余热回收部分，所述燃气轮机部分包括烟气空气混合装置、压气机、燃烧室、燃气透平和排烟烟道，所述烟气空气混合装置的两个入口分别与再循环烟气回流管和大气进入管连通，所述烟气空气混合装置的出口通过管道与所述压气机的入口连接，所述燃烧室的两个入口分别与所述压气机的出口和燃气管道连接，所述燃烧室的出口通过管道与所述燃气透平的入口连接，所述燃气透平的出口与所述排烟烟道的入口连接；
7.所述余热回收部分包括过热器、水冷壁、省煤器和汽包，所述过热器、所述水冷壁和所述省煤器依次排布设置在所述排烟烟道的内部，所述省煤器的入口通过管道与补水管
连接，所述省煤器的出口通过管道连接在所述汽包的侧上方，所述水冷壁的进、出口分别与所述汽包的底部、侧面连接，所述过热器的入口通过管道连接在所述汽包的顶部，所述过热器的出口通过管道和汽轮机连接；所述压气机的转轴与所述燃气透平和发电机的转轴连接。
8.进一步的，所述压气机采用水冷静叶压气机，所述水冷静叶压气机设有燃气进出口和冷却水进出口，所述燃气进出口分别与所述烟气空气混合装置、所述燃气透平连接，所述冷却水进出口分别与补水管和汽包连接。
9.进一步的，所述水冷静叶压气机与所述补水管连接的管道上设有冷却水流量控制阀和冷却水流量测量装置。
10.进一步的，所述冷却水流量测量装置采用转子流量计。
11.进一步的，所述烟气空气混合装置与所述排烟烟道连接的管道上设有烟气流量测量装置和烟气流量控制阀，所述烟气流量控制阀上设有测温仪器。
12.进一步的，所述烟气流量测量装置采用超声流量计。
13.进一步的，所述烟气空气混合装置的出口设有测温仪器。
14.一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组控制方式，利用如上所述的改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组进行操作，具体包括以下步骤：
15.当机组高负荷运行时，操作如下：
16.启用所述水冷静叶压气机的水冷系统，打开冷却水流量控制阀。关闭所述烟气流量控制阀，使烟气再循环量为零。调节igv旋转角度，改变压气机入口空气流量以满足目标负荷。
17.在机组负荷需求较低时，操作如下：
18.步骤一：先对燃气
‑
蒸汽联合循环机组做一个初步的热力计算：根据烟气再循环量和压气机进气量以及各成分气体的性质来预估烟气的再循环量；
19.步骤二：根据热力计算结果开启所述烟气流量控制阀，使再循环烟气达到预估值，同时，对所述烟气空气混合装置出口气体温度进行测量；
20.步骤三：根据机组负荷降低情况，通过调整所述烟气流量控制阀，来控制烟气再循环流量，进而改变压气机入口气体温度，以致控制压气机压缩气体质量流量，最后达到控制燃气轮机输出功率的目的。
21.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
22.本发明改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组及其控制方式，包括包括燃气轮机部分和余热回收部分，所述燃气轮机部分包括烟气空气混合装置、压气机、燃烧室、燃气透平和排烟烟道，所述余热回收部分包括过热器、水冷壁、省煤器和汽包，首先，由于本发明针对燃气
‑
蒸汽联合循环机组的变工况运行，保证了压气机在变工况运行时的效率，减缓了流体分离叶片的情况。因此相对于现有机组，本发明提高了燃气
‑
蒸汽联合循环的效率。此外，现有机组低负荷运行时，由于流量降低，可能会出现压气机失速的情况，严重时可能会导致更严重的喘振情况。而本发明设计机组低负荷时将再循环烟气和入口空气混合，从而保证了压气机流量，降低了发生喘振的可能性，保障了燃气
‑
蒸汽联合循环机组变负荷运行时的安全性。同时，由于混合烟气后的空气在燃烧室燃烧时过量空气系数更低，因此，从理论上讲本发明所设计机组在低负荷运行时污染物nox排放会更低。本发明降低了低负荷运行时污染
物nox的排放，提高了燃气
‑
蒸汽联合循环的效率，降低了发生喘振的可能性，保障了燃气
‑
蒸汽联合循环机组变负荷运行时的安全性。
附图说明
23.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
24.图1为本发明改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组结构示意图；
25.附图标记说明：1、发电机；2、再循环烟气；3、烟气空气混合装置；4、大气进入管；5、压气机；6、燃烧室；7、冷却水流量测量装置；8、烟气流量测量装置；9、燃气透平；10、过热器；11、冷却水流量控制阀；12、烟气流量控制阀；13、水冷壁；14、测温仪器；15、汽包；16、省煤器；17、排烟烟道。
具体实施方式
26.如图1所示，一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组，包括燃气轮机部分和余热回收部分，所述燃气轮机部分包括烟气空气混合装置3、压气机5、燃烧室6、燃气透平9和排烟烟道17，所述烟气空气混合装置3的两个入口分别与再循环烟气回流管2和大气进入管4连通，所述烟气空气混合装置3的出口通过管道与所述压气机5的入口连接，所述燃烧室6的两个入口分别与所述压气机5的出口和燃气管道连接，所述燃烧室6的出口通过管道与所述燃气透平9的入口连接，所述燃气透平9的出口与所述排烟烟道17的入口连接；
27.所述余热回收部分包括过热器10、水冷壁13、省煤器16和汽包15，所述过热器10、所述水冷壁13和所述省煤器16依次排布设置在所述排烟烟道17的内部，所述省煤器16的入口通过管道与补水管连接，所述省煤器16的出口通过管道连接在所述汽包15的侧上方，所述水冷壁13的进、出口分别与所述汽包15的底部、侧面连接，所述过热器10的入口通过管道连接在所述汽包15的顶部，所述过热器10的出口通过管道和汽轮机连接；所述压气机5的转轴与所述燃气透平9和发电机1的转轴连接。
28.所述压气机5采用水冷静叶压气机，所述水冷静叶压气机设有燃气进出口和冷却水进出口，所述燃气进出口分别与所述烟气空气混合装置3、所述燃气透平9连接，所述冷却水进出口分别与补水管和汽包15连接。压气机5静叶叶片间的冷却流道根据燃气轮机型号进行设计，保证流道内流体为具有一定过冷度的冷却工质，冷却工质由给水提供，冷却水流入汽包15内。
29.所述水冷静叶压气机与所述补水管连接的管道上设有冷却水流量控制阀11和冷却水流量测量装置7。
30.所述冷却水流量测量装置7采用转子流量计。
31.所述烟气空气混合装置3与所述排烟烟道17连接的管道上设有烟气流量测量装置8和烟气流量控制阀12，所述烟气流量控制阀12上设有测温仪器14。
32.所述烟气流量测量装置8采用超声流量计。
33.所述烟气空气混合装置3的出口设有测温仪器。
34.汽包15的改造主要表现在冷却压气机静叶的冷却工质经过加热后流入汽包15，相对于现有汽包15会增加一个输入口。排烟烟道17的改造主要表现在在排烟烟道17合适位置处增加一个输出口。为了使进口烟气和空气混合均匀，设置有烟气空气混合装置3，且烟气
以一定旋转角度进入烟气空气混合装置3。
35.一种改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组控制方式，利用如上所述的改造的燃气
‑
蒸汽联合循环机组进行操作，具体包括以下步骤：
36.当机组高负荷运行时，操作如下：
37.启用所述水冷静叶压气机的水冷系统，打开冷却水流量控制阀11。关闭所述烟气流量控制阀12，使烟气再循环量为零。调节igv旋转角度，改变压气机5入口空气流量以满足目标负荷。
38.在机组负荷需求较低时，操作如下：
39.步骤一：先对燃气
‑
蒸汽联合循环机组做一个初步的热力计算：根据烟气再循环量和压气机5进气量以及各成分气体的性质来预估烟气的再循环量；
40.步骤二：根据热力计算结果开启所述烟气流量控制阀12，使再循环烟气达到预估值，同时，对所述烟气空气混合装置3出口气体温度进行测量；
41.步骤三：根据机组负荷降低情况，通过调整所述烟气流量控制阀12，来控制烟气再循环流量，进而改变压气机5入口气体温度，以致控制压气机5压缩气体质量流量，最后达到控制燃气轮机输出功率的目的。
42.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。