用于燃气轮机的吹扫系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及燃气轮机的技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机的吹扫系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃气轮机是发电和驱动领域的核心设备，燃烧室是燃气轮机的核心部件，用于将燃料化学能转化为热能，推动涡轮做功。随着对燃气轮机功率需求的提高，燃烧室出口温度也相应逐渐提高。为了满足燃气轮机在全负荷范围内工作时对燃烧稳定性和污染物排放等指标的要求，燃烧室燃料的供应通常采用分级方式，在不同的负荷范围内采用不同的燃料供应方式。
3.燃机启动、负荷调节及停机的过程中，需根据负荷的变化切换不同的燃烧模态方案，控制各级喷嘴支路燃料的投入与关闭。在对应级喷嘴支路燃料控制阀门关断后，燃料控制阀后管路、燃料环管等管路容积内会存留燃料气。当燃料支路发生高温空气回流时，喷嘴出口的燃烧室内空气通过喷嘴进入这部分管路容积内，与燃料气形成掺混，极易发生危险，发生自燃、爆燃事故，对燃气轮机的燃料供应管路及燃烧器等部件造成损坏。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明实施例提出一种安全性能高、有利于提高燃气轮机燃烧稳定性的用于燃气轮机的吹扫系统。
6.本发明实施例还提出一种用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法。
7.根据本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统，所述燃气轮机具有燃烧器，所述吹扫系统包括燃料支路、气源组件、控制组件。所述燃料支路为多个，多个所述燃料支路与所述燃烧器连通，所述气源组件与多个所述燃料支路连通，所述气源组件用于向多个所述燃料支路输出惰性气体，以在所述燃烧器供应燃料前和燃料退出后对所述燃料支路进行吹扫，所述控制组件与所述气源组件和所述燃料支路连通，所述控制组件用于控制所述气源组件吹扫所述燃料支路。
8.根据本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统，可以通过气源组件向多个燃料支路内通入惰性气体，以在燃烧器供应燃料前和燃料退出后对燃料支路进行吹扫，从而可以对燃料支路内残留的燃料进行清理，避免了燃料支路内发生高温气体回流时，发生自燃、爆燃的危险，提高了燃气轮机使用时的安全性。
9.在一些实施例中，所述控制组件包括调压装置，所述调压装置设于所述气源组件和所述燃料支路之间，所述调压装置可以根据所述燃气轮机的运行负荷和/或燃烧模态调节所述气源组件的供气量和所述燃料支路的气压。
10.在一些实施例中，所述控制组件还包括吹扫开关阀，所述吹扫开关阀为多个，多个所述吹扫开关阀分别设于多个所述燃料支路上，所述吹扫开关阀用于控制所述燃料支路的
通断。
11.在一些实施例中，所述控制组件还包括流量检测装置，所述流量检测装置为多个，多个所述流量检测装置分别设于所述燃料支路上，所述流量检测装置用于检测所述燃料支路的惰性气体的流量。
12.在一些实施例中，所述控制组件还包括压力检测装置，所述压力检测装置为多个，多个所述压力检测装置分别设于所述燃料支路上，所述压力检测装置用于检测所述燃料支路内的压力。
13.在一些实施例中，所述惰性气体为氮气。
14.根据本发明的另一实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法，采用上述实施例中任一项所述的用于燃气轮机的吹扫系统，所述控制方法包括：
15.在燃气轮机启动前，通过所述气源组件对多个所述燃料支路进行吹扫；
16.在燃烧模态切换第一预设时间之后，所述控制组件控制所述燃料支路上的吹扫开关阀以第一预设速度开启，以投入第一预设体积的惰性气体对所述燃料支路进行吹扫；
17.在所述燃料支路吹扫结束后，所述控制组件控制所述燃料支路上的吹扫开关阀以第二预设速度关闭。
18.根据本发明的另一实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法，可以通过气源组件向多个燃料支路内通入惰性气体，以在燃烧器供应燃料前和燃料退出后对燃料支路进行吹扫，从而可以对燃料支路内残留的燃料进行清理，避免了燃料支路内发生高温气体回流时，发生自燃、爆燃的危险，提高了燃气轮机使用时的安全性。
19.在一些实施例中，所述第一预设速度大于所述第二预设速度。
附图说明
20.图1是本发明实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的示意图。
21.图2是本发明实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法的各级燃料支路的启闭示意图。
22.附图标记：
23.1、燃料支路；11、cp级燃料支路；12、c级燃料支路；13、o1级燃料支路；14、o2级燃料支路；15、a级燃料支路；16、op级燃料支路；
24.2、气源组件；
25.3、控制组件；31、调压装置；311、调压阀；32、吹扫开关阀；33、流量检测装置；34、压力检测装置。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下面参考附图1和图2描述根据本发明实施例的用于燃气轮机的吹扫系统及其控制方法。
28.如图1所示，本发明实施例的用于燃气轮机的吹扫系统，燃气轮机具有燃烧器，用于燃气轮机的吹扫系统包括：燃料支路1、气源组件2和控制组件3。燃料支路1为多个，多个
燃料支路1与燃烧器连通，气源组件2与多个燃料支路1连通，气源组件2用于向多个燃料支路1输出惰性气体，以在燃烧器供应燃料前和燃料退出后对燃料支路1进行吹扫，控制组件3与气源组件2和燃料支路1连通，控制组件3用于控制气源组件2吹扫燃料支路1。
29.根据本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统，可以通过气源组件2向多个燃料支路1内通入惰性气体，以在燃烧器供应燃料前和燃料退出后对燃料支路1进行吹扫，从而可以对燃料支路1内残留的燃料进行清理，避免了燃料支路1内发生高温气体回流时，发生自燃、爆燃的危险，提高了燃气轮机使用时的安全性。
30.可选地，惰性气体为氮气，可以提高了燃气轮机使用时的安全性。
31.在一些实施例中，如图1所示，控制组件3包括调压装置31，调压装置31设于气源组件2和燃料支路1之间，调压装置31可以根据燃气轮机的运行负荷和/或燃烧模态调节气源组件2的供气量和燃料支路1的气压。可以理解的是，调压装置31可以为调压阀311，本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统可以通过调压阀311对气源组件2的吹扫压力和供气量进行调节，并且调压装置31的开度通过控制组件3进行实时控制，以根据燃气轮机的不同负荷和对应的燃烧模态设计来计算氮气吹扫供气压力和所需气量。另外，调压装置31需同时对阀位信号进行反馈，在阀位故障时及时报警，以提高燃气轮机运行的可靠性。
32.具体地，如图1所示，燃料支路1的管道入口与调压装置31的出口相连，燃料支路1的管道出口与燃料支路1的环管入口相连。各级燃料支路1上可以设置有用于控制氮气吹扫通断的截流元件、流量测量装置和相应仪表测点，从而进一步地提高了燃气轮机吹扫时的可靠性和准确性。
33.在一些实施例中，如图1所示，控制组件3还包括吹扫开关阀32，吹扫开关阀32为多个，多个吹扫开关阀32分别设于多个燃料支路1上，吹扫开关阀32用于控制燃料支路1的通断。可以理解的是，燃料支路1的控制系统控制吹扫开关阀32开启和关闭，从而在燃气轮机燃烧模态调节的过程中，对应的燃料支路1燃料投入前(燃料支路1的燃料控制阀开启前)和燃料退出后(燃料支路1的燃料控制阀关闭后)均需投入燃料控制阀至喷嘴前管路容积一定倍数的吹扫体积进行氮气置换。吹扫开关阀32需可控制缓慢开启，以防止对燃烧模态切换过程中燃烧稳定性带来影响。吹扫开关阀32需可控制快速关闭，以减少对燃烧模态切换后续控制的影响。
34.进一步地，如图1所示，控制组件3还包括流量检测装置33，流量检测装置33为多个，多个流量检测装置33分设于多个燃料支路1上，且多个流量检测装置33与多个燃料支路1一一对应。流量检测装置33用于检测燃料支路1的惰性气体的流量。控制组件3还包括压力检测装置34，压力检测装置34为多个，多个压力检测装置34分别设于燃料支路1上，多个压力检测装置34与多个燃料支路1一一对应。压力检测装置34用于检测燃料支路1内的压力。
35.可以理解的是，对应的各级燃料支路1氮气吹扫流量受吹扫供气压力控制，吹扫供气压力过大会导致对应的燃料支路1的喷嘴出口吹扫氮气流速较高，向火焰根部高速吹扫会对燃烧稳定性造成不利影响。而吹扫供气压力过低会导致从气源组件2的出口至燃料支路1的喷嘴出口可用压差过小，无法形成有效流动，同时由于燃气轮机燃烧室内存在燃烧振荡，燃料喷嘴出口压力存在一定程度的波动，故需通过流量检测装置33和压力检测装置34实时监控对应的各级燃料支路1吹扫气流量与燃料环管前压力等值，若超限时则进行报警，以提高燃气轮机运行时的可靠性。
36.如图1和图2所示，根据本发明的另一实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法，采用本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统，控制方法包括：
37.在燃气轮机启动前，通过气源组件2对多个燃料支路1进行吹扫；
38.在燃气轮机达到点火转速时，通过多个燃料支路1投入燃料进行点火；
39.在燃气轮机点火成功后，将燃料支路1的燃料阀门关闭；
40.在燃烧模态切换开始第一预设时间之后，控制组件3控制燃料支路1上的吹扫开关阀32以第一预设速度开启，以投入第一预设体积的惰性气体对燃料支路1进行吹扫；
41.在燃料支路1吹扫结束后，控制组件3控制燃料支路1上的吹扫开关阀32以第二预设速度关闭。
42.根据本发明的实施例的用于燃气轮机的吹扫系统的控制方法，可以通过气源组件2向多个燃料支路1内通入惰性气体，以在燃烧器供应燃料前和燃料退出后对燃料支路1进行吹扫，从而可以对燃料支路1内残留的燃料进行清理，避免了燃料支路1内发生高温气体回流时，发生自燃、爆燃的危险，提高了燃气轮机使用时的安全性。
43.在一些实施例中，第一预设速度大于第二预设速度。可以理解的是，吹扫开关阀32需缓慢开启，以防止对燃烧模态切换过程中燃烧稳定性带来影响。吹扫开关阀32需快速关闭，以减少对燃烧模态切换后续控制的影响，从而可以提高燃气轮机工作时的可靠性。
44.在一些具体的实施例中，如图1和图2所示，多个燃料支路1包括有六条，具体为cp级燃料支路11、c级燃料支路12、o1级燃料支路13、o2级燃料支路14、a级燃料支路15和op级燃料支路16。例如，图2所示为燃气轮机启动过程中对应的吹扫系统的各燃料支路1的氮气吹扫开关的控制方法示意图。
45.s1：燃气轮机启动前，对六条燃料支路1清吹，调压阀311开启至设定开度，六条燃料支路1的吹扫开关阀32缓慢打开，投入燃料控制阀至燃料喷嘴间管路容积一定倍数的吹扫氮气进行燃料投入前吹扫，吹扫结束后调压阀311和六条燃料支路1的吹扫开关阀32快速关闭；
46.s2：燃气轮机达到点火转速后，cp级燃料支路11、c级燃料支路12、o1级燃料支路13、op级燃料支路16投入燃料进行点火；点火成功后，c级燃料支路12的燃料控制阀门关闭，一段时间后，调压阀311打开至设定开度，c级燃料支路12的吹扫开关阀32缓慢开启，投入燃料控制阀至燃料喷嘴间管路容积一定倍数体积的氮气进行置换，吹扫结束后调压阀311与c级燃料支路12的吹扫开关阀32快速关闭；
47.s3：燃气轮机在cp级燃料支路11、o1级燃料支路13和op级燃料支路16共同工作的情况下进行升负荷，到达10％负荷后，调压阀311打开至设定开度，c级燃料支路12的吹扫开关阀32缓慢打开，进行一定体积的燃料投入前氮气吹扫，吹扫结束后关闭。吹扫开关阀32完全关闭一段时间后，c级燃料支路12的燃料控制阀打开，投入燃料，燃烧模态切换完成后与cp级燃料支路11、o1级燃料支路13和op级燃料支路16共同工作；
48.s4：燃气轮机升负荷到达30％负荷后，调压阀311打开至设定开度，o2级燃料支路14的吹扫开关阀32缓慢打开，进行一定体积的燃料投入前氮气吹扫，吹扫结束后关闭。o2级燃料支路14吹扫开关阀32完全关闭一段时间后，o2级燃料支路14的燃料控制阀打开投入燃料，燃烧模态切换完成后，c级燃料支路12、cp级燃料支路11、op级燃料支路16和o2级燃料支路14共同工作；o1级燃料支路13的燃料控制阀关闭一段时间后，o1级燃料支路13的吹扫开
关阀32打开，进行燃料退出后氮气吹扫，吹扫结束后关闭；
49.s5：燃气轮机升负荷到达50％负荷后，调压阀311打开至设定开度，o1级燃料支路13的吹扫开关阀32缓慢打开，进行一定体积的燃料投入前氮气吹扫，吹扫结束后关闭。o1级燃料支路13的吹扫开关阀32完全关闭一段时间后，o1级燃料支路13的燃料控制阀打开投入燃料，燃烧模态切换完成后，cp级燃料支路11、c级燃料支路12、o1级燃料支路13、o2级燃料支路14和op级燃料支路16共同工作；
50.s6：燃气轮机升负荷至基本负荷后，燃气轮机向低污染模式切换，cp级燃料支路11与op级燃料支路16的燃料控制阀门完全关闭一段时间后，调压阀311打开至设定开度，cp级燃料支路11与op级燃料支路16的吹扫开关阀32缓慢打开，进行燃料退出后吹扫，吹扫结束后关闭；只有c级燃料支路12、o1级燃料支路13和o2级燃料支路14共同工作。
51.本发明实施例的燃料轮机吹扫系统的控制方法采用六级燃料支路1，进而可以根据不同的燃烧模式进行燃料的开启或关闭，满足各级燃料支路1燃料投入前与退出后需不断吹扫的控制需求，且不影响后续其他控制动作，实用性较好。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。