CN102518518A

CN102518518A - 燃料输送系统和燃机采用主燃料代替值班燃料的方法

Info

Publication number: CN102518518A
Application number: CN2011104461978A
Authority: CN
Inventors: 杨福忠; 弓颖晖; 安红梅; 陈文�
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种燃料输送系统和燃机采用主燃料代替值班燃料的方法。该燃料输送系统包括氮气管路(2-d)和高炉煤气切换管路(2-e)。该燃机采用主燃料代替值班燃料的方法包括：第一步骤，采用高炉煤气作为主燃料；将联合循环发电机组的燃机的热值设定值设定为一个范围；第二步骤，燃烧器(E)中，先点燃值班煤气和压缩空气的混合气体；然后高炉煤气再进入燃烧器(E)中被点燃；第三步骤，调节高炉煤气的热值变动范围控制在安全许可热值范围内；和第四步骤，当机组负荷升至操作功率时，关闭值班焦炉煤气管路(2-a)，打开氮气管路(2-d)和高炉煤气切换管路(2-e)。本发明降低了减热值氮气的消耗，取消了值班焦炉煤气的消耗，节约了成本。

Description

燃料输送系统和燃机采用主燃料代替值班燃料的方法

技术领域

本发明涉及一种联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，尤其是涉及一种联合循环发电机组的燃机采用高炉的副产品高炉煤气为燃料，取消或减少氮气和值班燃料(焦炉煤气)的消耗的方法。

背景技术

联合循环发电机组(CCPP)通常由燃气轮机(燃机)、蒸汽轮机、发电机组成。其工作过程为：从空气压缩机(空压机)排出的压缩空气输送到燃机的燃烧室中，同时从煤气压缩机(煤压机)排出的压缩燃料也输送到燃机的燃烧室中，得到混合气体；混合气体在燃机的燃烧室中燃烧，成为高温已燃气体，然后该高温已燃气体膨胀使燃气轮机做功，该功带动发电机旋转并产生电能；做功之后的已燃气体依然保持较高的温度，将其引入到回收锅炉中，将水加热成蒸汽，然后引入蒸汽轮机并膨胀做功，该功带动发电机旋转并产生电能。

以高炉煤气为主燃料的高炉煤气联合循环发电机组(CCPP)，由于其具有效率高、自动化程度高和节能减排效果显著的优势，近年来越来越受到各大钢厂的青睐。

高炉煤气联合循环发电机组燃机通常设计为：主燃料为高炉生产的副产品高炉煤气，焦炉煤气作为值班燃料，完成机组点火和启动，高炉煤气和焦炉煤气同时在机组正常运行时稳定燃烧。联合循环发电机组，例如M251S型燃机是在设计的热值下运行的，燃料气源(高炉煤气)进入机组前必须进行热值测量比较和调整过程。高炉煤气的热值的测量是通过热值仪在线检测，测量结果与燃机热值设定值进行比较，决定增热或减热。热值的调整通常是通过注入氮气降低热值或是通过加入焦炉煤气提高燃料的热值。

现有技术通常为低热值运行联合循环发电机组燃机，因此通常将燃机热值设定在较低、较窄的范围。然而，高炉冶炼工况产生变化会导致高炉煤气的热值发生非常大的变化，必须加入大量的氮气和焦炉煤气调整热值，才能满足机组燃机的热值设定值的设计要求，这样就需要消耗大量的氮气和焦炉煤气。同时，机组在正常运转以后值班燃烧系统还需要消耗高压焦炉煤气，例如M251S型燃机每小时需要消耗焦炉煤气1300m³/h。焦炉煤气和氮气的消耗增加了发电的成本，使机组的发电优势明显下降。

另外，值班燃料的连续使用，会造成采购、使用、维护成本的增加，且因该部分的故障原因导致主体设备故障在多个现场都有发生，据不完全统计，在机组故障停机的原因中值班燃料系统的故障原因引起的占到27％。

以三菱M251S型燃气轮机组为例：它的值班燃料系统一台燃机必须采用两台活塞式COG压缩机(一用一备)或一台引进型螺杆COG压缩机与之配套，也有采用三台(两用一备)活塞式压缩机的配置模式。但无论哪种模式，值班燃料的使用导致生产和维护成本都较高，而且设备的故障率也不低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服联合循环发电机组的燃机低热值运行时，需要消耗大量的氮气和焦炉煤气调整热值，机组在正常运转以后值班燃烧系统还需要消耗高压焦炉煤气的缺陷，提供了一种联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，降低了减热值氮气的消耗，取消了值班煤气的消耗，节约了成本。

本发明所要解决的另一个技术问题是克服机组在正常运转以后值班燃烧系统还需要消耗高压值班煤气的缺陷，提供一种燃料输送系统，取消了值班煤气的消耗，节约了成本。

本发明采用热值较高的副产高炉煤气，并提高机组的运行允许热值，将机组运行热值的设定值设定为一个范围，例如3090-3650kJ/Nm³。这样，由高炉冶炼产生的热值较高的副产高炉煤气无需进行热值调整，可以直接进入燃机做功发电，最终降低减热值氮气的消耗。在机组高热值下正常运转以后，通过采用本发明的燃料输送系统，采用高炉煤气代替值班煤气，退出值班煤气系统，达到取消值班煤气的消耗的目的，同时值班燃料的加压处理设备也可以退出运行，节约了电力的消耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案是，提供一种燃料输送系统，其包括值班焦炉煤气管路2-a，高炉煤气管路2-b和空气管路2-c，其中值班焦炉煤气管路2-a连接燃机燃烧器E的值班燃料喷嘴E-3，高炉煤气管路2-b连接燃机燃烧器E的主燃料喷嘴E-2，空气管路2-c连接燃机燃烧器E的燃烧筒E-4；该燃料输送系统进一步包括氮气管路2-d和高炉煤气切换管路2-e；其中高炉煤气切换管路2-e连接值班焦炉煤气管路2-a和高炉煤气管路2-b，氮气管路2-d连接值班焦炉煤气管路2-a。

前述的燃料输送系统，所述值班焦炉煤气管路2-a上设置有流量控制阀2-a-1和焦炉煤气隔离阀2-a-2，所述高炉煤气管路2-b上设置有高炉煤气隔离阀2-b-1、超速跳闸阀2-b-2和高炉煤气压缩机D，所述空气管路2-c上设置有空气压缩机A。

前述的燃料输送系统，所述氮气管路2-d上设置有氮气密封阀2-d-1，高炉煤气切换管路2-e上设置有高炉煤气供给阀2-e-1和高炉煤气过滤器2-e-2。

前述的燃料输送系统，所述值班焦炉煤气管路2-a上进一步设有焦炉煤气隔离阀2-a-3，焦炉煤气隔离阀2-a-3位于高炉煤气切换管路2-e和值班焦炉煤气管路2-a的连接点，与氮气管路2-d和值班焦炉煤气管路2-a的连接点之间。

本发明采用的第二技术方案是，提供一种联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，该方法包括，第一步骤，采用高炉煤气作为主燃料；将联合循环发电机组的燃机的热值设定值设定为一个范围，所述范围为C1～C2，C1为燃机允许热值，C2为115％燃机允许热值～118％燃机允许热值；第二步骤，燃烧器E中，先点燃值班煤气和压缩空气的混合气体；然后高炉煤气再进入燃烧器E中被点燃；第三步骤，采用向高炉煤气注入氮气，调节高炉煤气的热值变动范围控制在安全许可热值范围内，联合循环发电机组实现高热值运行；第四步骤，联合循环发电机组实现高热值运行后，当机组负荷升至操作功率时，关闭值班焦炉煤气管路2-a，打开氮气管路2-d和高炉煤气切换管路2-e，高炉煤气替代值班燃料进入值班燃料喷嘴E-3。

前述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，其特征在于，所述高炉煤气热值为3090-3770kJ/Nm³；所述C1～C2为3090-(3553-3650)kJ/Nm³。

前述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，第三步骤中，当高炉煤气热值高出C2+40kJ/Nm³时，向高炉煤气注入氮气，高炉煤气的热值开始降低，当热值降低低于C1-25kJ/Nm³时，停止氮气注入。

前述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，第四步骤中，将高炉煤气供给阀2-e-1打开，焦炉煤气隔离阀2-a-3关闭，然后将焦炉煤气隔离阀2-a-2和流量控制阀2-a-1关闭，接着将氮气密封阀2-d-1打开，这样值班焦炉煤气管路2-a关闭，氮气管路2-d和高炉煤气切换管路2-e打开，在焦炉煤气隔离阀2-a-3与焦炉煤气隔离阀2-a-2之间的管道上充满氮气，且高炉煤气替代值班燃料进入值班燃料喷嘴E-3。

前述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，在负荷达到调整规定值时开始打开IGV，每增加1MW负荷，IGV开度增加12.5％。

采用本发明的技术方案，至少具有如下有益效果：

1.机组的运行操作非常灵活方便，成本大幅度降低，并且诶机组对高炉煤气的适应性也明显增强。

2.机组实现高热值运行以后，不再需要进行调整降低热值，减热值氮气的消耗可以做到零，全年节约氮气约8640万m³，发电成本大大降低。

3.机组实现高热值运行以后，热值的调整可以根据实际高炉煤气的热值进行调整设定值来完成，避免了减热值或增热值隔离阀的频繁调整；也可以根据实际情况选择降低热值提高发电量的运行方式，对实际的运行提供了非常方便的手段措施。

4.机组实现零值班燃料运行模式以后，焦炉煤气彻底退出运行，全年可以节约焦炉煤气1040万，同时还节约了电费和设备的维护费用。

附图说明

图1是本发明IGV调整曲线。

图2是燃机燃烧器E的结构示意图。

图3是现有技术燃料输送系统结构示意图。

图4是本发明燃料输送系统结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。

目前，现有联合循环发电机组，例如日本三菱生产的M251型燃气轮发电组，以高炉副产品低热值高炉煤气为燃料进行发电，机组设计使用的高炉煤气热值范围比较窄，热值需要加入大量的氮气或焦炉煤气进行调整和修正，最终满足机组的热值需要。大量氮气和焦炉煤气的消耗大大增加了机组发电成本，而且在机组正常运行以后，还要消耗焦炉煤气作为值班燃料来稳定燃烧，这些都作为消耗计入机组的发电成本。

本发明旨在降低机组氮气和焦炉煤气的消耗，提高燃机的效益。具体的通过如下方式进行，

1、采用热值较高的副产高炉煤气，并提高机组的运行允许热值，将机组运行热值的设定值设定为一个范围，例如3090-3650kJ/Nm³。这样，由高炉冶炼产生的热值较高的副产高炉煤气无需进行热值调整，可以直接进入燃机做功发电，最终降低减热值氮气的消耗。

2、在机组高热值下正常运转以后切换到机组自身的高温高压高炉煤气代替值班煤气，退出值班煤气系统，达到取消值班煤气的消耗，同时值班燃料的加压处理设备也可以退出运行，节约电力的消耗。

首先说明一下本发明涉及的技术术语。本发明的“高炉冶炼”是指采用常规高炉将铁矿石(烧结矿、球团矿、生矿)在熔剂(石灰石、白云石)和燃料(煤、天然气、煤气)存在下还原成铁，并副产高炉煤气的过程。本发明“高炉煤气”是指高炉冶炼过程中得到的经过净化处理的副产高炉煤气，主要成分为：CO、CO₂、N₂、H₂、CH₄等，其中可燃成分CO含量约占25％左右，H₂、CH₄的含量很少，CO₂、N₂的含量分别占15％、55％。本发明“焦炉煤气”是指用炼焦用煤在常规炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的可燃性气体，其主要成分为：H₂和CH₄，其中H₂占55％～60％，CH₄占23％～27％。

下面详细说明一下本发明如何降低热值调整用氮气和焦炉煤气的消耗，实现机组的高热值运行。

第一步骤，采用高炉煤气作为主燃料；将联合循环发电机组的燃机的热值设定值设定为一个范围，所述范围为C1～C2，C1为燃机允许热值，C2为115％燃机允许热值～118％燃机允许热值。

联合循环发电机组的燃机是在设计运行热值的区间下运行，燃料气源进入机组前必须进行热值测量比较和调整过程。高炉煤气热值的测量是通过热值仪在线检测，测量结果与热值设定值进行比较，决定增热或减热。热值设定值在改造前为固定值，例如3090kJ/Nm³。热值的调整通过注入氮气降低热值或是通过加入焦炉煤气提高燃料的热值，例如当高炉煤气热值高出热值设定值+40kJ/Nm³时，注入氮气降低热值；当高炉煤气热值低于热值设定值-50kJ/Nm³时，加入焦炉煤气升高热值。

联合循环发电机组的燃机要实现高热值运行，首先要将机组热值的设定值由固定值改成调整值。将热值设定值设定为一个范围，为机组的运行操作提供了非常方便和灵活的条件，使得可以根据实际高炉煤气的热值随时对热值的设定值进行调整。

上述热值设定值设定的范围为C1～C2，其中C1为燃机允许热值，即联合循环发电机组的燃机出厂时指定的固定值；C2为115％燃机允许热值～118％燃机允许热值，即热值设定值由原来的固定值调成C1～C2范围，C2从原有固定值向上浮动15％-18％。C2设定的越高，高炉煤气允许使用的温度范围就越宽，这样使用的减热氮气就越少，成本就能得到降低。同时，提高C2需要考虑机组安全运行的要求，将热值设定值C2设定为至118％燃机允许热值以内，就能够保证机组安全运行。

以日本三菱重工株式会社生产的CCPP为例，其燃气轮型号为M251S。该联合循环发电机组的燃机，其现有技术热值设定值为3090kJ/Nm³，现在根据上述技术，将热值设定值修改为3090-(3553-3650)kJ/Nm³，这样高炉煤气允许使用的温度范围放宽，减少了减热氮气的使用。

第二步骤，采用向高炉煤气注入氮气，调节高炉煤气的热值变动范围控制在安全许可热值范围内，联合循环发电机组实现高热值运行。具体的，当高炉煤气热值高出C2+40kJ/Nm³时，减热值氮气隔离阀打开，向高炉煤气注入减热值氮气，高炉煤气的热值开始降低，当热值降低低于C1-25kJ/Nm³时，停止氮气注入，以将进入机组的高炉煤气的热值变动范围控制在安全许可热值范围内，例如2890-3770kJ/Nm³。

现有技术通常是注入焦炉煤气进行增加热值，其增加热值的逻辑是当实际来的高炉煤气热值低于设定值-50kJ/Nm³时，增热值焦炉煤气隔离阀打开，高炉煤气注入增热值焦炉煤气，高炉煤气的热值开始增加，当热值高于热值设定值+25kJ/Nm³时，停止焦炉煤气注入。本发明高热值运行联合循环发电机组以后，无需增热，节约了焦炉煤气的使用，降低了成本。

机组进行高热值运行后，为了保证机组能够安全高效运转，必须对部分有影响的参数进行必要的调整和修正，以适应高热值的运转，同时实现负荷能够在高热值工况下最大化。

优选的，在高热值运行联合循环发电机组过程中，对燃机进口可调导叶系统(IGV)设定参数进行修正。图1是IGV调整曲线，横坐标是燃机负荷，纵坐标是IGV角度。

在现有技术的低热值运行联合循环发电机组过程中，由于实际进入机组的煤气热值是控制在比较低的热值范围(可燃成分比例低)，燃烧需要的氧较低，同时燃烧后的温度较低，热部件需要的冷却空气也较少。因此，机组是在负荷达到规定值(例如M251S燃机为22MW)时开始打开IGV，随负荷增加IGV开度也递增，到最大负荷29MW时IGV开度增加到60％。所述负荷达到规定值是指热部件需要的冷却空气不能满足运行需求，需要打开IGV以增加空气的负荷。

在本发明中，当联合循环发电机组高热值运行后，具有如下变化：高炉煤气可燃成分比例提高，燃烧需要的氧量提高，燃烧后的温度较高，以及热部件需要的冷却空气也增加，这样就必须修改IGV参数，提高空燃比，增加掺烧的压缩空气量，即扩大空压机的进气流量。因此，该规定值需要向下调整(优选9-10MW)，这里称为“调整规定值”。机组在负荷达到调整规定值时开始打开IGV，随负荷增加IGV开度也递增，增加比例为每增加1MW负荷，IGV开度增加12.5％。例如M251S燃机为12MW时开始打开IGV，到负荷20MW时IGV开度增加到100％。

下面详细说明一下本发明联合循环发电机组高热值运行时，如何实现零值班燃料。

现有技术中联合循环发电机组正常运行时，值班燃料也在运行，这样每小时需要消耗大量的焦炉煤气。本发明在机组进行高热值运行时，燃烧工况相对稳定，能够退出值班燃料系统，用主燃料代替值班燃料，实现值班燃料的零消耗(简称零值班)。本发明联合循环发电机组实现值班燃料的零消耗后，会降低焦炉煤气的消耗，同时降低值班燃料加压的电力消耗。

下面说明一下燃机燃烧器的基本原理。如图2所示，燃机燃烧器E包括下列部分：点火栓E-1；主燃料喷嘴E-2；值班燃料喷嘴E-3；燃烧筒E-4；空气入口E-5，其中值班燃料喷嘴E-3设于主燃料喷嘴E-2的中心。如图5所示，现有燃料输送系统1包括：值班焦炉煤气管路1-a，高炉煤气管路1-b和空气管路1-c，其中值班焦炉煤气管路1-a连接燃机燃烧器E的值班燃料喷嘴E-3，高炉煤气高炉1-b连接燃机燃烧器E的主燃料喷嘴E-2，空气管路1-c连接燃机燃烧器E的燃烧筒E-4。值班焦炉煤气管路1-a上设置有流量控制阀1-a-1和焦炉煤气隔离阀1-a-2，高炉煤气管路1-b上设置有高炉煤气隔离阀1-b-1、超速跳闸阀1-b-2和高炉煤气压缩机D，空气管路1-c上设置有空气压缩机A。燃机燃烧器E连接透平B，透平B做功能够带动发电机C发电。

如图2和图3所示，现有技术燃料输送系统和燃烧器的工作原理为：燃机具备启动条件时，值班焦炉煤气管路1-a上的焦炉煤气隔离阀1-a-2和流量控制阀1-a-1打开，值班焦炉煤气送入到值班燃料喷嘴，并喷入燃烧器E的燃烧筒E-4。同时，空气经过空气压缩机A后得到的压缩空气进入到燃烧器E的燃烧筒E-4，值班焦炉煤气与压缩空气进行混合。点火栓E-1启动高压点火装置(图未示)进行点火，上述含有值班焦炉煤气与压缩空气的混合气体被点燃。然后，火焰检测装置(图未示)检测到火焰，则控制高炉煤气隔离阀1-b-1和超速跳闸阀1-b-2打开，高炉煤气经高炉煤气压缩机D后，通过主燃料喷嘴进入燃烧器E的燃烧筒E-4。由于值班焦炉煤气点燃后火焰前温度高于600℃以上，所以很容易直接将燃烧筒内的高炉煤气引燃，主燃料正式投入，且焦炉煤气继续参与稳定燃烧，随着高炉煤气量的增加燃机的转速开始升速，透平B做功能够带动发电机C发电。

下面说明一下现有技术中，需要焦炉煤气点燃高炉煤气后继续参与燃料燃烧的原因。现有技术是以低热值的高炉煤气为主燃料的联合循环发电机组，低热值的高炉煤气在燃烧过程中火焰保持不是很稳定，而且主燃料高炉煤气气源大都来源于钢厂的煤气管网，受高炉的工艺影响和管网的运行状况的影响，进入燃机的高炉煤气都会发生一些压力、温度、流量上的变化，最后导致燃机燃烧工况的变化，甚至产生灭火或其他的机组故障停机。因此，为了保证机组燃烧火焰稳定，不发生熄火和燃烧波动的故障，在值班燃料引燃主燃料高炉煤气后，继续参与燃料燃烧。

通常值班焦炉煤气首先要经过净化处理，以减少焦炉煤气中的萘、苯、硫和焦油的量，防止发生管道堵塞和对高温部件的金属腐蚀。

本发明在机组进行高热值运行时，燃烧工况相对稳定，因此能够退出值班燃料系统，用主燃料代替值班燃料，实现值班燃料零消耗(简称零值班)。

然而简单机械的只是切断值班燃料供应根本不能实现机组的安全运转，因为这样就会造成燃料从喷嘴倒灌到值班燃料环形管道内(图未示)发生回火爆燃事故，国内某钢厂就发生过由于值班焦炉煤气堵塞，切断焦炉煤气的供应而导致值班燃料环形管回火爆炸的实例。

因此，为了实现联合循环发电机组的零值班燃料，本发明提供了一种燃料输送系统。如图4所示，该燃料输送系统2与现有技术相同的部分包括：值班焦炉煤气管路2-a，高炉煤气管路2-b和空气管路2-c，其中值班焦炉煤气管路2-a连接燃机燃烧器E的值班燃料喷嘴E-3，高炉煤气管路2-b连接燃机燃烧器E的主燃料喷嘴E-2，空气管路2-c连接燃机燃烧器E的燃烧筒E-4。值班焦炉煤气管路2-a上设置有流量控制阀2-a-1和焦炉煤气隔离阀2-a-2，高炉煤气管路2-b上设置有高炉煤气隔离阀2-b-1、超速跳闸阀2-b-2和高炉煤气压缩机D，空气管路2-c上设置有空气压缩机A。

如图4所示，该燃料输送系统2与现有技术不同的部分包括：该燃料输送系统2进一步包括氮气管路2-d和高炉煤气切换管路2-e；其中高炉煤气切换管路2-e连接值班焦炉煤气管路2-a和高炉煤气管路2-b，氮气管路2-d连接值班焦炉煤气管路2-a。氮气管路2-d上设置有氮气密封阀2-d-1，高炉煤气切换管路2-e上设置有高炉煤气供给阀2-e-1和高炉煤气过滤器2-e-2。在值班焦炉煤气管路2-a上进一步设有焦炉煤气隔离阀2-a-3，焦炉煤气隔离阀2-a-3位于高炉煤气切换管路2-e和值班焦炉煤气管路2-a的连接点，与氮气管路2-d和值班焦炉煤气管路2-a的连接点之间。优选的，值班燃料环管部分(图未示)的材质要选用能耐高温的20G钢管，以适应高温高炉煤气。高炉煤气过滤器2-e-2选用常规高温气体过滤设备。

本发明燃机的点火过程和启动加速过程逻辑与现有技术模式相同。因此，如图4所示，燃机具备启动条件时，值班焦炉煤气管路2-a上的焦炉煤气隔离阀2-a-2和流量控制阀2-a-1打开，值班焦炉煤气送入到值班燃料喷嘴，并喷入燃烧器E的燃烧筒E-4。同时，空气经过空气压缩机A后得到的压缩空气进入到燃烧器E的燃烧筒E-4，值班焦炉煤气与压缩空气进行混合。点火栓E-1启动高压点火装置(图未示)进行点火，上述含有值班焦炉煤气与压缩空气的混合气体被点燃。然后，火焰检测装置(图未示)检测到火焰，则控制高炉煤气隔离阀2-b-1和超速跳闸阀2-b-2打开，高炉煤气经高炉煤气压缩机D后，通过主燃料喷嘴进入燃烧器E的燃烧筒E-4。由于值班焦炉煤气点燃后火焰前温度高于600℃以上，所以很容易直接将燃烧筒内的高炉煤气引燃，主燃料正式投入。完成机组的启动和并网(发电机并网就是通过发电机出口开关的合闸，把发电机和电网联接起来，让电能源源不断地输送出去)后，联合循环发电机组转入负荷控制模式，当负荷升至5MW时值班燃料控制模式手动或自动切换到零值班燃料模式上。此时高炉煤气供给阀2-e-1打开，焦炉煤气隔离阀2-a-3关闭，高炉煤气进入值班燃料系统，高炉煤气代替焦炉煤气。然后焦炉煤气隔离阀2-a-2和流量控制阀2-a-1关闭，氮气密封阀2-d-1打开，切断焦炉煤气的供给，同时在焦炉煤气隔离阀2-a-3与焦炉煤气隔离阀2-a-2之间的管道上充满高压氮气，隔离高炉煤气和焦炉煤气，防止阀门不严高炉煤气和焦炉煤气串通混合。

如果需要退出零值班燃料，在焦炉煤气压力达到额定压力时，如图4所示，焦炉煤气流量控制阀2-a-1向对应负荷阀位开度打开，焦炉煤气隔离阀2-a-2打开，高炉煤气供给阀2-e-1关闭，氮气密封阀2-d-1关闭，零值班燃料推出，值班焦炉煤气系统恢复运行。

本发明还设有事故状态零值班燃料模式自动退出连锁的逻辑，该逻辑为如下的任一条件：高炉煤气热值低于3090kJ/m³，燃机空压机入口温度低于零下12度；高炉煤气供给值班燃料过滤器差压高。

下面通过具体的实施例来阐述本发明，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。

以下实施例中CCPP机组由日本三菱重工株式会社生产，燃气轮型号为M251S。机组额定输出功率26.6MW。高炉煤气供气压力：9±2KPa，供气温度：35℃。

值班煤气压力2.2MPa，热值16700kJ/Nm³，供气温度40℃。

高压氮气压力2.4MPa。

空气经过空气压缩机A后压力：1.1-1.2MPa。

减热值氮气2.4MPa。

安全性实施例

在零值班燃料模式正是投运前，必须进行必要的安全试验，在机组恶劣工况下看机组零值班燃料模式运转是否是安全的，燃烧的震动是否超过机组容许的范围，是否会对机组造成损毁。零值班改造投运前需要进行以下试验：不同热值(高热值和低热值)下甩负荷试验和负荷摆动燃烧试验。

1.试验数据的采集要求

(1)100％负荷下试验

在100％负荷下投入零值班燃料运行模式，停送值班焦炉煤气，并将主燃料的热值从3600降到3090kJ/m³，采集在低热值情况下循环燃烧的振动以及BPT偏差是否在控制值以下。

(2)100％甩负荷试验

在100％负荷(26MW)下投入零值班燃料运行模式，停送值班焦炉煤气，并将主燃料的热值从3600kJ/m³降到3090kJ/m³，断开主电机并网开关41K，机组负荷降为零，低热值情况下循环燃烧振动以及BPT(叶片通道温度)偏差是否在控制值范围内，机组转速是否也在控制范围内。

同样的方法分别对75％负荷(21MW)、50％负荷(12MW)、25％负荷(7.5MW)、空负荷下投入零值班燃料运行模式，停送值班焦炉煤气，并将主燃料的热值从3600降到3090kJ/m³，确认机组的燃烧工况和BPT偏差是否在控制值范围内。

2.试验结果分析

通过以上实验内容的实施和现场试验的完成，以及数据的分析，确认机组在低热值3090kJ/m³的条件下停掉值班焦炉煤气以后，机组的运行速度在3300rpm以下，是可以正常运行的，因此确认机组的燃烧工况一切正常。BPT偏差在(-40)℃-30℃之间，认为零值班燃料试验取得成功，零值班燃料模式投入运行是安全的和可靠的。

正常运行实施例

以下实施例中CCPP机组由日本三菱重工株式会社生产，燃气轮型号为M251S。机组额定输出功率26.6MW。实施例所用高炉煤气其热值如表1所示。高炉煤气供气压力：9±2KPa，供气温度：35℃。

表1：5#高炉煤气的热值(kJ/Nm³)

值班煤气压力2.2MPa，热值16700kJ/Nm³，供气温度40℃。

高压氮气压力2.4MPa。

空气经过空气压缩机A后压力：1.1-1.2MPa。

减热值氮气2.4MPa。

实施例1高热值运行时零值班燃料

将联合循环发电机组的燃机的热值设定值范围C1-C2设定为3090-3650kJ/Nm³。然后，如图2和图4所示，值班焦炉煤气管路2-a上的焦炉煤气隔离阀2-a-2和流量控制阀2-a-1打开，值班焦炉煤气送入到值班燃料喷嘴E-3，并喷入燃烧器E的燃烧筒E-4。同时，空气经过空气压缩机A后得到的压缩空气进入到燃烧器E的燃烧筒E-4，值班焦炉煤气与压缩空气进行混合。点火栓E-1启动高压点火装置(图未示)进行点火，上述含有值班焦炉煤气与压缩空气的混合气体被点燃。

然后，火焰检测装置(图未示)检测到火焰，则控制高炉煤气隔离阀2-b-1和超速跳闸阀2-b-2打开，高炉煤气经高炉煤气压缩机D后，通过主燃料喷嘴进入燃烧器E的燃烧筒E-4，高炉煤气被引燃，主燃料正式投入。

当高炉煤气热值高出热值设定值+40kJ/Nm³时，减热值氮气隔离阀(图未示)打开，向高炉煤气注入减热值氮气，高炉煤气的热值开始降低，当热值降低低于热值设定值-25kJ/Nm³时，停止氮气注入。机组启动且并网，并且联合循环发电机组稳定高热值运行。

然后，机组转入负荷控制模式，当负荷升至5MW时将值班燃料控制模式切换到零值班燃料模式上。如图4所示，高炉煤气供给阀2-e-1打开，焦炉煤气隔离阀2-a-3关闭，高炉煤气进入值班燃料系统。然后焦炉煤气隔离阀2-a-2和流量控制阀2-a-1关闭，氮气密封阀2-d-1打开，切断焦炉煤气的供给，同时在焦炉煤气隔离阀2-a-3与焦炉煤气隔离阀2-a-2之间的管道上充满高压氮气，隔离高炉煤气和焦炉煤气。

机组在负荷12MW时开始打开IGV，每增加1MW负荷，IGV开度增加12.5％，到负荷20MW时IGV开度增加到100％。

机组进入零值班模式的稳定高热值运行后，空燃比为1.6∶1，机组的运行速度在3000rpm，BPT偏差在(-40)℃-30℃之间。

对比例1低热值运行

将联合循环发电机组的燃机的热值设定值设定为3090kJ/Nm³。如图2和图3所示，值班焦炉煤气管路1-a上的焦炉煤气隔离阀1-a-2和流量控制阀1-a-1打开，值班焦炉煤气送入到值班燃料喷嘴，并喷入燃烧器E的燃烧筒E-4。同时，空气经过空气压缩机A后得到的压缩空气进入到燃烧器E的燃烧筒E-4，值班焦炉煤气与压缩空气进行混合。点火栓E-1启动高压点火装置(图未示)进行点火，上述含有值班焦炉煤气与压缩空气的混合气体被点燃。然后，火焰检测装置(图未示)检测到火焰，则控制高炉煤气隔离阀1-b-1和超速跳闸阀1-b-2打开，高炉煤气经高炉煤气压缩机D后，通过主燃料喷嘴进入燃烧器E的燃烧筒E-4，高炉煤气被引燃，主燃料正式投入。机组在负荷22MW时开始打开IGV，到最大负荷29MW时IGV开度增加到60％。

当高炉煤气热值高出热值设定值+40kJ/Nm³时，减热值氮气隔离阀(图未示)打开，向高炉煤气注入减热值氮气，高炉煤气的热值开始降低，当热值降低低于热值设定值-25kJ/Nm³时，停止氮气注入。当高炉煤气热值低于热值设定值-50kJ/Nm³时，增热值焦炉煤气隔离阀(图未示)打开，高炉煤气注入增热值焦炉煤气，高炉煤气的热值开始增加，当热值高于热值设定值+25kJ/Nm³时，停止焦炉煤气注入。

联合循环发电机组稳定低热值运行后，机组的运行速度在3000rpm，BPT偏差在(-40)℃-30℃之间。

机组在低热值运行(对比例1)时，根据统计数据计算，平均小时消耗氮气1.08万m³，每年机组运行时间按8000小时计算，每立方氮气成本0.35元，那么全年消耗的氮气成本为：

10800×8000×0.35＝3024万元。

机组实现零值班运行(实施例1)时，每小时节约焦炉煤气1300m³，焦炉煤气热值17000kJ/m³，单价57元/GJ，全年节约：

1300×8000×17000×10^-6×57＝1007.76万元

值班焦炉煤气加压机通常2台运行1台备用，电机功率132KWh，值班燃料停运以后，加压机也停机备用，可节约电力132KWh×2，电价按0.50元/KWh计算，全年可节约电费：

132×2×8000×0.50＝105.6万元

综上所述，以上3项累加得：

3024+1007.76+105.6＝4137.36万元

机组实现主燃料代替值班燃料运行模式以后全年可以节约成本4137.36万元；

另外，设备的维护费用和劳动强度也明显降低，并避免了氮气加入产生的噪音污染。

Claims

1.一种燃料输送系统，其包括值班煤气管路(2-a)，高炉煤气管路(2-b)和空气管路(2-c)，其中值班煤气管路(2-a)连接燃机燃烧器(E)的值班燃料喷嘴(E-3)，高炉煤气管路(2-b)连接燃机燃烧器(E)的主燃料喷嘴(E-2)，空气管路(2-c)连接燃机燃烧器(E)的燃烧筒(E-4)；其特征在于，该燃料输送系统进一步包括氮气管路(2-d)和高炉煤气切换管路(2-e)；其中高炉煤气切换管路(2-e)连接值班煤气管路(2-a)和高炉煤气管路(2-b)，氮气管路(2-d)连接值班煤气管路(2-a)。

2.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其特征在于，所述值班煤气管路(2-a)上设置有流量控制阀(2-a-1)和焦炉煤气隔离阀(2-a-2)，所述高炉煤气管路(2-b)上设置有高炉煤气隔离阀(2-b-1)、超速跳闸阀(2-b-2)和高炉煤气压缩机(D)，所述空气管路(2-c)上设置有空气压缩机(A)。

3.根据权利要求1或2所述的燃料输送系统，其特征在于，所述氮气管路(2-d)上设置有氮气密封阀(2-d-1)，高炉煤气切换管路(2-e)上设置有高炉煤气供给阀(2-e-1)和高炉煤气过滤器(2-e-2)。

4.根据权利要求3所述的燃料输送系统，其特征在于，所述值班煤气管路(2-a)上进一步设有焦炉煤气隔离阀(2-a-3)，焦炉煤气隔离阀(2-a-3)位于高炉煤气切换管路(2-e)和值班煤气管路(2-a)的连接点，与氮气管路(2-d)和值班煤气管路(2-a)的连接点之间。

5.一种联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，该方法包括，第一步骤，采用高炉煤气作为主燃料；将联合循环发电机组的燃机的热值设定值设定为一个范围，所述范围为C1～C2，C1为燃机允许热值，C2为115％燃机允许热值～118％燃机允许热值；第二步骤，燃烧器(E)中，先点燃值班煤气和压缩空气的混合气体；然后高炉煤气再进入燃烧器(E)中被点燃；第三步骤，采用向高炉煤气注入氮气，调节高炉煤气的热值变动范围控制在安全许可热值范围内，联合循环发电机组实现高热值运行；和第四步骤，联合循环发电机组实现高热值运行后，当机组负荷升至操作功率时，关闭值班焦炉煤气管路(2-a)，打开氮气管路(2-d)和高炉煤气切换管路(2-e)，高炉煤气替代值班燃料进入值班燃料喷嘴(E-3)。

6.根据权利要求5所述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，其特征在于，所述高炉煤气热值为3090-3770kJ/Nm³；所述C1～C2为3090-(3553-3650)kJ/Nm³。

7.根据权利要求5或6所述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，其特征在于，第三步骤中，当高炉煤气热值高出C2+40kJ/Nm³时，向高炉煤气注入氮气，高炉煤气的热值开始降低，当热值降低低于C1-25kJ/Nm³时，停止氮气注入。

8.根据权利要求7所述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，其特征在于，第四步骤中，将高炉煤气供给阀(2-e-1)打开，焦炉煤气隔离阀(2-a-3)关闭，然后将焦炉煤气隔离阀(2-a-2)和流量控制阀(2-a-1)关闭，接着将氮气密封阀(2-d-1)打开，这样值班焦炉煤气管路(2-a)关闭，氮气管路(2-d)和高炉煤气切换管路(2-e)打开，在焦炉煤气隔离阀(2-a-3)与焦炉煤气隔离阀(2-a-2)之间的管道上充满氮气，且高炉煤气替代值班燃料进入值班燃料喷嘴(E-3)。

9.根据权利要求5-7任一项所述的联合循环发电机组的燃机采用主燃料代替值班燃料的方法，其特征在于，在负荷达到调整规定值时开始打开IGV，每增加1MW负荷，IGV开度增加12.5％。