CN104863717B - 用于燃气轮机燃料切换的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法和系统，该方法中，在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。这样一方面，能够使控制阀在非线性阀位的时间大大缩短，降低了控制的不确定性，能够通过普通的控制阀实现对燃料的正常切换。另一方面，降低了切换时间。

Description

用于燃气轮机燃料切换的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法和系统。

背景技术

燃料的多适应性一直是燃气轮机的一项重要关键技术，但由于部分燃料的热值较低，使得工业发电用燃气轮机有时需要利用高热值燃料启动，然后再切换到低热值燃料下，再进行长期满负荷运行。在这些燃料切换过程中，以气体燃料之间的切换最为困难，特别是气体燃料之间热值、体积相差越大，其切换过程越容易燃烧不稳定，因此如何进行不同气体燃料之间的平稳切换，保证切换过程燃烧稳定不熄火一直是燃气轮机控制设计的难点。一般的气体燃料切换的流程如图1所示，首先通过控制阀关闭#2燃料，供应#1燃料，燃气轮机通过燃烧#1燃料启动到部分负荷，然后再开始逐步开启#2燃料的控制控制阀，同时逐步关小#1燃料的控制阀，直到最终#1燃料停止供应，#2燃料供应稳定，最后再持续增加#2燃料使燃气轮机工作到满负荷。

现有的气体燃料切换过程通常为线性切换，即#1燃料和#2燃料以相同的速率分别增加和减少。这种气体燃料切换控制对燃料控制控制阀的选型提出了极高的要求，为了在燃料低流量阶段对燃料的流量进行精确的控制，需要控制阀具有很好的线性度，而具有很好的线性度的控制阀成本较高且难以实现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能够通过普通的控制阀实现对燃料的正常切换的方法。

本发明提供了一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法，该方法包括：

在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

进一步的，该方法还包括：在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。

进一步的，在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。

进一步的，所述方法还包括：

在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

进一步的，所述最大非线性阀位为对应控制阀最大阀位的10％。

本发明还提供了一种用于燃气轮机燃料切换的控制系统，包括：

切换控制模块，用于在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

进一步的，所述切换控制模块还用于在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。

进一步的，所述切换控制模块还用于在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。

进一步的，所述系统还包括：

启动控制模块，用于在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

进一步的，所述最大非线性阀位为对应控制阀最大阀位的10％。

本发明中，在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。这样一方面，能够使控制阀在非线性阀位的时间大大缩短，降低了控制的不确定性，能够通过普通的控制阀实现对燃料的正常切换。另一方面，降低了切换时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面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发明的一些实施例，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。

图1为气体燃料切换的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的用于燃气轮机燃料切换的控制方法的流程示意图；

图3为本发明再一实施例提供的用于燃气轮机燃料切换的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了的一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法，该方法可以包括：

在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

本发明中，在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。这样一方面，能够使控制阀在非线性阀位的时间大大缩短，降低了控制的不确定性，能够通过普通的控制阀实现对燃料的正常切换。另一方面，降低了切换时间。

在具体实施时，上述的方法还包括：在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。具体来说，根据所述第二控制阀关闭的速度计算第一控制阀的开启速度，并按照该开启速度开启第一控制阀。

进一步的，上述的方法还包括：在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。这样做的好处是，可以使得切换过程不会出现因为热值不同而某一燃料速率猛增，导致燃烧不稳定或熄火。

进一步的，上述的方法还包括：在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

这样可以保证在进行切换时，启动燃料所对应的第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位。

具体的，在进行点火时，可以首先将第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位的一个较小值(比如最小线性阀位)，并调节启动燃料对应的压力阀以使启动燃料的流量为一个较小值。之后，在此基础上，增大第二控制阀的阀位并调高启动燃料对应的压力阀直到燃气轮机达到预定的燃料切换负荷。

在具体实施时，这里的最大非线性阀位和最小线性阀位的值可以预先设定。一般的最大非线性阀位为10％，1-10％为非线性区域，10％-100％为线性区域，在线性区域下，可以对燃料的流量可以较为精准的控制。

下面结合附图2对图1中所示的燃气轮机气体燃料切换流程的控制过程对本发明提供的一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法进行详细说明，该方法包括：

步骤201，控制#1燃料启动燃气轮机。

步骤202，判断燃气轮机到达切换负荷，若是，则转向步骤203；否则转向步骤209；

步骤203，闭环控制#1燃料保持负荷不变，在开环状态下以最大速度增大#2燃料控制阀，之后转向步骤204。

步骤204，判断#2燃料控制阀到达大于最低线性阀位，若是转向步骤205，若否，转向步骤203。

步骤205，#2燃料控制阀继续增大，#1燃料控制阀继续关小，之后转向步骤206。

步骤206，判断#1燃料控制阀低于最低线性阀位点。

步骤207，在开环状态下以最大速度关闭#1燃料控制阀，闭环控制#1燃料保持负荷不变，之后转向步骤206。

步骤208，增大#2燃料直到燃气轮机到达基本负荷。

步骤209，继续增加#1燃料，之后转向步骤202。

本发明实施例提供的方法，具有如下优点：

1、考虑了燃料控制阀低流量时的非线性特性，使得燃气轮机在设计燃料系统时，可以选择价格便宜的通用工业用燃料调节阀，而无需采购高线性度而成本昂贵的高精度阀，降低了燃气轮机的成本；

2、低流量下的快速调节，也缩短了切换时间，降低了切换过程中燃料消耗的成本；

3、考虑了不同热值之间调节速率对燃烧的影响，保证了切换过程不会出现因为热值不同而某一燃料速率猛增，导致燃烧不稳定或熄火。

在具体实施时，这里的最大速度可以为对应的控制阀最大的开启或者关闭速度，也可以为接近该最大速度的一个较大速度。相应的技术方案均应该落入本发明的保护范围。

基于同样的构思，本发明还提供了一种用于燃气轮机燃料切换的控制系统，可用于执行上述用于燃气轮机燃料切换的控制方法，如图3所示，该系统包括：

切换控制模块301，用于在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

进一步的，切换控制模块301还用于在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。

进一步的，切换控制模块301还用于在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。

进一步的，所述系统还包括：

启动控制模块302，用于在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

进一步的，所述最大非线性阀位为对应控制阀最大阀位的10％。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机燃料切换的控制方法，其特征在于，包括：

在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大非线性阀位为对应控制阀最大阀位的10％。

6.一种用于燃气轮机燃料切换的控制系统，其特征在于，包括：

切换控制模块，用于在将启动燃料切换到正常燃料时，以正常燃料对应的第一控制阀的最大开启速度将所述第一控制阀的阀位开启到最大非线性阀位；在启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位时，以第二控制阀所对应的最大关闭速度将所述第二控制阀关闭。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述切换控制模块还用于在所述第一控制阀和所述第二控制阀均大于最小线性阀位时，根据所述第二控制阀关闭的速度开启所述第一控制阀。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述切换控制模块还用于在所述正常燃料对应的第一控制阀开启到最大非线性阀位时，以当前正常燃料和启动燃料中热值较低的燃料对应的速度作为另一燃料的调节速度，直至所述启动燃料对应的第二控制阀的阀位降低到最大非线性阀位。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

启动控制模块，用于在将启动燃料切换到正常燃料之前，调节第二控制阀的阀位大于最大非线性阀位，并调节所述启动燃料对应的压力阀使燃气轮机到达预订的燃料切换负荷。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述最大非线性阀位为对应控制阀最大阀位的10％。