CN105464731B - 燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提供一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法，燃气蒸汽联合系统包括：燃气机组，蒸汽循环回路，预热换热器，所述预热换热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；其中，所述余热烟道与所述燃气轮机的烟气出口对接，所述第一换热通道的进口与所述预热抽水口对接，所述第一换热通道的出口与所述预热补水口对接，所述第二换热通道的进口与燃料源或空气源对接，所述第二换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口或空气进口对接。预热换热器使燃料或空气温度升高，从而提高了燃气轮机做功后的排烟温度，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机做功，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率，烟气的排放温度降低，提高整个燃气蒸汽循环的热效率。

Description

燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法
技术领域
本发明属于能源领域，具体涉及一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法。
背景技术
燃气蒸汽联合系统的运行工况是根据其负荷状态实时调整的，由于负荷的变化，燃气蒸汽联合系统往往不能满负荷发电，低负荷时燃气蒸汽联合系统效率相对较低。
目前提高蒸汽循环效率主要途径为增加蒸汽轮机的进汽参数从而提高蒸汽轮机的做功效率，然而，选择更高压力和更高温度的蒸汽轮机和余热锅炉，大幅度增加了电厂初投资，回收期较长，无论是新建机组还是老机组改造，都不利于推广。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法，热效率高，设备造价低。
其技术方案如下：
一种燃气蒸汽联合系统，包括：燃气机组，所述燃气机组包括燃气轮机；蒸汽循环回路，所述蒸汽循环回路上设有余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器、以及凝结水加热器，所述余热锅炉内设有余热烟道，所述凝结水加热器安装于所述余热烟道内、且为在所述余热烟道内的烟气流动方向上的最末一级换热器，所述凝结水加热器上设有预热抽水口和预热补水口；预热换热器，所述预热换热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；预热循环泵；其中，所述余热烟道与所述燃气轮机的烟气出口对接、且抽取进入所述预热换热器的给水温度是所述凝结水加热器中温度最低的一端给水，所述第一换热通道的进口与所述预热抽水口对接，所述第一换热通道的出口与所述预热补水口对接，所述第二换热通道的进口与燃料源或空气源对接，所述第二换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口或空气进口对接；预热换热器与预热抽水口之间设有预热循环泵，或者预热换热器与预热补水口之间设有预热循环泵。
在其中一个实施例中，所述预热抽水口与所述预热换热器之间设有流量控制阀。
在其中一个实施例中，所述燃气轮机的空气进口设有温度传感器；或者，所述燃气轮机的燃料进口设有温度传感器。
在其中一个实施例中，还包括有燃料加热器，所述燃料加热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；从所述凝汽器至所述余热锅炉的管路上或者所述余热锅炉内的管路上设有再热抽水口，从所述凝汽器至所述余热锅炉的管路上或者所述余热锅炉内的管路上设有再热补水口；其中，所述第三换热通道的进口、出口分别与所述再热抽水口、所述再热补水口对接，所述第四换热通道的进口与所述第二换热通道的出口对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口对接。
在其中一个实施例中，所述预热补水口设于所述凝结水加热器的进口。
在其中一个实施例中，从所述预热抽水口进入所述预热换热器的给水的温度为70℃至90℃。
一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：燃料和空气进入燃气轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对蒸汽循环回路的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气经过凝汽器被冷却为给水，再经过凝结水加热器后回流至余热锅炉；凝结水加热器中部分给水从预热抽水口进入预热换热器，该部分给水进入预热换热器的第一换热通道内，对预热换热器的第二换热通道内的燃料或空气进行预热，燃料或空气被升温，给水降温，升温后的燃料或空气进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从预热补水口回流至凝结水加热器。
在其中一个实施例中，根据温度传感器检测到的燃气轮机空气入口处空气的温度或燃料入口处燃料的温度，调节流量控制阀，控制从预热抽水口进入预热换热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的燃料或空气的温度。
本发明的有益效果在于：
经过凝结水加热器加热的部分给水进入预热换热器的第一换热通道内，并且加热第二换热通道内燃料或空气，升温后的燃料或空气进入燃气轮机燃烧做功，降温后的部分给水回流凝结水加热器再次被加热。预热换热器使燃料或空气温度升高，从而提高了燃气轮机做功后的排烟温度。同时，增加蒸汽循环回路的给水流量，使其与燃气轮机排放的更高温度的烟气换热得到更大的蒸汽量，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机做功。此时的蒸汽维持原来蒸汽压力和温度基本等蒸汽运行参数不变，这些更多的蒸汽进入蒸汽轮机做功获得更大的出力，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。并且，凝结水加热器安装于在余热烟道内，由于从凝结水加热器中抽取部分给水进入预热换热器，凝结水加热器中给水的流量相对于没有设置预热换热器的蒸汽循环回路给水流量增大，从而使得凝结水加热器与余热烟道内烟气交换的热量增大，烟气的排放温度降低，提高整个燃气蒸汽循环的热效率。另一方面，预热换热器不改变蒸汽循环回路的蒸汽运行参数，不需要采用耐温耐压性更好的材料，在提高热效率的同时避免大幅提高整个系统的造价。
附图说明
图1为本发明实施例的燃气蒸汽联合系统的结构示意图。
附图标记说明：
100、燃气轮机，210、余热锅炉，211、余热烟道，220、蒸汽轮机，230、凝汽器，240、凝结水加热器，320、预热换热器，330、流量控制阀，340、预热循环泵，410、燃料加热器，420、流量调节阀，430、再热循环泵。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，燃气蒸汽联合系统包括：燃气机组、蒸汽循环回路、以及预热换热器320，燃气机组包括燃气轮机100；蒸汽循环回路上设有余热锅炉210、蒸汽轮机220、凝汽器230、以及凝结水加热器240，余热锅炉210内设有余热烟道211，凝结水加热器240安装于余热烟道211内，凝结水加热器240上设有预热抽水口和预热补水口；预热换热器320具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；其中，余热烟道211与燃气轮机100的烟气出口对接，第一换热通道的进口与预热抽水口对接，第一换热通道的出口与预热补水口对接，第二换热通道的进口与燃料源或空气源对接，第二换热通道的出口与燃气轮机100的燃料进口或空气进口对接。燃气轮机100的燃料可以是气体燃料或液体燃料。
经过凝结水加热器加热的部分给水进入预热换热器320的第一换热通道内，并且加热第二换热通道内燃料或空气，升温后的燃料或空气进入燃气轮机100燃烧做功，降温后的部分给水回流凝结水加热器240再次被加热。预热换热器使燃料或空气温度升高，从而提高了燃气轮机100做功后的排烟温度。同时，增加蒸汽循环回路的给水流量，使其与燃气轮机100排放的更高温度的烟气换热得到更大的蒸汽量，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机220做功。此时的蒸汽维持原来蒸汽压力和温度基本等蒸汽运行参数不变，这些更多的蒸汽进入蒸汽轮机220做功获得更大的出力，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。并且，凝结水加热器安装于在余热烟道211内，由于从凝结水加热器中抽取部分给水进入预热换热器，凝结水加热器中给水的流量相对于没有设置预热换热器的蒸汽循环回路给水流量增大，从而使得凝结水加热器与余热烟道211内烟气交换的热量增大，烟气的排放温度降低，提高整个燃气蒸汽循环的热效率；优选的，烟气的排放温度为60℃至70℃。另一方面，预热换热器不改变蒸汽循环回路的蒸汽运行参数，不需要采用耐温耐压性更好的材料，在提高热效率的同时避免大幅提高整个系统的造价。预热换热器中的给水直接采用蒸汽循环回路中的部分给水，并且形成封闭式循环，无汽水损失，节水节能。
预热换热器320与预热抽水口之间设有预热循环泵340，或者预热换热器320与预热补水口之间设有预热循环泵340。预热循环泵340为给水在蒸汽循环回路与预热换热器340之间的流动提供动力。
在余热烟道211内的烟气流动方向上，凝结水加热器为余热烟道211内的最末一级换热器。预热补水口设于凝结水加热器240的进口。从预热抽水口进入预热换热器的给水的温度为70℃至90℃；优选的，为80℃。在预热换热器320中被冷却的给水从凝结水加热器240的进口回流至凝汽器230，抽取进入预热换热器的给水温度是凝结水加热器中温度最低的一端给水，并且凝结水加热器是余热烟道211内最末一级换热器，可以充分利用低温烟气的低品位能量，提高整个系统的热效率；并且，蒸汽循环回路利用高品位能量，避免对蒸汽循环回路的蒸汽参数产生影响。
燃气蒸汽联合系统还包括有燃料加热器410，燃料加热器410具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；从凝汽器230至余热锅炉210的管路上或者余热锅炉210内的管路上设有再热抽水口，从凝汽器230至余热锅炉210的管路上或者余热锅炉210内的管路上设有再热补水口；其中，第三换热通道的进口、出口分别与再热抽水口、再热补水口对接，第四换热通道的进口与第二换热通道的出口对接，第四换热通道的出口与燃气轮机100的燃料进口对接。燃料加热器410与再热抽水口之间设有再热循环泵430，或者燃料加热器410与再热补水口之间设有再热循环泵430，再热循环泵430为给水在蒸汽循环回路与燃料加热器410之间的流动提供动力。
蒸汽循环回路的部分给水从再热抽水口进入燃料加热器410的第三换热通道，经过预热换热器320预加热的燃料(本实施例中燃料流经预热换热器，预热换热器对燃料预加热，但不限于此，也可以加热空气)进入燃料加热器410的第四换热通道，给水在燃料加热器410中对燃料进行再加热，燃料再次升温，给水被降温，降温后的给水通过再热补水口回流蒸汽循环回路，再升温后的燃料进入燃气轮机100。先预热换热器320中对燃料预加热，再将燃料送入燃料加热器410中采用蒸汽循环回路的给水再加热，通过两级加热使燃料获得更高的温度，并且，可以降低蒸汽循环回路给水的使用量，节约高品位能量。
预热抽水口与预热换热器设有流量控制阀330，流量控制阀330可以调节从预热抽水口进入预热换热器的给水流量。燃气轮机100的空气进口设有温度传感器；或者，燃气轮机100的燃料进口设有温度传感器。本实施例中预热换热器对燃料进行预热、燃料加热器410对燃料进行再热，在燃料进口设有温度传感器。燃气蒸汽联合系统还具有控制器，温度传感器和流量控制阀330分别与控制器电性连接，控制器根据温度传感器检测到的进入燃气轮机100的燃料温度(或者空气温度)，调节流量控制阀330，控制从预热抽水口进入预热换热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机100中的燃料或空气(本实施例中为燃料)的温度。进入燃气轮机100的燃料的温度受环境温度的影响，随环境温度的变化而改变，将进入燃气轮机100的燃料的温度作为控制信号，当温度传感器检测到的燃料的温度值大于设定值时，控制器控制流量控制阀330减小进入预热换热器320的给水流量，即减少与燃料进行换热的给水流量，使燃料获得的热量减小，从而降低燃料进入燃气轮机100的温度；反之，当温度传感器检测到的燃料的温度值小于设定值时，控制器控制流量控制阀330增大进入预热换热器320的给水流量，即增加与燃料进行换热的给水流量，使燃料获得的热量增大，从而提高燃料进入燃气轮机100的温度；如此反复调节，最终使得燃料的温度达到理论计算使燃气蒸汽联合系统效率最高的设定温度值，使燃气蒸汽联合循环机组获得最佳效率，燃气蒸汽联合循环机组在任意季节任何工况下，都能够以最佳状态运行，不受外界客观因素影响。不限于此，还可以在再热抽水口与燃料加热器410之间设有流量调节阀420，可以调节从再热抽水口进入燃料加热器410的给水流量，从而控制燃料加热器410的换热量，在调节流量控制阀330的同时调节流量调节阀420，可以综合调控进入燃气轮机100的燃料温度。
不限于本实施例，根据需要，也可以不设置燃料加热器410，单采用预热换热器对进入燃气轮机100的燃料或空气进行预热。
燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：
A、燃料和空气进入燃气轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对蒸汽循环回路的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气经过凝汽器被冷却为给水，再经过凝结水加热器后回流至余热锅炉；
凝结水加热器中部分给水从预热抽水口进入预热换热器，该部分给水进入预热换热器的第一换热通道内，对预热换热器的第二换热通道内的燃料或空气进行预热，燃料或空气被升温，给水降温，升温后的燃料或空气进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从预热补水口回流至凝结水加热器。
B、根据温度传感器检测到的燃气轮机空气入口处空气的温度或燃料入口处燃料的温度，调节流量控制阀，控制从预热抽水口进入预热换热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的燃料或空气的温度。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种燃气蒸汽联合系统，其特征在于，包括：
燃气机组，所述燃气机组包括燃气轮机；
蒸汽循环回路，所述蒸汽循环回路上设有余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器、以及凝结水加热器，所述余热锅炉内设有余热烟道，所述凝结水加热器安装于所述余热烟道内、且为在所述余热烟道内的烟气流动方向上的最末一级换热器，所述凝结水加热器上设有预热抽水口和预热补水口；
预热换热器，所述预热换热器不改变蒸汽循环回路的蒸汽运行参数，所述预热换热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；
预热循环泵；
其中，所述余热烟道与所述燃气轮机的烟气出口对接，所述第一换热通道的进口与所述预热抽水口对接、且从所述预热抽水口进入所述预热换热器的给水的温度为70℃至90℃；所述第一换热通道的出口与所述预热补水口对接，所述第二换热通道的进口与燃料源或空气源对接，所述第二换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口或空气进口对接；预热换热器与预热抽水口之间设有预热循环泵，或者预热换热器与预热补水口之间设有预热循环泵；且做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对蒸汽循环回路的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功；
还包括有燃料加热器，所述燃料加热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；从所述凝汽器至所述余热锅炉的管路上或者所述余热锅炉内的管路上设有再热抽水口，从所述凝汽器至所述余热锅炉的管路上或者所述余热锅炉内的管路上设有再热补水口；其中，所述第三换热通道的进口、出口分别与所述再热抽水口、所述再热补水口对接，所述第四换热通道的进口与所述第二换热通道的出口对接，所述第四换热通道的出口与所述燃气轮机的燃料进口对接。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述预热抽水口与所述预热换热器之间还设有流量控制阀。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述燃气轮机的空气进口设有温度传感器；或者，所述燃气轮机的燃料进口设有温度传感器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述预热补水口设于所述凝结水加热器的进口。
5.一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的燃气蒸汽联合系统，包括：
燃料和空气进入燃气轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对蒸汽循环回路的给水进行加热，给水被加热为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气经过凝汽器被冷却为给水，再经过凝结水加热器后回流至余热锅炉；
凝结水加热器中部分给水从预热抽水口进入预热换热器，该部分给水进入预热换热器的第一换热通道内，对预热换热器的第二换热通道内的燃料或空气进行预热，燃料或空气被升温，给水降温，升温后的燃料或空气进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从预热补水口回流至凝结水加热器。
6.根据权利要求5所述的燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，根据温度传感器检测到的燃气轮机空气入口处空气的温度或燃料入口处燃料的温度，调节流量控制阀，控制从预热抽水口进入预热换热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的燃料或空气的温度。
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