CN105464808A - 燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法 - Google Patents

燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法 Download PDF

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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，空气预热器，燃料预热器，经过凝结水加热器加热的部分给水分别进入空气预热器和燃料预热器，空气预热器对进入燃气轮机的空气预热，使空气温度升高；燃料预热器对进入燃气轮机的燃料预热，使燃料温度升高，升温后的空气和燃料进入燃气轮机燃烧做功，升温后的空气和燃料燃烧更稳定，并且燃气轮机的排气温度更高，此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。

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，凝结水加热器安装于所述余热烟道内，从所述凝结水加热器至所述余热锅炉的管路上、所述凝结水加热器的管路上、或者所述余热锅炉内的管路上设有第一抽水口、以及第二抽水口，从所述凝汽器至所述凝结水加热器的管路上、或者所述凝结水加热器的管路上设有第一补水口、以及第二补水口；空气预热器，所述空气预热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；燃料预热器，所述燃料预热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；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第一抽水口对接，所述第一换热通道的出口与所述第一补水口对接，所述第二换热通道的进口与空气源对接，所述第二换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口对接；所述第三换热通道的进口、出口分别与所述第二抽水口、所述第二补水口对接，所述第四换热通道的进口与燃气源对接，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，所述凝结水加热器与所述空气预热器之间设有流量阀。
在其中一个实施例中，所述凝结水加热器与所述燃料预热器之间设有调节阀。
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/和，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，在所述余热烟道内的烟气流动方向上，所述凝结水加热器为所述余热烟道内的最末一级换热器。
在其中一个实施例中，从所述第一抽水口进入所述空气预热器的给水的温度为70℃至90℃；或者，从所述第二抽水口进入所述燃料预热器的给水的温度为70℃至90℃。
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、所述余热锅炉内设有余热烟道；余热换热器、空气预热器、以及燃料预热器，所述空气预热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道，所述燃料预热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；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、所述第三换热通道分别与所述余热换热器对接，所述第二换热通道与所述燃气轮机的空气进口对接，所述第四换热通道与所述燃气轮机的燃料进口对接。
在其中一个实施例中，所述蒸汽循环回路上还设有至少一级蒸汽循环换热器，所述蒸汽循环换热器安装于所述余热烟道内，在所述余热烟道内的烟气流动方向上，所述余热换热器位于最末一级所述蒸汽循环换热器的下游。
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，给水加热后的成为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气进入凝汽器凝结为给水，给水经过凝结水加热器回流至余热锅炉；凝结水加热器中部分给水从第一抽水口进入空气预热器的第一换热通道内，对空气换热器的第二换热通道内的空气进行预热，空气被升温，给水降温，升温后的空气进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从第一补水口回流至凝结水加热器；凝结水加热器中部分给水从第二抽水口进入燃料预热器的第三换热通道内，对燃料换热器的第四换热通道内的燃料进行预热，燃料被升温，给水降温，升温后的燃料进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从第二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，调节流量阀，控制从第一抽水口进入空气预热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的空气的温度；或者，根据温度传感器检测到的燃气轮机燃料入口处燃料的温度，调节调节阀，控制从第二抽水口进入燃料预热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的燃料的温度。
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分别进入空气预热器和燃料预热器，空气预热器对进入燃气轮机的空气预热，使空气温度升高；燃料预热器对进入燃气轮机的燃料预热，使燃料温度升高，升温后的空气和燃料进入燃气轮机燃烧做功，升温后的空气和燃料燃烧更稳定，并且燃气轮机的排气温度更高，此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空气预热器，凝结水加热器中给水的流量相对于没有设置空气预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，空气预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为本发明实施例一的燃气蒸汽联合系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二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，231、凝结水泵，240、凝结水加热器，300、余热换热器，310、空气预热器，320、流量阀，410、燃料预热器，420、调节阀。
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。
实施例一
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、空气预热器310、以及燃料预热器410，燃气机组包括燃气轮机100，燃气轮机100具有燃气进口、空气进口、以及烟气出口；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，从凝结水加热器240至余热锅炉210的管路上、或者凝结水加热器240的管路上、或者余热锅炉210内的管路上设有第一抽水口、以及第二抽水口，从凝结水加热器240至余热锅炉210的管路上、或者凝结水加热器240的管路上、或者余热锅炉210内的管路上设有第一补水口、以及第二补水口；空气预热器310具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；燃料预热器410具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；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第一抽水口对接，第一换热通道的出口与第一补水口对接，第二换热通道的进口与空气源对接，第二换热通道的出口与燃气轮机100的空气进口对接；第三换热通道的进口、出口分别与第二抽水口、第二补水口对接，第四换热通道的进口与燃气源对接，第四换热通道的出口与燃气轮机100的燃料进口对接。
优选的，在凝汽器230的下游设有凝结水泵231，凝结水泵231位于凝汽器230与凝结水加热器240之间，所述第一补水口、以及所述第二补水口设于凝结水泵231与凝结水加热器240之间。
经过凝结水加热器240加热的部分给水分别进入空气预热器310和燃料预热器410，空气预热器310对进入燃气轮机100的空气预热，使空气温度升高；燃料预热器410对进入燃气轮机100的燃料预热，使燃料温度升高，升温后的空气和燃料进入燃气轮机100燃烧做功，升温后的空气和燃料燃烧更稳定，并且燃气轮机100的排气温度更高，此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240安装于在余热烟道211内，由于从凝结水加热器240中抽取部分给水进入空气预热器310，凝结水加热器240中给水的流量相对于没有设置空气预热器310的蒸汽循环回路给水流量增大，从而使得凝结水加热器240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。另一方面，空气预热器310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。
第一抽水口与空气预热器310之间设有流量阀320。调节流量阀320可以控制空气预热器310上的给水流量，从而调节空气预热器310中空气与给水的换热量，进而调节进入燃气轮机100的空气的温度。第二抽水口与燃料预热器410设有调节阀420。调节调节阀420可以控制燃料预热器410的给水流量，从而调节燃料预热器410中燃料与给水的换热量，进而调节进入燃气轮机100的燃料的温度。根据需要，可以单独设置流量阀320或调节阀420，也可以同时设置流量阀320和调节阀420，并联合调控流量阀320和调节阀420，以使进入燃气轮机100的燃料和空气的温度处于效率最优值。
燃气轮机100的空气进口设有温度传感器；或/和，燃气轮机100的燃料进口设有温度传感器。本实施例中燃气轮机100的空气进口、燃料进口均设有温度传感器，但不限于此，根据需要，可以单独在燃气轮机100的空气进口或燃料进口设置温度传感器。燃气蒸汽联合系统还具有控制器，设置于燃气轮机100的空气进口、燃料进口的温度传感器、流量阀320、以及调节阀420均与控制器电性连接，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、空气温度，调节流量阀320、调节阀420，控制从第一抽水口进入空气预热器310的给水流量、从第二抽水口进入燃料预热器410的给水流量，从而控制进入燃气轮机100中的空气温度、燃料温度。进入燃气轮机100的燃料的温度、空气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、空气的温度作为控制信号：当温度传感器检测到燃气轮机100空气进口的空气温度值大于设定值时，控制器控制流量阀320减小进入空气预热器310的给水流量，即减少与空气进行换热的给水流量，使空气获得的热量减小，从而降低空气进入燃气轮机100的温度；反之，当温度传感器检测到燃气轮机100空气进口的空气温度值小于设定值时，控制器控制流量阀320增大进入空气预热器310的给水流量，即增加与空气进行换热的给水流量，使空气获得的热量增大，从而提高空气进入燃气轮机100的温度；如此反复调节，最终使得燃气轮机100空气进口的空气温度值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；当温度传感器检测到燃气轮机100燃料进口的燃料温度值大于设定值时，控制器控制调节阀420减小进入燃料预热器410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燃气轮机100燃料进口的燃料温度值小于设定值时，控制器控制调节阀420增大进入燃料预热器410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，最终使得燃气轮机100燃料进口的燃料温度值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。联合调解流量阀320、调节阀420，调解进入燃气轮机100的燃料温度、空气温度，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。
在余热烟道211内的烟气流动方向上，凝结水加热器240为余热烟道211内的最末一级换热器。从第一抽水口进入空气预热器310的给水的温度为70℃至90℃，优选的为80℃、或85℃；或者，从第二抽水口进入燃料预热器410的给水的温度为70℃至90℃，优选的为80℃、或85℃。充分利用余热烟道211内烟气的地平稳能量，从而提高燃气蒸汽联合系统的热效率。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。
燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：
A、燃料和空气进入燃气轮机100中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉210的余热烟道211，并且对蒸汽循环回路的给水进行加热，加热后的给水变成水蒸气进入蒸汽轮机220做功，做功后的给水(此时成为水蒸气状态)依次经过凝汽器230和凝结水加热器240回流至余热锅炉210，其中水蒸气状态的给水在凝汽器230中冷凝为液态；
凝结水加热器240中部分给水从第一抽水口进入空气预热器310的第一换热通道内，对空气换热器310的第二换热通道内的空气进行预热，空气被升温，给水降温，升温后的空气进入燃气轮机100燃烧，降温后的给水从第一补水口回流至凝结水加热器240；
凝结水加热器240中部分给水从第二抽水口进入燃料预热器410的第三换热通道内，对燃料换热器410的第四换热通道内的燃料进行预热，燃料被升温，给水降温，升温后的燃料进入燃气轮机100燃烧，降温后的给水从第二补水口回流至凝结水加热器240。
B、根据温度传感器检测到的燃气轮机100空气入口处空气的温度，调节流量阀320，控制从第一抽水口进入空气预热器310的给水流量，从而控制进入燃气轮机100的空气的温度；或者，根据温度传感器检测到的燃气轮机100燃料入口处燃料的温度，调节调节阀420，控制从第二抽水口进入燃料预热器410的给水流量，从而控制进入燃气轮机100的燃料的温度；或者根据温度传感器检测到的燃气轮机100空气入口处空气的温度、燃料入口处燃料的温度，同时调节流量阀320和调节阀420，以获得最佳效率。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于：
如图2所示，燃气蒸汽联合系统，包括：燃气机组、蒸汽循环回路、预热循环回路，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、余热锅炉210内设有余热烟道211，预热循环回路上设有余热换热器300、空气预热器310、以及燃料预热器410，空气预热器310具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道，燃料预热器410具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；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、第三换热通道分别与余热换热器300对接，第二换热通道与燃气轮机100的空气进口对接，第四换热通道与燃气轮机100的燃料进口对接。
经过余热换热器300加热的循环工质分别进入空气预热器310和燃料预热器410，空气预热器310对进入燃气轮机100的空气预热，使空气温度升高；燃料预热器410对进入燃气轮机100的燃料预热，使燃料温度升高。空气预热器310和燃料预热器410并联后与余热换热器300串联，构成两个封闭的循环，没有汽水损失，效率高。
蒸汽循环回路上还设有至少一级蒸汽循环换热器，蒸汽循环换热器安装于余热烟道211内，在余热烟道211内的烟气流动方向上，余热换热器300位于最末一级蒸汽循环换热器的下游，本实施例中，最末一级蒸汽循环换热器为凝结水加热器240，余热换热器300位于凝结水换热器的下游。
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 (10)

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，凝结水加热器安装于所述余热烟道内，从所述凝结水加热器至所述余热锅炉的管路上、或者所述凝结水加热器的管路上、或者所述余热锅炉内的管路上设有第一抽水口、以及第二抽水口，从所述凝汽器至所述凝结水加热器的管路上、或者所述凝结水加热器的管路上设有第一补水口、以及第二补水口；
空气预热器，所述空气预热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道；
燃料预热器，所述燃料预热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；
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第一抽水口对接，所述第一换热通道的出口与所述第一补水口对接，所述第二换热通道的进口与空气源对接，所述第二换热通道的出口与所述燃气轮机的空气进口对接；
所述第三换热通道的进口、出口分别与所述第二抽水口、所述第二补水口对接，所述第四换热通道的进口与燃气源对接，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，所述凝结水加热器与所述空气预热器之间设有流量阀。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述凝结水加热器与所述燃料预热器之间设有调节阀。
4.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/和，所述燃气轮机的燃料进口设有温度传感器。
5.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，在所述余热烟道内的烟气流动方向上，所述凝结水加热器为所述余热烟道内的最末一级换热器。
6.根据权利要求1至5任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，从所述第一抽水口进入所述空气预热器的给水的温度为70℃至90℃；或者，从所述第二抽水口进入所述燃料预热器的给水的温度为70℃至90℃。
7.一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、所述余热锅炉内设有余热烟道；
余热换热器、空气预热器、以及燃料预热器，所述空气预热器具有相互配合的第一换热通道和第二换热通道，所述燃料预热器具有相配合的第三换热通道和第四换热通道；
其中，所述余热烟道与所述燃气轮机的烟气出口对接，所述余热换热器安装于所述余热烟道内，所述第一换热通道、所述第三换热通道分别与所述余热换热器对接，所述第二换热通道与所述燃气轮机的空气进口对接，所述第四换热通道与所述燃气轮机的燃料进口对接。
8.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述蒸汽循环回路上还设有至少一级蒸汽循环换热器，所述蒸汽循环换热器安装于所述余热烟道内，在所述余热烟道内的烟气流动方向上，所述余热换热器位于最末一级所述蒸汽循环换热器的下游。
9.一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，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，给水加热后的成为水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气进入凝汽器凝结为给水，给水经过凝结水加热器回流至余热锅炉；
凝结水加热器中部分给水从第一抽水口进入空气预热器的第一换热通道内，对空气换热器的第二换热通道内的空气进行预热，空气被升温，给水降温，升温后的空气进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从第一补水口回流至凝结水加热器；
凝结水加热器中部分给水从第二抽水口进入燃料预热器的第三换热通道内，对燃料换热器的第四换热通道内的燃料进行预热，燃料被升温，给水降温，升温后的燃料进入燃气轮机燃烧，降温后的给水从第二补水口回流至凝结水加热器。
10.根据权利要求9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，调节流量阀，控制从第一抽水口进入空气预热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的空气的温度；或者，根据温度传感器检测到的燃气轮机燃料入口处燃料的温度，调节调节阀，控制从第二抽水口进入燃料预热器的给水流量，从而控制进入燃气轮机的燃料的温度。
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