CN105484814A - 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：燃料机组、蒸汽循环回路、以及预热换热器，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；所述第一换热通道的进口与所述抽气口对接，所述第一换热通道的出口为烟气排放口，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料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，使更大流量的蒸汽进入蒸汽轮机做功，并且降低了排烟温度，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。预热换热器不改变燃气蒸汽循环的蒸汽运行参数，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。

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：燃料机组，所述燃料机组包括燃料轮机；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，所述余热烟道上设有抽气口；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；其中，所述余热烟道与所述燃料轮机的烟气出口对接，所述第一换热通道的进口与所述抽气口对接，所述第一换热通道的出口为烟气排放口，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料轮机的燃料进口或空气进口对接。
在其中一个实施例中，所述抽气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，所述燃料轮机的空气进口设有温度传感器；或者，所述燃料轮机的燃料进口设有温度传感器。
在其中一个实施例中，从所述余热烟道通过所述抽气口进入所述预热换热器的烟气温度为90℃至110℃。
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；所述蒸汽循环回路上还设有凝汽器，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补水口；其中，所述第三换热通道的进口、出口分别与所述抽水口、所述补水口对接，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料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，所述抽气口位于最末一级蒸汽循环换热器的上游、或者所述抽气口与最末一级蒸汽循环换热器平齐。
在其中一个实施例中，所述余热烟道的出口还设有余热烟囱，所述余热烟囱上设有回气口，所述第一换热通道的出口与所述回气口对接。
一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，包括：燃料和空气进入燃料轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对余热锅炉内的给水进行加热，给水加热后成为水蒸气，水蒸气进入蒸汽轮机做功；余热锅炉的余热烟道内的烟气通过余热烟道上的抽气口进入预热换热器，烟气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的燃料或空气，升温后的燃料或空气进入燃料轮机燃烧做功，烟气被降温，被降温的烟气从第一换热通道的出口排出。
在其中一个实施例中，根据温度传感器检测到的燃料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，控制从余热烟道内进入预热换热器的烟气流量，从而控制进入燃料轮机的燃料或空气的温度。
本发明的有益效果在于：
烟气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料轮机燃烧做功。预热换热器使燃料或空气温度升高，从而提高了燃料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，使其与燃料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，从余热烟道内抽取的高温烟气在预热换热器中被降温后排出，降低了排烟温度，提高热效率。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、燃料轮机，210、余热锅炉，211、余热烟道，212、余热烟囱，220、蒸汽轮机，230、凝汽器，320、预热换热器，330、流量控制阀，410、燃料加热器，420、流量调节阀。
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。
如图1所示，燃气蒸汽联合系统包括：燃料机组、蒸汽循环回路、以及预热换热器320，燃料机组包括燃料轮机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，余热烟道211上设有抽气口；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与燃料轮机100的烟气出口对接，第一换热通道的进口与抽气口对接，第一换热通道的出口为烟气排放口，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料轮机100的燃料进口或空气进口对接。
烟气进入预热换热器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料轮机100燃烧做功。预热换热器使燃料或空气温度升高，从而提高了燃料轮机100做功后的排烟温度。同时，增加蒸汽循环回路的给水流量，使其与燃料轮机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，从余热烟道211内抽取的高温烟气在预热换热器320中被降温后排出，降低了排烟温度，提高热效率。另一方面，燃料加热器410不改变燃气蒸汽循环的蒸汽运行参数，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。余热锅炉210的尾部烟气直接被利用，不需要中间换热介质，因此余热利用效率增加，废热被高效回收。
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，抽气口位于最末一级蒸汽循环换热器的上游、或者抽气口与最末一级蒸汽循环换热器平齐(由于蒸汽循环换热器通常在烟气的流动方向上具有一定的长度，抽气口与最末一级蒸汽循环换热器平齐是指抽气口可以设置在最末一级蒸汽循环换热器的任一位置，但不得位于最末一级蒸汽循环换热器的下游)。本实施例中，蒸汽循环回路上还设有凝结水加热器，凝结水加热器安装于余热烟道211内，并且凝结水加热器是余热烟道211内的最末一级蒸汽循环换热器，抽气口与凝结水加热器平齐或者位于凝结水加热器的上游，此处所抽取的烟气相对于预热换热器为正压，余热烟道211的出口还设有余热烟囱212，余热烟囱212上设有回气口，第一换热通道的出口与回气口对接，烟气经过预热换热器后从回气口进入余热烟囱212的压力微大于凝结水加热器后的烟气压力，烟气在正压下在抽气口-预热换热器320-回气口之间单向流动，因此预热换热器不需要风机增压克服系统阻力来维持系统运行。不需要风机等转动设备维持运转，减少设备的维护工作量，也降低了运行厂用耗电，进一步提高了联合循环效率。
优选的，从余热烟道211通过抽气口进入预热换热器的烟气温度为90℃至110℃，最优值为95℃。在保证烟气所带压力能克服预热换热器的系统阻力、并且不需设置额外耗能的动力转动升压设备自行排至烟囱的情况下，保证烟气具备足够的余热被利用，提高系统的热效率。预热换热器运行参数低，只需要一台预热换热器320，系统阻力小，因此系统设备造价低。
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；蒸汽循环回路上还设有凝汽器230，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内的管路上设有补水口；其中，第三换热通道的进口、出口分别与抽水口、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料轮机100的燃料进口对接。本实施例中，余热锅炉210内的管路上设有抽水口，从凝汽器230至余热锅炉210的管路上设有补水口，但不限于此，根据需要，也可以将抽水口、补水口设置于其他位置。
蒸汽循环回路的部分给水从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，降温后的给水通过补水口回流蒸汽循环回路，再升温后的燃料进入燃料轮机100。先在预热换热器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，可以降低用于在燃料加热器中加热燃料的蒸汽循环回路给水使用量，节约高品位能量。
抽气口与预热换热器320设有流量控制阀330，流量控制阀330可以调节从抽气口进入预热换热器的烟气流量。燃料轮机100的空气进口设有温度传感器；或者，燃料轮机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料轮机100的空气温度或者燃料温度，调节流量控制阀330，控制从抽气口进入预热换热器的烟气流量，从而控制进入燃料轮机100中的燃料或空气(本实施例中为燃料)的温度。进入燃料轮机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，将进入燃料轮机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的烟气流量，即减少与燃料进行换热的烟气流量，使燃料获得的热量减小，从而降低燃料进入燃料轮机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的烟气流量，即增加与燃料进行换热的烟气流量，使燃料获得的热量增大，从而提高燃料进入燃料轮机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，还可以燃料加热器上设有流量调节阀420，可以调节从抽水口进入燃料加热器的给水流量，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料轮机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，单采用预热换热器320对进入燃料轮机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、燃料和空气进入燃料轮机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，并且对余热锅炉内的给水进行加热，给水加热后成为高温水蒸气，水蒸气进入蒸汽轮机220做功。
预热：余热锅炉210的余热烟道211内的烟气通过余热烟道211上的抽气口进入预热换热器，烟气进入预热换热器320的第一换热通道内，并且加热第二换热通道内的燃料或空气(本实施例中为燃料)，升温后的燃料或空气(本实施例中为燃料)进入燃料轮机100燃烧做功，烟气被降温，被降温的烟气从第一换热通道的出口排出。
再热：蒸汽循环回路的部分给水从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预加热的燃料或空气(本实施例中为燃料)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，降温后的给水通过补水口回流蒸汽循环回路，再升温后的燃料或空气(本实施例中为燃料)进入燃料轮机100。
B、根据温度传感器检测到的燃料轮机100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330，控制从余热烟道211内进入预热换热器的烟气流量，从而控制进入燃料轮机100的燃料或空气(本实施例中为燃料)的温度；同时，可以调节流量调节阀420，控制调节从抽水口进入燃料换热器的给水流量，综合调控进入燃料轮机100的燃料或空气(本实施例中为燃料)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 (9)

1.一种燃气蒸汽联合系统，其特征在于，包括：
燃料机组，所述燃料机组包括燃料轮机；
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，所述余热烟道上设有抽气口；
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；
其中，所述余热烟道与所述燃料轮机的烟气出口对接，所述第一换热通道的进口与所述抽气口对接，所述第一换热通道的出口为烟气排放口，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料轮机的燃料进口或空气进口对接。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述抽气口与所述预热换热器之间设有流量控制阀。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述燃料轮机的空气进口设有温度传感器；或者，所述燃料轮机的燃料进口设有温度传感器。
4.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，从所述余热烟道通过所述抽气口进入所述预热换热器的烟气温度为90℃至110℃。
5.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，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；
所述蒸汽循环回路上还设有凝汽器，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补水口；
其中，所述第三换热通道的进口、出口分别与所述抽水口、所述补水口对接，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料轮机的燃料进口对接。
6.根据权利要求5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，所述抽气口位于最末一级蒸汽循环换热器的上游、或者所述抽气口与最末一级蒸汽循环换热器平齐。
7.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述余热烟道的出口还设有余热烟囱，所述余热烟囱上设有回气口，所述第一换热通道的出口与所述回气口对接。
8.一种燃气蒸汽联合系统运行控制方法，其特征在于，包括：
燃料和空气进入燃料轮机中燃烧做功，做功后的烟气进入余热锅炉的余热烟道，并且对余热锅炉内的给水进行加热，给水加热后成为水蒸气，水蒸气进入蒸汽轮机做功；
余热锅炉的余热烟道内的烟气通过余热烟道上的抽气口进入预热换热器，烟气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的燃料或空气，升温后的燃料或空气进入燃料轮机燃烧做功，烟气被降温，被降温的烟气从第一换热通道的出口排出。
9.根据权利要求8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料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，控制从余热烟道内进入预热换热器的烟气流量，从而控制进入燃料轮机的燃料或空气的温度。
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