CN105484815A - 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，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；预热循环回路，所述预热循环回路上设有余热换热器和预热换热器；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；所述预热换热器与所述燃气轮机的空气进口对接，或者，所述预热换热器与所述燃气轮机的燃料进口对接。预热循环工质在预热循环回路中循环，对进入燃气轮机的燃料或空气进行加热，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，提高整个燃气蒸汽联合系统的效率。

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，所述余热锅炉内设有余热烟道；预热循环回路，所述预热循环回路上设有余热换热器和预热换热器；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；所述预热换热器与所述燃气轮机的空气进口对接，或者，所述预热换热器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，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蒸汽循环换热器的下游。
在其中一个实施例中，所述预热循环回路上还设有流量控制阀。
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，所述预热循环回路中的预热循环工质流出所述余热换热器的温度为60℃至75℃。
在其中一个实施例中，所述余热烟道内流经所述余热换热器的烟气的温度为75℃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，燃烧后的烟气进入余热烟道对余热锅炉中的给水进行加热，给水加热后成为水蒸气进入蒸汽轮机做功；预热循环工质在预热循环回路中循环，当预热循环工质流经余热换热器时，被余热烟道内的烟气加热，被加热后预热循环工质流经预热换热器时，对进入燃气轮机的空气或燃料进行预加热，预热循环工质被降温，降温后的预热循环工质进入余热换热器被再次加热。
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，控制预热循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机的空气或燃料的温度。
本发明的有益效果在于：
预热循环工质在预热循环回路中循环，预热循环工质流经余热换热器被余热烟道内的烟气加热，被加热后预热循环工质流经预热换热器对进入燃气轮机的空气或燃料进行预加热，循环工质被降温，降温后的循环工质进入余热换热器被再次加热，如此循环，对进入燃气轮机的燃料或空气进行加热，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。另一方面，经过余热锅炉的烟气经过预热循环回路对热能的进一步利用后被冷却，余热锅炉内排出的烟气温度大幅度降低，提高热效率。另一方面，预热循环回路不改变燃料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。
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，212、余热烟囱，220、蒸汽轮机，310、余热换热器，320、预热换热器，330、流量控制阀，340、升压泵。
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。
燃气蒸汽联合系统，包括：燃气机组、蒸汽机组、以及预热循环回路，其中，燃气机组包括燃气轮机100；燃气机组包括燃气轮机100；蒸汽机组包括蒸汽循环回路，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310和预热换热器320；余热烟道311与燃气轮机100的烟气出口对接，余热换热器310安装于余热烟道211内；预热换热器320与燃气轮机100的空气进口对接，或者，预热换热器320与燃气轮机100的燃料进口对接。
预热循环工质在预热循环回路中循环，预热循环工质流经余热换热器310被余热烟道211内的烟气加热，被加热后预热循环工质流经预热换热器320对进入燃气轮机100的空气或燃料进行预加热，循环工质被降温，降温后的循环工质进入余热换热器310被再次加热，如此循环，对进入燃气轮机100的燃料或空气进行加热，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。另一方面，经过余热锅炉210的烟气经过预热循环回路对热能的进一步利用后被冷却，余热锅炉内排出的烟气温度大幅度降低，提高热效率。另一方面，预热循环回路不改变燃料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。不限于本实施例，根据需要，可以设置两套预热换热器，分别对进入燃气轮机的燃料、空气进行加热。
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，余热烟道211内的烟气流动方向上，余热换热器310位于最末一级蒸汽循环换热器的下游。在烟气的最下游设置余热换热器310，不需要对原有的蒸汽循环回路的换热器及逆行改动，仅对在蒸汽循环回路最后一级蒸汽循环换热器后的烟气进行热能再利用，增加燃气轮机100的做功量，同时减低排烟温度，提高整个系统的热效率。本实施例中，蒸汽机组还包括与余热烟道211对接的余热烟囱212，蒸汽循环回路上还设有凝汽器和凝结水加热器，凝结水加热器安装于余热烟道211内，凝结水加热器是蒸汽循环回路上在余热烟道211内的最末一级蒸汽循环换热器，余热换热器310位于凝结水加热器和余热烟囱212之间，并且余热换热器310位于最末一级凝结水加热器后，实现烟气热能的深度利用。
预热循环回路上还设有流量控制阀330。流量控制阀330位于余热换热器310的循环工质出口和预热换热器320的循环工质进口之间。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。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的空气温度或者燃料温度，调节流量控制阀330，控制预热循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机100的空气或燃料的温度。进入燃气轮机100的空气或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的空气或者燃料的温度作为控制信号，当温度传感器检测到的空气或燃料的温度值大于设定值时，控制器控制流量控制阀330减小循环工质的流量，即减少与空气或燃料进行换热的循环工质流量，使空气或燃料获得的热量减小，从而降低空气或燃料进入燃气轮机100的温度；反之，当温度传感器检测到的空气或燃料的温度值小于设定值时，控制器控制流量控制阀330增大循环工质的流量，即增加与空气或燃料进行换热的循环工质流量，使空气或燃料获得的热量增大，从而提高空气或燃料进入燃气轮机100的温度；如此反复调节，最终使得空气或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，使燃料蒸汽联合循环机组获得最佳效率，燃料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。
优选的，预热循环工质采用除盐水。预热循环回路中的循环工质流出余热换热器的温度为60℃至75℃，余热烟道211内流经余热换热器310的烟气的温度为75℃至90℃。预加循环回路的运行参数低，降低设备造价。预热循环回路上还设有为加热循环工质提供动力的升压泵340，余热换热器310和预热换热器320设置于大约一致的高度，升压泵340扬程较低，运行费用少。
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，燃烧后的烟气进入余热烟道211对余热锅炉210中的给水进行加热，给水加热后成为水蒸气进入蒸汽轮机220做功；预热循环工质在预热循环回路中循环，预热循环工质流经余热换热器310，并且被余热烟道211内的烟气加热，被加热后预热循环工质流经预热换热器320，并且对进入燃气轮机100的空气或燃料进行预加热，预热循环工质被降温，降温后的预热循环工质进入余热换热器310被再次加热。
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或燃料入口处燃料的温度，调节流量控制阀330控制预热循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机100的空气或燃料的温度。
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 (8)

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，所述余热锅炉内设有余热烟道；
预热循环回路，所述预热循环回路上设有余热换热器和预热换热器；
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；所述预热换热器与所述燃气轮机的空气进口对接，或者，所述预热换热器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，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蒸汽循环换热器的下游。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述预热循环回路上还设有流量控制阀。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求1至4任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述预热循环回路中的预热循环工质流出所述余热换热器的温度为60℃至75℃。
6.根据权利要求1至4任一项所述的燃气蒸汽联合系统，其特征在于，所述余热烟道内流经所述余热换热器的烟气的温度为75℃至90℃。
7.一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，燃烧后的烟气进入余热烟道对余热锅炉中的给水进行加热，给水加热后成为水蒸气进入蒸汽轮机做功；
预热循环工质在预热循环回路中循环，当预热循环工质流经余热换热器时，被余热烟道内的烟气加热，被加热后预热循环工质流经预热换热器时，对进入燃气轮机的空气或燃料进行预加热，预热循环工质被降温，降温后的预热循环工质进入余热换热器被再次加热。
8.根据权利要求7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，控制预热循环工质的流量，从而控制进入燃气轮机的空气或燃料的温度。
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