CN106050423B - 一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法，二次空气流路(5)通过第一支路(7)通向空气透平(6)，二次空气流路(5)上设有第一阀门(8)，第一支路(7)上设有第二阀门(9)。第一支路(7)或二次空气流路(5)上设置有换热器(10)，换热器(10)用于预热进入燃烧室(2)的燃料(11)。二次空气流路(5)还通过第二支路(15)通向空气透平(6)，第二支路(15)上设有第三阀门(16)。燃气轮机部分负荷下，调整第一阀门(8)的开度，使进入二次空气流路(5)中的空气量增加，进入燃烧室(2)内的空气量减少且满足燃烧需求。本发明可实现根据燃机的运行工况，实时的调节二次空气流量，降低燃机最小环保负荷。

Description

一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别是涉及一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法。

背景技术

燃气轮机发电机组是一种把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置，具有启动速率快、效率高等优点。随着经济的发展，大众的环保意识也逐渐提高。各国相应的出台了一系列环保标准，对燃气轮机在不同工况下运行的排放要求也越来越严苛，提出了最小环保负荷的概念，即满足环保排放标准的燃气轮机最小运行负荷。

在燃气轮机部分负荷工况下，特别是负荷较低时，由于燃烧温度比较低等原因易造成不完全燃烧，空气过量系数大，使得燃机排气中CO增多，同时，通常二次空气流量无法主动控制。现有的技术中关联性最大的对二次空气的利用主要集中在提升燃气轮机的性能。从压气机引出的二次空气经过换热器对燃料进行预热后进入透平，这样的好处是预热了燃料的同时，降低了冷却空气的温度，从而提升燃气轮机的性能。但缺点是灵活性不足，无法根据燃机的运行工况，实时的调节二次空气流量，也无法降低燃机最小环保负荷。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法，用于解决现有技术中的二次空气流路灵活性不足，无法根据燃机的运行工况，实时的调节二次空气流量，也无法降低燃机最小环保负荷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流路系统，至少包括：压缩机、燃烧室、主透平，所述压缩机与燃烧室之间连接有一次空气流路，所述压缩机与主透平之间连接有二次空气流路，其特征在于，还包括一空气透平，所述二次空气流路还通过第一支路通向所述空气透平，二次空气流路上还设有第一阀门，第一支路上设有第二阀门。

优选地，所述第一支路上还设有换热器，所述换热器用于预热进入燃烧室的燃料。

优选地，所述主透平连接一排气装置，所述空气透平的排气口也通向所述排气装置。

优选地，所述主透平连接第一发电机，空气透平连接第二发电机。

优选地，所述二次空气流路还通过第二支路通向空气透平，第二支路上设有第三阀门。

优选地，所述二次空气流路上还设有换热器，所述换热器用于预热进入燃烧室的燃料，所述二次空气流路还通过第三支路从所述换热器的二次空气进气侧通向其二次空气出气侧，所述换热器的二次空气进气侧设置有第四阀门，所述第三支路上设置有第五阀门。

优选地，所述二次空气流路可为多条，第一阀门可为多个。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，其特征在于，采用前述任一项所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统；燃气轮机部分负荷下，调整所述第一阀门的开度，使进入所述二次空气流路中的空气量增加，进入燃烧室内的空气量减少且满足燃烧需求；燃气轮机正常负荷下，调整所述第一阀门的开度，使进入燃烧室内的空气量满足燃烧需求。

优选地，当需要对进入燃烧室的燃料预热时，还通过调整第二阀门的开度调节进入第一支路中的空气量，使得二次空气流路中的部分空气通过第一支路进入换热器中对流经其中的燃料进行预热，经过换热器的二次空气再进入空气透平做功；当需要对进入燃烧室的燃料预热时，还通过调整第四阀门的开度使得二次空气流路中的部分空气进入换热器中对流经其中的燃料进行预热，经过换热器的二次空气再进入二次空气流路中。

优选地，当无需对进入燃烧室的燃料预热或对空气透平做功需求较高时，关闭所述第二阀门并通过调整所述第三阀门的开度，使进入所述第二支管中的空气流量增加；当无需对进入燃烧室的燃料预热或对空气透平做功需求较高时，关闭所述第四阀门并通过调整所述第五阀门以及第二阀门的开度，使进入所述第一支路中的空气流量增加。

如上所述，本发明的用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法，具有以下有益效果：

1、在部分负荷下，能够通过阀门调节二次空气流量，使进入燃烧室的空气量减少，降低过量空气系数，以减少燃机排气中的CO含量，从而降低燃机最小环保负荷；

2、通过在第一支路或二次空气流路上设置换热器使得部分二次空气进入换热器，使燃料升温，提升燃气轮机性能；

3、在第一支路设置换热器时，经过换热器的二次空气送入空气透平做功后注入排气装置，进一步降低燃气轮机排放；

4、无需对燃料进行预热或厂用电需求较高时，可通过进行空气透平的做功，以满足需求。

附图说明

图1显示为本发明的用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法的实施方式一结构示意图。

图2显示为本发明用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法的实施方式二结构示意图。

图3显示为本发明用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法的实施方式三结构示意图。

图4显示为本发明用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法的实施方式四结构示意图。

元件标号说明

1 压缩机

2 燃烧室

3 主透平

4 一次空气流路

5 二次空气流路

6 空气透平

7 第一支路

8 第一阀门

9 第二阀门

10 换热器

11 燃料

12 排气装置

13 第一发电机

14 第二发电机

15 第二支路

16 第三阀门

17 第三支路

18 第四阀门

19 第五阀门

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施方式一：

本发明提供的一种用于燃气轮机的二次空气流路系统如图1所示，压缩机1与燃烧室2之间连接有一次空气流路4，压缩机1与主透平3之间连接有二次空气流路5，还包括一空气透平6，二次空气流路5还通过第一支路7通向空气透平6，二次空气流路5上还设有第一阀门8，第一支路7上设有第二阀门9。主透平3连接一排气装置12，空气透平6的排气口也通向排气装置12。主透平3连接第一发电机13，空气透平6连接第二发电机14。

第一阀门8、第二阀门9的开度与二次空气流量具有对应关系，以便于实现阀门对空气流量的调整。

本发明的二次空气流路5可为一条或多条，其上的第一阀门8可为一个或多个。

由此，本发明中，压缩机1中的空气一部分经过一次空气流路4进入燃烧室，另一部分进入二次空气流路5，在二次空气流路5上设置第一阀门8，可进行二次空气流路5中空气流量的调整，在燃气轮机部分负荷下，通过第一阀门8来调节二次空气量，使得进入燃烧室2中的空气量减少，从而降低空气过量系数，以减少CO排放，降低燃气轮机最小环保负荷。二次空气流路5中的空气进入主透平3。燃烧室2排出的燃气进入主透平3做功带动第一发电机13发电后注入到排气装置12中。而在二次空气流路5上设置第一支路7，并通过第二阀门9使得二次空气流路5中的部分空气进入第一支路7后，二次空气通过第一支路7进入空气透平6做功带动第二发电机14发电后注入到排气装置12中，进一步降低燃气轮机排放。第二发电机14发的电比如可以作为厂用电。

本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，采用前述的二次空气流路系统，燃气轮机部分负荷下，调整第一阀门8的开度，使进入二次空气流路5中的空气量增加，进入燃烧室2内的空气量减少且满足燃烧需求；燃气轮机正常负荷下，调整第一阀门8的开度，使进入燃烧室2内的空气量满足燃烧需求。

实施方式二：

如图2所示，本实施方式在实施方式一的基础上做出了进一步的改进，在实施方式一所描述的用于燃气轮机的二次空气流路系统上，第一支路7上还设有换热器10，换热器10用于预热进入燃烧室2的燃料11。由此本实施方式的二次空气流路系统在实现实施方式一所具有的功能外，还在第一支路7上设置换热器10，通过第二阀门9使得二次空气流路5中的部分空气进入第一支路7后，第一支路7中的二次空气流经换热器10与流经换热器10的用于输入燃烧室2的燃料11发生热交换，将燃料11预热，能够提高燃料焓值，降低所需燃料量，提高部分负荷下的燃气轮机性能。经过换热器10的气体进入空气透平6做功带动第二发电机14发电后注入到排气装置12中，进一步降低燃气轮机排放。

本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，采用本实施方式的二次空气流路系统，当需要对进入燃烧室2的燃料11预热时，还通过调整第二阀门9的开度调节进入第一支路7中的空气量，使得二次空气流路5中的部分空气通过第一支路7进入换热器10中对流经其中的燃料11进行预热，经过换热器10的二次空气再进入空气透平6做功。

实施方式三：

如图3所示，本实施方式在实施方式二的基础上做出了进一步的改进，在实施方式二所描述的用于燃气轮机的二次空气流路系统上，增设了第二支路15，二次空气流路5通过第二支路15通向空气透平6，第二支路15上设有第三阀门16。第三阀门16的开度与二次空气流量具有对应关系，以便于空气流量的调整。由此，本实施方式的二次空气流路系统在实现实施方式二所具有的功能外，还能够通过调节第三阀门16，控制二次空气流路5中的部分空气进入第二支路15，并使得进入第二支路15中的空气进入空气透平6做功产生厂用电后注入排气装置12，进一步降低燃气轮机排放。此外，在二次空气流路5上设置第一支路7、第二支路15后，可根据燃机的运行工况，通过自由控制其支路上的阀门实现对二次空气流量的实时调节，如当无需对进入燃烧室2的燃料11预热或厂用电需求较高即空气透平6做功需求较高时，可关闭第二阀门9，通过调整第三阀门16，控制进入第二支路15中的空气流量来实现。

由此，本发明的用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，当采用本实施方式的二次流路系统时，还能够实现当无需对进入燃烧室2的燃料11预热或厂用电需求较高即空气透平6做功需求较高时，关闭第二阀门9并通过调整第三阀门16的开度使进入第二支路15中的空气流量增加。

实施方式四：

如图4所示，本实施方式在实施方式一的基础上做出了进一步的改进，在实施方式一所描述的用于燃气轮机的二次空气流路系统上，二次空气流路5上还设有换热器10，换热器10用于预热进入燃烧室2的燃料11，二次空气流路5还通过第三支路17从换热器10的二次空气进气侧通向其二次空气出气侧，换热器10的二次空气进气侧设置有第四阀门18，第三支路17上设置有第五阀门19。第四阀门18、第五阀门19的开度与二次空气流量具有对应关系，以便于空气流量的调整。由此本实施方式的二次空气流路系统在实现实施方式一所具有的功能外，还在二次空气流路5上设置换热器10，通过第四阀门18使得二次空气流路5中的部分空气流经换热器10与流经换热器10的用于输入燃烧室2的燃料11发生热交换，将燃料11预热，能够提高燃料焓值，降低所需燃料量，提高部分负荷下的燃气轮机性能。经过换热器10的气体再进入二次空气流路5中。并且，在不需要对进入燃烧室2的燃料11预热时，关闭第四阀门18，调整第五阀门19的开度，使得二次空气通过第三支路回到二次空气流路5中。当厂用电需求较高即空气透平6做功需求较高时，关闭第四阀门18，调整第五阀门19以及第二阀门9的开度，使进入第一支路7中的空气流量增加。

本发明提供一种用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，采用本实施方式的二次空气流路系统，当需要对进入燃烧室2的燃料11预热时，还通过调整第四阀门18的开度使得二次空气流路5中的部分空气进入换热器10中对流经其中的燃料11进行预热，经过换热器10的二次空气再进入二次空气流路5中。当无需对进入燃烧室2的燃料11预热或对空气透平6做功需求较高时，关闭第四阀门18并通过调整第五阀门19以及第二阀门9的开度，使进入第一支路7中的空气流量增加。

除上述实施方式所述内容之外，本发明的二次空气还可用于压气机入口空气预热、除冰，以及产生辅助蒸汽等作用。

综上所述，本发明的用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法可以实现在部分负荷下，调节二次空气流量，使进入燃烧室的空气量减少，降低过量空气系数，以减少燃机排气中的CO含量，从而降低燃机最小环保负荷；在第一支路上设置换热器，第一支路中的二次空气通过换热器与进入燃烧室的燃料进行热量交换，使燃料升温，提升燃机的性能，经过热交换器后，进入空气透平做功后注入到燃机排气装置中，进一步降低燃气轮机排放；在二次空气流路上设置换热器，二次空气通过换热器与进入燃烧室的燃料进行热量交换，使燃料升温，提升燃机的性能，经过热交换器后，再次进入二次空气流路中；第二支路还可满足无需对进入燃烧室的燃料预热或厂用电需求较高工况下的二次空气流量的实时调节。由此，本发明可实现根据燃机的运行工况，实时的调节二次空气流量，降低燃机最小环保负荷。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于燃气轮机的二次空气流路系统，至少包括：压缩机(1)、燃烧室(2)、主透平(3)，所述压缩机(1)与燃烧室(2)之间连接有一次空气流路(4)，所述压缩机(1)与主透平(3)之间连接有二次空气流路(5)，其特征在于，还包括一空气透平(6)，所述二次空气流路(5)还通过第一支路(7)通向所述空气透平(6)，二次空气流路(5)上还设有第一阀门(8)，第一支路(7)上设有第二阀门(9)，所述第一支路(7)上还设有换热器(10)，所述换热器(10)用于预热进入燃烧室(2)的燃料(11)，所述主透平(3)连接一排气装置(12)，所述空气透平(6)的排气口也通向所述排气装置(12)，所述主透平(3)连接第一发电机(13)，空气透平(6)连接第二发电机(14)，所述二次空气流路(5)还通过第二支路(15)通向空气透平(6)，第二支路(15)上设有第三阀门(16)。

2.一种用于燃气轮机的二次空气流路系统，至少包括：压缩机(1)、燃烧室(2)、主透平(3)，所述压缩机(1)与燃烧室(2)之间连接有一次空气流路(4)，所述压缩机(1)与主透平(3)之间连接有二次空气流路(5)，其特征在于，还包括一空气透平(6)，所述二次空气流路(5)还通过第一支路(7)通向所述空气透平(6)，二次空气流路(5)上还设有第一阀门(8)，第一支路(7)上设有第二阀门(9)，所述二次空气流路(5)上还设有换热器(10)，所述换热器(10)用于预热进入燃烧室(2)的燃料(11)，所述二次空气流路(5)还通过第三支路(17)从所述换热器(10)的二次空气进气侧通向其二次空气出气侧，所述换热器(10)的二次空气进气侧设置有第四阀门(18)，所述第三支路(17)上设置有第五阀门(19)。

3.根据权利要求1或2所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统，其特征在于：所述二次空气流路(5)为多条，第一阀门(8)为多个。

4.一种用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一项所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统；燃气轮机部分负荷下，调整所述第一阀门(8)的开度，使进入所述二次空气流路(5)中的空气量增加，进入燃烧室(2)内的空气量减少且满足燃烧需求；燃气轮机正常负荷下，调整所述第一阀门(8)的开度，使进入燃烧室(2)内的空气量满足燃烧需求；当采用如权利要求1所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统时，当需要对进入燃烧室(2)的燃料(11)预热时，还通过调整第二阀门(9)的开度调节进入第一支路(7)中的空气量，使得二次空气流路(5)中的部分空气通过第一支路(7)进入换热器(10)中对流经其中的燃料(11)进行预热，经过换热器(10)的二次空气再进入空气透平(6)做功；当采用如权利要求2所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统时，当需要对进入燃烧室(2)的燃料(11)预热时，还通过调整第四阀门(18)的开度使得二次空气流路(5)中的部分空气进入换热器(10)中对流经其中的燃料(11)进行预热，经过换热器(10)的二次空气再进入二次空气流路(5)中。

5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机的二次空气流量的控制方法，其特征在于：当采用如权利要求1所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统时，当无需对进入燃烧室(2)的燃料(11)预热或对空气透平(6)做功需求较高时，关闭所述第二阀门(9)并通过调整所述第三阀门(16)的开度，使进入所述第二支路(15)中的空气流量增加；当采用如权利要求2所述的用于燃气轮机的二次空气流路系统时，当无需对进入燃烧室(2)的燃料(11)预热或对空气透平(6)做功需求较高时，关闭所述第四阀门(18)并通过调整所述第五阀门(19)以及第二阀门(9)的开度，使进入所述第一支路(7)中的空气流量增加。