CN107023338A - 一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，在汽机启动过程中，控制系统控制汽机入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道上的控制阀的阀口开度减小，从而使余热锅炉流至汽机中的蒸汽量增加，进而使汽机发电负荷量上升；与此同时，控制系统控制燃机增加燃料，从而使燃机发电负荷量上升；这样，燃机与汽机同步进行升负荷，从而节约了燃机与汽机升负荷所用的时间，能够使燃机‑汽机联合循环机组快速地进入到效率较高的正常负荷段运行，从而提高了燃机‑汽机联合循环机组的经济效益和调峰性能。

Description

一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法

技术领域

本发明涉及一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，属于燃气及蒸汽发电技术领域。

背景技术

燃机(即发电用燃气轮机)和汽机(即发电用汽轮机)是电厂发电中的主要设备。燃机-汽机联合循环电站以其高效、环保、灵活的特性，成为目前世界上最重要的发电形式之一。在国内，燃机-汽机联合循环机组大多被定位为调峰机组，昼开夜停、启停频繁，启停阶段的运行时间在单次运行的总时间中占比大。在燃机启动阶段，燃机的发电负荷低、燃机的效率也低，燃机的气耗水平远高于正常负荷情况，因此，在启动阶段，燃机的效率低，经济性差。因此，提高燃机-汽机联合循环机组启停过程的经济性，对于改善燃机电厂的经济效益非常重要。如图1所示，燃机-汽机联合循环机组包括燃机1和汽机3，燃机1和汽机3分别与发电机5连接并带动发电机5发电，燃机1排放的高温烟气进入到余热锅炉2中将余热锅炉2中的水加热成高温高压的蒸汽，蒸汽进入到汽机3中带动汽机3转动而发电，从汽机3中排出的蒸汽进入凝汽器6中凝结成液态水，液态水再由给水泵7输送至余热锅炉2循环利用；主蒸汽管道8上还设有与汽机3并联的旁路管道9，旁路管道9上设有控制阀4，在燃机-汽机联合循环机组启动的暖机阶段，汽机3的入口阀门10关闭，控制阀4打开，蒸汽从旁路管道9直接进入凝汽器6。

现有技术中，如图2所示，对于单轴联合循环机组，在启动阶段，较为普遍的控制策略是：燃机启动并在暖机负荷维持运转，等待汽机冲转并网并完成升负荷(汽机与凝汽器之间的旁路管道上的控制阀完全关闭则汽机完成升负荷)后，燃机再根据汽机所承受的应力情况进行升负荷(燃机中添加燃料则增加燃机负荷)，直至燃机与汽机的发电负荷总量达到目标发电负荷量。在此过程中，燃机始终在低负荷情况下运行，燃机的效率较低、经济性较差。

为提高联合循环启动过程经济性，现有的联合循环机组快速启动技术方案中，由于传统汽包锅炉的汽包热惯性大，启动时热应力大，制约了燃机快速升负荷，因而现有的联合循环机组快速启动技术主要用于采用直流锅炉的联合循环机组；此外，现有的联合循环机组快速启动技术要求放开汽轮机应力限制来实现燃机和汽机同步升负荷，因此，该技术仅在机组极热态启动(汽轮机中压转子温度高于350℃)时投用。可见，现有的联合循环机组快速启动技术虽然可以实现燃机与汽机同步升负荷功能，但其应用场合有限，限制条件较多，实际应用不方便。

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联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，能够缩短燃机-汽机联合循环机组的启动时间，提高经济效益和调峰性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，采用如下技术方案：

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，采用如下技术方案：一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，包括如下步骤：1)控制系统设定发电机组目标发电负荷量P；2)控制系统控制燃机启动，控制系统控制旁路管道上的控制阀打开，从余热锅炉产出的蒸汽经旁路管道流入凝汽器；燃机维持暖机负荷的状态运转；3)控制系统控制汽机入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道上的控制阀的阀口开度减小，从而使余热锅炉产出的部分蒸汽进入汽机而带动汽机加速转动；4)控制系统控制汽机入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道上的控制阀的阀口开度减小，从而使余热锅炉流至汽机中的蒸汽量增加；5)与步骤4)同时进行：控制系统控制燃机增加燃料；6)控制系统获取燃机、汽机发电负荷量的总量S，并将燃机、汽机发电负荷量的总量S与发电机组目标发电负荷量P进行比较；7)上述步骤6)中，若P>S，则重复步骤4)、5)和6)；8)上述步骤6)中，若P≤S，则控制系统控制燃机停止增加燃料。

进一步地，在上述步骤7)中，控制系统检测旁路管道的控制阀开度：i)若控制阀具有开度，则重复步骤4)、5)和6)；ii)若控制阀关闭，则控制系统控制燃机增加燃料。

进一步地，若在上述步骤8)之后，控制系统检测旁路管道的控制阀还具有开度，则进行以下步骤：a)控制系统控制旁路管道上的控制阀的阀口开度继续减小；与此同时，控制系统控制燃机减少燃料。

进一步地，在上述步骤a)之后还有以下步骤：b)控制系统获取燃机、汽机发电负荷量的总量S1，并将燃机、汽机发电负荷量的总量S1与发电机组目标发电负荷量P进行比较：①若P<S1，则重复步骤a)；②若P≥S1，控制系统控制燃机停止减少燃料。

进一步地，在上述步骤6)中，控制系统分别获取燃机发电负荷量R与汽机发电负荷量Q，控制系统将燃机发电负荷量R与汽机发电负荷量Q进行叠加得出燃机、汽机发电负荷量的总量S。

进一步地，在上述步骤2)中，燃机从启动冲转至燃机并网发电时的间隔时间为5至6分钟；

进一步地，在上述步骤3)中，汽机从开始升速至汽机并网发电时的间隔时间为4至6分钟。

如上所述，本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，具有以下有益效果：本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，在燃机-汽机启动过程中，控制系统控制汽机入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道上的控制阀的阀口开度减小，从而使余热锅炉流至汽机中的蒸汽量增加，进而使汽机并网且发电负荷量上升；与此同时，控制系统控制燃机增加燃料，从而使燃机发电负荷量上升；这样，燃机与汽机同步进行升负荷步骤，从而节约了燃机与汽机升负荷所用的时间。而且，控制系统获取燃机、汽机发电负荷量的总量S，并将燃机、汽机发电负荷量的总量S与发电机组目标发电负荷量P进行比较；若P>S，则重复燃机与汽机同步升负荷的步骤；若P≤S，则发电机组的发电总量已达到目标发电负荷量P，发电机组进入到正常负荷段运行，控制系统控制燃机停止增加燃料，此时，燃机与汽机启动阶段完成。由此可见，本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步进行升负荷步骤，缩短燃机-汽机联合循环机组的启动时间，能够使燃机-汽机联合循环机组快速地进入到效率较高的正常负荷阶段，从而提高了燃机-汽机联合循环机组的经济效益和调峰性能。

附图说明

图1显示为燃机-汽机联合循环发电机组的示意图。

图2显示为现有技术中的燃机-汽机联合循环发电机组升负荷过程图。

图3显示为本发明的燃机-汽机联合循环发电机组升负荷过程图。

1—燃机，2—余热锅炉，3—汽机，4—控制阀，5—发电机，6—凝汽器，7—给水泵，8—主蒸汽管道，9—旁路管道，10—入口阀门。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下对本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的技术方案的描述中，“燃机”即发电用燃气轮机；“汽机”即发电用汽轮机。

图3显示为本发明的燃机-汽机联合循环发电机组升负荷过程图，请结合参考图1和图3，本发明提供一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是，包括如下步骤：

1)控制系统设定发电机组目标发电负荷量P；

2)控制系统控制燃机1启动，控制系统控制旁路管道9上的控制阀4打开，从余热锅炉2产出的蒸汽经旁路管道9流入凝汽器6；燃机1维持暖机负荷的状态运转；

3)控制系统控制汽机3入口阀门10开度增大，并同时控制旁路管道9上的控制阀4的阀口开度减小，从而使余热锅炉2产出的部分蒸汽进入汽机3而带动汽机3加速转动；

4)控制系统控制汽机3入口阀门10开度增大，并同时控制旁路管道9上的控制阀4的阀口开度减小，从而使余热锅炉2流至汽机3中的蒸汽量增加；

5)与步骤4)同时进行：控制系统控制燃机1增加燃料；

6)控制系统获取燃机1、汽机3发电负荷量的总量S，并将燃机1、汽机3发电负荷量的总量S与发电机组目标发电负荷量P进行比较；

7)上述步骤6)中，若P>S，则重复步骤4)、5)和6)；

8)上述步骤6)中，若P≤S，则控制系统控制燃机1停止增加燃料。

请参考图1和图3，本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，在燃机-汽机启动过程中，控制系统控制汽机3入口阀门10开度增大，并同时控制旁路管道9上的控制阀4的阀口开度减小，从而使余热锅炉2流至汽机3中的蒸汽量增加，进而使汽机3并网且发电负荷量上升；与此同时，控制系统控制燃机1增加燃料，从而使燃机1发电负荷量上升；这样，燃机1与汽机3同步进行升负荷步骤，从而节约了燃机1与汽机3升负荷所用的时间。而且，控制系统获取燃机1、汽机3发电负荷量的总量S，并将燃机1、汽机3发电负荷量的总量S与发电机组目标发电负荷量P进行比较；若P>S，则重复燃机1与汽机3同步升负荷的步骤；若P≤S，则发电机组的发电总量已达到目标发电负荷量P，发电机组进入到正常负荷段运行，控制系统控制燃机1停止增加燃料，此时，燃机1与汽机3启动阶段完成。由此可见，本发明的一种联合循环发电机组的燃机1和汽机3同步进行升负荷步骤，缩短燃机-汽机联合循环机组的启动时间，能够使燃机-汽机联合循环机组快速地进入到效率较高的正常负荷阶段，从而提高了燃机-汽机联合循环机组的经济效益和调峰性能。

在本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的技术方案中，请参考图1和图3，在燃机1启动后的一段时间内，从余热锅炉2产出的蒸汽的压力、温度等品质参数尚未达标，一些蒸汽管道和设备的热惯性比较大，还不能达到正常工作状态，蒸汽需要对蒸汽管道、余热锅炉2等设备进行暖机，同时蒸汽参数还需逐步满足汽机3进汽条件要求，燃机1维持在暖机负荷运转。在此阶段，汽机3的入口阀门10处于关闭状态，而旁路管道9上的控制阀4打开，余热锅炉中的蒸汽从旁路管道9中流入凝汽器6中；待蒸汽的压力、温度等品质参数达标且蒸汽管道、余热锅炉2等设备被暖到可以在正常工作状态工作之后，再将汽机3入口阀门10开度增大，并同时减小旁路管道9上的控制阀4的阀口开度，从而使余热锅炉2产出的部分蒸汽进入汽机3而带动汽机3加速转动。请参考图3，燃机1维持在暖机负荷运转一定时间之后，控制装置控制汽机3的入口阀门10打开一定开度，主蒸汽管道8中的蒸汽进入汽机3，汽机3冲转而并网发电，为了使燃机1、汽机3发电负荷量的总量S快速地达到设定的目标发电负荷量P，在汽机3冲转并网后引入负荷指令临时处理环节，控制装置根据引入的负荷指令临时处理环节而对燃机-汽机发电机组进行控制，使旁路管道9上的控制阀4的开度逐渐减小，当燃机1、汽机3发电负荷量的总量达到目标发电负荷量之后，控制系统退出负荷指令临时处理环节并结束燃机-汽机联合循环机组启动阶段的控制。若旁路管道9上的控制阀4在燃机1、汽机3发电负荷量的总量达到目标发电负荷量之前就已经完全关闭，则控制系统退出负荷指令临时处理环节，控制装置控制燃机1继续增加燃料以使燃机1、汽机3发电负荷量的总量上升并最终达到目标发电负荷量。

在本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的技术方案中，在燃机1、汽机3发电负荷量的总量达到目标发电负荷量之后，旁路管道9上的控制阀4可能还未完全关闭，若出现这种情况，控制阀4开度继续减小则燃机1、汽机3发电负荷量的总量将会超过目标发电负荷量，这就需要在控制阀4的开度继续减小的同时减少输送向燃机1的燃料。作为一种优选的方式，若在上述步骤8)之后，控制系统检测旁路管道9的控制阀4还具有开度，则进行以下步骤：a)控制系统控制旁路管道9上的控制阀4的阀口开度继续减小；与此同时，控制系统控制燃机1减少燃料。为了使燃机1、汽机3发电负荷量的总量与目标发电负荷量准确地相符，防止燃机1、汽机3发电负荷量的总量过多或不足对电网供电稳定性造成影响，在上述步骤a)之后还有以下步骤：b)控制系统再次获取燃机1、汽机3发电负荷量的总量S1，并将燃机1、汽机3发电负荷量的总量S1与发电机组目标发电负荷量P进行比较：①若P<S1，则重复步骤a)；②若P≥S1，控制系统控制燃机1停止减少燃料。这样，通过控制装置对燃机1、汽机3发电负荷量的总量S1与目标发电负荷量P进行比较而调节燃机1的燃料和控制阀4的开度大小，从而使燃机1、汽机3发电负荷量的总量S1与目标发电负荷量P尽量接近。

在本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的技术方案中，旁路管道9上的控制阀4可能在燃机1、汽机3发电负荷量的总量达到目标发电负荷量之前就处于完全关闭的状态，如果出现这种情况，则需要通过向燃机1中增加燃料以使燃机1、汽机3发电负荷量的总量继续升高而最终达到目标发电负荷量。为了更好地控制燃机-汽机发电机组，作为一种优选的方式，在上述步骤7)中，控制系统检测旁路管道9的控制阀4开度：

i)若控制阀4具有开度，则重复上述步骤4)、5)和6)；

ii)若控制阀4关闭，则控制系统控制燃机1增加燃料；控制系统再获取燃机1、汽机3发电负荷量的总量S2，并将燃机1、汽机3发电负荷量的总量S2与发电机组目标发电负荷量P进行比较：若P>S2，则控制系统控制燃机1继续增加燃料，若P≤S2，则控制系统控制燃机1停止增加燃料。

燃机-汽机联合循环发电机组可以是燃机1和汽机3通过各自的连接轴分别与发电机5连接而带动发电机5发电，即多轴式燃机-汽机联合循环发电机组；也可以是燃机1和汽机3共用一根连接轴与发电机5连接而带动发电机5发电，即单轴式燃机-汽机联合循环发电机组。本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法既适用于单轴式燃机-汽机联合循环发电机组，也适用于多轴式燃机-汽机联合循环发电机组。对于单轴式燃机-汽机联合循环发电机组，在上述本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的步骤6)中，控制装置可以直接获取控制系统获取燃机1、汽机3发电负荷量的总量S；对于多轴式燃机-汽机联合循环发电机组，在上述步骤6)中，控制系统可以分别获取燃机1发电负荷量R与汽机3发电负荷量Q，控制系统将燃机1发电负荷量R与汽机3发电负荷量Q进行叠加得出燃机1、汽机3发电负荷量的总量S。在步骤5)中，控制系统控制燃机1增加燃料时，其加燃料速率还应考虑对余热锅炉2和汽机3的应力影响。

在本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法的技术方案中，燃机1或汽机3启动后转速提升至额定转速后开始并网发电，燃机1或汽机3并网发电时的实际转速等于电网频率与时间的乘积，我国电网频率为50赫兹，所以燃机1或汽机3发电时的实际转速为：50Hz×60S＝3000转/分。燃机1自启动至并网发电期间的效率较低，为了提高燃机1的效率，应该尽量缩短燃机1自启动至燃机1并网发电时的间隔时间，优选地，在上述步骤2)中，燃机1从启动至燃机1并网发电时的间隔时间为5至6分钟；同样道理，汽机3自启动至并网发电期间的效率较低，为了提高汽机3的效率，应该尽量缩短汽机3自启动至汽机3并网发电时的间隔时间，在上述步骤3)中，汽机3从开始转动至汽机3并网发电时的间隔时间为4至6分钟。

在燃机-汽机联合循环机组中，控制系统通过控制旁路管道9上的控制阀4来控制余热锅炉2至控制阀4之间的蒸汽管道中的蒸汽压力；控制阀4开度越小，余热锅炉2至控制阀4之间的蒸汽管道中的蒸汽压力越高，若余热锅炉2至控制阀4之间的蒸汽管道中的蒸汽压力设定值越高，则控制阀4关闭的速度越快，为了使控制阀4能够尽量在较短时间内关闭，在上述步骤3)和步骤4)中，控制系统先提高余热锅炉2至控制阀4之间的蒸汽管道中的蒸汽压力设定值，这样，控制阀4的关闭速度就能够在较短时间内关闭，从而减少从余热锅炉2产出的品质达标的蒸汽的浪费；当控制阀4完全关闭之后，控制系统控制余热锅炉2至控制阀4之间的蒸汽管道中的蒸汽压力恢复至原始设定值。

基于上述实施例的技术方案，本发明的一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法能够控制燃机1和汽机3同步进行升负荷步骤，缩短燃机-汽机联合循环机组的启动时间，能够使燃机-汽机联合循环机组快速地进入到效率较高的正常负荷阶段，从而提高了燃机-汽机联合循环机组的经济效益和调峰性能。

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 (7)

1.一种联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是，包括如下步骤：

1)控制系统设定发电机(5)组目标发电负荷量P；

2)控制系统控制燃机(1)启动，控制系统控制旁路管道(9)上的控制阀(4)打开，从余热锅炉(2)产出的蒸汽经旁路管道(9)流入凝汽器(6)；燃机(1)维持暖机负荷的状态运转；

3)控制系统控制汽机(3)入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道(9)上的控制阀(4)的阀口开度减小，从而使余热锅炉(2)产出的部分蒸汽进入汽机(3)而带动汽机(3)加速转动；

4)控制系统控制汽机(3)入口阀门开度增大，并同时控制旁路管道(9)上的控制阀(4)的阀口开度减小，从而使余热锅炉(2)流至汽机(3)中的蒸汽量增加；

5)与步骤4)同时进行：控制系统控制燃机(1)增加燃料；

6)控制系统获取燃机(1)、汽机(3)发电负荷量的总量S，并将燃机(1)、汽机(3)发电负荷量的总量S与发电机(5)组目标发电负荷量P进行比较；

7)上述步骤6)中，若P>S，则重复步骤4)、5)和6)；

8)上述步骤6)中，若P≤S，则控制系统控制燃机(1)停止增加燃料。

2.如权利要求1所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：在上述步骤7)中，控制系统检测旁路管道(9)的控制阀(4)开度：

i)若控制阀具有开度，则重复步骤4)、5)和6)；

ii)若控制阀关闭，则控制系统控制燃机(1)增加燃料。

3.如权利要求1所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：若在上述步骤8)之后，控制系统检测旁路管道(9)的控制阀(4)还具有开度，则进行以下步骤：

a)控制系统控制旁路管道(9)上的控制阀的阀口开度继续减小；与此同时，控制系统控制燃机(1)减少燃料。

4.如权利要求3所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：在上述步骤a)之后还有以下步骤：

b)控制系统获取燃机(1)、汽机(3)发电负荷量的总量S1，并将燃机(1)、汽机(3)发电负荷量的总量S1与发电机(5)组目标发电负荷量P进行比较：①若P<S1，则重复步骤a)；②若P≥S1，控制系统控制燃机(1)停止减少燃料。

5.如权利要求1所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：在上述步骤6)中，控制系统分别获取燃机(1)发电负荷量R与汽机(3)发电负荷量Q，控制系统将燃机(1)发电负荷量R与汽机(3)发电负荷量Q进行叠加得出燃机(1)、汽机(3)发电负荷量的总量S。

6.如权利要求1所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：

在上述步骤2)中，燃机(1)从启动至燃机(1)并网发电时的间隔时间为5至6分钟。

7.如权利要求1所述的联合循环发电机组的燃机和汽机同步升负荷方法，其特征是：

在上述步骤3)中，汽机(3)从开始升速至汽机(3)并网发电时的间隔时间为4至6分钟。