CN107304689A - 一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，该方法包括：获取汽轮机的第一级金属温度；将汽轮机第一级温度测量值发给温度调节装置，调节装置将其加上一定阈值设定为温度控制目标值；然后通过PI控制器调节燃气轮机的排气温度，来间接控制后端余热锅炉的出口蒸汽温度，保证它与汽轮机第一级金属温度的变化基本一致。本发明可以保证整个燃气轮机及其整个联合循环机组中，余热锅炉的出口蒸汽温度与汽轮机所需进口温度实现匹配，防止汽轮机收到过大的热冲击或过多的冷却，达到提升整个燃气轮机及其整个联合循环机组的发电效率。

Description

一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，用来控制燃气轮机的排气温度，来保证整个联合循环机组的高发电效率和长寿命，属于燃气轮机控制和保护技术领域。
背景技术
近年来，随着世界清洁能源政策调整，基于燃气轮机的联合循环发电方式受到越来越多的重视，燃气轮机首先将排出的高温“废气”送入余热锅炉中，再加热水产生高温高压的蒸汽，推动后端的汽轮机做工。这种发电方式具有较高的发电效率，但是，燃气轮机和汽轮机在启动特性上存在较大的差异，在机组启动特性上存在很大的差异，启动过程中，容易出现余热锅炉、汽轮机的金属热应力过大，使得余热锅炉过热器管壁腐蚀速度加快，汽轮机热冲击增大，严重影响汽轮机和余热锅炉的使用寿命。
特别是燃气轮机的调节速率要快于汽轮机，在燃气轮机联合循环发电机组进行冷态启动时，燃气轮机排气温度上升速率过快，会间接导致余热锅炉的出口蒸汽温度上升过快，使得汽轮机受到过大的热冲击，减少了设备寿命。反之，当机组进行热态启动时，如果燃气轮机排气温度上升速率过慢，也会间接导致余热锅炉的出口蒸汽温度上升过慢，使得汽轮机受到过多的冷却，降低了发电效率。
因此，本发明的目的是为了提供一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，它可以在整个燃气轮机联合循环机组启动过程中，通过调节燃气轮机的出口排气温度，保证它的变化速率与汽轮机启动特性一致，减少机组后端设备特别是汽轮机在启动过程中的热应力冲击，确保汽轮机的使用寿命，同时又防止过多冷却，提高发电效率。
发明内容
为了实现上述目地，本发明提出了一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于包括以下步骤：
燃气轮机及其整个联合循环机组应在汽轮机第一级金属处装有温度传感器，可以实时获取汽轮机第一级金属温度测量值STT；将汽轮机第一级温度信号STT发给温度调节装置，调节装置将温度控制目标GTTR设定为STT加上一定阈值STH，通过PI控制器调节燃气轮机的排气温度GTT，实现汽轮机所需进气温度与余热锅炉出口蒸汽温度的匹配。
进一步地，如果汽轮机第一级金属处装有2个温度传感器时，将2个温度测量值的高值作为汽轮机第一级金属温度信号STT，如果汽轮机第一级金属处装有3个温度传感器时，将3个温度测量值的中间值或平均值作为汽轮机第一级金属温度信号STT。
进一步地，当调节装置将温度控制目标GTTR设定为STT加上一定阈值STH时，阈值STH根据汽轮机第一级温度信号STT从设定的插值表上插值获得，初始设定的温度控制目标GTTR应保持在燃气轮机排气温度的可调节范围内。
进一步地，在温度调节过程中，如果温度控制目标GTTR低于燃气轮机排气温度的可调节范围的最小值GTTMIN，则将温度控制目标GTTR设定为最小值GTTMIN，如果温度控制目标GTTR超过了燃气轮机排气温度的可调节范围的最大值GTTMAX，则将温度控制目标GTTR设定为最大值GTTMAX。
进一步地，PI控制器的结构可以为，其中FSRT表示最终输出的燃气轮机燃料量，Kp和Ki的参数则可以根据各类鲁棒控制器设计方法获得，但温度控制的调节速率受设定温度速率限制。
进一步地，PI控制器的结构可以为，其中IGVT表示最终输出的压气机进口导叶角度，Kp和Ki的参数则可以根据各类鲁棒控制器设计方法获得，但温度控制的调节速率受设定温度速率限制。
进一步地，也可以同时调节燃气轮机燃料量FSRT和压气机进口导叶角度IGVT，来实现燃气轮机排气温度的控制。
进一步地，该调节装置的投入时间，通常选在燃气轮机并网以后。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①以温度变化特性较慢的汽轮机为控制目标信号，对温度变化特别较快的燃气轮机进行控制和调节，保证整个燃气轮机联合循环机组具有一致的启动特性，减少机组后端设备特别是汽轮机在启动过程中的热应力冲击，确保汽轮机的使用寿命，同时又防止过多冷却，提高发电效率；②实时调整，通过实时的采集汽轮机的第一级金属温度，不断的修正燃气轮机的排气温度输出，具有更好的动态特性；③算法简单，工程实现容易，整个架构无需改变现有的燃气轮机联合循环机组设备架构，同时PI控制器参数的选取采用鲁棒控制器设计，从而保证温度控制具有更高的控制精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法方块图；
图2是基于本发明的燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节逻辑图；
图3是基于本发明的某型燃气轮机联合循环机组的汽轮机进口温度变化图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
以某型70MW燃气轮机为应用对象，燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法方块图如图1所示，附图标记101为燃气轮机的燃料输入单元，本燃气轮机的燃料为天然气。
附图标记103为发电机单元，附图标记104为燃气轮机单元，本实施例中，该燃气轮机的排气温度调节范围为374℃-604℃。将该燃气轮机启动到并网状态，附图标记102为基于本发明的温度调节装置单元，开始投入工作。
附图标记105为余热锅炉单元，附图标记106为汽轮机单元，本实施例中，汽轮机单元106第一级金属处装有2个温度传感器，将2个温度测量值的高值作为汽轮机单元106第一级金属温度信号STT发送给温度调节装置单元102；然后温度调节装置单元102将温度控制目标GTTR设定为STT加上一定阈值STH，阈值STH根据汽轮机第一级温度信号STT从设定的插值表上插值获得，整个插值表如下：
STT(℃) 0 400 500 700
STH(℃) 100 100 120 120
通过温度调节装置单元102中的PI控制器调节燃气轮机单元104的排气温度GTT，温度调节通过压气机进口导叶角度IGVT，通过采用MATLAB软件中现代控制器设计软件，得到PI控制器参数为Kp为5.31，Ki为0.62。因此整个控制器输出的燃料量。
本实施例中基于本发明的燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节逻辑图如图2所示，采用本发明的燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，燃气轮机联合循环机组的汽轮机进口温度变化如图3所示，与现有技术对比，可以清晰的看到，传统方法与期望值在变化过程中，会有一段落差，这是因为传统方法完全忽视燃气轮机和汽轮机启动特性不一致，两个设备在启动过程中并没有交互协调作用，而采用本发明方法，汽轮机进口温度在启动过程中，基本能和期望值保持一致，保证汽轮机不会受到过度的热效应冲击，保证汽轮机设备的长寿面。

Claims (8)

1.燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于包括以下步骤：
燃气轮机及其整个联合循环机组应在汽轮机第一级金属处装有温度传感器，可以实时获取汽轮机第一级金属温度测量值STT；将汽轮机第一级温度信号STT发给温度调节装置，调节装置将温度控制目标GTTR设定为STT加上一定阈值STH，通过PI控制器调节燃气轮机的排气温度GTT，实现汽轮机所需进气温度与余热锅炉出口蒸汽温度的匹配。
2.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，如果汽轮机第一级金属处装有2个温度传感器时，将2个温度测量值的高值作为汽轮机第一级金属温度信号STT，如果汽轮机第一级金属处装有3个温度传感器时，将3个温度测量值的中间值或平均值作为汽轮机第一级金属温度信号STT。
3.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，当调节装置将温度控制目标GTTR设定为STT加上一定阈值STH时，阈值STH根据汽轮机第一级温度信号STT从设定的插值表上插值获得，初始设定的温度控制目标GTTR应保持在燃气轮机排气温度的可调节范围内。
4.根据权利要求3所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，在温度调节过程中，如果温度控制目标GTTR低于燃气轮机排气温度的可调节范围的最小值GTTMIN，则将温度控制目标GTTR设定为最小值GTTMIN，如果温度控制目标GTTR超过了燃气轮机排气温度的可调节范围的最大值GTTMAX，则将温度控制目标GTTR设定为最大值GTTMAX。
5.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，PI控制器的结构可以为，其中FSRT表示最终输出的燃气轮机燃料量，Kp和Ki的参数则可以根据各类鲁棒控制器设计方法获得，但温度控制的调节速率受设定温度速率限制。
6.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，PI控制器的结构可以为，其中IGVT表示最终输出的压气机进口导叶角度，Kp和Ki的参数则可以根据各类鲁棒控制器设计方法获得，但温度控制的调节速率受设定温度速率限制。
7.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，可以同时调节燃气轮机燃料量FSRT和压气机进口导叶角度IGVT，来实现燃气轮机排气温度的控制。
8.根据权利要求1所述燃气轮机及其整个联合循环机组温度调节装置及方法，其特征在于，该调节装置的投入时间，通常选在燃气轮机并网以后。
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