CN1097153C - 监视带有多个喷燃器的燃气轮机的供给系统的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

在采用一种用于监视带有多喷燃器系统的燃气轮机的供给系统(10)的方法时，所述供给系统(10)至少具有一个分配系统(15、24)，通过此分配系统将多喷燃器系统工作所需的介质在压力下分配给多个接入燃烧室的各个喷燃器(12…14)，采用如下方式可实现对故障可靠的判断和分析，在燃气轮机运行时持续地对至少一个分配系统(15、24)中的压力损失进行测量将测出的压力损失与标志燃气轮机某种工作状况的额定值进行比较，当测出的压力损失与所属的额定值偏离预定值时，则发出信号。

Description

监视带有多个喷燃器 的燃气轮机的供给系统的方法及装置
本发明涉及燃气轮机的技术领域。该发明涉及一种用于监视带有多个喷燃器系统的燃气轮机的供给系统的方法，该供给系统至少包含一个分配系统，通过该分配系统将多个喷燃器系统工作所需的介质在压力下分配给各个接入燃烧室的喷燃器。
另外，本发明还涉及一种实施此方法的装置，所述装置包含有多个接入一燃烧室的喷燃器，处于压力下的液体燃料通过燃料分配系统被供给上述喷燃器。
在装备有低污染的多喷燃器系统的现代燃气轮机中，燃料通过一成套的燃料分配系统被输送给喷燃器或燃料喷管。这种系统同样也适用于水，为减少NOx的释放，水通过一相应的水分配系统被分配给喷燃器。在燃料管路和水管路上安装有一系列的分配阀、单向阀和过滤器，这些装置可将燃料(水)按顺序地分配给上述喷燃器。
在进行设备安装时或设备工作时，燃料系统或水系统可能出现故障。例如各单向阀可能失灵或分配阀可能被误操作。在某些实际情况下燃料系统中的杂质可能导致各过滤器或燃料喷嘴堵塞。在另外的情况下调节阀和燃料喷嘴可能受到燃料中携带的小的固体颗粒的侵蚀。
燃料分配(或水分配)过程中出现的上述所有不正常现象都将导致喷燃器负荷不均匀和随之而产生的各热燃气部件的高温度负荷，因而使燃气轮机的寿命缩短。所以可以在早期可靠地判断出供给系统中尤其是燃料或水分配系统中出现的故障从而使燃气轮机的操纵者能对设备运行状况进行准确分析是非常必要的。
本发明的任务在于提出一种方法，采用此方法可以简单可靠地对燃气轮机的供给系统进行监视，并且在出现偏差时可以尽早地、有针对性地采取相应措施。此外，本发明还提供一种实施此方法的装置。
上述任务在采用本说明书开始部分所提到的方法时的解决方案如下，在燃气轮机运行期间对至少一个分配系统中的压力损失进行测量，将测出的压力损失与当时燃气轮机的某种工作状况的额定值进行比铰，并且当测出的压力损失偏离其额定值-预定值时发出信号。燃气轮机的供给系统，尤其是燃料系统和燃料喷嘴可以是流量固定的排列成行的设备，因此对任意一种负荷状况必然存在例如一个确定的燃料压力损失及必要的燃料压力。此时若在燃料分配系统中出现不正常现象，实际测出的燃料压力与理论曲线必然出现偏差。本发明方法就利用了这种事实。
本发明方法的第一优选的实施方式的特征在于，为了在至少一个分配系统中测出压力损失，对分配系统输入端和燃烧室内的压力进行测量并从上述两个压力值求出压差，通过一台泵和一个后置于泵的调节阀对至少一个分配系统输送待分配的介质，并且为确定分配系统中的压力，对调节阀输出端的压力进行测量。通过对测量点的选择可以以简单的方式测出整个分配系统上的压降(压力损失)，而不致对调节阀不断变化的状态产生错误判断。
为了可以以简单的方式获得有判断价值的额定值基准曲线，以便利用此曲线检测出在以后设备运行时的所有变化，依照本发明方法的第二个优选的实施方式，为准备出至少一个分配系统的压力损失额定值，最好在燃气轮机首次开机时测出各种可能的工作状况下该分配系统中的压力损失，并对其进行储存。
用于实施上述方法的本发明的装置包含有多个接入燃烧室的喷燃器，通过一燃料分配系统对所述喷燃器供给具有一定压力的液体燃料，该装置的特征在于，在燃料分配系统上以及在燃烧室内分别设置压力传感器，上述压力传感器与一公用监视单元相连。
本发明装置的优选实施方式的特征在于，将喷燃器联合成喷燃器组，为每个喷燃器组配备一个自己的燃料分配系统或水分配系统，在每个燃料分配系统或水分配系统中设置一个用于监视的压力传感器，并且将它们与监视单元相连。
本发明装置的另一实施方式的特征在于，通过一燃料泵和一调节阀对燃料分配系统供给燃料，并且压力传感器顺流动方向设置在调节阀的后面。
本发明装置的又一实施方式的特征在于，附加通过水分配系统对喷燃器供给水或水蒸气，并且在水分配系统上设置一个压力传感器，将该传感器与公用的监视单元相连。
本发明装置的再一实施方式的特征在于，通过一台水泵和一调节阀对水分配系统供给水，将压力传感器顺流动方向设置在调节阀的后面。
下面将结合附图对照实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为具有本发明监视措施的燃气轮机-供给系统的一优选实施例的设备简图；
图2为本发明方法的与燃气轮机功率(GTL)有关的燃气轮机的燃料分配系统中的压力损失(P)的额定值曲线(A)和极限值曲线(B)范例图。
图1中示出了具有本发明监视措施的燃气轮机一供给系统的优选实施例的设备简图。供给系统10向被联合成喷燃器组11的多个喷燃器或燃料喷管12、13和14供给工作介质。通常还设有其它的喷燃器或喷燃器组，但在图1中为了清楚起见省略了这些喷燃器或喷燃器组。供给系统10由燃料分配系统15和水分配系统24构成。这两个分配系统15和24是为喷燃器组11设置的。其它的(图中未示出的)喷燃器组由同类(图中未示出)分配系统进行供给。
通过一台燃料泵16、一个后置的快速关闭阀17和一个调节阀18对燃料分配系统15输送具有一定压力的燃料(通常为油)。通过燃料分配系统15燃料被分配给各个喷燃器12…14，其中在每个喷燃器12…14上设置有一个第一进路阀123、133、143，上述进路阀可分别控制每个喷燃器的燃料供给。另外出于维护的考虑，在燃料分配系统15中设置有一个排气阀21和一个泄放阀22。在快速关闭阀17和用于燃料分配系统15的调节阀18之间引出至并联的燃料分配系统和喷燃器组的其它管路23。所有的燃料分配系统都与一个排空阀19相连接。另外也可以通过一条燃气供气管路40对喷燃器12…14供给燃气。
与燃料分配系统15相同，通过一台水泵25、一个后置的快速关闭阀26和一个调节阀27对水分配系统24输送具有一定压力的水(或水蒸汽)。由水分配系统24将水分配给各个喷燃器12…14，其中在每个喷燃器12…14上设置有第二进路阀121、131、141，上述进路阀可控制每个喷燃器的进水。在每对进路阀121、123或131、133或141、143之间分别横向设置有一个单向阀122、132、142。在快速关闭阀26与用于水分配系统24的调节阀27之间引出至并联的水分配系统和喷燃器组的其它管路30。所有水分配系统同样共同由一公用的排空阀28保证安全运行。
不管是燃料分配系统15中的燃料还是水分配系统24中的水都因系统中的流动阻力而产生压力损失，这种压力损失反映出系统的某种状况。压力损失是某分配系统的输入端与喷燃器12…14输出端间的压差或与(图中未示出的)喷燃器接入的且输入来自燃气轮机压缩机部分的压缩助燃空气的燃烧室内压力的差。按照本发明正是对这类压力损失进行测量和监视。借助于对与基准值(额定值)以及基准值曲线(图2中的额定值曲线A及额定值A1)的偏差进行检测可在早期分析出供给系统中的故障，或者提前对检查和维修工作做出准备。
为对压力损失进行测量，在每个分配系统15或24的输入端及在某调节阀18或27的后面分别设置一压力传感器20及29，上述压力传感器可持续地(例如周期地)测出分配系统中的输入压力并且每上述测量值(通过用虚线所示的线路)送入中央监视单元32。设置在燃烧室上的另一压力传感器31同时测出燃烧室内的压力并同样将该测量值传送给监视单元32。这时在监视单元32的减法器33和34中分别求出由压力传感器20和31或29和31测出的压力的差值，并将上述差值分别传送给后置的比较器35及36。在比较器中，将与分配系统15及24中的压力损失相应的压差与存储在某(图中未示出的)存储器中并从该存贮器中取出的额定值进行比较。比较的结果被传递给分析计算单元37。当在比较器35、36中确定出测出的压差与相应的额定值的偏差大于一预定的极限值(图2中的极限值曲线B及极限值B1)时，则将分析计算单元37分析出的结果显示在显示器38上。同时分析计算单元37通过信号线39将一相应的控制信号(报警-或警报信号)传递给燃气轮机的中央控制单元(图中未示出)。当然也可以在一合适的编程微处理机中进行减法运算和结果比较。同样也可以使压力传感器20，29和31除了起监视作用外还可执行正常的调节任务。为此可将测量值直接输送给中央控制单元，在此不再赘述。
准备额定值及额定值曲线的方法如下：在首次开机时燃烧室运行方案的设置应满足设备验收要求。其中对与燃气轮机的功率和运行方式有关的在燃料分配系统或水分配系统中的实际压降及压力损失进行测量和记录。在燃料压力损失为P(单位：巴)时，例如由此得出与燃气轮机功率GTL(单位：兆瓦)有关的在图2中所示出的额定值曲线A。额定值曲线A示出在开始段(低于50兆瓦)的由于切换造成的不连续性，上述不连续性由阻塞段C、D表示。在阻塞段内本发明的监视方法被中断。在其余的段内，确定燃料分配的额定状况的额定值曲线A作为用作日后永久进行测量的基准曲线。也可为水分配系统得出基准的额定值曲线，其作用与上述类同。
在工业生产期间对选定的系统上的燃料压降进行测量并与在相关功率段内的期待值进行比较。当燃气轮机例如正好在130兆瓦左右的功率段(图2中的曲线)内工作时，将测出的压降值与在此功率时的额定值曲线A的额定值A1进行比较。这时对额定值曲线A确定出所属的极限值曲线B(图2)，该极限值曲线说明实际值与额定值偏差的最大容许的、而又不致发出报警或发出一相应的信号的程度。对130兆瓦左右的功率段图2中用B1表示所属的极限值。当这时在燃料分配系统中测出的压力损失顺箭头方向超过极限值B1时，在监视单元32中推导出存在故障。致于偏差出现的方式尤其是偏差随时间的变化过程，则有待进一步分析。例如当流量突然变化时，则表示有关喷燃器组的某个阀门可能有故障。反之当特性持续变化时，故障原因可能是阀门误动作或过滤器和喷嘴堵塞，或者上述部件锈蚀。
依照本发明的以监视分配系统的流量特性为基础的保护方案可连续地从总体上监视燃气轮机或供给系统的燃料系统状况。可以尽早地安排检查和维修工作并且可以可靠地避免各喷燃器系统全部失效。
本发明的特殊优点是：
—降低了热燃气部件的负荷；
—延长了部件的寿命；
—提高了设备的可用度；
—使检查-和维修的间隔最佳。
     附图标记对照表10             供给系统(燃气轮机)11             喷燃器组12…14         喷燃器(或燃料喷管)15             燃料分配系统16             燃料泵(油)17、26         快速关闭阀18、27         调节阀19、28         排空阀20、29、31     压力传感器21             排气阀22             泄放阀23、30         管路(至其它的喷燃器组)24             水分配系统25             水泵32             监视单元33、34         减法器35、36         比较器37             分析计算单元38             显示器39             信号线路40             燃气输入管路121、131、141  进路阀122、132、142  单向阀123、133、143  进路阀A              额定值曲线A1             额定值B              极限值曲线B1             极限值C、D           阻塞段

Claims (13)

1、用于监视带有多个喷燃器系统的燃气轮机的供给系统(10)的方法，所述供给系统(10)至少包括一个分配系统(15、24)，通过该分配系统将多喷燃器系统工作所需的介质在压力下分配给各个接入燃烧室的喷燃器(12…14)，其特征在于：在燃气轮机运行期间持续地对至少一个分配系统(15、24)中的压力损失进行测量，将测出的压力损失与当时燃气轮机某种工作状况的额定值(A、A1)进行比较，并且当测出的压力损失与所属的额定值(A、A1)偏差达到预定值时，发出信号。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于：为测出至少一个分配系统(15、24)中的压力损失对分配系统(15、24)输入端的压力和燃烧室内的压力进行测量并由上述两压力值求出压差。
3、按照权利要求3的方法，其特征在于：通过一台泵(16、25)和后置于该泵(16、25)的调节阀(18、27)向至少一个分配系统(15、24)输送待分配的介质，并且为确定分配系统(15、24)中的压力对调节阀(18、27)输出端的压力进行测量。
4、按照权利要求1的方法，其特征在于：为准备出至少一个分配系统(15、24)中的压力损失的额定值，在燃气轮机首次开机时测出各种工作状况下该分配系统(15，24)中的压力损失，并将上述值存储起来。
5、按照权利要求1的方法，其特征在于：在测出的压力损失偏离额定值时，除对其偏离的大小进行检测外，还要对其随时间的变化过程进行检测，并用于分析出现偏离的原因。
6、按照权利要求1的方法，其特征在于：将多喷燃器系统的喷燃器(12…14)分成喷燃器组(11)，对燃气轮机供给系统(10)中的每个喷燃器组(11)配备一个自己的分配系统(15、24)，并且单独地对每个分配系统(15、24)中的压力损失进行监视。
7、按照权利要求6的方法，其特征在于：至少一个分配系统是用于将液体燃料分配给喷燃器(12…14)的燃料分配系统(15)。
8、按照权利要求6的方法，其特征在于：至少一个分配系统是用于将水和/或水蒸汽分配给喷燃器(12…14)的水分配系统(24)。
9、用于实施监视带有多个喷燃器系统的燃气轮机的供给系统(10)的方法的装置，包含多个接入燃烧室的喷燃器(12…14)，通过一个燃料分配系统(15)对所述喷燃器供给具有一定压力的液体燃料，其特征在于：在燃料分配系统(15)以及燃烧室上都分别设置一个压力传感器(20或31)，并且将上述压力传感器(20、31)接在一公用的监视单元(32)上。
10、按照权利要求9的装置，其特征在于：通过一台燃料泵(16)和一调节阀(18)对燃料分配系统(15)供给燃料，并且将压力传感器(20)沿顺流方向设置在调节阀(20)的后面。
11、按照权利要求9的装置，其特征在于：另外通过一个水分配系统(24)对喷燃器(12…14)供给水或水蒸气，并且在水分配系统(24)上设置一个压力传感器(29)，将该压力传感器接在公用的监视单元(32)上。
12、按照权利要求11的装置，其特征在于：通过一台水泵(25)和一个调节阀(27)对水分配系统(24)供给水，并且将压力传感器(29)沿顺流方向设置在调节阀(27)的后面。
13、按照权利要求9的装置，其特征在于：喷燃器(12…14)被组合成喷燃器组(11)，对每个喷燃器组(11)配备一个自己的燃料分配系统(15)及水分配系统(24)，在每个燃料分配系统(15)及水分配系统(24)中设置有一个用于监视的压力传感器(20及29)，并将所述压力传感器接在监视单元(32)上。
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