CN110985218B - 一种燃气轮机的增压机压力调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机的增压机压力调节方法及系统，该系统的具体调节步骤为：获取燃气轮机发电机目标功率、发电机目标功率对应的实际负荷率；判断实际负荷率与市政管网压力负荷率的大小，当实际负荷率大于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气进入增压机被增压，增压机出口目标压力的选择根据发电机目标功率的实际负荷率进行选取，把市政管网来气压力能满足的燃气轮机负荷率与全负荷之间的部分划分多个区间，判断实际负荷率所在区间，选取实际负荷率所在区间的上限值再加上一超调量作为参考系数，根据参考系数计算增压机出口目标压力，通过上述方法可使燃气轮机入口压力能及时快速达到需求值，且降低了增压机功耗，经济节能。

Description

一种燃气轮机的增压机压力调节方法及系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃气轮机的增压机压力调节方法及系统。

背景技术

在涉及燃气轮机的工程设计中，为了保证燃气轮机在极端工况下对天然气压力的需求，增压机的功率选型通常按增压机的出口压力与进口压力的最大压比选择，增压机进口压力即为市政管网接到厂区的调压站的压力，通常为定值，增压机出口压力则按燃气轮机的最大需求压力来选择。

然而，这样设计选型出来的增压机功率在实际运行过程中的大部分情况下是偏大的，因为燃气轮机具有快速负荷扰动、调峰等特点，通常燃气轮机电厂都不是满负荷运行，而且随着电网调度进行变负荷的工况也经常发生，导致燃气轮机在部分负荷时增压机功率偏大，即不经济也不节能。

发明内容

基于上述实际情况，本发明提出了一种燃气轮机的增压机压力调节方法及系统，将增压机的出口压力与燃气轮机负荷进行关联，使得增压机设计选型时可以不按燃气轮机极端最大需求压力来选型设计增压机，在一定程度上，能够节约增压机运行的功耗。

本发明采用以下技术方案：

一种燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，其调节步骤如下：

1）获取燃气轮机发电机目标功率。

2）获取所述发电机目标功率的实际负荷率a。

3）判断所述实际负荷率a与市政管网压力对应负荷率的相对大小，当实际负荷率a小于或等于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气不进入增压机，直接进入燃气轮机。

当实际负荷率a大于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气进入增压机被增压，增压机出口目标压力的选择根据所述发电机目标功率的实际负荷率a进行选取；所述增压机出口目标压力的选择方式为：将市政管网来气压力达到满足的燃气轮机负荷率L与燃气轮机全负荷之间的部分划分多个区间，判断所述发电机目标功率的实际负荷率a处于哪个区间，选取实际负荷率a所在区间的上限值再加上一超调量c作为参考系数，根据参考系数计算增压机出口目标压力。

4）所述燃气轮机的控制装置将增压机出口目标压力值反馈至增压机变频电动机，通过调节变频电动机的转速，以使增压机出口压力达到所述增压机出口目标压力。

优选的，步骤3）中划分区间的个数根据电厂实际运行经验和机组安全稳定运行的需要进行选择。

优选的，步骤3）中超调量c的选取根据调压站和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置情况进行选择。

优选的，步骤3）中对于不同的实际负荷率a，对应的所述超调量相同，即c为定值。

优选地，对于不同的实际负荷率a，对应的超调量c不同，实际负荷率a所在区间的上限负荷率越大，则超调量c越大。

优选的，所述超调量c为：c=a×K，其中K为一修正系数。所述修正系数K与调压站和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置有关；或者，所述修正系数K的具体取值也可以通过经验数据表查询获取。

适用于权利要求1-8所述燃气轮机的增压机压力调节方法的调节系统，其特征在于：市政管网来气管线连接进入电厂厂区天然气管线之间，设置有增压机，增压机配置有独立的增压机电动机；厂区天然气管线连接至燃气轮机，燃气轮机通过发电机提供电源；燃气轮机的发电机通过负荷指令反馈系统连接至增压机电动机。

上述燃气轮机的增压机压力调节系统，其工作原理如下：

首先，根据机组负荷判定进入管线的天然气是否需要增压；

当燃气轮机实际负荷率a小于或等于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气管线不需要增加，增压机和增压机电动机不运行，负荷反馈系统不工作；

当燃气轮机实际负荷率a超过市政管网压力对应的负荷率时，根据机组负荷所处的区间，负荷指令反馈系统将指令反馈至增压机电动机，增压机变频调速，使得增压机出口天然气压力与机组当前负荷对天然气压力匹配；

天然气经增压后，经厂区天然气管线进入燃气轮机燃烧，带动发电机进行发电。

通过上述设计方案，本发明可达到的有益效果如下：

1、本发明中，增压机出口压力根据燃气轮机机组的实际运行负荷变化而变化，根据负荷情况，将运行负荷划分区间来选取增压机出口压力，使得增压机的出口压力能够匹配燃气轮机机组此时需求的压力，即当燃气轮机机组处于部分负荷时，增压机也处于部分负荷运行。这样可以有效避免增压机总是满负荷运行的状态，降低增压机电动机能耗，达到最佳节能效果。

2、本发明中，选取增压机出口压力时进行超调，使燃气轮机入口压力能够及时快速达到需求值。考虑到增压机燃气出口压力响应的滞后性，通过超调，使得增压后的燃气能够迅速满足发电机组对压气压力的需求，从而保证燃气轮机机组能够快速响应电网调度对负荷扰动的需求，也在一定程度上保证了机组安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明增压机压力控制系统示意图。

图2为本发明增压机出口压力与负荷关系图（C=0）。

图3为本发明增压机出口压力与负荷关系图（C=0，a=91%）。

图4为本发明增压机出口压力与负荷关系图（C为定值，设定为2%）。

图5为本发明增压机出口压力与负荷关系图（C为变化值，与负荷率有关）。

其中，附图标记为：1 燃气轮机，2 燃气轮发电机，3 增压机电动机，4 增压机，5负荷指令反馈系统，6 市政管网来气管线，7 厂区天然气管线。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，天然气经市政管网的来气管线6进入厂区调压站增压机4，根据机组负荷判定是否需要增压，再经厂区天然气管线7进入燃气轮机1燃烧，带动发电机2进行发电。当燃气轮机实际负荷率a小于等于市政管网压力对应的负荷率（例如75%）时，增压机不需要运行，负荷指令反馈系统5也不需要投入工作。当燃气轮机负荷超过市政管网压力对应的负荷率时，由于燃机对天然气压力的需求增高，市政管网来气压力不能满足要求，增压机需要投入运行。根据机组负荷所处的区间，负荷指令反馈系统5将指令反馈至增压机电动机3，增压机4变频调速，使得增压机4出口天然气压力能够匹配机组当前负荷对天然气压力的需求。

本发明提供的燃气轮机的增压机压力调节方法包括如下步骤：

（1）获取燃气轮机发电机目标功率；发电机功率可以由燃气轮机控制系统TCS中直接获得。

（2）获取发电机目标功率对应的实际负荷率a。

发电机需求功率越大，燃气轮机的进气压力也需增加。根据城镇燃气管道设计压力分级，最高等级为高压燃气管道A级（2.5<P≤4.0），也就是说燃气母管的压力最高不超过4Mpa，从母管接至电厂调压站，考虑支管局部压力损失和沿程压力损失，在实际运行的电厂中，调压站增压机入口处的市政管网来气压力一般在2.8Mpa，根据工程经验，此时的市政管网的压力只能满足燃气轮机部分负荷率L运行，例如只能满足燃气轮机75%负荷率以下的负荷运行。

（3）判断实际负荷率a与市政管网来气压力的相对大小，当实际负荷率a小于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气不进入增压机，而是通过燃气轮机燃料入口端的燃料减压阀，将燃料压力减至需求压力的大小。

当实际负荷率a大于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气进入增压机被增压，增压机出口目标压力的选择通过以下方式获得：把市政管网来气压力能够满足的燃气轮机负荷率L与全负荷之间的部分划分多个区间，判断所述实际负荷率a处于哪个区间，选取实际负荷率a所在区间的上限值再加上一超调量c作为参考系数，根据参考系数计算增压机出口目标压力值。

4）控制装置将通过上述方式获得的增压机出口目标压力值反馈至增压机变频电动机，通过调节电动机功率，使增压机出口压力达到目标压力值。

例如，在75%~100%负荷区间内划分5个区间，即75%~80%，80%~85%，85%~90%，90%~95%，95%~100%五个区间（区间值包含上限），划分的区间数是基于电厂实际的运行情况，考虑划分过多区间时，可能导致增压机功率频繁变化，导致运行不稳定，而划分更少的区间个数时，可能会造成增压机运行不经济。根据某F级燃气轮机电厂实际运行数据，增压机入口压力为2.8Mpa，最大出口压力为3.5Mpa（对应100%负荷），75%~100%负荷区间内燃气轮机负荷与增压机出口压力呈线性增长。

超调量c可以根据调压站和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置情况而定。在燃气轮机电厂，调压站的位置通常设置在厂区的边缘角落，调压站与燃气轮机主厂房的距离较远（通常大于200m），如果此时燃气轮机升负荷波动，它对天然气的压力需求也是实时波动的，而增压机的响应是有过程的，从负荷反馈指令实时传过去，到增压机转速增加，再到增压机燃气出口压力增加，再通过厂区管道输送到燃气轮机厂房，该过程使得燃气轮机进口压力无法及时增大到升负荷后的需求压力。

基于此，为了更好的保证增压机能够在部分负荷下快速响应燃气轮机升负荷的需求，增压机需要提前提升出口压力，本发明提出使负荷率在每个负荷区间内取上限值再加一超调量c。在不同的区间内，由于燃气流量的大小也不一致，各区间的超调量c也可不一致。

下面根据各不同超调量c、不同实际负荷率a的取值进一步说明本发明具体实现的技术方案。

实施例1

如图2所示，各区间的超调量c均为0。

如图3所示，当燃气轮机实际负荷率a为91%时，控制装置判断其处于90%~95%区间，则选取区间上限95%作为参考量来计算增压机出口压力值，根据图3的曲线对应关系，此时对应增压机的出口压力P2为3.36Mpa。

实施例2

不同的实际负荷率a位于不同的所述区间时，不同所述区间对应的超调量均相等，假定为2%；当燃气轮机实际负荷率a为91%时，控制装置判断其处于90%~95%区间，则选取区间上限95%再超前2%，即选取97%作为参考量来计算增压机出口压力值。如图4所示的增压机的实际运行曲线，根据图4中曲线的对应关系，此时对应增压机的出口压力P2为3.416Mpa。

实施例3

不同的实际负荷率a位于不同的所述区间时，不同所述区间对应的超调量不等。

所述超调量c为：c=a×K，该超调量c与实际负荷率a呈线性关系，实际负荷率a越大，则超调量越大。修正系数K与调压站、机组特性和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置有关，修正系数K的具体取值也可通过经验数据表查询获取。

当燃气轮机实际负荷率a为91%时，若查表获得K为0.011，因此计算：

c=a*K=91%*0.011=1%

可得，超调量c为1%，控制装置判断91%处于90%~95%区间，则选取区间上限95%再超前1%，即选取96%作为参考量来计算增压机出口压力值，根据图5所示的曲线对应关系，此时对应增压机的出口压力P₂为3.366Mpa。

通过本发明提供的增压机压力调节方法，由于增压机是完全根据机组负荷来调整运行状态，增压比ΔP=P₂/P₁随着工况的变动而变化，而不是最初的设计选型按最大的出口压力P₂进行核算，增压机耗功功率可以明显降低，增压机的电机功率计算公式为

，

例如：当燃气轮机实际负荷率为91%时，按照前述实施例三的方法，根据C为变化值的模型计算，通过查经验数据表计算出C值，此时负荷率对应的增压机的出口压力P₂=3.366Mpa，根据下文公式，使用本申请负荷反馈系统的增压机功耗N_f’与常规配置的增压机功耗N_f的比值：

由此可以看出，通过本申请的压力调节方法，增压机的耗功功率可以明显降低，在75%~100%负荷区间内，燃气轮机负荷越低，增压机的节能效果就越好。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，具体步骤包括：

1）获取燃气轮机发电机目标功率；

2）获取所述发电机目标功率的实际负荷率a；

3）判断所述实际负荷率a与市政管网压力对应负荷率的相对大小，当实际负荷率a小于或等于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气不进入增压机，直接进入燃气轮机；

当实际负荷率a大于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气进入增压机被增压，增压机出口目标压力的选择根据所述发电机目标功率的实际负荷率a进行选取；

所述增压机出口目标压力的选择方式为：将市政管网来气压力达到满足的燃气轮机负荷率L与燃气轮机全负荷之间的部分划分多个区间，判断所述发电机目标功率的实际负荷率a处于哪个区间，选取实际负荷率a所在区间的上限值再加上一超调量c作为参考系数，根据参考系数计算增压机出口目标压力；

4）所述燃气轮机的控制装置将增压机出口目标压力值反馈至增压机变频电动机，通过调节变频电动机的转速，以使增压机出口压力达到所述增压机出口目标压力。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，划分区间的个数根据电厂实际运行经验和机组安全稳定运行的需要进行选择。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，所述超调量c的选取根据调压站、机组特性和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置情况进行选择。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，当不同的实际负荷率a位于同一区间内时，对应的超调量c相同，即超调量c为定值。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，当不同的实际负荷率a位于同一区间内时，对应的超调量c不同，实际负荷率a所在的区间的上限负荷率越大，则超调量c越大。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，所述超调量c为：c=a×K，其中K为一修正系数，所述修正系数K与调压站、机组特性和燃机轮机电厂的实际燃气管线布置有关。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机的增压机压力调节方法，其特征在于，所述修正系数K的具体取值通过经验数据表查询获取。

8.适用于权利要求1-7任意一项所述燃气轮机的增压机压力调节方法的调节系统，其特征在于：市政管网来气管线连接进入电厂厂区天然气管线之间，设置有增压机，增压机配置有独立的增压机电动机；厂区天然气管线连接至燃气轮机，燃气轮机通过发电机提供电源；燃气轮机的发电机通过负荷指令反馈系统连接至增压机电动机。

9.根据权利要求8所述的调节系统，其特征在于工作原理如下：

首先，根据机组负荷判定进入管线的天然气是否需要增压；

当燃气轮机实际负荷率a小于或等于市政管网压力对应的负荷率时，市政管网来气管线不需要增加，增压机和增压机电动机不运行，负荷反馈系统不工作；

当燃气轮机实际负荷率a超过市政管网压力对应的负荷率时，根据机组负荷所处的区间，负荷指令反馈系统将指令反馈至增压机电动机，增压机变频调速，使得增压机出口天然气压力与机组当前负荷对天然气压力匹配；

天然气经增压后，经厂区天然气管线进入燃气轮机燃烧，带动发电机进行发电。

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