CN111911248A - 燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法，其包括：抽气管路，抽气管路的进气端与燃气轮机的压气机内连通，抽气管路的出气端与燃气轮机的透平排气扩散段连通；控制阀，设于所述抽气管路上，用于控制进入所述透平排气扩散段内气体的流量；温度传感器，设于所述透平排气扩散段，用于采集所述透平排气扩散段中的排气温度；控制系统，与所述控制阀、温度控制器相连。本发明可降低燃机排出烟气温度，并且通过控制控制阀的开度，以确保透平排气扩散段排出的烟气温度在安全运行温度范围内(即在排烟温度极限值以下)，提升燃气轮机燃烧稳定性，提升燃气轮机排放性能。

Description

燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法。

背景技术

重型燃气轮机的主要部件包括压气机、燃烧室以及透平。吸入的空气经由压气机压缩成高温高压状态后，进入到燃烧室与燃料进行混合燃烧，高温高压的燃气经透平端膨胀做功。燃气轮机在部分负荷运行时，存在一个最小环保负荷，即在该负荷以上至满负荷过程中，燃气轮机的NOx及CO等排放指标应保持在某一环保标准范围内。因此，最小环保负荷即为燃气轮机运行下限。

燃气轮机在部分负荷运行时，通常火焰温度较低，燃烧稳定性较差，需要增加值班气量，确保机组安全稳定运行。与此同时，值班气量增加会造成燃气轮机NOx排放增加，为了保证燃机的排放就需要被迫提升燃气轮机排气温度，来确保机组排放达标。

目前，现有主机厂商确保部分负荷下的排放情况及燃烧稳定性，主要采取两个措施：

1.通过燃烧调整，提升燃烧稳定性，相应的燃机排气温度就会提高。

2.改进现有的燃烧器，通过调整燃烧形式，确保燃烧稳定性。

考虑到当前燃机电厂的主要形式为燃气-蒸汽热电联产，因此燃机排气温度受限于其后余热锅炉的限制，因此提升排温的空间较小。采用升级后的燃烧器可以从燃烧形式上提升燃烧稳定性，但目前燃烧器升级换代周期较长，且更换燃烧器的成本较高。

因此，需要一种易于实施且能提高燃气轮机燃烧稳定性、提升燃气轮机排放性能的燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法。

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燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法，可以确保在不增加排温的前提下，提升燃气轮机燃烧稳定性，提升燃气轮机排放性能，扩展燃气轮机运行负荷下限，同时该调节系统的硬件设备投资低。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其包括：

抽气管路，抽气管路的进气端与燃气轮机的压气机内连通，抽气管路的出气端与燃气轮机的透平排气扩散段连通；

控制阀，设于所述抽气管路上，用于控制进入所述透平排气扩散段内气体的流量；

温度传感器，设于所述透平排气扩散段，用于采集所述透平排气扩散段中的排气温度；

控制系统，与所述控制阀、温度控制器相连。

优选的，所述抽取管路包括多根进气支路，所有进气支路的进气端与所述压气机的不同级相连通。

优选的，所述其中一根进气支路的进气端与所述压气机的末级相连通。

优选的，与所述透平排气扩散段相连的余热锅炉的入口处设有温度采集器，所述温度采集器与所述控制系统相连。

优选的，所述温度传感器设于所述透平排气扩散段的进气侧。

本发明提供一种燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其其采用如上所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，所述燃气轮机燃烧稳定性调节方法为：抽取燃气轮机的压气机内的压缩空气以输送至燃气轮机的透平排气扩散段中，并且根据所述温度传感器采集的温度数据闭环控制所述控制阀的开度。

优选的，所述控制系统中预设有排烟温度极限值，所述控制系统检测到透平排气扩散段中的烟气温度达到排烟温度极限值时，控制所述控制阀开启。

优选的，所述控制阀关闭的条件为：所述控制系统检测到燃气轮机的负荷达到满负荷的的70％—95％时，关闭所述控制阀。

优选的，所述控制系统中预设有排烟温度极限值，所述控制阀开度调节过程为：所述温度传感器实时检测所述透平排气扩散段内气体温度，并且将当前温度传输给控制系统，控制系统计算当前温度与排烟温度极限值间的差值，当差值逐渐增大时所述控制阀的开度逐渐变大，当差值逐渐减小时所述控制阀的开度逐渐减小。

如上所述，本发明的燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法，具有以下有益效果：其通过在燃气轮机压气机某级或末级抽取部分的压缩空气，通过抽气管路将其引入透平排气扩散段，可以确保在不增加锅炉入口温度的前提下，提升燃气轮机燃烧稳定性，提升燃气轮机排放性能；另外，还可降低燃气轮机最小运行负荷，降低燃气轮机运行负荷下限，扩展燃气轮机运行范围，提升燃气轮机运行灵活性。

附图说明

图1显示为本发明的燃气轮机燃烧稳定性调节系统示意图。

图2显示为本发明的燃气轮机燃烧稳定性调节方法的控制曲线示意图。

元件标号说明

1 压气机

2 燃烧器

3 透平

4 透平排气扩散段

5 余热锅炉

6 抽气管路

7 进气支路

8 控制阀

9 温度传感器

10 温度采集器

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2。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、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。

如图1所示，本发明提供一种燃气轮机燃烧稳定性调节系统，燃气轮机包括依次连通的压气机1、燃烧器2和透平3，其包括：

抽气管路6，抽气管路6的进气端与燃气轮机的压气机1内连通，抽气管路6的出气端与燃气轮机的透平排气扩散段4连通；

控制阀8，设于所述抽气管路6上，用于控制进入所述透平排气扩散段4内气体的流量；温度传感器9，设于所述透平排气扩散段4，用于采集所述透平排气扩散段4中的进气温度；

控制系统，与所述控制阀8、温度控制器9相连。

本发明的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其通过在燃气轮机启动过程中，抽取压气机1内的压缩空气至透平排气扩散段4中，以此降低透平排气扩散段4排出的烟气温度，并且通过控制控制阀8的开度，以确保透平排气扩散段4排出的烟气温度在安全运行温度范围内(即在排烟温度极限值以下)，提升燃气轮机燃烧稳定性，提升燃气轮机排放性能。

抽取压气机1内的压缩空气至透平排气扩散段4中，其作用具体为：

一方面，抽气管路6的进气源为压气机1中的空气，空气温度较低，可与透平排气扩散段4中的热烟气进行混合，能够有效降低进入到余热锅炉5的排烟温度。故可在运行时提升燃气轮机排气温度，提升燃机燃烧稳定性及燃机排放性能；

另一方面，抽气管路6抽取的压气机端空气后，进入到燃烧室2的入口参与燃烧的空气相应减少，改变燃烧室内燃空比，提升燃气轮机燃烧稳定性，并且可以有效抑制氮氧化物的排放。

为更好的实现对透平排气扩散段4处的降温，本实施例中抽取管路6包括多根进气支路，所有进气支路的进气端与压气机的不同级相连通；本实施例中抽取管路6可在压气机的中间级，也可在压气机的末级进行抽气，可根据实际应用情况而定。优选的，其中一根进气支路7的进气端与压气机1的末级相连通。

为更好的确保排烟温度在安全运行温度范围内，本实施例在与透平排气扩散段4相连的余热锅炉5的入口处设有温度采集器10，温度采集器10与所述控制系统相连，温度采集器10实时采集余热锅炉的进气烟温，只需其在排烟温度极限值之下，即确保了余热锅炉的正常运行。

为更好的控制上述控制阀8的开度，本实施例中温度传感器10设于透平排气扩散段4的进气侧，以此更明确的反映透平排气扩散段4当前的温度值，便于调整控制阀8的开度。

本发明还提供一种燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其可采用如上所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，所述燃气轮机燃烧稳定性调节方法为：抽取燃气轮机的压气机1内的压缩空气以输送至燃气轮机的透平排气扩散段4中，并且根据所述温度传感器9采集的温度数据闭环控制所述控制阀8的开度。

本发明可有效降低透平排气扩散段4排出的烟气温度，即降低进入到余热锅炉5的温度。故可在运行时提升燃气轮机排气温度，提升燃机燃烧稳定性及燃机排放性能；同时进入到燃烧室2的入口参与燃烧的空气相应减少，改变燃烧室内燃空比，提升燃气轮机燃烧稳定性，并且可以有效抑制氮氧化物的排放。

本实施例的燃气轮机燃烧稳定性调节方法具体控制过程为：见图2所示，图中横坐标为启动时间，纵坐标为数值；其中曲线a为透平排气扩散段4中的温度变化；曲线b为余热锅炉5的入口处烟气温度变化；曲线c为上述控制阀开度大小的变化；曲线d为IGV开度变化曲线。在燃气轮机启动中，上述温度传感器9和温度采集器10实时进行采集，并同时传输当前温度值给控制系统，控制系统可为燃气轮机的启动系统。

初始，温度传感器9和温度采集器10所采集的烟温逐渐上升，当温度值达到控制系统中预设的排烟温度极限值，该排烟温度极限值一般为余热锅炉5的安全工作极限温度，其为定值，见图2所示，控制系统控制上述控制阀8开启，抽气管路6开始抽取压气机中的空气输送至透平排气扩散段4中，以此与透平3排出的烟气混合，降低透平排气扩散段4排出的烟温。

随燃气轮机的启动，上述调节方法中控制阀8开度的具体调节过程为：见图2所示，温度传感器9实时检测透平排气扩散段4内气体温度，并且将当前温度传输给控制系统，控制系统计算当前温度与排烟温度极限值(本实施例中该温度可由温度采集器10采集获得)间的差值，当差值逐渐增大时控制阀8的开度逐渐变大，当差值逐渐减小时控制阀8的开度逐渐减小。

当控制系统检测到燃气轮机的负荷达到满负荷的的70％—95％时，优选的为满负荷的80％，关闭控制阀8，后续IGV开度加大，直至满负荷，完成燃气轮机的启动。

下面描述一具体实施例：

某型燃气轮机在部分负荷下，燃烧存在不稳定现象，导致燃气轮机在部分负荷运行下，存在排放超标等问题，同时受到现有余热锅炉的进口温度限制，该燃气轮机透平排气扩散段的烟气温度不能提高，且该燃气轮机目前已投运，无法更换下一代燃烧器。

基于以上背景，在该燃气轮机上采用本实施例的燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法，基于现有燃烧稳定性调节管路进行升级改造，通过改进放风管路(现有的放风管路主要是在燃气轮机启动过程中，为了防止压气机发生喘振，在启动过程打开放风阀，减少压气机启动过程中主流的质量流量)上的放风阀及阀门执行机构，搭建燃烧稳定性调节系统。具体为：可利用该放风管路作为上述抽气管路6，上述抽气管路6抽出的气体流入透平排气扩散段4，将原有放风管路上的放风阀变成上述控制阀，其与控制系统信号相连，可控制该控制阀的启闭和开度大小。

该种实施其无需改变余热锅炉的入口温度，无需改进燃机本体燃烧器，现场实施时间短，燃机本体改动较小，成本较低，安全可靠。

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 (9)

1.一种燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其特征在于，包括：

抽气管路，抽气管路的进气端与燃气轮机的压气机内连通，抽气管路的出气端与燃气轮机的透平排气扩散段连通；

控制阀，设于所述抽气管路上，用于控制进入所述透平排气扩散段内气体的流量；

温度传感器，设于所述透平排气扩散段，用于采集所述透平排气扩散段中的排气温度；

控制系统，与所述控制阀、温度控制器相连。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其特征在于：所述抽取管路包括多根进气支路，所有进气支路的进气端与所述压气机的不同级相连通。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其特征在于：所述其中一根进气支路的进气端与所述压气机的末级相连通。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其特征在于：与所述透平排气扩散段相连的余热锅炉的入口处设有温度采集器，所述温度采集器与所述控制系统相连。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，其特征在于：所述温度传感器设于所述透平排气扩散段的进气侧。

6.一种燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其特征在于：其采用如权利要求1至权利要求5任一项所述的燃气轮机燃烧稳定性调节系统，所述燃气轮机燃烧稳定性调节方法为：抽取燃气轮机的压气机内的压缩空气以输送至燃气轮机的透平排气扩散段中，并且根据所述温度传感器采集的温度数据闭环控制所述控制阀的开度。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其特征在于：所述控制系统中预设有排烟温度极限值，所述控制系统检测到透平排气扩散段中的烟气温度达到排烟温度极限值时，控制所述控制阀开启。

8.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其特征在于：所述控制阀关闭的条件为：所述控制系统检测到燃气轮机的负荷达到满负荷的70％—95％时，关闭所述控制阀。

9.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧稳定性调节方法，其特征在于：所述控制系统中预设有排烟温度极限值，所述控制阀开度调节过程为：所述温度传感器实时检测所述透平排气扩散段内气体温度，并且将当前温度传输给控制系统，控制系统计算当前温度与排烟温度极限值间的差值，当差值逐渐增大时所述控制阀的开度逐渐变大，当差值逐渐减小时所述控制阀的开度逐渐减小。

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