CN111963323B - 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法 - Google Patents

一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111963323B
CN111963323B CN202010743710.9A CN202010743710A CN111963323B CN 111963323 B CN111963323 B CN 111963323B CN 202010743710 A CN202010743710 A CN 202010743710A CN 111963323 B CN111963323 B CN 111963323B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control valve
fuel
ignition
pressure
pressure control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010743710.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111963323A (zh
Inventor
郑晗琪
吴志方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfang Electric Automatic Control Engineering Co ltd
Original Assignee
Dongfang Electric Automatic Control Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfang Electric Automatic Control Engineering Co ltd filed Critical Dongfang Electric Automatic Control Engineering Co ltd
Priority to CN202010743710.9A priority Critical patent/CN111963323B/zh
Publication of CN111963323A publication Critical patent/CN111963323A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111963323B publication Critical patent/CN111963323B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/263—Control of fuel supply by means of fuel metering valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26—Starting; Ignition
    • F02C7/264—Ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/70—Type of control algorithm
    • F05D2270/706—Type of control algorithm proportional-integral-differential

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，包括：1：根据收到的燃料投入请求发出点火指令；2：将压力控制阀A开启至预设开度，之后投入压力控制阀阀后压力PID控制回路；3：打开值班流量控制阀和主流量控制阀并延时，使燃料指令按设定速率提升；4：点火成功后按设定投入燃料；5：在升速过程中，当压力控制阀A开启到75%的开度时，开启压力控制阀B，并由压力控制阀B通过压力PID控制回路控制压力控制阀A和压力控制阀B后的压力；当转速升至设定值时，控制压力控制阀A和压力控制阀B全开；当转速平稳升至目标转速后，投入转速PID控制回路，完成升速过程中的燃料控制。本发明能保证燃气轮机安全可靠稳定的运行。

Description

一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机保护领域，尤其涉及一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法。
背景技术
燃气轮机及其联合循环机组自上世纪八十年代开始，在世界范围内迅速崛起，获得了广泛的应用。以油、天然气作为燃料的燃气轮机及其联合循环，具有整体循环效率高、对环境污染极小、调峰性能好、建设周期短等一系列优点，成为火电动力系统的发展方向。
对于燃气轮机来说，其燃料控制是整个控制策略中最核心也是最基础的部分。现有的燃气轮机通常通过燃气开关阀、燃气排放阀、压力控制阀、流量控制阀等配合来进行燃料控制。但这种常规的控制方式并没有很好的考虑外部环境或外部压力波动对燃料燃烧的影响，容易出现点火失败或者升速（燃气轮机的转速升高）时压力波动大的技术问题。
公开号为CN1932264B的专利文献在2011年5月11日公开了一种燃气轮机燃烧控制装置，其技术方案为：根据燃料的比率(例如辅助比、顶环比和主比)求出各燃料流量调节阀的开度指令值，该燃气轮机燃烧控制装置的结构是：根据全燃料流量指令值(CSO)和辅助比等燃料气体的比率求出各燃料气体的燃料流量指令值(PLCSO等)，根据该燃料流量指令值和燃料流量指令值与燃料气体流量的函数求出燃料气体流量(辅助燃料气体流量GfPL等)，根据燃料气体流量和燃料气体温度和各燃料流量调节阀(辅助燃料流量调节阀等)的前压和后压，由Cv值计算式求出各燃料流量调节阀的Cv值，根据该Cv值和Cv值与燃料流量调节阀开度的函数：求出各燃料流量调节阀开度指令值(辅助燃料流量调节阀开度指令值等)。但该技术针对的是燃料阀门开度的计算，其并不适用于燃气轮机升速过程中对燃料的控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，本发明所要解决的技术问题是控制燃气轮机在升速过程中平稳升速，同时在某些振动大或者燃烧不稳定的转速区间尽可能较快的升速躲过这些区间，以减少控制系统压力的波动，增加控制系统的稳定性，保证燃气轮机安全可靠稳定的运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在燃气轮机到达点火转速后，控制系统根据收到的燃料投入请求，发出点火栓点火指令，并维持30-90s的打火状态；
步骤2：打开燃气关断阀，关闭燃气排放阀，同时根据点火时所需要的流量将压力控制阀A开启至25%的预设开度，保持5-15秒后投入压力控制阀阀后压力PID控制回路；
步骤3：打开值班流量控制阀和主流量控制阀并延时0-10s，使燃料指令从低点火燃料流量设定值按照0.5-5g/s2的速率升至高点火燃料流量设定值；
步骤4：当检测到点火成功后，由控制系统按照预先设定的燃料增加速率曲线投入燃料；
步骤5：在升速过程中，当压力控制阀A开启到75%的开度时，开启压力控制阀B的开度至1.2%，并由压力控制阀B通过压力PID控制回路控制压力控制阀A和压力控制阀B后的压力；当转速升至3500-4500转每分时，控制压力控制阀A和压力控制阀B的开度全开；当转速平稳升至目标转速后，投入转速PID控制回路，完成燃气轮机升速过程中的燃料控制。
所述步骤3中，值班流量控制阀和主流量控制阀的打开指令均由控制系统根据流量控制阀的阀前压力、流量控制阀的差压和燃料指令通过算法计算得出，该燃料指令的设定值为低点火燃料流量设定值。
所述步骤4中，当检测到点火失败后，由控制系统控制燃气关断阀关闭，并控制燃气排放阀打开，同时关闭压力控制阀A、值班流量控制阀和主流量控制阀，由拖动系统维持当前状态，稳定转速，等待再次点火。
所述步骤4中，所有燃烧器的火焰检测器同时检测到火焰信号时，判定点火成功。
采用本发明的优点在于：
本发明在点火阶段，通过稳定一段时间压力控制阀A的开度后再投入压力PID控制回路，可以减少控制系统压力的波动，增加控制系统的稳定性，保证燃气轮机安全可靠稳定的运行。
进一步的，在点火阶段，使燃料指令从低点火燃料流量设定值按照0.5-5g/s2的速率升至高点火燃料流量设定值，通过该设定的点火区间，可以一定程度上减少周围环境对点火的影响，增加燃气轮机点火成功的概率。
在升速阶段，由控制系统按照预先设定的燃料增加速率曲线投入燃料，增加了燃料的可控性，有利于使燃气轮机升速阶段更加平滑稳定。
在高转速阶段，全开压力控制阀A和压力控制阀B，可以有效避免投入转速PID控制回路后，控制回路出现耦合现象。
本发明通过上述几个阶段的特殊控制，就能够控制燃气轮机在升速过程中平稳升速，同时在某些振动大或者燃烧不稳定的转速区间尽可能较快的升速躲过这些区间，以减少控制系统压力的波动，增加控制系统的稳定性，保证燃气轮机安全可靠稳定的运行。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图2本发明中燃气轮机在升速过程中燃料控制的第一部分流程图。
图3本发明中燃气轮机在升速过程中燃料控制的第二部分流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，如图1-3所示，包括以下步骤：
步骤1：在燃气轮机到达点火转速后，控制系统根据收到的燃料投入请求，发出点火栓点火指令，并维持30-90s的打火状态。
步骤2：打开燃气关断阀，关闭燃气排放阀，同时根据点火时所需要的流量将压力控制阀A开启至25%左右的预设开度，保持5-15秒后投入压力控制阀阀后压力PID控制回路。
步骤3：打开值班流量控制阀和主流量控制阀并延时0-10s，使燃料指令从低点火燃料流量设定值按照0.5-5g/s2的速率升至高点火燃料流量设定值。其中，低点火燃料流量设定值为25.2g/s，高点火燃料流量设定值为42.1g/s。燃料指令从低点火燃料流量设定值优选按照0.1-3g/s2的速率升至高点火燃料流量设定值
本步骤中，值班流量控制阀和主流量控制阀的打开指令均由控制系统根据流量控制阀的阀前压力、流量控制阀的差压和燃料指令通过常规算法计算得出，该燃料指令的设定值为低点火燃料流量设定值。值班流量控制阀和主流量控制阀的打开指令可通过燃气流量计算算法以及燃气流量控制阀CV曲线得出。
步骤4：控制燃烧器的火焰检测器检测火焰信号，当所有燃烧器的火焰检测器同时检测到火焰信号时，判定点火成功，然后由控制系统按照预先设定的燃料增加速率曲线投入燃料。
本步骤中，当检测到点火失败后，由控制系统控制燃气关断阀关闭，并控制燃气排放阀打开，同时关闭压力控制阀A、值班流量控制阀和主流量控制阀，由拖动系统维持当前状态，稳定转速，等待再次点火。
步骤5：在升速过程中，当压力控制阀A开启到75%的开度时，开启压力控制阀B的开度至1.2%，并由压力控制阀B通过压力PID控制回路控制压力控制阀A和压力控制阀B后的压力；当转速升至3500-4500转每分时，控制压力控制阀A和压力控制阀B的开度全开；当转速平稳升至目标转速后，投入转速PID控制回路，完成燃气轮机升速过程中的燃料控制。
本发明在点火成功后，运行人员可以通过控制系统的操作面板点击“HOLD”按钮停止自动升速。点击HOLD按钮后，燃气轮机会保持当前运行状态（保持当前阀门开度、电机指令、液力变矩器导叶开度指令等等），此时运行人员可以通过面板手动控制投入的燃料量。这项功能的好处是，在试验过程中，运行人员可以通过自由控制不同的燃料投入量，来检查燃气轮机组的运行状态。再次点击操作面板上的“CONTINUE”的按钮，可以让燃机再次自动投入燃料，控制燃机升速。燃气轮机平稳升速至目标转速后，将投入转速PID控制回路。相当于在升速过程中增加了手动燃料控制模式，有益于确认燃气轮机安全运行区间，优化机组启动曲线。
下面申请人提供具体的试验方法对本发明进行了验证，如下：
首先采用了不同的低点火流量和高点火流量，以及不同的燃料投入速率，来测试点火的稳定性。通过试验发现如果点火流量过多或者过少都将导致燃烧器熄火或者无法着火的现象。经过多次测试，最终采用低点火燃料流量设定值：25.2g/s，高点火燃料流量设定值：42.1g/s，燃料投入速率0.5-5g/s2，测使燃机的点火成功率达到100%。
同时，点火成功后，测试过多组不同燃料投入速率的加燃料曲线，经过多次实验验证，最终选取投入燃料速率在0.5-5g/s2范围内，可以有效的避免升速过程中出现熄火、燃烧器回火、转速升速率过快等问题。另外,在升速过程中，压力控制阀后的压力保持的很稳定，几乎没有波动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (4)

1.一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在燃气轮机到达点火转速后，控制系统根据收到的燃料投入请求，发出点火栓点火指令，并维持30-90s的打火状态；
步骤2：打开燃气关断阀，关闭燃气排放阀，同时根据点火时所需要的流量将压力控制阀A开启至25%的预设开度，保持5-15秒后投入压力控制阀阀后压力PID控制回路；
步骤3：打开值班流量控制阀和主流量控制阀并延时0-10s，使燃料指令从低点火燃料流量设定值按照0.5-5g/s2的速率升至高点火燃料流量设定值；
步骤4：当检测到点火成功后，由控制系统按照预先设定的燃料增加速率曲线投入燃料；
步骤5：在升速过程中，当压力控制阀A开启到75%的开度时，开启压力控制阀B的开度至1.2%，并由压力控制阀B通过压力PID控制回路控制压力控制阀A和压力控制阀B后的压力；当转速升至3500-4500转每分时，控制压力控制阀A和压力控制阀B的开度全开；当转速平稳升至目标转速后，投入转速PID控制回路，完成燃气轮机升速过程中的燃料控制。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，其特征在于：所述步骤3中，值班流量控制阀和主流量控制阀的打开指令均由控制系统根据流量控制阀的阀前压力、流量控制阀的差压和燃料指令通过算法计算得出，该燃料指令的设定值为低点火燃料流量设定值。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，其特征在于：所述步骤4中，当检测到点火失败后，由控制系统控制燃气关断阀关闭，并控制燃气排放阀打开，同时关闭压力控制阀A、值班流量控制阀和主流量控制阀，由拖动系统维持当前状态，稳定转速，等待再次点火。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法，其特征在于：所述步骤4中，所有燃烧器的火焰检测器同时检测到火焰信号时，判定点火成功。
CN202010743710.9A 2020-07-29 2020-07-29 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法 Active CN111963323B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010743710.9A CN111963323B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010743710.9A CN111963323B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111963323A CN111963323A (zh) 2020-11-20
CN111963323B true CN111963323B (zh) 2022-08-02

Family

ID=73364000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010743710.9A Active CN111963323B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111963323B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2508547A1 (fr) * 1981-06-26 1982-12-31 United Technologies Corp Soupape de ventilation automatique pour commande de carburant
CA2030268A1 (en) * 1989-11-20 1991-05-21 Stephen Eugene Mumford Gas turbine control system having optimized ignition air flow control
JP3716014B2 (ja) * 1995-10-03 2005-11-16 三菱重工業株式会社 ガス化プラントの圧力制御装置
CN1932264A (zh) * 2005-09-14 2007-03-21 三菱重工业株式会社 燃气轮机的燃烧控制装置
CN101205836A (zh) * 2006-12-19 2008-06-25 通用电气公司 促进燃气轮机燃料控制的方法和装置
CN101688474A (zh) * 2007-05-30 2010-03-31 三菱重工业株式会社 气化复合发电设备
CN103946516A (zh) * 2011-11-28 2014-07-23 三菱日立电力系统株式会社 阀控制装置、燃气涡轮机以及阀控制方法
CN104775914A (zh) * 2015-02-10 2015-07-15 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种用于气体燃料的燃气轮机控制方法与系统
JP2016050514A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料供給装置、燃焼器、ガスタービン、及び燃料供給方法
CN111459118A (zh) * 2020-05-12 2020-07-28 东方电气自动控制工程有限公司 基于步进叠加的闭环控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602628B2 (en) * 2000-03-24 2003-08-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control system for fuel cell
US8590310B2 (en) * 2012-03-27 2013-11-26 Hamilton Sundstrand Corporation Passive equilization flow divider valve
GB201301791D0 (en) * 2013-02-01 2013-03-20 Rolls Royce Engine Control Systems Ltd Engine fuel control system
US11131251B2 (en) * 2017-12-22 2021-09-28 Solar Turbines Incorporated System and method for estimation of gas fuel lower heating value using energy balances and parametric error modeling

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2508547A1 (fr) * 1981-06-26 1982-12-31 United Technologies Corp Soupape de ventilation automatique pour commande de carburant
CA2030268A1 (en) * 1989-11-20 1991-05-21 Stephen Eugene Mumford Gas turbine control system having optimized ignition air flow control
JP3716014B2 (ja) * 1995-10-03 2005-11-16 三菱重工業株式会社 ガス化プラントの圧力制御装置
CN1932264A (zh) * 2005-09-14 2007-03-21 三菱重工业株式会社 燃气轮机的燃烧控制装置
CN101205836A (zh) * 2006-12-19 2008-06-25 通用电气公司 促进燃气轮机燃料控制的方法和装置
CN101688474A (zh) * 2007-05-30 2010-03-31 三菱重工业株式会社 气化复合发电设备
CN103946516A (zh) * 2011-11-28 2014-07-23 三菱日立电力系统株式会社 阀控制装置、燃气涡轮机以及阀控制方法
JP2016050514A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料供給装置、燃焼器、ガスタービン、及び燃料供給方法
CN104775914A (zh) * 2015-02-10 2015-07-15 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种用于气体燃料的燃气轮机控制方法与系统
CN111459118A (zh) * 2020-05-12 2020-07-28 东方电气自动控制工程有限公司 基于步进叠加的闭环控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M701F型燃气-蒸汽联合循环机组点火失败保护控制逻辑的改进;吴海滨;《热力发电》;20130822(第08期);全文 *
某F级重型燃气轮机启动过程仿真研究;徐强等;《热力透平》;20161215;全文 *
某电厂重型燃机控制系统的设计与实现;郑晗琪;《中国优秀硕士论文全文数据库工程科技II辑》;20190508;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111963323A (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2843211B1 (en) Gas turbine with improved part load emissions behaviour and method thereof
US7861534B2 (en) Method of starting turbine engine from low engine speed
US20170058784A1 (en) System and method for maintaining emissions compliance while operating a gas turbine at turndown condition
CA2106113A1 (en) Automatic nox control for a 2 on 1 plant with a single stack
EP2963266B1 (en) Gas turbine powerplant with free turbine
CN111963323B (zh) 一种燃气轮机升速过程中的燃料控制方法
JP3828738B2 (ja) ガスタービン燃料制御装置
CN111911248A (zh) 燃气轮机燃烧稳定性调节系统及方法
EP3683426B1 (en) Method for operating a gas turbine power plant and gas turbine power plant
US20170058771A1 (en) System and method for generating steam during gas turbine low-load conditions
WO2013147944A2 (en) Compressor guide vane and pilot control for gas turbine engine
EP2185868A1 (en) Device and method for regulating the exhaust temperature of a gas turbine
US5319919A (en) Method for controlling gas turbine combustor
US20180142625A1 (en) Systems and methods for reducing airflow imbalances in turbines
DE102016115580A1 (de) System und Verfahren zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine bei Teillastbetriebszuständen
EP2577025B1 (en) Method for increasing an emissions compliant load range for a combined-cycle system
CN212296517U (zh) 燃气轮机燃烧稳定性调节系统
CN217952367U (zh) 减少甲烷排放的燃气灶
EP4261401A1 (en) Operation of a gas turbine to lower load and mel
CN112596415B (zh) 一种带前馈的燃机燃烧优化闭环控制方法
CN217464511U (zh) 副产氢能燃烧装置
CN111947460B (zh) 一种高炉煤气和焦炉煤气混合燃烧的加热炉控制方法
CN118088324A (zh) 一种燃气轮机燃料流量控制方法及其系统和计算机可读存储介质
KR20240070862A (ko) 유전알고리즘을 기반으로 하는 가스터빈 제어 장치 및 그 방법
EP4232699A1 (en) Method of controlling a combustor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant