CN112065584A - 一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，包括燃气轮机、燃料加热器、燃料处理装置、燃料热值分析仪、减温减压装置、排空装置和控制装置组成，燃气轮机、燃料加热器、燃料处理装置、燃料热值分析仪、减温减压装置和排空装置之间通过输送管线相连接，位于减温减压装置与燃气轮机的输送管线上安装有三通式燃料温度控制阀，三通式燃料温度控制阀的进口输入有气体燃料且出口与燃料处理装置相连接相连接。本发明基于韦伯修正指数与燃料温度、热值及比重相关，借助于余热锅炉中压省煤器的出口给水来加热燃气轮机的燃料温度，通过调节被加热的燃料量或加热工质流量，使燃料的韦伯修正指数维持在燃烧系统的许可范围内。

Description

一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统和方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机及其联合循环领域技术领域，具体为一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统和方法。
背景技术
燃气轮机运行时常会遇到燃料组分的变化，对于特定的燃烧系统而言，这种变化将引起燃烧放热的改变，可能会导致排放超标、燃烧不稳定、甚至引起急剧的热声耦合振荡，致使机组停机。衡量燃气轮机对燃料适用性的指标之一是韦伯修正指数，其含义在于，具有相同韦伯修正指数的不同燃料，在相同的燃烧压力下，能释放出相同的热负荷，在燃料切换时可使燃烧器保持相似的热负荷和燃空比，因此韦伯修正指数是一个燃料的互换性指标。
本发明基于韦伯修正指数与燃料温度、热值及比重相关，借助于余热锅炉中压省煤器的出口給水来加热燃气轮机的燃料温度，通过调节被加热的燃料量或加热工质流量，使燃料的韦伯修正指数维持在燃烧系统的许可范围内，同时使燃料温度满足燃气轮机性能、运行灵活性的要求，避免了因燃料组分变化引起的燃烧调整；采用余热锅炉中压省煤器出口的給水加热燃料，并借助于中低压給水之间压差自流到低压省煤器，节约了能源，提高联合循环机组的效率
然而，现有的控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的方式存在以下的问题：(1)燃气轮机厂家一般规定在燃料切换时，韦伯指标的变化不大于设计燃料的±5％～10％。为保证燃烧稳定、高效及低排放，通常通过燃烧调整来适用燃料的变化，但燃料组分的变化预见性差，燃烧调整往往迟后于燃料组分的变化，可能会引起排放超标、甚至燃烧不稳定而跳机；(2)现有的缺乏一整套高效的控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统和方法，导致燃气轮机燃料运作过程中易产生运作不佳的问题。为此，需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统和方法，解决了燃气轮机厂家一般规定在燃料切换时，韦伯指标的变化不大于设计燃料的±5％～10％。为保证燃烧稳定、高效及低排放，通常通过燃烧调整来适用燃料的变化，但燃料组分的变化预见性差，燃烧调整往往迟后于燃料组分的变化，可能会引起排放超标、甚至燃烧不稳定而跳机，这一技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，包括燃气轮机、燃料加热器、燃料处理装置、燃料热值分析仪、减温减压装置、排空装置和控制装置组成，所述燃气轮机、燃料加热器、燃料处理装置、燃料热值分析仪、减温减压装置和排空装置之间通过输送管线相连接，位于所述减温减压装置与燃气轮机的输送管线上安装有三通式燃料温度控制阀，所述三通式燃料温度控制阀的进口输入有气体燃料且出口与燃料处理装置相连接相连接，所述燃料热值分析仪的取样口输入有标准燃气且另一侧与排空装置相连接，所述燃气轮机的燃料进口处安装有温度传感器，所述控制装置分别与温度传感器、三通燃料温度控制阀的电气转换器I/P、燃料热值分析仪和燃气轮机电性连接，所述控制装置通过线路连接有来自燃机控制系统的信号。
作为本发明的一种优选实施方式，所述燃料加热器为管壳式加热器且管侧为加热工质，所述加热工质来自余热锅炉的中压省煤器的出口，冷却后依靠中低压給水之间的压差返回到余热锅炉的低压省煤器的入口形成有冷却后工质。
作为本发明的一种优选实施方式，所述三通式燃料温度控制阀还可以设置为燃料开关阀，所述控制装置与燃气开关阀相连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述三通式燃料温度控制阀与燃料加热器并联安装在燃料的输送管线上，其全开设计容量为100％。
作为本发明的一种优选实施方式，位于低压省煤器的入口处还可以安装有燃料温度控制阀。
作为本发明的一种优选实施方式，所述控制装置包括存储器和CPU，其上存储有计算机指令和韦伯修正指数的设定值，所述计算机指令在由一个或多个处理器执行时引起所述一个或多个处理器进行。
作为本发明的一种优选实施方式，控制方法步骤如下：
步骤一：接收温度传感器信号、燃料热值分析仪的信号，来自燃气轮机控制系统的机组运行状态信号；
步骤二：使用内嵌的程序计算燃料的韦伯修正指数，并与设定值做比较，并且基于设定值和计算值的差值的大小，发出调整燃料温度控制阀阀位的指令，增大或减少进入燃料加热器的燃料流量，自动修正燃气轮机入口燃料温度，使燃料韦伯修正指数计算值控制在许可的范围内；
步骤三：控制装置同时也接受燃气轮机控制系统发出的燃气轮机燃料的冷态、热态供应的需求信号，当燃料冷态供应时，燃料温度控制阀的旁路全开；在热燃料供应的需求下，燃料温度控制阀将根据控制装置所发出的指令确定阀门开度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明基于韦伯修正指数与燃料温度、热值及比重相关，借助于余热锅炉中压省煤器的出口给水来加热燃气轮机的燃料温度，通过调节被加热的燃料量或加热工质流量，使燃料的韦伯修正指数维持在燃烧系统的许可范围内，同时使燃料温度满足燃气轮机性能、运行灵活性的要求，避免了因燃料组分变化引起的燃烧调整。
2.采用余热锅炉中压省煤器出口的給水加热燃料，并借助于中低压給水之间压差自流到低压省煤器，节约了能源，提高联合循环机组的效率。
附图说明
图1为本发明通过控制加热燃料量的实施例1系统图；
图2为本发明通过控制冷却工质流量的实施例2系统图。
图中:100.燃气轮机；101.气体燃料；102.燃料加热器；103.三通式燃料温度控制阀；104.燃料开关阀；105.燃料处理装置；201.加热工质；202.燃料温度控制阀；203.冷却后工质；300.燃料热值分析仪；301.标准燃气；302.减温减压装置；303.排空装置；400.控制装置；401.温度传感器；402.来自燃机控制系统的信号。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：图1是一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统及方法的实施例之一，包括燃气轮机100、燃料加热器102、燃料温度控制阀103、控制装置400、燃料热值分析仪300，温度传感器401，燃料处理装置105以及相关的燃料、加热工质输送管线，燃气轮机100的燃料为气体燃料，包括天然气/液化石油气、合成气、过程煤气等，燃料加热器102为管壳式加热器，其壳体侧为燃料，管侧是加热工质；加热工质201来自余热锅炉的中压省煤器的出口，冷却后依靠中低压給水之间的压差返回到余热锅炉的低压省煤器的入口，燃料温度控制阀为三通式燃料温度控制阀103，与燃料加热器102并联安装在燃料的输送管线上，三通式燃料温度控制阀103的进口与气体燃料101相连接，出口与燃料处理装置105相连接，三通式燃料温度控制阀103其全开设计容量为100％，在燃料加热器102解列时，可以允许以某种形式运行，如限制负荷或限制排放的冷态模式(燃料未加热)下运行，此外三通式燃料温度控制阀103具有避免在运行过程中燃料阻塞的状态出现的功能，燃料热值分析仪300取样点设置在燃料加热器102的上游，经减温减压装置302与燃料热值分析仪300燃料进口相连接；燃料热值分析仪300标准样气为标准燃料301，燃料热值分析仪300的乏气经303排往安全区域。
温度传感器401至少设置有一个，并安装在燃气轮机100燃料进口，以保证燃料加热能补偿系统的辐射和传导热损失。
控制装置400与温度传感器401、燃料温度控制阀103的电气转换器I/P、燃料热值分析仪300、燃气轮机控制系统电性相连；
控制装置400包括存储器和CPU，其上存储有计算机指令和韦伯修正指数的设定值，所述计算机指令在由一个或多个处理器执行时引起所述一个或多个处理器进行以下步骤：接收温度传感器401信号、燃料热值分析仪300的信号，来自燃气轮机控制系统的机组运行状态信号；
使用内嵌的程序计算燃料的韦伯修正指数，并与设定值做比较；并且
基于设定值和计算值的差值的大小，发出调整三通燃料温度控制阀103阀位的指令，增大或减少进入燃料加热器102的燃料流量，自动修正燃气轮机100入口燃料温度，使燃料韦伯修正指数计算值控制在许可的范围内，
控制装置400同时也接受燃气轮机控制系统发出的燃气轮机100燃料的冷态、热态供应的需求信号，当燃料冷态供应时，三通燃料温度控制阀103的旁路全开；在热燃料供应的需求下，三通燃料温度控制阀103将根据控制装置400所发出的指令确定阀门开度。
韦伯修正指数的计算公式如下：
GI＝LHV/√TF
式中，GI为韦伯修正指数，
LHV为燃料的低位发热值，来自燃料热值分析仪300，
TF为燃料的温度，由温度传感器401测量而来，
SG为ISO条件下燃料相对于空气的比重，按下列公式计算：
SG＝ISO状态下的燃料密度/ISO状态下的空气密度
式中，ISO状态下的燃料密度来自燃料热值分析仪300，
ISO状态下的空气密度为常数，
参见图2，实施例2中的燃料温度控制装置202安装在燃料加热器102加热工质的出口管路上，同时一个具有防燃料堵塞功能的燃料开关阀104与燃料加热器102并联安装在燃料供应输送管线上。
控制装置400与燃料开关阀104、燃料温度控制装置202，温度传感器401、燃料热值分析仪300、燃气轮机控制系统电性相连。
控制装置400接受燃气轮机控制系统发出的燃气轮机100燃料的冷态、热态供应的需求信号，当燃料冷态供应时，燃料温度控制阀202全关，燃料开关阀104全开；在热燃料供应的需求下，燃料开关阀104位于全关状态，而燃料温度控制阀202将根据控制装置400所发出的指令确定阀门开度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：包括燃气轮机(100)、燃料加热器(102)、燃料处理装置(105)、燃料热值分析仪(300)、减温减压装置(302)、排空装置(303)和控制装置(400)组成，所述燃气轮机(100)、燃料加热器(102)、燃料处理装置(105)、燃料热值分析仪(300)、减温减压装置(302)和排空装置(303)之间通过输送管线相连接，位于所述减温减压装置(302)与燃气轮机(100)的输送管线上安装有三通式燃料温度控制阀(103)，所述三通式燃料温度控制阀(103)的进口输入有气体燃料(101)且出口与燃料处理装置(105)相连接相连接，所述燃料热值分析仪(300)的取样口输入有标准燃气(301)且另一侧与排空装置(303)相连接，所述燃气轮机(100)的燃料进口处安装有温度传感器(401)，所述控制装置(400)分别与温度传感器(401)、三通燃料温度控制阀(103)的电气转换器I/P、燃料热值分析仪(300)和燃气轮机(100)电性连接，所述控制装置(400)通过线路连接有来自燃机控制系统的信号(402)。
2.根据权利要求1所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：所述燃料加热器(102)为管壳式加热器且管侧为加热工质(201)，所述加热工质(201)来自余热锅炉的中压省煤器的出口，冷却后依靠中低压給水之间的压差返回到余热锅炉的低压省煤器的入口形成有冷却后工质(203)。
3.根据权利要求1所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：所述三通式燃料温度控制阀(103)还可以设置为燃料开关阀(104)，所述控制装置(400)与燃气开关阀(104)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：所述三通式燃料温度控制阀(103)与燃料加热器(102)并联安装在燃料的输送管线上，其全开设计容量为100％。
5.根据权利要求1所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：位于低压省煤器的入口处还可以安装有燃料温度控制阀(202)。
6.根据权利要求4所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的系统，其特征在于：所述控制装置(400)包括存储器和CPU，其上存储有计算机指令和韦伯修正指数的设定值，所述计算机指令在由一个或多个处理器执行时引起所述一个或多个处理器进行。
7.根据权利要求1-6所述的一种控制燃气轮机燃料韦伯修正指数的方法，其特征在于：控制方法步骤如下：
步骤一：接收温度传感器(401)信号、燃料热值分析仪(300)的信号，来自燃气轮机控制系统的机组运行状态信号；
步骤二：使用内嵌的程序计算燃料的韦伯修正指数，并与设定值做比较，并且基于设定值和计算值的差值的大小，发出调整燃料温度控制阀(202)阀位的指令，增大或减少进入燃料加热器(102)的燃料流量，自动修正燃气轮机(100)入口燃料温度，使燃料韦伯修正指数计算值控制在许可的范围内；
步骤三：控制装置(400)同时也接受燃气轮机(100)控制系统发出的燃气轮机燃料的冷态、热态供应的需求信号，当燃料冷态供应时，燃料温度控制阀(202)的旁路全开，在热燃料供应的需求下，燃料温度控制阀(202)将根据控制装置(400)所发出的指令确定阀门开度。
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