CN112459904A - 提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法,涉及发电技术领域,包括:燃气轮机,设置于燃气轮机上的燃气轮机进气口;空气压缩机、储气罐和连通空气压缩机与储气罐的气流管道;空气压缩机用于在海拔1500m以上为储气罐提供压缩空气,储气罐用于为燃气轮机提供压缩空气;变频式电动机中的变频器用于控制变频式电动机的运行转速;控制系统,控制系统包括处理器,以及与处理器电连接的定位传感器、压力传感器和热保护传感器;压力传感器用于监测储气罐所处的实时压力,热保护传感器用于监测储气罐的温度。本申请使经过空气压缩机压缩后、存储于储气罐的压缩空气符合标准大气压,能够提高燃气轮机发电机组的输出功率。

Description

提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域,更具体地,涉及一种提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法。
背景技术
随着环境保护观念深入人心,资源日益紧缺,作为新型发电模式的燃气轮机发电机组,具备快速启停、高效率、占地规模小以及污染小等优点,使燃气轮机发电机组在发电领域中具有重要的地位。
现有技术中,配网不停电或少停电是国际先进电网企业提升供电可靠性的重要目标,由于我国幅员辽阔,高海拔区域占比较大,随着海拔不断的升高,大气压力和空气中氧气含量不断的下降,标准设计的燃气轮机发电机组在海拔较高的地区运行时,进入燃气轮机的氧气量降低,进而导致燃气轮机内的燃料燃烧不充分,排放的废气中有害气体含量大,还会造成燃气轮机发电机组输出功率降低,甚至使燃气轮机发电机组无法正常运行。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法,其中,通过设置空气压缩机和储气罐,能够使经过空气压缩机压缩后、存储于储气罐的压缩空气符合标准大气压,以提高燃气轮机发电机组的输出功率。
本申请提供的一种提高燃气轮机发电机组功率的系统,包括:燃气轮机,以及设置于燃气轮机上的燃气轮机进气口;
空气压缩机、储气罐、以及连通空气压缩机与储气罐的气流管道;空气压缩机包括进气端和出气端,储气罐包括进气端和出气端;气流管道的第一端与空气压缩机的出气端连接,气流管道的第二端与储气罐的进气端连接,储气罐的出气端与燃气轮机进气口连接,空气压缩机用于在海拔1500m以上为储气罐提供压缩空气,储气罐用于为燃气轮机提供压缩空气,其中,压缩空气中氧气的含量大于等于21%;
变频式电动机,变频式电动机与空气压缩机连接,变频式电动机包括变频器,变频器用于控制变频式电动机的运行转速;
控制系统,控制系统包括处理器,以及与处理器均电连接的定位传感器、压力传感器和热保护传感器;定位传感器、压力传感器和热保护传感器均固定于储气罐上;定位传感器用于监测燃气轮机发电机组的位置,压力传感器用于监测储气罐的实时压力,热保护传感器用于监测储气罐的温度;处理器与变频器电连接,并且控制变频器的频率。
可选地,还包括:储气罐通风系统,储气罐通风系统包括强制风冷装置,强制风冷装置用于降低储气罐的温度。
可选地,还包括:第一蓄电池组,第一蓄电池组与变频式电动机连接,并用于为变频式电动机提供启动电能。
可选地,变频式电动机还包括手动无极调速装置,手动无极调速装置用于调节变频式电动机的运行转速。
本申请还提供一种提高燃气轮机发电机组功率的方法,应用于本申请所提供的提高燃气轮机发电机组功率的系统,该方法包括,变频式电动机带动空气压缩机运行,为储气罐提供压缩空气,并根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐所处的实时气压、以及储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速,调整空气压缩机的压气量,在海拔1500m以上的环境中使储气罐中压缩空气中氧气含量大于21%。
可选地,根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐所处的实时气压、以及储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速具体为:
根据定位传感器获取燃气轮机所处的地理信息,并传输至处理器,处理器根据地理信息计算出燃气轮机所处的环境气压,并根据获取的环境气压设定变频式电动机的运行转速区间;
根据压力传感器获取储气罐的实时气压,并传输至处理器,处理器根据实时气压的大小调整变频式电动机的运行转速;当实时气压小于实时气压阈值时,增大变频式电动机的运行转速;当实时气压大于实时气压阈值时,减小变频式电动机的运行转速;
根据热保护传感器获取储气罐的温度,并传输至处理器,处理器根据储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速;当储气罐的温度高于储气罐的温度阈值时,减小变频式电动机的运行转速。
可选地,地理信息包括燃气轮机所处位置的经度、纬度、以及海拔高度。
可选地,变频式电动机运行状态包括第一状态和第二状态;
在第一状态时,启动变频式电动机的自动系统;
在第二状态时,启动变频式电动机的手动系统,其中,手动系统通过调整手动无极调速装置实现。
可选地,启动变频式电动机运行时,采用第一蓄电池组提供电能;持续变频式电动机运行时,采用燃气轮机发电机组提供电能。
与现有技术相比,本发明提供的一种提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请提供的一种提高燃气轮机发电机组功率的系统及方法,通过设置空气压缩机和储气罐,使储气罐输入燃气轮机的空气始终符合标准大气压的要求,保证燃气轮机的输出功率,此外,还设置有处理器,以及与处理器电连接的定位传感器、压力传感器和热保护传感器,通过实时监测储气罐的情况,进一步调整驱动空气压缩机的变频式电动机的运行转速,经过空气压缩机压缩后、存储于储气罐的压缩空气符合标准大气压,以提高燃气轮机发电机组的输出功率。
当然,实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1示出了本申请实施例所提供的燃气轮机发电机组的一种结构示意图;
图2所示为本申请实施例所提供的变频式电动机连接关系的一种结构示意图;
图3所示为本申请实施例所提供的提高燃气轮机发电机组功率的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
以下将结合附图和具体实施例进行详细说明。
图1所示为本申请实施例所提供的燃气轮机发电机组100的一种结构示意图,请参考图1所示,本申请提供一种提高燃气轮机发电机组100功率的系统,包括:燃气轮机,以及设置于燃气轮机上的燃气轮机进气口10;
空气压缩机20、储气罐30、以及连通空气压缩机20与储气罐30的气流管道40;空气压缩机20包括进气端和出气端,储气罐30包括进气端和出气端;气流管道40的第一端与空气压缩机20的出气端连接,气流管道40的第二端与储气罐30的进气端连接,储气罐30的出气端与燃气轮机进气口10连接,空气压缩机20用于在海拔1500m以上为储气罐30提供压缩空气,储气罐30用于为燃气轮机提供压缩空气,其中,压缩空气中氧气的含量大于等于21%;
变频式电动机50,变频式电动机50与空气压缩机20连接,变频式电动机50包括变频器,变频器用于控制变频式电动机50的运行转速;
控制系统,控制系统包括处理器61,以及与处理器61均电连接的定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32;定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32均固定于储气罐30上;定位传感器11用于监测燃气轮机发电机组100的位置,压力传感器31用于监测储气罐30的实时压力,热保护传感器32用于监测储气罐30的温度;处理器61与变频器电连接,并且控制变频器的频率。
需要说明的是,本实施例中的燃气轮机发电机组100使用于高海拔地区,海拔高度大于1500m,该区域的空气稀薄,会影响燃气轮机发电机组100的输出功率,因此,需要提高进入燃气轮机的空气中的含氧量,使其符合标准大气压。
具体地,请继续参考图1所示,本实施例中燃气轮机发电机组100包括燃气轮机和发电机,燃气轮机用于将化学能转换为机械能,以驱动发电机,其中,燃气轮机需要充分燃烧燃料,爆炸做功,因此燃气轮机上设置有燃气轮机进气口10,用于向燃气轮机输入空气,保证燃气轮机内燃料的燃烧。本实施例中,燃气轮机发电机组100还包括空气压缩机20、储气罐30、以及连通空气压缩机20与储气罐30的气流管道40,空气压缩机20包括进气端和出气端,储气罐30同样也包括进气端和出气端;气流管道40的第一端与空气压缩机20的出气端连接,气流管道40的第二端与储气罐30的进气端连接,储气罐30的出气端与燃气轮机进气口10连接,可以理解的是,本实施例中的燃气轮机发电机组100用于高海拔地区,即海拔在1500m以上,由于高海拔地区的空气密度较低,空气压缩机20用于压缩海拔1500m以上的空气,空气从空气压缩机20的进气端进入空气压缩机20,经过压缩后,从空气压缩机20的出气端口通过气流管道40由储气罐30的进气端进入储气罐30,储气罐30中的压缩空气备用,当燃气轮机内的燃料需要燃烧时,压缩空气由储气罐30的出气端经燃气轮机进气口10进入燃气轮机与燃料充分接触并燃烧,其中,压缩空气中氧气的含量大于等于21%,压缩空气中的氧气含量大于等于标准大气压中氧气的含量的要求,能够保证燃气轮机内的燃料充分燃烧,保证燃气轮机的输出功率,同时,压缩空气储存于储气罐30内能够保持输入到燃气轮机的气压稳定。
进一步地,请继续参考图1所示,本实施例中还包括控制系统,控制系统包括处理器61,以及与处理器61电连接的定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32,其中,定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32均固定于储气罐30上,定位传感器11用于监测燃气轮机发电机组100的位置,压力传感器31用于监测储气罐30所处的实施压力,热保护传感器32用于监测储气罐30的温度。需要说明的是,空气压缩机20由变频式电动机50驱动,变频式电动机50包括变频器,变频器用于控制变频式电动机50的运行转速,处理器61与变频器电连接,用于控制变频器的频率,由于燃气轮机发电机组100工作在不同的海拔高度,通过调整变频器的频率进而调整变频式电动机50的运行转速,达到调整空气压缩机20压气量的大小。通过处理器61与定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32相互配合使用,能够实时监测储气罐30的状况,并控制空气压缩机20的压气量,进一步保持储气罐30输出标准大气压。
可选地,请继续参考图1所示,还包括:储气罐通风系统70,储气罐通风系统70包括强制风冷装置,强制风冷装置用于降低储气罐30的温度。
具体地,请继续参考图1所示,本实施中还包括储气罐通风系统70,储气罐通风系统70包括强制风冷装置,强制风冷装置用于降低储气罐30的温度,可选地,强制风冷装置可以为风扇。随着储气罐30工作时间的增长,储气罐30明显会升温,而随着储气罐30温度的上升,储气罐30内的空气的密度会降低,影响燃气轮机的输出功率,此时需要储气罐通风系统70的强制风冷装置工作,把储气罐30温度控制在合理的区间,以保证储气罐30输出标准大气压。
可选地,图2所示为本申请实施例所提供的变频式电动机50连接关系的一种结构示意图,请参考图2所示,还包括:第一蓄电池组51,第一蓄电池组51与变频式电动机50连接,并用于为变频式电动机50提供启动电能。
具体地,请继续参考图2所示,本实施例还包括第一蓄电池组51,第一蓄电池组51与变频式电动机50连接,用于为变频式电动机50提供启动电能,以保证变频式电动机50的正常启动,驱动空气压缩机20正常运行。
可选地,请结继续参考图2所示,变频式电动机50还包括手动无极调速装置52,手动无极调速装置52用于调节变频式电动机50的输出功率。
具体地,请结继续参考2所示,并结合图1所示,本实施例中的变频式电动机50还包括手动无极调速装置52,手动无极调速装置52用于调节变频式电动机50的输出功率,可以理解的是,与手动无极调速装置52相对设置的有自动调速装置53,通常情况下,采用自动调速装置53进行调整变频式电动机50的运行转速,当自动调节装置出现异常时,现场操作人员根据燃气轮机发电机组100输出功率的情况和储气罐30温度情况综合考虑,手动调整变频式电动机50的转速,进一步调整空气压缩机20的运行速度,在保障燃气轮机发电机组100系统安全的情况下,使燃气轮机输出尽可能较大的功率。
在上述实施例的基础上,图3所示为本申请实施例所提供的提高燃气轮机发电机组100功率的方法的流程图,请参考图3所示,并结合图1所示,本申请还提供一种提高燃气轮机发电机组100功率的方法,应用于本申请提供的提高燃气轮机发电机组功率的系统,该方法包括:S101、变频式电动机50带动空气压缩机20运行,为储气罐30提供压缩空气;S102、获取燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压、以及储气罐30的温度;S103、根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压、以及储气罐30的温度调整变频式电动机50的运行转速,调整空气压缩机20的压气量,在海拔1500m以上的环境中使储气罐中压缩空气中氧气含量大于21%。
具体地,请继续参考图3所示,并结合图1所示,本实施例中的变频式电动机50带动空气压缩机20运行,为储气罐30提供压缩空气,变频式电动机50中包括变频器,变频器的频率可调,进而调节变频式电动机50的运行转速,其中,变频器的频率还可以根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压、以及储气罐30的温度进行调整,使驱动空气压缩机20的变频式电动机50的运行转速符合当前的状况,在海拔1500m以上的环境中使储气罐中压缩空气中氧气含量大于21%,保证储气罐30输出标准大气压,使燃气轮机输出尽可能较大的功率。
可选地,结合图1所示,根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压、以及储气罐30的温度调整变频式电动机50的运行转速具体为:
根据定位传感器11获取燃气轮机所处的地理信息,并传输至处理器61,处理器61根据地理信息计算出燃气轮机所处的环境气压,并根据获取的环境气压设定变频式电动机50的运行转速区间;
根据压力传感器31获取储气罐30的实时气压,并传输至处理器61,处理器61根据实时气压的大小调整变频式电动机50的运行转速;当实时气压小于实时气压阈值时,增大变频式电动机50的运行转速;当实时气压大于实时气压阈值时,减小变频式电动机50的运行转速;
根据热保护传感器32获取储气罐30的温度,并传输至处理器61,处理器61根据储气罐30的温度调整变频式电动机50的运行转速;当储气罐30的温度高于储气罐30的温度阈值时,减小变频式电动机50的运行转速。
具体地,结合图1所示,上述实施例中根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压、以及储气罐30的温度调整变频式电动机50的运行转速的具体步骤为:
第一、根据定位传感器11获取燃气轮机所处的地理信息,并将该地理信息输出至处理器61,处理器61根据地理信息计算出燃气轮机所处的环境气压,并根据获取的环境气压设定变频式电动机50的运行转速区间,需要说明的是,在变频式电动机50的运行转速区间内,变频式电动机50均能驱动空气压缩机20正常运行。
第二、根据压力传感器31获取储气罐30的实施气压,并将该实时气压传输至处理器61,处理器61根据实时气压的大小调整变频式电动机50的运行转速,当实时气压小于实时气压阈值时,增大变频式电动机50的运行转速,空气压缩机20的压气量增大;当实时气压大于实时气压阈值时,减小变频式电动机50的运行转速,空气压缩机20的压气量减少,始终保持储气罐30的输出标准大气压。
第三、根据热保护传感器32获取储气罐30的温度,并将该温度传输至处理器61,处理器61根据储气罐30的温度调整变频式电动机50的运行转速;当储气罐30的温度高于储气罐30的温度阈值时,减小变频式电动机50的运行转速,把储气罐30的温度控制在合理的范围内,以保证储气罐30输出标准大气压。
以上步骤即可获取燃气轮机所处的地理信息、储气罐30所处的实时气压,以及储气罐30的温度,并且根据这部分数据调整变频式电动机50的运行转速,通过空气压缩机20压缩至储气罐30的压缩气体复合标准大气压,使燃气轮机输出尽可能较大的功率。
可选地,地理信息包括燃气轮机所处位置的经度、纬度、以及海拔高度。
具体地,结合图1所示,上述的地理信息包括燃气轮机所处位置的经度、纬度和海拔高度,由于本实施例中的燃气轮机发电机组100使用与高海拔地区,因此需要获取高海拔地区的地理信息,以计算燃气轮机所处的高海拔地区的环境气压,根据该气压确定一个变频式电动机50的运行转速区间,使变频式电动机50在该运行转速区间正常运行。
可选地,结合图2所示,变频式电动机50运行状态包括第一状态和第二状态;
在第一状态时,启动变频式电动机50的自动系统;
在第二状态时,启动变频式电动机50的手动系统,其中,手动系统通过调整手动无极调速装置52实现。
具体地,结合图1和2所示,本实施例中的变频式电动机50运行状态包括两种情况,即第一状态和第二状态。在第一状态时,变频式电动机50的自动系统开启,其中,自动系统是由处理器61直接控制;在第二状态下,变频式电动机50的手动系统开启,此时,变频式电动机50的自动系统异常,现场操作人员根据燃气轮机发电机组100输出功率和储气罐30温升情况综合考虑,通过无极调速装置,手动调整变频式电动机50的运行转速,在保证燃气轮机发电机系统安全的前提下,尽可能输出较大的功率。
可选地,结合图2所示,启动变频式电动机50运行时,采用第一蓄电池组51提供电能;持续变频式电动机50运行时,采用燃气轮机发电机组100提供电能。
具体地,结合图2所示,启动变频式电动机50运行时,第一蓄电池提供电能,在燃气轮机发电机组100正常运行后,切换到燃气轮机发电机组100驱动变频式电动机50运行,此时,不需要额外为变频式电动机50提供动力电源,能够有效节省第一蓄电池的电能。
综上,本发明提供的一种提高燃气轮机发电机组100功率的系统及方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请提供的一种提高燃气轮机发电机组100功率的系统及方法,通过设置空气压缩机20和储气罐30,使储气罐30输入燃气轮机的空气始终符合标准大气压的要求,保证燃气轮机的输出功率,此外,还设置有处理器61,以及与处理器61电连接的定位传感器11、压力传感器31和热保护传感器32,通过实时监测储气罐30的情况,进一步调整驱动空气压缩机20的变频式电动机50的运行转速,经过空气压缩机20压缩后、存储于储气罐30的压缩空气符合标准大气压,以提高燃气轮机发电机组100的输出功率。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种提高燃气轮机发电机组功率的系统,其特征在于,包括:燃气轮机,以及设置于所述燃气轮机上的燃气轮机进气口;
空气压缩机、储气罐、以及连通所述空气压缩机与所述储气罐的气流管道;所述空气压缩机包括进气端和出气端,所述储气罐包括进气端和出气端;所述气流管道的第一端与所述空气压缩机的出气端连接,所述气流管道的第二端与所述储气罐的进气端连接,所述储气罐的出气端与所述燃气轮机进气口连接,所述空气压缩机用于在海拔1500m以上为所述储气罐提供压缩空气,所述储气罐用于为所述燃气轮机提供压缩空气,其中,所述压缩空气中氧气的含量大于等于21%;
变频式电动机,所述变频式电动机与所述空气压缩机连接,所述变频式电动机包括变频器,所述变频器用于控制所述变频式电动机的运行转速;
控制系统,所述控制系统包括处理器,以及与所述处理器均电连接的定位传感器、压力传感器和热保护传感器;所述定位传感器、所述压力传感器和所述热保护传感器均固定于所述储气罐上;所述定位传感器用于监测所述燃气轮机发电机组的位置,所述压力传感器用于监测所述储气罐的实时压力,所述热保护传感器用于监测所述储气罐的温度;所述处理器与所述变频器电连接,并且控制所述变频器的频率。
2.根据权利要求1所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统,其特征在于,还包括:
储气罐通风系统,所述储气罐通风系统包括强制风冷装置,所述强制风冷装置用于降低储气罐的温度。
3.根据权利要求1所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统,其特征在于,还包括:
第一蓄电池组,所述第一蓄电池组与所述变频式电动机连接,并用于为所述变频式电动机提供启动电能。
4.根据权利要求1所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统,其特征在于,所述变频式电动机还包括手动无极调速装置,所述手动无极调速装置用于调节变频式电动机的运行转速。
5.一种提高燃气轮机发电机组功率的方法,其特征在于,应用于权利要求1~4中任一所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统,所述方法包括:
变频式电动机带动空气压缩机运行,为储气罐提供压缩空气,并根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐所处的实时气压、以及储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速,调整空气压缩机的压气量,在海拔1500m以上的环境中使储气罐中压缩空气中氧气含量大于21%。
6.根据权利要求5所述的提高燃气轮机发电机组功率的方法,其特征在于,所述根据燃气轮机所处的地理信息、储气罐所处的实时气压、以及储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速具体为:
根据定位传感器获取燃气轮机所处的地理信息,并传输至处理器,处理器根据地理信息计算出燃气轮机所处的环境气压,并根据获取的所述环境气压设定变频式电动机的运行转速区间;
根据压力传感器获取储气罐的实时气压,并传输至处理器,处理器根据实时气压的大小调整变频式电动机的运行转速;当实时气压小于实时气压阈值时,增大变频式电动机的运行转速;当实时气压大于实时气压阈值时,减小变频式电动机的运行转速;
根据热保护传感器获取储气罐的温度,并传输至处理器,处理器根据储气罐的温度调整变频式电动机的运行转速;当储气罐的温度高于储气罐的温度阈值时,减小变频式电动机的运行转速。
7.根据权利要求5所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统的运行方法,其特征在于,所述地理信息包括燃气轮机所处位置的经度、纬度、以及海拔高度。
8.根据权利要求5所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统的运行方法,其特征在于,所述变频式电动机运行状态包括第一状态和第二状态;
在所述第一状态时,启动所述变频式电动机的自动系统;
在所述第二状态时,启动所述变频式电动机的手动系统,其中,手动系统通过调整手动无极调速装置实现。
9.根据权利要求5所述的提高燃气轮机发电机组功率的系统的运行方法,其特征在于,启动所述变频式电动机运行时,采用第一蓄电池组提供电能;持续所述变频式电动机运行时,采用所述燃气轮机发电机组提供电能。
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