CN112627989A - 控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统及方法 - Google Patents

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冯群
刘志杰
杨焱森
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C9/52—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by bleeding or by-passing the working fluid

Abstract

为解决小型燃气轮机在部分负荷时氮氧化物浓度升高及燃烧筒温度过高的问题，本发明提供了控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统及方法，涉及燃气轮机装置领域，所述的系统包括：压气机、燃烧筒、透平、旁通阀及旁通阀控制单元。所述压气机旁通管路与旁通阀的一端相连接，旁通阀另一端与透平出口的排烟管道连接。本发明的有益效果在于实现了对干式低排放小型燃气轮机排放烟气中的氮氧化物浓度的有效控制。而且在控制压气机抽气量的同时，修正了排烟温度低排放设定参数，进而比较排烟温度超温限制，从而有效防止燃烧筒温度过热。

Description

控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统及方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机装置技术领域，具体涉及一种控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统及方法。
背景技术
燃气轮机是一种将燃料化学能转化为旋转机械能的动力设备，由压气机、燃烧筒和透平组成。燃料在燃烧筒燃烧过程中，氮气与氧气发生复杂的化学反应，生成氮氧化物。氮氧化物是燃气轮机排放烟气中的主要污染物。重型燃气轮机控制氮氧化物生成可以采用加注蒸汽、选择性催化还原等方式。但对于小型燃气轮机来说，由于受到结构限制，成本控制等因素，多采用干式低排放技术和预混燃烧技术。小型燃气轮机的压气机多采用单级离心压缩机结构，没有进口可调导叶机构。当机组处于部分负荷运行时，无法调节空压机流量或者采用流量计来控制排烟温度，具有明显的滞后性，会造成过量的空气进入燃烧筒，造成氮氧化物浓度增加。而如果在燃烧过程中，单单为降低空燃比，使得为燃烧筒降温的冷却气量不足，会直接造成燃烧筒温度过高，导致燃烧筒损坏或使用寿命大大降低。
发明内容
为解决小型燃气轮机在部分负荷时氮氧化物浓度升高及燃烧筒温度过高的问题,本发明提供控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统及方法。
为了解决上述问题，采用以下技术方案：
控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统，包括：压气机、燃烧筒、透平、旁通阀及旁通阀控制单元，所述压气机旁通管路与旁通阀的一端相连接，旁通阀的另一端与透平出口的排烟管道连接；所述燃烧筒为干式低排放预混燃烧筒；所述旁通阀为可调节开度的电动阀，主要通过PID控制器来控制旁通阀的开度，进而调节燃烧筒中的空气进气量，通过改变燃烧筒中的空燃比实现NOX的低排放。
本技术方案还提供了一套控制旁通阀开度的方法：
控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的方法，包括以下步骤：
首先，在燃机负荷大于70%最大功率时，旁通阀投入工作。然后再根据排烟温度曲线得出不同负荷下排烟温度的低排放设定值。再取该值与实际排烟温度做PID运算，得出旁通阀的开度。最后在旁通阀的作用下，调节燃烧筒的空燃比，从而降低燃烧过程中产生的氮氧化物的浓度。
进一步改进的，将改变空燃比后的排烟温度继续与设定值做运算，直到旁通阀开度达到合适位置，使排烟温度达到设定目标值；
进一步改进的，当在燃机负荷高于90%最大功率时，旁通阀关闭。
本发明的有益效果在于：实现了对干式低排放小型燃气轮机排放烟气中的氮氧化物浓度的有效控制。在控制压气机抽气量的同时，提出修正排烟温度低排放设定参数，并比较排烟温度的超温限制，从而防止燃烧筒温度过热。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为本发明的旁通阀开度和排烟温度控制模型。
图中：1-压气机，2-燃烧筒，3-透平，4-旁通阀，5-旁通阀控制单元。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细的解释和说明。需要特别指出的是，所述实施例仅仅是本发明的一部分优选实施例，而非全部实施例，不能作为本发明的任何限制。
实施例：如图1所示，一种控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统，包括：压气机1、燃烧筒2、透平3、旁通阀4及旁通阀控制单元5，所述压气机1旁通管路与旁通阀4的一端相连接，旁通阀4的另一端与透平3出口的排烟管道连接，排烟管道内设有温度传感器，用来检测并反馈管道内的实际排烟温度。
所述压气机1为离心式空气压缩机。
所述燃烧筒2为干式低排放预混燃烧筒。
所述旁通阀4为可调节开度的电动阀。
所述旁通阀4控制单元主要通过PID控制器来控制旁通阀4的开度，进而调节燃烧筒2中的空气进气量，通过改变燃烧筒中的空燃比实现NOX的低排放。
在燃机负荷大于70%最大功率时，旁通阀4投入工作，根据排烟温度曲线得出不同负荷下排烟温度的低排放设定值。该值与实际排烟温度做PID运算，得出旁通阀4的开度。在旁通阀4的作用下，进一步调节燃烧筒2的空燃比，从而控制氮氧化物的产生。改变空燃比后的排烟温度继续与设定值做运算，直到旁通阀4开度达到合适位置，使排烟温度达到设定目标值。需要注意的是，在燃机载荷高于90%最大功率时，旁通阀关闭。
为了防止燃烧筒2超温，预设允许排烟温度的极限值。变负荷下，排烟温度的低排放设定值应与允许排烟温度极限值做比较，取两者中较低的数值来反馈调节旁通阀4的开度，进而调节燃烧筒2的空气进气量。
本领域的技术人员在本发明精神指导下，可以对本发明的实施例进行变形或变式所得到的其他实施例，都落入在本发明的保护范围内。本发明的保护范围由权利要求书及其等同物确定。

Claims (5)

1.控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统，其特征在于：包括压气机（1）、燃烧筒（2）、透平（3）、旁通阀（4）及旁通阀控制单元（5），所述压气机（1）旁通管路与旁通阀（4）的一端相连接，旁通阀（4）的另一端与透平（5）出口的排烟管道连接。
2.根据权利要求1所述的控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统，其特征在于：所述燃烧筒（2）为干式低排放预混燃烧筒。
3.根据权利要求1所述的控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的系统，其特征在于：所述旁通阀（4）为可调节开度的电动阀，主要通过PID控制器来控制旁通阀（4）的开度，进而调节燃烧筒（2）中的空气进气量，改变燃烧筒中的空燃比。
4.控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的方法，其特征在于：在燃机负荷大于70%最大功率时，旁通阀（4）投入工作；
根据实际排烟温度曲线得出不同负荷下排烟温度的低排放设定值，再取此设定值与实际排烟温度做PID运算，得出旁通阀（4）的实际开度进而调节燃烧筒的空气进气量；
在旁通阀（4）的作用下，调整燃烧筒（5）的空燃比，进而控制氮氧化物的产生；改变空燃比后的排烟温度继续与设定值做运算，直到旁通阀（4）开度达到合适位置，使排烟温度达到设定目标值；
在燃机负荷高于90%最大功率时，旁通阀（4）关闭。
5.根据权利要求4所述的控制小型燃气轮机排气温度和氮氧化物浓度的方法，其特征在于：首先预设燃烧筒（2）允许排烟温度的极限值；
第二，在燃气轮机变负荷时，排烟温度的低排放设定值需要与允许排烟温度极限值做比较，取两者中较低的数值通过PID运算来反馈调节旁通阀（4）的开度，从而调节燃烧筒的空气进气量。
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