CN114673590A - 一种燃气轮机燃气进气加热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体为一种燃气轮机燃气进气加热系统及其控制方法，所述燃烧室分别通过管道连接有废气分气管、燃气分气管及空气分气管，所述废气分气管的每个分气孔均通过管道连接有换热器，所述换热器分别通过管道与燃气分气管及空气分气管的分气孔连通，相邻两个所述换热器的收尾通过管道连通，相邻两个所述换热器之间连通的管道包括废气排气管、燃气进气管及空气进气管，所述换热器与废气分气管、燃气分气管及空气分气管连通的管道的本体上均设置有一号电磁阀，本系统通过温度传感器对输入燃气的温度进行测试，当燃气的温度到达设定值后，燃气即可输入到燃烧室内，进而可以避免燃气被加热到过高的温度。

Description

一种燃气轮机燃气进气加热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体为一种燃气轮机燃气进气加热系统及其控制方法。

背景技术

燃气轮机在空气和燃气的主要流程中，只有压气机、燃烧室和燃气涡轮这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。燃气轮机的工作原理：压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。

燃气轮机在工作中，不但需要对进入的空气进行加热，还需要对进入的燃气进行加热，现有技术中，为了提高热量的利用效率，利用换热管，将排出的废气中的热量与进入燃烧室的空气及燃气进行交换，进而使得空气及燃气有足够的温度，但是随着燃烧室内温度的增高，废气的温度也会逐渐增高，当废气的温度过高时，与其进行热交换的燃气的温度会提前到达燃烧点，进而导致燃气的燃烧不充分，另外在进行换热的过程中，当管道较短且排放的废气的初始温度较高时，管道较短会导致热量无法充分交换，即排出的废气仍具有较高的温度，这会导致燃气轮机的能量利用率变低，而当管道较长时，在排放的废气温度不高时，燃气轮机也需要花费较多的机械能来提升空气压力，这会导致燃气轮机的输出效率变低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃气进气加热系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的燃气轮机换气管道长度无法调节的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃气轮机燃气进气加热系统，包括燃烧室，所述燃烧室分别通过管道连接有废气分气管、燃气分气管及空气分气管，所述废气分气管的每个分气孔均通过管道连接有换热器，所述换热器分别通过管道与燃气分气管及空气分气管的分气孔连通，相邻两个所述换热器的收尾通过管道连通，相邻两个所述换热器之间连通的管道包括废气排气管、燃气进气管及空气进气管，所述换热器与废气分气管、燃气分气管及空气分气管连通的管道的本体上均设置有一号电磁阀，相邻两个所述换热器之间的废气排气管、燃气进气管及空气进气管的本体上均设置有的二号电磁阀，所述换热器与燃气分气管连接的管道的本体上设置有温度传感器，所述温度传感器分别与燃气进气管本体上的一号电磁阀及二号电磁阀电性连接。

优选的，相邻两个所述换热器之间的废气排气管的本体上连接有排水管，所述排水管的本体上设置有三号电磁阀。

优选的，所述排水管与废气排气管之间连接有U型管，所述U型管的右端密封，所述U型管的右侧的内腔顶部安装有液位传感器，所述液位传感器与三号电磁阀电性连接。

优选的，所述燃气分气管及空气分气管与燃烧室连通的管道在伸入燃烧室的一端相互靠拢。

优选的，所述温度传感器的数量比换热器的数量少一个，最左侧所述换热器与燃气分气管之间没有温度传感器。

优选的，最右侧所述换热器与废气分气管连接的管道的本体上设置有加热器，最右侧所述换热器与燃气分气管连接的管道也贯穿加热器。

一种燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法，该燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法如下：

步骤一：当燃烧室内的温度为～℃时，打开最右侧换热器与废气分气管、燃气分气管及空气分气管连接的管道上的一号电磁阀，此时燃烧室内的废气通过废气分气管进入换热器，同时外界压缩的燃气及空气进入换热器，废气与燃气及空气在换热器中完成热量交换；

步骤二：当燃烧室内的温度大于℃时，打开最右侧换热器左侧的换热器与废气分气管及空气分气管连接的管道上的一号电磁阀，再打开该换热器与最右侧换热器之间连接的废气排气管及空气进气管上的二号电磁阀，此时燃烧室内的废气通过废气分气管进入该换热器以及该换热器右侧的换热器，废气与空气及燃气通过换热器进行热量交换，同时温度传感器对通过的燃气的温度进行测试，当燃气通过换热器后的温度与该燃气的着火点的温度之差小于等于℃时，则打开该换热器与燃气分气管连接的管道上的一号电磁阀，以及该换热器与最右侧换热器之间的燃气进气管上的二号电磁阀，然后对其它换热器与燃气分气管连接的管道上的一号电磁阀进行闭合，对该换热器与左侧换热器之间的燃气进气管上的二号电磁阀进行闭合，当燃气通过换热器后的温度与该燃气的着火点的温度之差大于等于℃时，则关闭该换热器与燃气分气管连接的管道上的一号电磁阀，同时打开该换热器与左侧换热器之间的燃气进气管上的二号电磁阀，然后通过左侧换热器与燃气分气管上的温度传感器再对通过的燃气的温度进行测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本系统让换热器收尾相连，同时每个换热器又与燃烧室单独连接，通过控制收尾相连的换热器的数量可以控制换热器的长度，在燃气轮机内不需要高温时，只需要使用少量的换热器，通过减少换热器的数量，来降低气体通过管道的体积，进而可以降低输入气压，当燃气轮机内需要高温时，可以增加换热器的数量，从而使得排出的废气可以经过多次换热，进而可以降低热量的损失；

2)本系统通过温度传感器对输入燃气的温度进行测试，当燃气的温度到达设定值后，燃气即可输入到燃烧室内，进而可以避免燃气被加热到过高的温度。

附图说明

图1为本发明管道连接结构示意图；

图2为本发明U型管主视图剖视结构示意图。

图中：1燃烧室、2加热器、3换热器、4一号电磁阀、5二号电磁阀、6U型管、7废气分气管、8燃气分气管、9空气分气管、10三号电磁阀、11温度传感器、12液位传感器。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种燃气轮机燃气进气加热系统，包括燃烧室1，燃烧室1分别通过管道连接有废气分气管7、燃气分气管8及空气分气管9，外界压缩的空气会通过空气分气管9进入燃烧室1，外界压缩的燃气会通过燃气分气管8入燃烧室1，燃气在燃烧室1内燃烧后，废气通过废气分气管7排出，废气分气管7的每个分气孔均通过管道连接有换热器3，换热器3分别通过管道与燃气分气管8及空气分气管9的分气孔连通，相邻两个换热器3的收尾通过管道连通，相邻两个换热器3之间连通的管道包括废气排气管、燃气进气管及空气进气管，正常状态下，燃烧室1内的工作温度为700～800℃，此时只需要使用一个换热器3即可，随着燃气轮机的功率增大，燃烧室1内的温度也会增高，此时需要的换热器3的数量也随之增加，以200℃为一个区间，即当燃烧室1内的工作温度为800～1000℃时，需要使用两个换热器3，当燃烧室1内的工作温度为1000～1200℃时，需要使用三个换热器3，并以此类推，换热器3与废气分气管7、燃气分气管8及空气分气管9连通的管道的本体上均设置有一号电磁阀4，相邻两个换热器3之间的废气排气管、燃气进气管及空气进气管的本体上均设置有的二号电磁阀5，通过一号电磁阀4及二号电磁阀5的开合，控制使用的换热器3的数量，换热器3与燃气分气管8连接的管道的本体上设置有温度传感器11，温度传感器11分别与燃气进气管本体上的一号电磁阀4及二号电磁阀5电性连接，这里设置有控制芯片，当温度传感器11测量的温度达到限定值时，控制芯片对燃气进气管本体上的一号电磁阀4及二号电磁阀5进行控制，由于本系统以200℃为一个区间，所以当温度传感器11测量的温度比燃气着火点小0～200℃时，即认为温度传感器11测量的温度达到限定值，通过温度传感器11对燃气的温度进行测量，进而避免燃气的温度过高。

燃气中含有碳、氢元素，在燃气燃烧后，会有水分产生，高温状态时，水分呈气态会随着废气排出，当废气经过换热器3后，废气的热量被置换，部分水分会冷却液化，为了避免液化的水堆积在管道中，在相邻两个换热器3之间的废气排气管的本体上连接有排水管，排水管的本体上设置有三号电磁阀10，打开三号电磁阀10，即可排出液化水。

排水管与废气排气管之间连接有U型管6，液化水会在重力作用下流入U型管6中，U型管6的右端密封，U型管6的右侧的内腔顶部安装有液位传感器12，当液化水过多时，会将U型管6堵住，此时废气气压会推动液化水右移，最终液化水与液位传感器12接触，液位传感器12被触发，液位传感器12与三号电磁阀10电性连接，液位传感器12与三号电磁阀10之间也设置有控制芯片，当液位传感器12被触发后，控制芯片打开三号电磁阀10，此时管道中堆积的液化水被排出。

燃气分气管8及空气分气管9与燃烧室1连通的管道在伸入燃烧室1的一端相互靠拢，进而方便燃气与空气接触，从而便于燃气的充分燃烧。

温度传感器11的数量比换热器3的数量少一个，最左侧换热器3与燃气分气管8之间没有温度传感器11，在对燃气进行测温时，通过最左侧的换热器3的燃气直接进入燃烧室1进行燃烧，由于其不需要再进行加热，所以不需要进行测温，通过减少温度传感器11的使用，可以降低成本。

在燃气轮机刚开始进行使用时，燃烧室1内没废气，此时无法使用换热器3对燃气及空气进行加热，因此在最右侧换热器3与废气分气管7连接的管道的本体上设置有加热器2，最右侧换热器3与燃气分气管8连接的管道也贯穿加热器2，通过加热器2对燃气及空气进行加热，进而使得进入燃烧室1燃气和空气有着足够的温度。

一种燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法，该燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法如下：

步骤一：打开最右侧换热器3与废气分气管7、燃气分气管8及空气分气管9连接的管道上的一号电磁阀4，外界的燃气经过换热器3、加热器2及燃气分气管8进入燃烧室1，外界的空气经过换热器3、加热器2及空气分气管9进入燃烧室1，加热器2对燃气和空气进行加热，加热后的空气和燃气在燃烧室1内进行燃烧，燃烧室1内的废气通过废气分气管7进入最右侧换热器3，燃气及空气与废气在最右侧换热器3中进行热量交换，当燃烧室1内的温度为700～800℃后，最右侧换热器3与燃气分气管8连接的管道上的温度传感器11对燃气的温度进行测量，当燃气的温度大于500℃时，加热器2停止工作；

步骤二：当需要提高燃气轮机的输出功率时，燃烧室1内的温度会增高，当燃烧室1内的温度为800～1000℃时，打开从右往左数第二个侧换热器3与废气分气管7及空气分气管9连接的管道上的一号电磁阀4，及从右往左数第二个侧换热器3与最右侧换热器3之间的废气排气管和空气进气管上的二号电磁阀5，并关闭最右侧换热器3与废气分气管7及空气分气管9连接的管道上的一号电磁阀4，同时，最右侧换热器3与燃气分气管8连接的管道上的温度传感器11对燃气的温度进行测量，令燃气的温度为t，燃气的为T，当T－t＞200℃，则关闭最右侧换热器3与燃气分气管8一号电磁阀4，并打开从右往左数第二个侧换热器3与燃气分气管8一号电磁阀4，以及从右往左数第二个侧换热器3与最右侧换热器3之间的燃气进气管上的二号电磁阀5，否则不对换热器3与燃气分气管8一号电磁阀4进行调节；

从右往左数第N个换热器3，即为N号换热器3，令燃烧室1内的温度为Q，N为不超过(Q－400)/200的正整数，Q大于800℃，打开N号换热器3与废气分气管7及空气分气管9连接的管道上的一号电磁阀4，并关闭其它换热器3与废气分气管7及空气分气管9连接的管道上的一号电磁阀4，打开N号换热器3与最右侧换热器3之间连接的废气排气管及空气进气管上的二号电磁阀5，关闭开N号换热器3与其左侧换热器3之间连接的废气排气管及空气进气管上的二号电磁阀5，同时温度传感器11对通过的燃气的温度进行测试，当T－t＞200℃，则关闭该温度传感器11所对应的换热器3与燃气分气管8连接的管道上的一号电磁阀4，打开该换热器3与下一号换热器3之间连接的燃气进气管上的二号电磁阀5，直至温度传感器11测量到的燃气的温度满足T－t＜200℃，此时打开该温度传感器11所对应的换热器3与燃气分气管8连接的管道上的一号电磁阀4，使燃气进入燃烧室1。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种燃气轮机燃气进气加热系统，包括燃烧室(1)，其特征在于：所述燃烧室(1)分别通过管道连接有废气分气管(7)、燃气分气管(8)及空气分气管(9)，所述废气分气管(7)的每个分气孔均通过管道连接有换热器(3)，所述换热器(3)分别通过管道与燃气分气管(8)及空气分气管(9)的分气孔连通，相邻两个所述换热器(3)的收尾通过管道连通，相邻两个所述换热器(3)之间连通的管道包括废气排气管、燃气进气管及空气进气管，所述换热器(3)与废气分气管(7)、燃气分气管(8)及空气分气管(9)连通的管道的本体上均设置有一号电磁阀(4)，相邻两个所述换热器(3)之间的废气排气管、燃气进气管及空气进气管的本体上均设置有的二号电磁阀(5)，所述换热器(3)与燃气分气管(8)连接的管道的本体上设置有温度传感器(11)，所述温度传感器(11)分别与燃气进气管本体上的一号电磁阀(4)及二号电磁阀(5)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃气进气加热系统，其特征在于：相邻两个所述换热器(3)之间的废气排气管的本体上连接有排水管，所述排水管的本体上设置有三号电磁阀(10)。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机燃气进气加热系统，其特征在于：所述排水管与废气排气管之间连接有U型管(6)，所述U型管(6)的右端密封，所述U型管(6)的右侧的内腔顶部安装有液位传感器(12)，所述液位传感器(12)与三号电磁阀(10)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃气进气加热系统，其特征在于：所述燃气分气管(8)及空气分气管(9)与燃烧室(1)连通的管道在伸入燃烧室(1)的一端相互靠拢。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃气进气加热系统，其特征在于：所述温度传感器(11)的数量比换热器(3)的数量少一个，最左侧所述换热器(3)与燃气分气管(8)之间没有温度传感器(11)。

6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃气进气加热系统，其特征在于：最右侧所述换热器(3)与废气分气管(7)连接的管道的本体上设置有加热器(2)，最右侧所述换热器(3)与燃气分气管(8)连接的管道也贯穿加热器(2)。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法，其特征在于：该燃气轮机燃气进气加热系统的控制方法如下：

步骤一：当燃烧室(1)内的温度为700～800℃时，打开最右侧换热器(3)与废气分气管(7)、燃气分气管(8)及空气分气管(9)连接的管道上的一号电磁阀(4)，此时燃烧室(1)内的废气通过废气分气管(7)进入换热器(3)，同时外界压缩的燃气及空气进入换热器(3)，废气与燃气及空气在换热器(3)中完成热量交换；

步骤二：当燃烧室(1)内的温度大于800℃时，打开最右侧换热器(3)左侧的换热器(3)与废气分气管(7)及空气分气管(9)连接的管道上的一号电磁阀(4)，再打开该换热器(3)与最右侧换热器(3)之间连接的废气排气管及空气进气管上的二号电磁阀(5)，此时燃烧室(1)内的废气通过废气分气管(7)进入该换热器(3)以及该换热器(3)右侧的换热器(3)，废气与空气及燃气通过换热器(3)进行热量交换，同时温度传感器(11)对通过的燃气的温度进行测试，当燃气通过换热器(3)后的温度与该燃气的着火点的温度之差小于等于200℃时，则打开该换热器(3)与燃气分气管(8)连接的管道上的一号电磁阀(4)，以及该换热器(3)与最右侧换热器(3)之间的燃气进气管上的二号电磁阀(5)，然后对其它换热器(3)与燃气分气管(8)连接的管道上的一号电磁阀(4)进行闭合，对该换热器(3)与左侧换热器(3)之间的燃气进气管上的二号电磁阀(5)进行闭合，当燃气通过换热器(3)后的温度与该燃气的着火点的温度之差大于等于200℃时，则关闭该换热器(3)与燃气分气管(8)连接的管道上的一号电磁阀(4)，同时打开该换热器(3)与左侧换热器(3)之间的燃气进气管上的二号电磁阀(5)，然后通过左侧换热器(3)与燃气分气管(8)上的温度传感器(11)再对通过的燃气的温度进行测试。

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