CN114687805B - 一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，燃气轮机系统包括燃机系统、透平冷却及天然气加热一体系统以及天然气热值调节系统，其中，中压给水输送管道的一端连接于中压给水泵的出水端，另一端与TCA系统的进水端相连通；TCA系统用于冷却燃气轮机2的压气机抽气；TCA系统的出水端与FGH系统的进水端之间相互连通；低压回水输送管道的一端连接于FGH系统的出水端，另一端与低压汽包相连通；自动三通温控阀的进气端连通天然气供气管道，其两个出气端分别连接第一输送管道、第二输送管道；第一输送管道与FGH系统的进气端相连通；FGH系统的出气端连接第三输送管道；第二输送管道与第三输送管道汇合后共同与天然气进气管道相连通。

Description

一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体而言，涉及一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统。

背景技术

燃气轮机是一种利用高温燃气做功的设备，为保证燃气轮机透平部件的安全，日本三菱公司的燃气轮机透平转子采用透平冷却空气系统(TCA系统)进行冷却，即利用高压给水来冷却压气机抽气，通过两个流量控制阀控制TCA的冷却水流量及回收去向。由于燃气轮机从启动初期到带额定负荷之间，压气机抽汽温度是从低到高变化，造成TCA冷却水出口温度及流量都有不同的要求，启动初期要求大流量低温度的TCA冷却水，带负荷期间则要求高温度低流量的TCA冷却水，因此，必须设计两路回水控制阀来调节流量，并在特定负荷时进行流量的切换。启动初期由于冷却水量需求大但温度低，将控制回至凝汽器的流量控制阀开启，回水流至凝汽器中，其热量被浪费。当燃气轮机带一定负荷后，TCA系统出口的冷却水温度升高，为回收该部分热量，将回水切换至另一流量控制阀，回至高压汽包，该流量控制为开环控制，造成TCA流量偏差较大，甚至因工况发生变化时，造成冷却水流量波动，导致机组跳闸。

同时，燃气轮机是以天然气为燃料的发电设备，为提高燃气轮机的效率，三菱公司的燃气轮机采用天然气加热系统(FGH系统)对燃料进行加热，即利用中压省煤器出口水作为加热天然气的热源，通过两个流量控制阀来控制FGH系统的加热水流量及回收去向。燃气轮机启动后，中压省煤器的出口温度较低，且凝结水加热器无法容纳该回水，于是需要开启控制回至凝汽器的流量控制阀，将回水输送至凝汽器，导致一部分热量被浪费。当燃气轮机负荷增加后，中压省煤器温度开始逐渐升高，为回收该部分热量，回水切换至另一流量控制阀，回至凝结水加热器。根据燃气轮机不同负荷设定流量控制阀不同的流量设定值，该设定也为开环设置，通常流量设置高于实际需求，增加了中压给水泵的耗电量。

上述燃气轮机中的TCA系统、FGH系统采用的是两套系统，一套是用高压给水泵来水，一套是用中压给水泵来水，增加了厂用耗电量，且两个系统均比较复杂，回水都需要来回切换，且在流量切换的时候，经常会因流量阀问题造成流量大幅波动，甚至跳机。

发明内容

本说明书提供一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

根据本说明书实施例，提供了一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，所述燃气轮机系统包括燃机系统、透平冷却及天然气加热一体系统以及天然气热值调节系统，其中：

所述燃机系统包括余热锅炉、燃气轮机、发电机、循环水泵、冷凝水泵、低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器、中压给水泵、高压给水泵、低压汽包、中压汽包、中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器、高压汽包、高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器、高中压汽轮机、低压汽轮机、凝汽器、低压输汽管道、低压过热器、连通管道、进汽自动关断阀、进汽调节阀、低压预暖管道、辅助蒸汽联箱、第一控制阀门、第二控制阀门、第一疏水管路、第二疏水管路；所述低压输汽管道的一端与所述低压过热器的出汽端相连通，另一端与所述低压汽轮机的进气端连通；所述低压输汽管道引出一路所述连通管道，所述连通管道与所述高中压汽轮机的中压排汽端相连通；所述低压输汽管道上沿蒸汽流动方向依次设置有所述进汽自动关断阀、进汽调节阀；在所述进汽自动关断阀、进汽调节阀之间的所述低压输汽管道上引出一路所述低压预暖管道，所述低压预暖管道连通所述辅助蒸汽联箱，用于将所述辅助蒸汽联箱内的蒸汽经所述低压输汽管道输送至所述低压汽轮机内，对所述低压汽轮机进行预暖；所述低压预暖管道上沿蒸汽流动方向依次设置有所述第一控制阀门、第二控制阀门；在所述第一控制阀门、第二控制阀门之间的所述低压预暖管道上设置有所述第一疏水管路、第二疏水管路；

所述透平冷却及天然气加热一体系统包括TCA系统、FGH系统、中压给水输送管道、低压回水输送管道、流量控制阀、自动三通温控阀、天然气供气管道、第一输送管道、第二输送管道、第三输送管道、天然气进气管道、温度计；所述中压给水输送管道的一端连接于所述中压给水泵的出水端，另一端与所述TCA系统的进水端相连通；所述TCA系统用于冷却所述燃气轮机2的压气机抽气；所述TCA系统的出水端与所述FGH系统的进水端之间相互连通；所述低压回水输送管道的一端连接于所述FGH系统的出水端，另一端与所述低压汽包相连通；所述流量控制阀安装于所述低压回水输送管道上；所述自动三通温控阀的进气端连通所述天然气供气管道，所述自动三通温控阀的两个出气端分别连接所述第一输送管道、第二输送管道；所述第一输送管道与所述FGH系统的进气端相连通；所述FGH系统的出气端连接所述第三输送管道；所述第二输送管道与所述第三输送管道汇合后共同与所述天然气进气管道相连通；所述天然气进气管道与所述燃气轮机的燃烧室相连通；所述天然气进气管道上安装有所述温度计，所述温度计的信号输出端与所述自动三通温控阀的信号输入端电连接；

所述天然气热值调节系统包括氮气输送管道、充氮调门、取样管、热值仪、控制装置；在所述天然气供气管道上引出一路所述氮气输送管道，所述氮气输送管道连通氮气气源；所述充氮调门安装于所述氮气输送管道上；在所述自动三通温控阀与所述氮气输送管道之间的所述天然气供气管道上连接有所述取样管；所述热值仪设置于所述取样管上，对所述取样管内加入氮气之后的天然气的热值进行监测；所述热值仪的信号输出端与所述控制装置电连接，所述充氮调门的控制端与所述控制装置电连接。

可选地，所述燃机系统还包括第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点、压力测点；所述第一温度测点设置于所述低压汽轮机的次末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机次末级叶片转子温度；所述第二温度测点设置于所述低压汽轮机的末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机末级叶片转子温度；所述第三温度测点、压力测点设置于所述第一控制阀门、第二控制阀门之间的所述低压预暖管道上，所述第三温度测点用于监测所述低压预暖管道的温度，所述压力测点用于监测所述低压预暖管道的压力。

可选地，所述第一疏水管路上沿疏水流动方向依次设置有第一进口阀门、第一疏水器、第一出口阀门。

可选地，所述第一疏水管路上还设有第一旁路手动门，所述第一旁路手动门与所述第一进口阀门、第一疏水器、第一出口阀门并联。

可选地，所述第二疏水管路上沿疏水流动方向依次设置有第二进口阀门、第二疏水器、第二出口阀门。

可选地，所述第二疏水管路上还设有第二旁路手动门，所述第二旁路手动门与所述第二进口阀门、第二疏水器、第二出口阀门并联。

进一步可选地，所述第一进口阀门、第一出口阀门、第二进口阀门、第二出口阀门均为手动阀门。

可选地，所述流量控制阀为电动流量控制阀，所述充氮调门为气动调门，所述第一控制阀门、第二控制阀门为手动控制阀门。

可选地，所述氮气输送管道、取样管均为低碳不锈钢管，且钢管内壁电解抛光。

可选地，所述燃机系统还包括烟囱，所述烟囱与所述余热锅炉相连通。

本说明书实施例的有益效果如下：

燃气轮机系统将TCA系统、FGH系统设计为一体，充分利用TCA冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，且冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，该系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，透平冷却及天然气加热一体系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性。

此外，当天然气热值升高时，向天然气供气管道中加入氮气以维持天然气热值的稳定，保证燃气轮机的稳定运行，解决了现有技术中上游天然气的组分时常发生变化，厂家无法频繁对燃机进行燃烧调整的问题，保障燃气轮机的燃烧稳定，增长燃气轮机的使用寿命，减少电厂的经济损失。并在燃机系统中增加低压汽轮机预暖功能，燃气轮机启动前，充分预暖低压内缸、低压转子和叶片，减小在启动过程到低负荷期间低压汽轮机的热应力，并减小低压汽轮机轴承振动，增加转子的使用寿命。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本实施例中，燃气轮机系统将TCA系统、FGH系统设计为一体，充分利用TCA冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，且冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，是本说明书实施例的创新点之一。

2、本实施例中，透平冷却及天然气加热一体系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，是本说明书实施例的创新点之一。

3、本实施例中，透平冷却及天然气加热一体系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性，是本说明书实施例的创新点之一。

4、本实施例中，当天然气热值升高时，向天然气供气管道中加入氮气以维持天然气热值的稳定，保证燃气轮机的稳定运行，解决了现有技术中上游天然气的组分时常发生变化，厂家无法频繁对燃机进行燃烧调整的问题，是本说明书实施例的创新点之一。

5、本实施例中，对天然气热值进行实时监测，并根据天热气热值的变化量控制天然气系统的加氮量，可实现天然气热值升高时的自动调节，使天然气热值稳定在一定范围内，保障燃气轮机的燃烧稳定，增长燃气轮机的使用寿命，减少电厂的经济损失，是本说明书实施例的创新点之一。

6、本实施例中，在燃机系统中增加低压汽轮机预暖功能，燃气轮机启动前，充分预暖低压内缸、低压转子和叶片，减小在启动过程到低负荷期间低压汽轮机的热应力，并减小低压汽轮机轴承振动，增加转子的使用寿命，是本说明书实施例的创新点之一。

7、本实施例中，在预暖过程中，实时监测低压预暖管道的温度压力，并监视低压转子转速、低压汽轮机振动、胀差，通过根据实时监测的低压汽轮机次末级和末级叶片转子温度，控制低压汽轮机的温升速率，以避免温度变化率过快导致转子表面和转子中心温差较大、径向温度场可能不均、热应力较大的问题发生，是本说明书实施例的创新点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统的部分放大示意图；

图中，1为余热锅炉、2为燃气轮机、3为发电机、4为循环水泵、5为循环水泵、6为低压省煤器、7为低压蒸发器、8为低压过热器、9为中压给水泵、10为高压给水泵、11为低压汽包、12为中压汽包、13为中压省煤器、14为中压蒸发器、15为中压过热器、16为高压汽包、17为高压省煤器、18为高压蒸发器、19为高压过热器、20为高中压汽轮机、21为低压汽轮机、22为低压输汽管道、23为连通管道、24为进汽自动关断阀、25为进汽调节阀、26为低压预暖管道、27为辅助蒸汽联箱、28为第一控制阀门、29为第二控制阀门、30为第一疏水管路、31为第二疏水管路、32为TCA系统、33为FGH系统、34为中压给水输送管道、35为低压回水输送管道、36为流量控制阀、37为自动三通温控阀、38为天然气供气管道、39为第一输送管道、40为第二输送管道、41为第三输送管道、42为天然气进气管道、43为温度计、44为氮气输送管道、45为充氮调门、46为取样管、47为热值仪、48为控制装置、49为第一进口阀门、50为第一疏水器、51为第一出口阀门、52为第一旁路手动门、53为第二进口阀门、54为第二疏水器、55为第二出口阀门、56为第二旁路手动门、57为烟囱、58为凝汽器。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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付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。

需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统。以下分别进行详细说明。

图1、图2是示出了根据本说明实施例提供的一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统。如图1所示，所述燃气轮机系统包括燃机系统、透平冷却及天然气加热一体系统以及天然气热值调节系统，其中：

所述燃机系统包括余热锅炉1、燃气轮机2、发电机3、循环水泵4、冷凝水泵5、低压省煤器6、低压蒸发器7、低压过热器8、中压给水泵9、高压给水泵10、低压汽包11、中压汽包12、中压省煤器13、中压蒸发器14、中压过热器15、高压汽包16、高压省煤器17、高压蒸发器18、高压过热器19、高中压汽轮机20、低压汽轮机21、凝汽器58、低压输汽管道22、连通管道23、进汽自动关断阀24、进汽调节阀25、低压预暖管道26、辅助蒸汽联箱27、第一控制阀门28、第二控制阀门29、第一疏水管路30、第二疏水管路31；所述低压输汽管道22的一端与所述低压过热器8的出汽端相连通，另一端与所述低压汽轮机21的进气端连通；所述低压输汽管道22引出一路所述连通管道23，所述连通管道23与所述高中压汽轮机20的中压排汽端相连通；所述低压输汽管道22上沿蒸汽流动方向依次设置有所述进汽自动关断阀24、进汽调节阀25；在所述进汽自动关断阀24、进汽调节阀25之间的所述低压输汽管道22上引出一路所述低压预暖管道26，所述低压预暖管道26连通所述辅助蒸汽联箱27，用于将所述辅助蒸汽联箱27内的蒸汽经所述低压输汽管道22输送至所述低压汽轮机21内，对所述低压汽轮机21进行预暖；所述低压预暖管道26上沿蒸汽流动方向依次设置有所述第一控制阀门28、第二控制阀门29；在所述第一控制阀门28、第二控制阀门29之间的所述低压预暖管道26上设置有所述第一疏水管路30、第二疏水管路31。

本发明燃机系统的余热锅炉1采用三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机21、高中压汽轮机20的中压汽轮机、高压汽轮机，最充分的把燃气的热能转换成机械功。循环水泵4向凝汽器58中输送水源，由冷凝水泵5从凝汽器58中输送的冷水，通过低压省煤器6预热后输入低压汽包11，低压汽包11下面连着低压蒸发器7，水在低压蒸发器7内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包11，饱和蒸汽从低压汽包11输出再通过低压过热器8加热，产生低压过热蒸汽，用来驱动低压汽轮机21旋转做功。通过低压汽包11出来的水由中压给水泵9注入中压省煤器13继续加热，然后进入中压汽包12，在中压蒸发器14内加热成饱和蒸汽上升到中压汽包12，从中压汽包12输出的饱和蒸汽通过中压过热器15加热，然后再与高中压汽轮机20高压汽轮机排出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热，产生中压再热蒸汽，用来驱动高中压汽轮机20中压汽轮机旋转做功。通过低压汽包11出来的水由高压给水泵10注入高压省煤器17加热，然后进入高压汽包16，在高压蒸发器18内加热成饱和蒸汽上升到高压汽包16，从高压汽包16输出的饱和蒸汽通过高压过热器19加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高中压汽轮机20高压汽轮机旋转做功。其中，低压输汽管道22内的低压主汽与连通管道23内的中压排汽在低压输汽管道22中混合后，进入低压汽轮机21。

在一个具体实施例中，燃机系统采用单轴布置，如图1所示，燃气轮机2、高中压汽轮机20、低压汽轮机21、发电机3串联在一根轴上，共用一台发电机3发电，节省设备费用，减少厂房面积，系统调控更简单。但是，需要注意并理解的是，本发明所提供的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统不仅适用于单轴布置方案的燃机系统，也适用于多轴布置方案的燃机系统。进一步的，所述燃机系统还包括烟囱57，所述烟囱57与所述余热锅炉1相连通，余热锅炉1的烟气经烟囱57进行排放。

本发明中燃机系统在低压汽轮机21处增设低压汽轮机预暖系统，使低压汽轮机21在燃气轮机2启动前进行预暖，解决了每次低压汽轮机21启动时低压汽轮机21进气温度变化率过快的问题，避免转子表面和转子中心温差大、径向温度场可能不均、热应力较大的现象发生，同时，避免在启动、空载运行和低负荷运行时由于排气温度升高，低压汽轮机21迅速变热的现象发生，减小低压汽轮机21轴承振动，增加转子的使用寿命。低压主汽和中压排汽混合后通过低压输汽管道22输送至低压汽轮机21中，在低压输汽管道22上沿进汽方向依次设置进汽自动关断阀24、进汽调节阀25，进汽自动关断阀24用于隔断低压汽轮机21进汽，汽轮机背压方式运行时处于关闭状态，其他方式运行时开启，而进汽调节阀25在汽轮机供热方式运行时用于调节低压汽轮机21进汽量，其他方式运行时处于全开状态。

在进汽自动关断阀24、进汽调节阀25之间的低压输汽管道22上引出一路低压预暖管道26，将用于低压汽轮机21预暖的蒸汽从辅助蒸汽联箱27输送至低压输汽管道22，进而输送至低压汽轮机21内进行预暖作业。低压预暖管道26自辅助蒸汽联箱27处安装第一控制阀门28，用于控制低压预暖管道26内的蒸汽进入量，此外，低压预暖管道26上至低压输汽管道22处安装第二控制阀门29，用于控制低压汽轮机21的预暖蒸汽进汽量。优选的，所述第一控制阀门28、第二控制阀门29为手动控制阀门。

由于开始预暖时低压预暖管道26管壁的温度相对于蒸汽的温度较低，当辅助蒸汽联箱27中的蒸汽输入其内后，会在低压预暖管道26管壁上形成凝结水，为保证低压汽轮机21预暖系统的热效率，需要将低压预暖管道26内的凝结水及时排出，同时又需要避免蒸汽的外漏，因此，在低压预暖管道26上设置两路疏水管路，即第一疏水管路30和第二疏水管路31，利用第一疏水管路30、第二疏水管路31阻汽排水。

在一个具体实施例中，第一疏水管路30上沿疏水流动方向依次设置有第一进口阀门49、第一疏水器50、第一出口阀门51，所述第一疏水管路30上还设有第一旁路手动门52，所述第一旁路手动门52与所述第一进口阀门49、第一疏水器50、第一出口阀门51并联。所述第二疏水管路31上沿疏水流动方向依次设置有第二进口阀门53、第二疏水器54、第二出口阀门55，所述第二疏水管路31上还设有第二旁路手动门56，所述第二旁路手动门56与所述第二进口阀门53、第二疏水器54、第二出口阀门55并联。进一步的，所述第一进口阀门49、第一出口阀门51、第二进口阀门53、第二出口阀门55均优选为手动阀门。

其中，第一疏水管路30设置在6.5m，即低压预暖管道26的低点，第二疏水管路31设置在13m靠近低压预暖管道26至低压汽轮机21进汽口处。在正式预暖前，开启第一进口阀门49、第一出口阀门51、第二进口阀门53、第二出口阀门55以及第一旁路手动门52、第二旁路手动门56，使得低压预暖管道26内的凝结水能够及时快速排出，当低压预暖管道26的温度达到系统所设定的暖管温度且大于低压轴封温度时，将第一旁路手动门52、第二旁路手动门56关闭，低压汽轮机预暖系统开始进行正式的低压汽轮机预暖作业，第一疏水管路30、第二疏水管路31进行常规的阻汽排水作业。

进一步的，所述燃机系统还包括第一温度测点(图中未示出)、第二温度测点(图中未示出)、第三温度测点(图中未示出)、压力测点(图中未示出)；所述第一温度测点设置于所述低压汽轮机21的次末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机21次末级叶片转子温度；所述第二温度测点设置于所述低压汽轮机21的末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机21末级叶片转子温度；所述第三温度测点、压力测点设置于所述第一控制阀门28、第二控制阀门29之间的所述低压预暖管道26上，所述第三温度测点用于监测所述低压预暖管道26的温度，所述压力测点用于监测所述低压预暖管道26的压力。

在预暖低压汽轮机21的作业过程中，利用第一温度测点、第二温度测点分别实时监测低压汽轮机21次末级和末级叶片转子温度，并监视低压转子转速、低压汽轮机21振动、胀差，根据测量值控制低压汽轮机21的温升速率。第三温度测点监测低压预暖管道26的温度，压力测点监测低压预暖管道26的压力，通过监视低压预暖管道26的温度压力，控制暖管、预暖的进程切换，并控制低压汽轮机21的温升速率，避免温度变化率过快。

为解决现有技术中TCA系统、FGH系统采用两套系统导致在流量切换时经常会因流量阀问题造成流量大幅波动甚至跳机的问题，本发明燃气轮机系统设计有透平冷却及天然气加热一体系统。所述透平冷却及天然气加热一体系统包括TCA系统32、FGH系统33、中压给水输送管道34、低压回水输送管道35、流量控制阀36、自动三通温控阀37、天然气供气管道38、第一输送管道39、第二输送管道40、第三输送管道41、天然气进气管道42、温度计43；所述中压给水输送管道34的一端连接于所述中压给水泵9的出水端，另一端与所述TCA系统32的进水端相连通；所述TCA系统32用于冷却所述燃气轮机2的压气机抽气；所述TCA系统32的出水端与所述FGH系统33的进水端之间相互连通；所述低压回水输送管道35的一端连接于所述FGH系统33的出水端，另一端与所述低压汽包11相连通；所述流量控制阀36安装于所述低压回水输送管道35上；所述自动三通温控阀37的进气端连通所述天然气供气管道38，所述自动三通温控阀37的两个出气端分别连接所述第一输送管道39、第二输送管道40；所述第一输送管道39与所述FGH系统33的进气端相连通；所述FGH系统33的出气端连接所述第三输送管道41；所述第二输送管道40与所述第三输送管道41汇合后共同与所述天然气进气管道42相连通；所述天然气进气管道42与所述燃气轮机2的燃烧室相连通；所述天然气进气管道42上安装有所述温度计43，所述温度计43的信号输出端与所述自动三通温控阀37的信号输入端电连接。

本发明实施例中采用透平冷却及天然气加热一体系统，将TCA系统32和FGH系统33组合成一套系统，简化系统，降低工程造价，充分利用TCA冷却水的热量加热天然气，避免热量的浪费，也无需流量控制的切换，解决了在流量切换时因流量阀造成的流量大幅波动甚至跳机的问题，提高运行安全性。组合后的TCA系统32的冷却水从中压给水泵9供给，利用中压给水泵9从低压汽包11中抽水，并通过中压给水输送管道34将冷却水输送至TCA系统32中，在TCA系统32中冷却燃气轮机2压气机抽气，之后，冷却水温度升高，进入进水端与TCA系统32出水端相连通的FGH系统33，在FGH系统33中加热天然气，换热完成之后再通过低压回水输送管道35输送回至低压汽包11以此达成一个闭式循环，热量都能被完全回收，提高了机组效率，

在透平冷却及天然气加热一体系统中，只需在低压回水输送管道35上设置一个流量控制阀36，利用流量控制阀36调节低压回水输送管道35内的水流量，进而控制TCA系统32、FGH系统33这两个系统的水流量，无需进行流量切换，相对于独立的TCA系统、FGH系统，省去了三套流量控制阀，简化了系统，降低了工程造价，也避免了流量切换时经常因流量阀问题造成流量大幅波动甚至跳机的情况，提高了运行安全。优选的，所述流量控制阀36为电动流量控制阀，利用流量控制阀36自动控制低压回水输送管道35内的水流量，进而实现TCA系统32、FGH系统33水流量的自动控制。

此外，在上述闭式循环的系统中，FGH系统33的天然气进气端采用自动三通温控阀37，利用自动三通温控阀37将通过天然气供气管道38输入系统的天然气进行分流，一部分经第一输送管道39输送至FGH系统33中进行加热，再将加热后的天然气通过第三输送管道41输送至天然气进气管道42中，另一部分直接经第二输送管道40输送至天然气进气管道42中，进而输送至燃气轮机2燃烧室内，由此控制进入燃气轮机2内天然气的温度，并由设置于天然气进气管道42上的温度计43实时监测进入燃气轮机2的天然气温度。具体的，根据温度计43所测得的天然气温度以及预设的天然气温度值，通过自动三通温控阀37调节天然气的两路分流量，例如，当需要提升天然气进气管道42内天然气的温度时，调节自动三通温控阀37，将流向第一输送管道39的阀门开度调大，并将流向第二输送管道40的阀门开度调小，使得更多的天然气被加热，进而使第二输送管道40、第三输送管道41混合后的天然气温度升高，相反地，当需要降低天然气进气管道42内天然气的温度时，通过调节自动三通温控阀37，将流向第一输送管道39的阀门开度调小，并将流向第二输送管道40的阀门开度调大，使得更少的天然气被加热，进而降低第二输送管道40、第三输送管道41混合后的天然气温度。

温度计43的信号输出端与自动三通温控阀37的信号输入端的电连接方式是现有技术，温度计43实时监测进入燃气轮机2燃烧室的天然气温度，并将所测得的天然气温度信号通信至自动三通温控阀37中，自动三通温控阀37将系统中预设的天然气温度与所接收的实际天然气温度进行比较，并根据两者之间的差值调节自动三通温控阀37的两个出气端的阀门开度，当实际的天然气温度低于系统预设的天然气温度时，自动控制调节自动三通温控阀37，使得从天然气供气管道38输送来的天然气更多的分流至第一输送管道39中，以加大天然气加热的比例，使更多的天然气被加热，进而提高混合后的天然气温度，以此反复调节，直至实际的天然气温度与系统预设的天然气温度差值控制在系统的预设差值范围内；当实际的天然气温度高于系统预设的天然气温度时，利用对自动三通温控阀37的调节，将更多的天然气分流至第二输送管道40中，以减小天然气加热的比例，使更多的天然气直接汇入天然气进气管道42中，降低混合后的天然气温度，以此反复调节，直至实际的天然气温度与系统预设的天然气温度差值控制在系统的预设差值范围内。

需要注意并理解的是，上述中“系统中预设的天然气温度”与“系统的预设差值范围”均可根据燃气轮机2的实际运行状况以及实际运行环境进行设定的。

此外，所述天然气热值调节系统包括氮气输送管道44、充氮调门45、取样管46、热值仪47、控制装置48；在所述天然气供气管道38上引出一路所述氮气输送管道44，所述氮气输送管道44连通氮气气源；所述充氮调门45安装于所述氮气输送管道44上；在所述自动三通温控阀37与所述氮气输送管道44之间的所述天然气供气管道38上连接有所述取样管46；所述热值仪47设置于所述取样管46上，对所述取样管46内加入氮气之后的天然气的热值进行监测；所述热值仪47的信号输出端与所述控制装置48电连接，所述充氮调门45的控制端与所述控制装置48电连接。

本发明针对在燃气轮机2运行过程中天然气热值升高的情况，设计有天然气热值调节系统。燃气轮机2正常运行的过程中，通过天然气供气管道38向燃气轮机2的燃烧室输送天然气，以为燃气轮机2供给化学燃料。由于上游天然气的组分时常发生变化，一般会持续几天至一个月又恢复至正常值，频繁得要求厂家进电厂对燃机进行燃烧调整显然不现实。在本实施例中，利用在天然气中掺混氮气调节天然气热值的变化，通过氮气输送管道44向燃气轮机2的天然气供气管道38输送氮气，并利用充氮调门45控制天然气掺混的氮气量，热值仪47实时监测天热气热值，并将所测得的天然气热值通信至控制装置48中，当控制装置48监测到天然气热值逐渐变大时，向充氮调门45发送控制信号指令，充氮调门45自动调大阀门开度，增加天然气供气管道38中的加氮量，从而维持天然气热值的稳定，保证燃气轮机的稳定运行。

详细的，当燃气轮机2运行过程中，天然气供气管道38中的天然气热值逐渐升高时，向天然气供气管道38中掺入添加气体以降低天然气热值，本实施例采用性质稳定温和的氮气作为天然气的添加气体，不因受热而体积膨胀，变形幅度小，更安全。利用向天然气供气管道38中加入氮气的方式，对燃气轮机2的天然气热值进行调节，使其控制在一定范围内，维持天然气热值的稳定，进而保证燃气轮机2的稳定运行。

燃气轮机2通过天然气供气管道38进行天然气供给，天然气供气管道38将上游天然气输送至燃气轮机2进行燃烧，在天然气供气管道38上沿天然气输送流动的方向依次引出一路氮气输送管道44和一路取样管46。其中，通过氮气输送管道44向天然气供气管道38中加入氮气，并利用氮气输送管道44上的充氮调门45控制氮气输送管道44向天然气供气管道38内的加氮量，此外，在取样管46上安装热值仪47，通过取样管46对加氮后的天然气进行取样，并利用热值仪47对所取样的加氮天然气的热值进行测量监测，并将所述测量的天然气热值通信至控制装置48，控制装置48对所接收的天然气热值进行数据分析，当监测到天然气热值逐渐变大时，控制装置48向充氮调门45发送控制信号指令，充氮调门45根据接收到的控制信号指令自动开大阀门，以增加天然气供气管道38内的加氮量，实现天然气热值的自动调节，从而维持天然气热值的稳定，保障燃气轮机2的稳定运行。

由于天然气存在爆炸风险，所述充氮调门45优选为气动调门，利用充氮调门45自动精确地控制氮气输送管道44向天然气供气管道38中的加氮量，实现天然气热值的自动调节，及时应对天然气热值的变化。所述氮气输送管道44、取样管46均优选为低碳不锈钢管，且钢管内壁电解抛光，此种材质耐腐蚀，表面粗糙度低，不容易形成微涡流而将污染粒子带出，使颗粒携带可能性大大降低，不仅能够避免固体杂质混入天然气中而堵塞燃气轮机2天然气滤网的问题，还可避免固体杂质造成取样管46堵塞、热值仪47故障的问题。

综上所述，本说明书公开一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，燃气轮机系统将TCA系统、FGH系统设计为一体，充分利用TCA冷却水的热量来加热天然气，避免了热量的浪费，且冷却水只需从中压给水泵供给，降低了厂用电量，从燃气轮机启动到大负荷整个区间，热量都能被完全回收，提高了机组效率，该系统不需要进行流量控制的切换，减少了流量控制阀的数量，也避免了切换过程的故障问题，提高了运行安全性，降低了工程造价，透平冷却及天然气加热一体系统采用闭环控制，可实现对各控制量的及时精准调节，大大提高了系统的安全性。

此外，当天然气热值升高时，向天然气供气管道中加入氮气以维持天然气热值的稳定，保证燃气轮机的稳定运行，解决了现有技术中上游天然气的组分时常发生变化，厂家无法频繁对燃机进行燃烧调整的问题，保障燃气轮机的燃烧稳定，增长燃气轮机的使用寿命，减少电厂的经济损失。并在燃机系统中增加低压汽轮机预暖功能，燃气轮机启动前，充分预暖低压内缸、低压转子和叶片，减小在启动过程到低负荷期间低压汽轮机的热应力，并减小低压汽轮机轴承振动，增加转子的使用寿命。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃气轮机系统包括燃机系统、透平冷却及天然气加热一体系统以及天然气热值调节系统，其中：

所述燃机系统包括余热锅炉、燃气轮机、发电机、循环水泵、冷凝水泵、低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器、中压给水泵、高压给水泵、低压汽包、中压汽包、中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器、高压汽包、高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器、高中压汽轮机、低压汽轮机、凝汽器、低压输汽管道、连通管道、进汽自动关断阀、进汽调节阀、低压预暖管道、辅助蒸汽联箱、第一控制阀门、第二控制阀门、第一疏水管路、第二疏水管路；所述低压输汽管道的一端与所述低压过热器的出汽端相连通，另一端与所述低压汽轮机的进气端连通；所述低压输汽管道引出一路所述连通管道，所述连通管道与所述高中压汽轮机的中压排汽端相连通；所述低压输汽管道上沿蒸汽流动方向依次设置有所述进汽自动关断阀、进汽调节阀；在所述进汽自动关断阀、进汽调节阀之间的所述低压输汽管道上引出一路所述低压预暖管道，所述低压预暖管道连通所述辅助蒸汽联箱，用于将所述辅助蒸汽联箱内的蒸汽经所述低压输汽管道输送至所述低压汽轮机内，对所述低压汽轮机进行预暖；所述低压预暖管道上沿蒸汽流动方向依次设置有所述第一控制阀门、第二控制阀门；在所述第一控制阀门、第二控制阀门之间的所述低压预暖管道上设置有所述第一疏水管路、第二疏水管路；

所述透平冷却及天然气加热一体系统包括TCA系统、FGH系统、中压给水输送管道、低压回水输送管道、流量控制阀、自动三通温控阀、天然气供气管道、第一输送管道、第二输送管道、第三输送管道、天然气进气管道、温度计；所述中压给水输送管道的一端连接于所述中压给水泵的出水端，另一端与所述TCA系统的进水端相连通；所述TCA系统用于冷却所述燃气轮机的压气机抽气；所述TCA系统的出水端与所述FGH系统的进水端之间相互连通；所述低压回水输送管道的一端连接于所述FGH系统的出水端，另一端与所述低压汽包相连通；所述流量控制阀安装于所述低压回水输送管道上；所述自动三通温控阀的进气端连通所述天然气供气管道，所述自动三通温控阀的两个出气端分别连接所述第一输送管道、第二输送管道；所述第一输送管道与所述FGH系统的进气端相连通；所述FGH系统的出气端连接所述第三输送管道；所述第二输送管道与所述第三输送管道汇合后共同与所述天然气进气管道相连通；所述天然气进气管道与所述燃气轮机的燃烧室相连通；所述天然气进气管道上安装有所述温度计，所述温度计的信号输出端与所述自动三通温控阀的信号输入端电连接；

所述天然气热值调节系统包括氮气输送管道、充氮调门、取样管、热值仪、控制装置；在所述天然气供气管道上引出一路所述氮气输送管道，所述氮气输送管道连通氮气气源；所述充氮调门安装于所述氮气输送管道上；在所述自动三通温控阀与所述氮气输送管道之间的所述天然气供气管道上连接有所述取样管；所述热值仪设置于所述取样管上，对所述取样管内加入氮气之后的天然气的热值进行监测；所述热值仪的信号输出端与所述控制装置电连接，所述充氮调门的控制端与所述控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃机系统还包括第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点、压力测点；所述第一温度测点设置于所述低压汽轮机的次末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机次末级叶片转子温度；所述第二温度测点设置于所述低压汽轮机的末级叶片转子处，用于监测所述低压汽轮机末级叶片转子温度；所述第三温度测点、压力测点设置于所述第一控制阀门、第二控制阀门之间的所述低压预暖管道上，所述第三温度测点用于监测所述低压预暖管道的温度，所述压力测点用于监测所述低压预暖管道的压力。

3.根据权利要求1所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述第一疏水管路上沿疏水流动方向依次设置有第一进口阀门、第一疏水器、第一出口阀门。

4.根据权利要求3所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述第一疏水管路上还设有第一旁路手动门，所述第一旁路手动门与所述第一进口阀门、第一疏水器、第一出口阀门并联。

5.根据权利要求3所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述第二疏水管路上沿疏水流动方向依次设置有第二进口阀门、第二疏水器、第二出口阀门。

6.根据权利要求5所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述第二疏水管路上还设有第二旁路手动门，所述第二旁路手动门与所述第二进口阀门、第二疏水器、第二出口阀门并联。

7.根据权利要求5所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述第一进口阀门、第一出口阀门、第二进口阀门、第二出口阀门均为手动阀门。

8.根据权利要求1所述的透平冷却及天然气加热一体的燃气轮机系统，其特征在于，所述流量控制阀为电动流量控制阀，所述充氮调门为气动调门，所述第一控制阀门、第二控制阀门为手动控制阀门。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机系统，其特征在于，所述氮气输送管道、取样管均为低碳不锈钢管，且钢管内壁电解抛光。

10.根据权利要求1所述的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃机系统还包括烟囱，所述烟囱与所述余热锅炉相连通。