CN114810231B - 一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，启动阶段，将IGV保持最小开度，再循环控制阀全开，电机的控制方式切换至变频控制方式，并将电机设置为变频初始状态，启动燃气增压机；调整阶段，当燃气增压机的出口压力低于第一目标压力时，先逐步关小再循环控制阀；再循环控制阀全关后，再逐步开启IGV以提高出口压力；IGV全开后，将电机逐步增加变频提高燃气增压机的出口压力；以及运行阶段，当燃气增压机的出口压力大于第二目标压力时，将电机逐步降低变频以减小燃气增压机转速，进而降低燃气增压机的出口压力；电机的变频降至燃气增压机的最低转速后，逐步关小IGV；IGV关至最小开度时，逐渐开启再循环控制阀以降低出口压力。

Description

一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法

技术领域

本发明涉及燃气–蒸汽联合循环机组技术领域，具体而言，涉及一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法。

背景技术

在热电厂中，燃气–蒸汽联合循环二拖一供热机组的总体配置一般为：2台燃机、2台燃气轮发电机、2台余热锅炉、1台供热蒸汽轮机和1台蒸汽轮发电机，燃料为天然气。所需燃气从超高压天然气管道接引，天然气进入厂界后，需经电厂内设置的天然气增压机进行升压，清洁干净的天然气稳压后进入天然气增压机，天然气的压力从厂界设计点的3.2MPa被增压至燃机要求的压力。

在现有技术中，天然气增压机设计为工频程控增压机，通过天然气增压机调节可调进气导叶(Inlet Guide Vanes，IGV)开度与再循环控制阀开度来实现增压机出口压力的调节，工频程控的增压机在调节出口压力时，在燃机低负荷运行时，IGV需要关闭至较小位置，存在节流损失，当IGV关小至最小开度时，出口压力仍高于增压机出口设定值时，需要开大再循环控制阀降低天然气增压机出口压力，此时存在再循环损失。

发明内容

本说明书提供一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，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，提供了一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，所述变频控制方法应用于所述燃气–蒸汽联合循环机组的燃气增压机，所述燃气–蒸汽联合循环机组包括两台燃机、两台燃气轮发电机、两台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台蒸汽轮发电机、一台凝汽器以及天然气处理输送系统；

所述蒸汽轮机与所述蒸汽轮发电机同轴连接，驱动所述蒸汽轮发电机发电；每个所述燃机分别与一个所述燃气轮发电机同轴连接，驱动所述燃气轮发电机发电；所述凝汽器与所述蒸汽轮机相连通；每个所述余热锅炉的进气端分别连通一个所述燃机，将所述燃机排出的高温气体输送至所述余热锅炉中；所述余热锅炉的出气端连通有烟囱，将所述余热锅炉所产生的废气排出；

所述余热锅炉包括低压汽包、低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器、中压给水泵、中压汽包、中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器、中压再热器、高压给水泵、高压汽包、高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器；

两个所述余热锅炉的低压省煤器分别经一个输水泵与所述凝汽器的出水端相连通，在所述输水泵的作用下将所述凝汽器内的冷凝水输送至所述低压省煤器内；所述低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器均分别与所述低压汽包相连通；两个所述余热锅炉低压过热器所产生的低压过热蒸汽分别经低压并汽门后汇合共同通过低压蒸汽输送管道输送至所述蒸汽轮机的低压缸中，驱动所述蒸汽轮发电机旋转做功；所述低压蒸汽输送管道上引出一路低压疏水管道，所述低压疏水管道上安装有低压旁路压力调门；两路所述低压疏水管道汇合后共同连接至所述凝汽器的进水端；所述蒸汽轮机的高中压缸的中压排汽端通过中压排汽输送管道与所述低压蒸汽输送管道相连通；所述低压蒸汽输送管道上沿低压过热蒸汽输送的方向依次设置有进汽自动关断阀、进汽调节阀，所述进汽自动关断阀用于隔断所述低压缸进汽，所述进汽调节阀用于调节所述低压缸的进汽量；

所述中压省煤器通过所述中压给水泵与所述低压汽包相连通，所述低压汽包为所述中压省煤器供给水；所述中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器分别与所述中压汽包相连通；所述中压过热器连接中压过热蒸汽输送管道，所述中压过热蒸汽输送管道上安装有第一控制阀；所述蒸汽轮机的高中压缸的高压排汽端连接高压排汽输送管道，所述高压排汽输送管道引出两路高压排汽分流管道，两路所述高压排汽分流管道分别与一路所述中压过热蒸汽输送管道汇合后共同连通所述中压再热器的进汽端；所述中压再热器的出汽端连接有中压再热蒸汽输送管道，两路所述中压再热蒸汽输送管道汇合后共同连接至所述高中压缸的中压端，所述中压再热蒸汽输送管道上设置有中压并汽门，所述中压并汽门并联有中压旁路门；所述中压再热器与所述中压并汽门之间的所述中压再热蒸汽输送管道上引出一路中压疏水管道，所述中压疏水管道上安装有中压旁路压力调门，两路所述中压疏水管道汇合后共同连接至所述凝汽器的进水端；

所述高压省煤器通过所述高压给水泵与所述低压汽包相连通，所述低压汽包为所述高压省煤器供给水；所述高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器分别与所述高压汽包相连通，所述高压过热器的出汽端连接有高压过热蒸汽输送管道，所述高压过热蒸汽输送管道上设置有高压并汽门，所述高压并汽门并联有高压旁路门，两路所述高压过热蒸汽输送管道汇合后共同连接至所述高中压缸的高压端；所述高压过热蒸汽输送管道上引出一路高压疏水管道，所述高压疏水管道的另一端与所述高压排汽分流管道相连通；所述高压疏水管道上安装有高压旁路压力调门；

所述天然气处理输送系统包括天然气输送管道、粗分离装置、加热装置、精分离过滤装置、燃气增压机、气动控制阀、天然气旁路管道、快速启闭阀、气源供应系统、止回阀、第二控制阀、控制装置；所述天然气输送管道的出气端与所述燃机的天然气进气端相连；所述气动控制阀安装于所述天然气输送管道上，控制所述燃机的天然气进气量；所述天然气输送管道上沿天然气输送方向依次设置有所述粗分离装置、加热装置、精分离过滤装置、燃气增压机；所述燃气增压机通过所述天然气旁路管道与所述快速启闭阀、止回阀并联，流经所述天然气旁路管道的天然气依次通过所述止回阀、快速启闭阀；所述气源供应系统与所述快速启闭阀相连通，为所述快速启闭阀供给开关动作所需的驱动气源；所述气源供应系统与所述快速启闭阀之间设置有所述第二控制阀；所述快速启闭阀的控制端与所述控制装置电连接，所述燃气增压机的输出端、控制端分别与所述控制装置电连接；

所述燃气增压机包括电机、入口阀门、出口阀门、可调进气导叶IGV、再循环控制阀；天然气通过所述入口阀门进入所述燃气增压机，经过二级压缩升压通过所述出口阀门供给所述燃机，所述IGV用于调节所述燃气增压机的出口压力和天然气流量，所述再循环控制阀用于调节所述燃气增压机的出口压力和流经所述燃气增压机的天然气流量；

所述变频控制方法包括：

启动阶段，将所述IGV保持最小开度，所述再循环控制阀全开，所述电机的控制方式切换至变频控制方式，并将所述电机设置为变频初始状态，启动所述燃气增压机；

调整阶段，当所述燃气增压机的出口压力低于预设的第一目标压力时，逐步关小所述再循环控制阀以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述再循环控制阀全关后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，逐步开启所述IGV以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述IGV全开后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，将所述电机逐步增加变频以提高所述燃气增压机的转速，进而提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；以及

运行阶段，在所述燃气增压机正常运行过程中，当所述燃气增压机的出口压力大于预设的第二目标压力时，将所述电机逐步降低变频以减小所述燃气增压机的转速，进而降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述电机的变频降至所述燃气增压机的最低转速时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐步关小所述IGV以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述IGV关至最小开度时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐渐开启所述再循环控制阀以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力。

可选地，所述变频控制方法的调整阶段还包括：

若所述电机的变频增加至所述燃气增压机的最高转速时，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，使所述燃气增压机保持最高转速状态。

可选地，所述变频控制方法的运行阶段还包括：

若所述再循环控制阀全开后，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，使所述再循环控制阀保持全开状态。

可选地，所述电机的控制方式包括变频控制方式和工频控制方式。

可选地，所述电机的变频初始状态为所述燃气增压机处于最低转速的状态。

可选地，所述第一目标压力等于所述第二目标压力。

可选地，所述入口控制阀、出口控制阀均为气动门。

可选地，所述IGV的最小开度为20％。

可选地，所述第一控制阀为电动阀门；所述第二控制阀为截止阀或球阀。

可选地，所述快速启闭阀为气动快速启闭阀；所述止回阀为翻板式止回阀。

本说明书实施例的有益效果如下：

通过引入变频调速的控制方式，使燃气增压机的安全运行区间增大，在满足燃气增压机防喘控制和出口压力控制稳定的前提下，利于IGV的全开以及再循环控制阀的全关，以此减小甚至消除节流损失和再循环损失，起到了显著的节能效果。

可实现变频控制方式和工频控制方式的切换，在变频运行时，通过再循环控制阀确保燃气增压机在喘振边界内运行，通过IGV控制和电机转速控制，使燃气增压机的出口压力达到指定的目标压力，且由于此过程中燃气增压机转速较低，节流程度减少，燃气增压机运行时本体振动明显降低，不同工况下平均降低10um。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本实施例中，通过引入变频调速的控制方式，使燃气增压机的安全运行区间增大，在满足燃气增压机防喘控制和出口压力控制稳定的前提下，利于IGV的全开以及再循环控制阀的全关，以此减小甚至消除节流损失和再循环损失，起到了显著的节能效果，是本说明书实施例的创新点之一。

2、本实施例中，可实现变频控制方式和工频控制方式的切换，在变频运行时，通过再循环控制阀确保燃气增压机在喘振边界内运行，通过IGV控制和电机转速控制，使燃气增压机的出口压力达到指定的目标压力，是本说明书实施例的创新点之一。

3、本实施例中，在变频运行时，由于燃气增压机转速较低，节流程度减少，燃气增压机运行时本体振动明显降低，不同工况下平均降低10um，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燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法的流程示意图；

图2为本说明书实施例提供的燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法所应用的燃气–蒸汽联合循环机组的结构示意图；

图3为本说明书实施例提供的燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法所应用的燃气–蒸汽联合循环机组中燃气增压机的结构示意图；

图中，1为燃气增压机、2为燃机、3为燃气轮发电机、4为余热锅炉、5为蒸汽轮机、6为蒸汽轮发电机、7为凝汽器、8为烟囱、9为低压汽包、10为低压省煤器、11为低压蒸发器、12为低压过热器、13为中压给水泵、14为中压汽包、15为中压省煤器、16为中压蒸发器、17为中压过热器、18为中压再热器、19为高压给水泵、20为高压省煤器、21为高压蒸发器、22为高压过热器、23为输水泵、24为低压蒸汽输送管道、25为低压缸、26为高中压缸、27为中压排汽输送管道、28为进汽自动关断阀、29为进汽调节阀、30为中压过热蒸汽输送管道、31为第一控制阀、32为高压排汽输送管道、33为高压排汽分流管道、34为中压再热蒸汽输送管道、35为中压并汽门、36为中压旁路门、37为中压疏水管道、38为中压旁路压力调门、39为高压汽包、40为高压过热蒸汽输送管道、41为高压并汽门、42为高压旁路门、43为天然气输送管道、44为粗分离装置、45为加热装置、46为精分离过滤装置、47为低压疏水管道、48为气动控制阀、49为天然气旁路管道、50为快速启闭阀、51为气源供应系统、52为止回阀、53为第二控制阀、54为再循环控制阀、55为电机、56为入口阀门、57为出口阀门、58为IGV、59为一级压缩、60为二级压缩、61为低压并汽门、62为低压旁路压力调门、63为高压疏水管道、64为高压旁路压力调门。

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燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，所述变频控制方法应用于燃气–蒸汽联合循环机组的燃气增压机，燃气–蒸汽联合循环机组采用二拖一联合循环机组，如图2所示，燃气–蒸汽联合循环机组包括两台燃机2、两台燃气轮发电机3、两台余热锅炉4、一台蒸汽轮机5、一台蒸汽轮发电机6、凝汽器7以及天然气处理输送系统。

两台燃机2和两台余热锅炉4分别一一对应，在经过加热后的天然气进入燃机2的燃烧室，与燃机2的压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃机2旋转做功，带动燃气轮发电机3发电。从燃机2排出的气体温度高达600℃，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送至与其相对应的余热锅炉4中，把水加热成蒸汽推动蒸汽轮机5作业，带动蒸汽轮发电机6发电。而余热锅炉4中所产生的废气通过烟囱8进行排放。

本实施例中的余热锅炉4包括低压汽包9、低压省煤器10、低压蒸发器11、低压过热器12、中压给水泵13、中压汽包14、中压省煤器15、中压蒸发器16、中压过热器17、中压再热器18、高压给水泵19、高压省煤器20、高压蒸发器21、高压过热器22、高压汽包39，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动蒸汽轮机5的低、中、高压汽轮机，最充分的把燃气的热能转换成机械功。两个余热锅炉4的低压省煤器10分别经一个输水泵23与凝汽器7的出水端相连通，在输水泵23的作用下将凝汽器7内的冷凝水输送至低压省煤器10内；低压省煤器10、低压蒸发器11、低压过热器12均分别与低压汽包9相连通；两个余热锅炉4低压过热器12所产生的低压过热蒸汽分别经低压并汽门61后汇合后共同通过低压蒸汽输送管道24输送至蒸汽轮机5的低压缸25中，驱动蒸汽轮发电机6旋转做功；低压蒸汽输送管道24上引出一路低压疏水管道47，低压疏水管道47上安装有低压旁路压力调门62；两路低压疏水管道47汇合后共同连接至凝汽器7的进水端；蒸汽轮机5的高中压缸26的中压排汽端通过中压排汽输送管道27与低压蒸汽输送管道24相连通。低压省煤器10内的冷凝水预热后经低压汽包9输入低压蒸发器11内，在低压蒸发器11内加热成饱和蒸汽上升至低压汽包9内，低压汽包9内的饱和蒸汽输出至低压过热器12中，经低压过热器12加热后产生低压过热蒸汽，用来驱动蒸汽轮机5的低压缸25旋转做功。

其中，低压蒸汽输送管道24上沿低压过热蒸汽输送的方向依次设置有进汽自动关断阀28、进汽调节阀29，进汽自动关断阀28用于隔断低压缸25进汽，其在蒸汽轮机5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29在蒸汽轮机5供热方式运行时用于调节低压缸25的进汽量，其他方式运行时处于全开状态。

中压省煤器15通过中压给水泵13与低压汽包9相连通，低压汽包9为中压省煤器15供给水；中压省煤器15、中压蒸发器16、中压过热器17分别与中压汽包14相连通；中压过热器17连接中压过热蒸汽输送管道30，中压过热蒸汽输送管道30上安装有第一控制阀31，优选为电动阀门，自动控制中压过热蒸汽输送管道30内的蒸汽输送量；蒸汽轮机5的高中压缸26的高压排汽端连接高压排汽输送管道32，高压排汽输送管道32引出两路高压排汽分流管道33，两路高压排汽分流管道33分别与一路中压过热蒸汽输送管道30汇合后共同连通中压再热器18的进汽端；中压再热器18的出汽端连接有中压再热蒸汽输送管道34，两路中压再热蒸汽输送管道34汇合后共同连接至高中压缸26的中压端，中压再热蒸汽输送管道34上设置有中压并汽门35，中压并汽门35并联有中压旁路门36；中压再热器18与中压并汽门35之间的中压再热蒸汽输送管道34上引出一路中压疏水管道37，中压疏水管道37上安装有中压旁路压力调门38；两路中压疏水管道37汇合后共同连接至凝汽器7的进水端。通过低压汽包9出来的水由中压给水泵13注入中压省煤器15继续加热，然后进入中压汽包14，在中压蒸发器16内加热成饱和蒸汽上升至中压汽包14，从中压汽包14输出的饱和蒸汽通过中压过热器17加热，然后再与高中压缸26的高压排汽端排出的蒸汽混合，一同经过中压再热器18加热，产生中压再热蒸汽，用来驱动蒸汽轮机5高中压缸26的中压缸旋转做功。

高压省煤器20通过高压给水泵19与低压汽包9相连通，低压汽包9为高压省煤器20供给水；高压省煤器20、高压蒸发器21、高压过热器22分别与高压汽包39相连通，高压过热器22的出汽端连接有高压过热蒸汽输送管道40，高压过热蒸汽输送管道40上设置有高压并汽门41，高压并汽门41并联有高压旁路门42，两路高压过热蒸汽输送管道40汇合后共同连接至高中压缸26的高压端；高压过热蒸汽输送管道40上引出一路高压疏水管道63，高压疏水管道63的另一端与高压排汽分流管道33相连通；高压疏水管道63上安装有高压旁路压力调门64。通过低压汽包9出来的水由高压给水泵19注入高压省煤器20加热，然后进入高压汽包39，在高压蒸发器21内加热成饱和蒸汽上升到高压汽包39，从高压汽包39输出的饱和蒸汽通过高压过热器22加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动蒸汽轮机5高中压缸26的高压缸旋转做功。

天然气处理输送系统包括天然气输送管道43、粗分离装置44、加热装置45、精分离过滤装置46、燃气增压机1、气动控制阀48、天然气旁路管道49、快速启闭阀50、气源供应系统51、止回阀52、第二控制阀53、控制装置(图中未示出)；天然气输送管道43的出气端与燃机2的天然气进气端相连；气动控制阀48安装于天然气输送管道43上，控制燃机2的天然气进气量；天然气输送管道43上沿天然气输送方向依次设置有粗分离装置44、加热装置45、精分离过滤装置46、燃气增压机1，采用粗分离装置44过滤机组安装过程中遗留在管道内部的固体颗粒和液滴，进一步采用精分离过滤装置46对天然气进行精过滤以满足下游燃气增压机1、燃机2等设备的要求，当从上游来的天然气温度不满足燃机入口要求时，通过加热装置45对天然气进行加热，以避免天然气结露，而燃气增压机1是天然气处理输送系统中最重要的模块，是燃机2燃烧系统稳定燃烧的重要保证，通过燃气增压机1将来自上游的天然气压缩，使压力升至燃机2入口要求的压力；燃气增压机1通过天然气旁路管道49与快速启闭阀50、止回阀52并联，流经天然气旁路管道49的天然气依次通过止回阀52、快速启闭阀50，优选的，采用气动快速启闭阀，以提高阀门的控制精度和灵敏度，使其动作反应更迅速，采用翻板式止回阀，实现自动机械式启闭；气源供应系统51与快速启闭阀50相连通，为快速启闭阀50供给开关动作所需的驱动气源；气源供应系统51与快速启闭阀50之间设置有第二控制阀53，优选设置截止阀或球阀，第二控制阀53正常运行过程中常开，控制气源供应系统51对快速启闭阀50的驱动气源供给；快速启闭阀50的控制端与控制装置电连接，燃气增压机1的输出端、控制端分别与控制装置电连接。

本发明实施例中的天然气处理输送系统采用在燃气增压机1处并联一旁路装置，通过旁路装置对燃机2的天然气供给进行补充，以避免燃气增压机1发生故障时造成机组非停，提高天然气处理输送系统的安全性及可靠性。将快速启闭阀50和止回阀52通过天然气旁路管道49与燃气增压机1并联，气源供应系统51为快速启闭阀50提供开关动作的驱动气源，控制快速启闭阀50的开启，其中，气源供应系统51所供给的驱动气源可选取自厂用压缩空气母管，以保证所采用的驱动气源压力在0.8MPa左右。

当燃气供给方的供气压力可直接满足燃机2的使用需求时，即使不通过燃气增压机1，也可将天然气输送至燃机2内进行燃烧，此时，为了避免天然气通过燃气增压机1形成压降，造成不必要的能量损失，停运燃气增压机1，由气源供应系统51供给快速启闭阀50开启动作的驱动气源，使得快速启闭阀50快速启动，天然气通过天然气旁路管道49进行输送，确保燃机2燃烧室燃烧所需的天然气不会瞬间断供，保障燃机2可以甩负荷正常停运，避免机组非停，造成不必要的经济损失。同时，天然气旁路管道49上所设置的止回阀52自动机械式启闭，可防止天然气回流导致压力降低，进一步提高天然气处理输送系统的安全稳定性。并通过控制装置进行逻辑控制，燃气增压机1向控制装置发送输出信号，对燃气增压机1的运行状态进行实时监测，在燃气增压机1正常运行过程中，控制装置控制快速启闭阀50关闭，当供气压力能直接满足燃机2的使用需求时，控制装置控制燃气增压机1关闭，并同时开启快速启闭阀50，通过天然气旁路管道49为燃机2供给天然气，此外，当监测到燃气增压机1发生故障时，控制装置也控制快速启闭阀50开启，从而保证燃机2的天然气供给不会中断，实现天然气处理输送系统的自动化控制，动作反应更灵敏及时。

再如图3所示，燃气增压机1包括电机55、入口阀门56、出口阀门57、可调进气导叶IGV58、再循环控制阀54，燃气增压机1设置有两级压缩，包括一级压缩59以及二级压缩60，天然气通过入口阀门56进入燃气增压机1，经过二级压缩60升压通过出口阀门57供给燃机2，IGV58用于调节燃气增压机1的出口压力和天然气流量，再循环控制阀54用于调节燃气增压机1的出口压力和流经燃气增压机1的天然气流量。

由于本发明实施例中燃气–蒸汽联合循环机组的燃机2采用天然气作为燃料，天然气存在爆炸风险，故所述入口阀门56、出口阀门57均优选气动门，设备更安全，控制更精准。

燃气增压机1在工频程控运行状态下，通过调节燃气增压机1的IGV58开度与再循环控制阀54开度实现燃气增压机1出口压力的调节，但是，此运行状态下的燃气增压机1在调节出口压力时，在燃机低负荷运行状态下，IGV58需要关闭至较小位置，此时存在节流损失，而IGV58关小至最小开度，当出口压力仍高于燃气增压机1出口设定值时，需要开大再循环控制,54降低燃气增压机1出口压力，此时又会存在再循环损失。为解决这一问题，本发明中燃气增压机1的电机55的控制方式包括变频控制方式和工频控制方式，通过引入变频调速的控制方式，燃气增压机1在变频控制运行状态下，通过控制IGV58、再循环控制阀54、电机55转速三个因素调节燃气增压机1的出口压力，使燃气增压机1的安全运行区间增大，在满足燃气增压机1防喘控制和出口压力控制稳定的前提下，利于IGV58的全开以及再循环控制阀54的全关，以此减小甚至消除节流损失和再循环损失，起到了显著的节能效果。

图1是示出了根据本说明实施例提供的一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法。如图1所示，所述变频控制方法包括启动阶段、调整阶段以及运行阶段。

步骤100，启动阶段：将所述IGV保持最小开度，所述再循环控制阀全开，所述电机的控制方式切换至变频控制方式，并将所述电机设置为变频初始状态，启动所述燃气增压机。

具体的，所述电机的变频初始状态为所述燃气增压机处于最低转速的状态。

在一个具体的实施例中，燃气增压机变频启动以最低出力点为初始状态，启动增压机，即启动之前，将所述燃气增压机设置为最低转速的状态，并使IGV保持最小开度，再循环控制阀全开，将电机的控制方式切换至变频控制方式，使燃机增压机在变频控制方式下进行启动。通过再循环控制阀确保燃气增压机在喘振边界内运行，通过IGV控制和电机转速控制，使燃气增压机的出口压力达到目标压力。

在另一个具体的实施例中，所述IGV的最小开度优选为20％，通过设置IGV的最小开度以满足燃气增压机的最低流量要求。

步骤200，调整阶段：当所述燃气增压机的出口压力低于预设的第一目标压力时，逐步关小所述再循环控制阀以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述再循环控制阀全关后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，逐步开启所述IGV以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述IGV全开后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，将所述电机逐步增加变频以提高所述燃气增压机的转速，进而提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力。

具体的，所述变频控制方法的调整阶段还包括：

若所述电机的变频增加至所述燃气增压机的最高转速时，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，使所述燃气增压机保持最高转速状态。

在一个具体的实施例中，第一目标压力为燃气增压机出口压力调节过程中的目标压力，可根据燃机增压机的实际运行情况进行设定。燃气增压机启动之后，当燃气增压机的出口压力不满足系统所预设的第一目标压力时，先逐步关小再循环控制阀提高燃气增压机的出口压力。待再循环控制阀全关后，若燃气增压机的出口压力仍不满足设定要求，逐步开启IGV提高出口压力。当IGV全开后，若燃气增压机的出口压力仍不满足系统的设定要求时，再逐步增加变频提高燃气增压机转速，以提高燃气增压机的出口压力，直至变频加满，燃气增压机的转速达到最大值。此时，燃气增压机达到变频运行的最高出力点。

步骤300，运行阶段：在所述燃气增压机正常运行过程中，当所述燃气增压机的出口压力大于预设的第二目标压力时，将所述电机逐步降低变频以减小所述燃气增压机的转速，进而降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述电机的变频降至所述燃气增压机的最低转速时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐步关小所述IGV以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述IGV关至最小开度时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐渐开启所述再循环控制阀以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力。

具体的，所述变频控制方法的运行阶段还包括：

若所述再循环控制阀全开后，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，使所述再循环控制阀保持全开状态。

在一个具体的实施例中，第二目标压力为燃气增压机正常运行过程中出口压力的目标压力，其可根据燃机增压机的实际运行状况进行设定。在燃气增压机正常运行的过程中，若出现燃气增压机入口的天然气压力增高，随之燃气增压机的出口压力便会高于系统预设的第二目标压力，此时先逐步降低变频来降低燃气增压机的出口压力。当变频降至燃气增压机的最低转速时，若燃气增压机的出口压力仍高于第二目标压力时，再逐步关小IGV来降低出口压力。当IGV关至最小开度时，若燃气增压机出口压力仍高于设定压力，逐渐开启再循环控制阀来降低出口压力，直至再循环控制阀全开。此时，燃气增压机运行状态为其变频运行的最低出力点。

在另一个具体的实施例中，所述第一目标压力等于所述第二目标压力，可根据燃气增压机的实际运行状况设定第一目标压力和第二目标压力，为简化系统的设置，可将第一目标压力与所述第二目标压力设置为同一值，通过IGV控制和电机转速控制，使燃气增压机的出口压力在调整阶段和运行阶段达到同一目标压力。

以上是对本实施例提供的燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法的各个步骤进行了介绍，下面结合图1，对燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法的完整过程进行详述。

在本发明实施例中，燃气增压机电机的控制方式包括变频控制方式和工频控制方式，其中，燃气增压机变频启动以最低出力点为启动燃气增压机的初始状态，并通过调节再循环控制阀确保燃气增压机在喘振边界内运行，通过调控IGV以及电机转速使燃气增压机的出口压力达到目标压力。

启动之前，先将IGV设置为最小开度，将再循环控制阀设置为全开，把电机的控制方式切换至变频控制方式，并将电机设置为最小转速，以燃气增压机的最低出力点，启动燃气增压机。启动之后，通过IGV控制、再循环控制阀控制以及电机转速控制调整燃气增压机的出口压力，以使其出口压力达到系统预设的目标压力。首先，燃气增压机启动后，当其出口压力不满足系统预设的第一目标压力时，逐步关小再循环控制阀，使更多的天然气经二级压缩升压，以提高燃气增压机的出口压力，直至达到第一目标压力时停止。若再循环控制阀全关之后，燃气增压机的出口压力仍不满足设定要求，再逐步开启IGV提高燃气增压机的出口压力，直至达到第一目标压力时停止。若IGV全开之后，燃气增压机的出口压力还是不能满足系统的设定要求，再逐渐增加变频提高燃气增压机的转速以提高出口压力，直至达到第一目标压力时停止。若电机变频加满，燃气增压机达到变频运行最高出力点，即燃气增压机的转速达到最大转速，仍未达到第一目标压力，则使燃气增压机保持最大转速运行。

在燃气增压机正常运行的过程中，由于上游天然气的组分时常发生变化，由此会出现燃气增压机入口天然气压力升高的情况，当出现此种情况时，燃气增压机的出口压力也会随之升高，导致其出口压力高于系统预设的第二目标压力。当燃气增压机出口压力高于系统设定压力时，先逐步降低电机变频来降低燃气增压机的出口压力，直至降至第二目标压力停止。若电机变频降至燃气增压机最低转速时，其出口压力仍高于系统预设压力，再逐步关小IGV来降低燃气增压机的出口压力，直至降至第二目标压力停止。若IGV关至最小开度时，燃气增压机的出口压力仍高于系统预设压力，再逐渐开启再循环控制阀来降低燃气增压机的出口压力，直至降至第二目标压力停止。若再循环控制阀全开，燃气增压机达到变频运行最低出力点，仍未达到第二目标压力，则使燃气增压机保持最低转速运行。

在具体应用过程中，华能北京热电厂二期的燃气增压机电机额定功率为1550kW，未应用本燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法之前，因IGV设定不方便，燃气增压机出口压力维持较高，燃气增压机运行时的平均功耗为1350kW，采用本发明的变频控制方法之后，燃气增压机工频运行时的平均功耗为1220kW，变频运行时的平均功耗为800kW，以2019年5月至2019年12月期间，单台燃气增压机工频运行1200小时，变频运行300小时计算，两台燃气增压机8个月共减少厂用电(130×1200+550×300)×2＝64.2万kWh，由此可知，引入变频调速的控制方法，节能效果十分明显，大大提高了电厂的经济效益。

综上所述，本说明书公开一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，通过引入变频调速的控制方式，使燃气增压机的安全运行区间增大，在满足燃气增压机防喘控制和出口压力控制稳定的前提下，利于IGV的全开以及再循环控制阀的全关，以此减小甚至消除节流损失和再循环损失，起到了显著的节能效果。

可实现变频控制方式和工频控制方式的切换，在变频运行时，通过再循环控制阀确保燃气增压机在喘振边界内运行，通过IGV控制和电机转速控制，使燃气增压机的出口压力达到指定的目标压力，且由于此过程中燃气增压机转速较低，节流程度减少，燃气增压机运行时本体振动明显降低，不同工况下平均降低10um。

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)

1.一种燃气–蒸汽联合循环机组燃气增压机变频控制方法，其特征在于，所述变频控制方法应用于所述燃气–蒸汽联合循环机组的燃气增压机，所述燃气–蒸汽联合循环机组包括两台燃机、两台燃气轮发电机、两台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台蒸汽轮发电机、一台凝汽器以及天然气处理输送系统；

所述蒸汽轮机与所述蒸汽轮发电机同轴连接，驱动所述蒸汽轮发电机发电；每个所述燃机分别与一个所述燃气轮发电机同轴连接，驱动所述燃气轮发电机发电；所述凝汽器与所述蒸汽轮机相连通；每个所述余热锅炉的进气端分别连通一个所述燃机，将所述燃机排出的高温气体输送至所述余热锅炉中；所述余热锅炉的出气端连通有烟囱，将所述余热锅炉所产生的废气排出；

所述余热锅炉包括低压汽包、低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器、中压给水泵、中压汽包、中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器、中压再热器、高压给水泵、高压汽包、高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器；

两个所述余热锅炉的低压省煤器分别经一个输水泵与所述凝汽器的出水端相连通，在所述输水泵的作用下将所述凝汽器内的冷凝水输送至所述低压省煤器内；所述低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器均分别与所述低压汽包相连通；两个所述余热锅炉低压过热器所产生的低压过热蒸汽分别经低压并汽门后汇合共同通过低压蒸汽输送管道输送至所述蒸汽轮机的低压缸中，驱动所述蒸汽轮发电机旋转做功；所述低压蒸汽输送管道上引出一路低压疏水管道，所述低压疏水管道上安装有低压旁路压力调门；两路所述低压疏水管道汇合后共同连接至所述凝汽器的进水端；所述蒸汽轮机的高中压缸的中压排汽端通过中压排汽输送管道与所述低压蒸汽输送管道相连通；所述低压蒸汽输送管道上沿低压过热蒸汽输送的方向依次设置有进汽自动关断阀、进汽调节阀，所述进汽自动关断阀用于隔断所述低压缸进汽，所述进汽调节阀用于调节所述低压缸的进汽量；

所述中压省煤器通过所述中压给水泵与所述低压汽包相连通，所述低压汽包为所述中压省煤器供给水；所述中压省煤器、中压蒸发器、中压过热器分别与所述中压汽包相连通；所述中压过热器连接中压过热蒸汽输送管道，所述中压过热蒸汽输送管道上安装有第一控制阀；所述蒸汽轮机的高中压缸的高压排汽端连接高压排汽输送管道，所述高压排汽输送管道引出两路高压排汽分流管道，两路所述高压排汽分流管道分别与一路所述中压过热蒸汽输送管道汇合后共同连通所述中压再热器的进汽端；所述中压再热器的出汽端连接有中压再热蒸汽输送管道，两路所述中压再热蒸汽输送管道汇合后共同连接至所述高中压缸的中压端，所述中压再热蒸汽输送管道上设置有中压并汽门，所述中压并汽门并联有中压旁路门；所述中压再热器与所述中压并汽门之间的所述中压再热蒸汽输送管道上引出一路中压疏水管道，所述中压疏水管道上安装有中压旁路压力调门，两路所述中压疏水管道汇合后共同连接至所述凝汽器的进水端；

所述高压省煤器通过所述高压给水泵与所述低压汽包相连通，所述低压汽包为所述高压省煤器供给水；所述高压省煤器、高压蒸发器、高压过热器分别与所述高压汽包相连通，所述高压过热器的出汽端连接有高压过热蒸汽输送管道，所述高压过热蒸汽输送管道上设置有高压并汽门，所述高压并汽门并联有高压旁路门，两路所述高压过热蒸汽输送管道汇合后共同连接至所述高中压缸的高压端；所述高压过热蒸汽输送管道上引出一路高压疏水管道，所述高压疏水管道的另一端与所述高压排汽分流管道相连通；所述高压疏水管道上安装有高压旁路压力调门；

所述天然气处理输送系统包括天然气输送管道、粗分离装置、加热装置、精分离过滤装置、燃气增压机、气动控制阀、天然气旁路管道、快速启闭阀、气源供应系统、止回阀、第二控制阀、控制装置；所述天然气输送管道的出气端与所述燃机的天然气进气端相连；所述气动控制阀安装于所述天然气输送管道上，控制所述燃机的天然气进气量；所述天然气输送管道上沿天然气输送方向依次设置有所述粗分离装置、加热装置、精分离过滤装置、燃气增压机；所述燃气增压机通过所述天然气旁路管道与所述快速启闭阀、止回阀并联，流经所述天然气旁路管道的天然气依次通过所述止回阀、快速启闭阀；所述气源供应系统与所述快速启闭阀相连通，为所述快速启闭阀供给开关动作所需的驱动气源；所述气源供应系统与所述快速启闭阀之间设置有所述第二控制阀；所述快速启闭阀的控制端与所述控制装置电连接，所述燃气增压机的输出端、控制端分别与所述控制装置电连接；

所述燃气增压机包括电机、入口阀门、出口阀门、可调进气导叶IGV、再循环控制阀；天然气通过所述入口阀门进入所述燃气增压机，经过二级压缩升压通过所述出口阀门供给所述燃机，所述IGV用于调节所述燃气增压机的出口压力和天然气流量，所述再循环控制阀用于调节所述燃气增压机的出口压力和流经所述燃气增压机的天然气流量；

所述变频控制方法包括：

启动阶段，将所述IGV保持最小开度，所述再循环控制阀全开，所述电机的控制方式切换至变频控制方式，并将所述电机设置为变频初始状态，启动所述燃气增压机；

调整阶段，当所述燃气增压机的出口压力低于预设的第一目标压力时，逐步关小所述再循环控制阀以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述再循环控制阀全关后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，逐步开启所述IGV以提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；若所述IGV全开后，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，将所述电机逐步增加变频以提高所述燃气增压机的转速，进而提高所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力达到所述第一目标压力；以及

运行阶段，在所述燃气增压机正常运行过程中，当所述燃气增压机的出口压力大于预设的第二目标压力时，将所述电机逐步降低变频以减小所述燃气增压机的转速，进而降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述电机的变频降至所述燃气增压机的最低转速时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐步关小所述IGV以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力；若所述IGV关至最小开度时，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，逐渐开启所述再循环控制阀以降低所述燃气增压机的出口压力，直至所述燃气增压机的出口压力等于所述第二目标压力。

2.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述变频控制方法的调整阶段还包括：

若所述电机的变频增加至所述燃气增压机的最高转速时，所述燃气增压机的出口压力仍低于所述第一目标压力，使所述燃气增压机保持最高转速状态。

3.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述变频控制方法的运行阶段还包括：

若所述再循环控制阀全开后，所述燃气增压机的出口压力仍大于所述第二目标压力，使所述再循环控制阀保持全开状态。

4.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述电机的控制方式包括变频控制方式和工频控制方式。

5.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述电机的变频初始状态为所述燃气增压机处于最低转速的状态。

6.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述第一目标压力等于所述第二目标压力。

7.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述入口阀门、出口阀门均为气动门。

8.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述IGV的最小开度为20％。

9.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述第一控制阀为电动阀门；所述第二控制阀为截止阀或球阀。

10.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述快速启闭阀为气动快速启闭阀；所述止回阀为翻板式止回阀。