CN115559816A - M701f4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法和系统 - Google Patents
M701f4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于燃机领域，公开了一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1：燃机启动至3000rpm时，水冷式TCA冷却器的水入口的给水流量根据入口水温决定；步骤2：并网至50MW，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷由凝汽器侧阀门控制；步骤3：并网至50‑100MW，水冷式TCA冷却器至高压汽包的阀门开始逐渐开启；步骤4：并网至100MW‑100％时，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包侧阀门控制。通过比较采用空冷式TCA冷却器和水冷式TCA冷却器的机组性能后发现，采用水冷式冷却器后联合循环机组出力增加1.5MW，燃料消耗量保持不变，机组效率提高0.19％，机组热耗降低19kj/KWh。
Description
技术领域
本发明涉及燃机领域，具体为一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法和系统。
背景技术
M701F4燃机通常采用水冷式透平转子冷却空气系统，利用余热锅炉的高压给水来冷却从压气机出口抽出的部分空气约(5.5-7.5％),被冷却后的空气进入燃机冷却燃机转子。高压给水吸收热量后回到余热锅炉高压汽包参与蒸汽循坏。
CN202011619190.7公开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。
上述方案并未描述如何针对TCA系统进行节能控制。
所以，本案解决的技术问题是：如何在燃机的燃料消耗量保持不变的前提下，提高联合循环机组出力和效率，降低能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法和系统，通过比较采用空冷式TCA冷却器和水冷式TCA冷却器的机组性能后发现，采用水冷式冷却器后联合循环机组出力增加1.5MW，燃料消耗量保持不变，机组效率提高0.19％，机组热耗降低19kj/KWh。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法，所述系统包括水冷式TCA冷却器、低压汽包、高压汽包、凝汽器；所述水冷式TCA冷却器的水入口和低压汽包之间通过高压泵连接；所述水冷式TCA冷却器的水出口分别连接至高压汽包、凝汽器；所述高压汽包、凝汽器和水冷式TCA冷却器之间设有阀门；所述水冷式TCA冷却器用于采用低压汽包中的水冷却燃机的压气机所输送的压缩空气，并将加热后的水送入高压汽包、凝汽器；
包括如下步骤：
步骤1：燃机启动至3000rpm时，水冷式TCA冷却器的水入口的给水流量根据入口水温决定；给水流量根据凝汽器侧阀门控制；当水冷式TCA冷却器的水入口水温低于60℃时，控制流量为88.6t/h；当水冷式TCA冷却器的入口水温高于60℃时，随着温度升高，流量增加；
步骤2：并网至50MW，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷由凝汽器侧阀门控制，并网后流量设定值由入口水温决定向燃机负荷决定转变，入口流量的降低速率为1t/min；
步骤3：并网至50-100MW，水冷式TCA冷却器至高压汽包的阀门开始逐渐开启，水冷式TCA冷却器的水入口的入口流量由凝汽器侧控制向高压汽包侧控制转变且凝汽器侧逐渐关闭；
步骤4：并网至100MW-100％时，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包侧阀门控制，凝汽器侧阀门作为后备控制。
在上述的控制方法中，所述步骤4具体为：
100MW-90％负荷时，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包侧阀门控制，凝汽器侧阀门作为后备控制；
90-100％负荷时，若水冷式TCA冷却器的出口空气温度高于230℃时，高压汽包侧阀门开度增大，直至控制出口空气温度等于或小于230℃；
凝汽器侧阀门作为后备控制的方法为：凝汽器侧阀门开启以提高水冷式TCA冷却器的入口流量和/或降低水冷式TCA冷却器的出口空气温度。
在上述的控制方法中，燃机从启动至3000rpm，水冷式TCA冷却器的出口空气温度低于100℃，同时保持水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃；
燃机处于3000rpm负荷时，使水冷式TCA冷却器的出口水温度高于90℃；
TCA出口水温至少要低于水冷式TCA冷却器的出口压力下水的饱和温度15℃。
在上述的控制方法中，燃机满负荷为336.6MW。
在上述的控制方法中，所述步骤1中，当水冷式TCA冷却器的入口水温高于60℃时，给水流量调整到120t/h。
在上述的控制方法中，所述步骤4具体为：
并网至125MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至150MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至200MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为33t/h；
并网至250MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为39t/h；
并网至300MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为57t/h；
并网至350MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h；
并网至100％负荷时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h。
在上述的控制方法中，所述凝汽器内的部分凝结水通过循环泵泵入低压省煤器，低压省煤器对水加热后导入到低压汽包；循环泵的出口至高压泵的入口之间有一根设有旁路阀的旁路管；
在步骤1中，保持水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃的方法为：通过调节旁路阀，加大高压泵的入口的低温水的流量，以控制启动时水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃。
同时，本发明还公开了一种上任一所述方法的系统，包括水冷式TCA冷却器、低压汽包、高压汽包、凝汽器；所述水冷式TCA冷却器的水入口和低压汽包之间通过高压泵连接；所述水冷式TCA冷却器的水出口分别连接至高压汽包、凝汽器；所述高压汽包、凝汽器和水冷式TCA冷却器之间设有阀门；所述水冷式TCA冷却器用于采用低压汽包中的水冷却燃机的压气机所输送的压缩空气，并将加热后的水送入高压汽包、凝汽器。
在上述的系统中，还包括低压省煤器、循环泵，所述凝汽器内的部分凝结水通过循环泵泵入低压省煤器，低压省煤器对水加热后导入到低压汽包；循环泵的出口至高压泵的入口之间有一根设有旁路阀的旁路管。
在上述的系统中，还包括高压省煤器，所述高压省煤器的水入口连接至高压泵的出口，所述高压省煤器的水出口连接至高压汽包；所述高压省煤器的水入口、水冷式TCA冷却器的水入口均设有流量计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过比较采用空冷式TCA冷却器和水冷式TCA冷却器的机组性能后发现，采用水冷式冷却器后联合循环机组出力增加1.5MW，燃料消耗量保持不变，机组效率提高0.19％，机组热耗降低19kj/KWh。
附图说明
图1为本发明实施例1的管道流程图；
图2为本发明的控制图表。
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。
在进行本发明的控制方法描述之间，先采用单独的实施例描述本发明的方法所涉及的相关系统的结构。
实施例1
参考图1，一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制系统，包括水冷式TCA冷却器1、低压汽包2、高压汽包3、凝汽器4、低压省煤器5、循环泵6、高压省煤器7；所述水冷式TCA冷却器1的水入口和低压汽包2之间通过高压泵8连接；所述水冷式TCA冷却器1的水出口分别连接至高压汽包3、凝汽器4；所述高压汽包3、凝汽器4和水冷式TCA冷却器1之间设有阀门；所述水冷式TCA冷却器1用于采用低压汽包2中的水冷却燃机的压气机所输送的压缩空气，并将加热后的水送入高压汽包3、凝汽器4；所述凝汽器4内的部分凝结水通过循环泵6泵入低压省煤器5，低压省煤器5对水加热后导入到低压汽包2；循环泵6的出口至高压泵8的入口之间有一根设有旁路阀的旁路管10；所述高压省煤器7的水入口连接至高压泵8的出口，所述高压省煤器7的水出口连接至高压汽包3；所述高压省煤器7的水入口、水冷式TCA冷却器1的水入口均设有流量计9。
压气机用于将空气压缩注入燃机，水冷式TCA冷却器1抽取一部分压气机的空气进入进行冷却，冷却燃机的透平和转子；压气机出来的压缩空气300-400℃；水从低压汽包2出来，一般是150℃；
上述的液体流路为两路，分别为：
液体流路1：凝汽器4→循环泵6→低压省煤器5→低压汽包2→高压泵8→水冷式TCA冷却器1→高压汽包3；
液体流路2：凝汽器4→循环泵6→低压省煤器5→低压汽包2→高压泵8→高压省煤器7→高压汽包3；
在某些工况下，还有液体流路3：凝汽器4→循环泵6→高压泵8；
低压省煤器5、高压省煤器7的热源为烟气；
水冷式TCA冷却器1的热源为压气机的空气。
其控制策略为：
步骤1：燃机启动至3000rpm时，水冷式TCA冷却器1的水入口的给水流量根据入口水温决定；给水流量根据凝汽器4侧阀门控制；当水冷式TCA冷却器1的水入口水温低于60℃时，控制流量为88.6t/h；
当水冷式TCA冷却器1的入口水温高于60℃时，随着温度升高，流量增加；
燃机从启动至3000rpm，水冷式TCA冷却器1的出口空气温度低于100℃，同时保持水冷式TCA冷却器1的入口水温低于60℃，以避免动静碰磨；
燃机处于3000rpm负荷时，使水冷式TCA冷却器1的出口水温度高于90℃，以避免冷却空气结露产生积水；
TCA出口水温至少要低于水冷式TCA冷却器1的出口压力下水的饱和温度15℃，以防止TCA管壳内及出口水气化；
保持水冷式TCA冷却器1的入口水温低于60℃的方法为：通过调节旁路阀，加大高压泵8的入口的低温水的流量，以控制启动时水冷式TCA冷却器1的入口水温低于60℃。
在步骤2-步骤4中，带负荷运行时，要有合适的TCA冷却流量保证TCA出口空气温度在合适值，以防止TCA管壳及出口水气化及保持机组较高有效率，具体来说：
步骤2：并网至50MW，水冷式TCA冷却器1的入口流量根据燃机负荷由凝汽器4侧阀门控制，并网后流量设定值由入口水温决定向燃机负荷决定转变，入口流量的降低速率为1t/min；
此时，水冷式TCA冷却器1的水依然排入凝汽器4，其排入量由燃机负荷控制，从空负荷到50MW，其流量从88.6t/h降低为36t/h；
步骤3：并网至50-100MW，水冷式TCA冷却器1至高压汽包3的阀门开始逐渐开启，水冷式TCA冷却器1的水入口的入口流量由凝汽器4侧控制向高压汽包3侧控制转变且凝汽器4侧逐渐关闭；
在这个过程中，冷式TCA冷却器的水入口的入口流量控制策略是：凝汽器4侧阀门逐渐关小，高压汽包3侧阀门逐渐开大，入口流量从36t/h变为32-33t/h；整个过程中，凝汽器4侧阀门的关小和高压汽包3侧阀门逐渐开大这个过程尽量控制均匀和平稳；
步骤4：并网至100MW-100％时，水冷式TCA冷却器1的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包3侧阀门控制，凝汽器4侧阀门作为后备控制。
具体来说，100MW-90％负荷时，水冷式TCA冷却器1的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包3侧阀门控制，凝汽器4侧阀门作为后备控制；
100MW-125MW时，入口流量从32-33t/h变为31t/h；
125MW-90％负荷时，入口流量从31t/h变为57t/h；
90-100％负荷时，若水冷式TCA冷却器1的出口空气温度高于230℃时，高压汽包3侧阀门开度增大，直至控制出口空气温度等于或小于230℃；
其更为详细的流量控制策略参考图2，图2的横坐标为负荷，纵坐标为流量，具体如下：
并网至125MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至150MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至200MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为33t/h；
并网至250MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为39t/h；
并网至300MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为57t/h；
并网至350MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h；
并网至100％负荷时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h。
凝汽器4侧阀门作为后备控制的方法为：凝汽器4侧阀门开启以提高水冷式TCA冷却器1的入口流量和/或降低水冷式TCA冷却器1的出口空气温度。
本发明通过比较采用空冷式TCA冷却器和水冷式TCA冷却器1的机组性能后发现，采用水冷式冷却器后联合循环机组出力增加1.5MW，燃料消耗量保持不变，机组效率提高0.19％，机组热耗降低19kj/KWh。
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。
Claims (10)
1.一种M701F4燃机水冷式透平转子冷却空气系统的控制方法，其特征在于，所述系统包括水冷式TCA冷却器、低压汽包、高压汽包、凝汽器；所述水冷式TCA冷却器的水入口和低压汽包之间通过高压泵连接；所述水冷式TCA冷却器的水出口分别连接至高压汽包、凝汽器；所述高压汽包、凝汽器和水冷式TCA冷却器之间设有阀门；所述水冷式TCA冷却器用于采用低压汽包中的水冷却燃机的压气机所输送的压缩空气，并将加热后的水送入高压汽包、凝汽器；
包括如下步骤：
步骤1：燃机启动至3000rpm时，水冷式TCA冷却器的水入口的给水流量根据入口水温决定；给水流量根据凝汽器侧阀门控制；当水冷式TCA冷却器的水入口水温低于60℃时，控制流量为88.6t/h；当水冷式TCA冷却器的入口水温高于60℃时，随着温度升高，流量增加；
步骤2：并网至50MW，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷由凝汽器侧阀门控制，并网后流量设定值由入口水温决定向燃机负荷决定转变，入口流量的降低速率为1t/min；
步骤3：并网至50-100MW，水冷式TCA冷却器至高压汽包的阀门开始逐渐开启，水冷式TCA冷却器的水入口的入口流量由凝汽器侧控制向高压汽包侧控制转变且凝汽器侧逐渐关闭；
步骤4：并网至100MW-100％时，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包侧阀门控制，凝汽器侧阀门作为后备控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
100MW-90％负荷时，水冷式TCA冷却器的入口流量根据燃机负荷确定并由高压汽包侧阀门控制，凝汽器侧阀门作为后备控制；
90-100％负荷时，若水冷式TCA冷却器的出口空气温度高于230℃时，高压汽包侧阀门开度增大，直至控制出口空气温度等于或小于230℃；
凝汽器侧阀门作为后备控制的方法为：凝汽器侧阀门开启以提高水冷式TCA冷却器的入口流量和/或降低水冷式TCA冷却器的出口空气温度。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，燃机从启动至3000rpm，水冷式TCA冷却器的出口空气温度低于100℃，同时保持水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃；
燃机处于3000rpm负荷时，使水冷式TCA冷却器的出口水温度高于90℃；
TCA出口水温至少要低于水冷式TCA冷却器的出口压力下水的饱和温度15℃。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，燃机满负荷为336.6MW。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1中，当水冷式TCA冷却器的入口水温高于60℃时，给水流量调整到120t/h。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
并网至125MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至150MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为31t/h；
并网至200MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为33t/h；
并网至250MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为39t/h；
并网至300MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为57t/h；
并网至350MW时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h；
并网至100％负荷时，水冷式TCA冷却器的入口流量为69t/h。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述凝汽器内的部分凝结水通过循环泵泵入低压省煤器，低压省煤器对水加热后导入到低压汽包；循环泵的出口至高压泵的入口之间有一根设有旁路阀的旁路管；
在步骤1中，保持水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃的方法为：通过调节旁路阀，加大高压泵的入口的低温水的流量，以控制启动时水冷式TCA冷却器的入口水温低于60℃。
8.一种实施权利要求1-7任一所述方法的系统，其特征在于，包括水冷式TCA冷却器、低压汽包、高压汽包、凝汽器；所述水冷式TCA冷却器的水入口和低压汽包之间通过高压泵连接；所述水冷式TCA冷却器的水出口分别连接至高压汽包、凝汽器；所述高压汽包、凝汽器和水冷式TCA冷却器之间设有阀门；所述水冷式TCA冷却器用于采用低压汽包中的水冷却燃机的压气机所输送的压缩空气，并将加热后的水送入高压汽包、凝汽器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括低压省煤器、循环泵，所述凝汽器内的部分凝结水通过循环泵泵入低压省煤器，低压省煤器对水加热后导入到低压汽包；循环泵的出口至高压泵的入口之间有一根设有旁路阀的旁路管。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括高压省煤器，所述高压省煤器的水入口连接至高压泵的出口，所述高压省煤器的水出口连接至高压汽包；所述高压省煤器的水入口、水冷式TCA冷却器的水入口均设有流量计。
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