CN208793103U - 一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构，整个燃气轮机组1个能流进口连接天然气管道，1个能流进口接至大气；2个能流出口分别至余热锅炉以及分布式能源站内电力变压器；布置了如下测点：增压机电功率测点、增压机入口天然气热值测点、增压机出口天然气温度、压力、流量测点、压气机进口空气温度、压力、流量测点以及出口空气温度、压力测点、燃气轮机尾部出口烟气温度、压力测点和燃气轮发电机机端三相电压、电流、有功功率、无功功率测点。目前世界上没有针对燃气轮机组提出满足多能流监测的测点设计，本方案系首次提出，并在实际工程中得到成功应用；测点布置合理，有助于提高燃气轮机组的运行效率。

Description

一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构

技术领域

本实用新型涉及一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构。

背景技术

与本方案相关的背景技术包含2个方面：

1、分散控制系统(DCS)

DCS以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中的设计原则已经成为目前电厂主流采用的控制系统。操作站用来显示并记录来自各控制单元的过程数据，是人与生产过程信息交互的操作接口。典型的操作站包括主机系统、显示设备、键盘输入设备、信息存储设备和打印输出设备等，主要实现强大的显示功能、报警功能、操作功能等等。

DCS系统作为当前电厂主流的控制系统，需要对电厂工艺系统中所有的仪控测点、执行设备的实时数据进行实时监视。

值得一提的是，燃气轮机组由于目前多为进口设备，其控制系统多随燃气轮机组配供，但其控制系统本质仍为DCS。

2、多能流能量管理系统(IEMS)

IEMS系统将结合能源互联网技术，其与DCS系统的区别在于，从控制对象上，DCS面向电厂内部，多能流系统则是面向整个工业区，包括电厂、电/热网络、用户负荷(电、热)以及储能。IEMS通过多能耦合建模分析、多能监控、多能安全评估、多能优化调度等关键技术，达到合理分配利用多种能源，提高电厂发电利用率、提升园区清洁能源供应比例的目的，实现电厂间以及电厂与负荷、储能之间的协调优化，最终实现电厂、用户等多参与主体的效益双赢。

多能流能量管理IEMS技术的现有技术水平：

多能流能量管控系统需要一套适应调度系统需求的支撑平台，并能够满足电、热、冷、天然气多能流系统的综合能量管控需求和需求侧管理的实施。在跨平台的支撑平台基础上实现的核心功能包括：多能流SCADA子系统、实时建模与状态感知子系统、多能流安全分析及预警子系统、多能流优化调度控制子系统。其中，多能流SCADA是多能流系统的最基本应用，主要用于实现完整的、高性能的、稳态实时数据采集和监控功能，是后续实时建模与状态感知子系统、多能流安全分析及预警子系统、多能流优化调度控制子系统的基础。

因此，多能流SCADA系统与燃气轮机组内的仪控测点设计紧密相关，需要采集天然气、蒸汽等能流管道的设计参数及其实际运行过程中的瞬时流量、压力、温度的实时参数，用于建模和状态估计；需要采集燃气轮机组内每个动力设备的特性曲线、实时状态反馈及进/出口实时参数，用于计算设备效率和耗电功率；需要采集燃气轮机组内每个动力阀门的实时状态反馈，用于获得系统的拓扑结构。

现有技术主要具有以下缺点：

1，多能流IEMS系统SCADA的数据采集理论要求没有考虑燃气轮机组实际设计情况。现有DCS系统所采集的测点仅满足燃气轮机组实际生产运行需要，没有考虑多能流系统的监测需求。而多能流系统提出的测点需求没有考虑燃气轮机组实际运行情况，不合理及重复设置的测点，将导致燃气轮机组运行效率降低，甚至带来一些的安全风险。

2，现有电厂仍依靠DCS系统燃气轮机组的运行控制，其运行调度仍只能依靠负荷需求计划，由电厂值长下达生产任务。不能实现基于用能侧的负荷预测及供能侧设备的性能状态自动进行调度管理，运行利润效益没有达到最大化、运行方式不能智能化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，结合燃气轮机组设计的实际情况，提出一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构，燃气轮机组内部包含增压机、压气机、压力流量控制装置、燃烧室、燃气轮机、燃气轮发电机；

增压机：提升天然气压力至燃烧室允许压力范围，改善外来天然气压力不足的现象；

压气机：从外界大气环境吸入空气，并经过逐级压缩，使空气增压，同时空气温度也相应提高，空气经压气机后被送到燃烧室；

压力流量控制装置：对经增压机增压后的天然气压力、流量进行调节，满足燃气轮机组一定空气和燃料比例的要求；

燃烧室：使喷入的燃料与压气机来的高压空气混合燃烧，从而形成高温燃气；

燃气轮机：燃烧室形成的高温燃气进入燃气轮机的透平内，进行膨胀做功，并带动燃气轮机轴承转子转动，做功后高温燃气形成高温烟气从尾部排出；

发电机：将转子转动的机械能，通过电磁感应原理，转换为电能；

整个燃气轮机组对外有2个能流进口及2个能流出口；其中，1个能流进口连接天然气管道，1个能流进口接至大气；2个能流出口分别至余热锅炉以及分布式能源站内电力变压器；

分布式能源站燃气轮机组多能流子系统布置了如下测点：

1、增压机电功率测点。测点用途：用于燃气轮机发电机组自耗电计算。

2、增压机入口天然气热值测点。测点用途：用于天然气热值及组分分析，用于燃气轮机组状态评估。

3、增压机出口天然气温度、压力、流量测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及燃气轮机组性能计算。

4、压气机进口空气温度、压力、流量测点以及出口空气温度、压力测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及压气机功耗计算和安全分析。

压气机出口没有设置流量测点的原因是，工程设计中流量测量需要一定直管段长度，但压气机出口管道长度不能满足流量测量要求，在忽略压气机自身漏风等损失的情况下，可以将压气机入口流量近似等同于压气机出口流量。

5、燃气轮机尾部出口烟气温度、压力测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及燃气轮机效率计算。

燃气轮机入口没有测点的原因是，燃烧室内部温度过高，无法通过测点获取压力、温度等参数。燃气轮机尾部烟气出口没有设置烟气流量测点的原因是，尾部烟气温度通常也达到600℃以上，这里设置流量测点，流量计普遍成本太高，在实际工程设计中，余热锅炉的尾部烟囱均有环保部门要求设置的烟气连续在线监测系统(CEMS)，由于燃气轮机组尾部烟气直接排入了余热锅炉，在忽略余热锅炉自身漏风等损失的情况下，可以近似将CEMS中烟气流量测量数据等同于燃气轮机尾部出口烟气流量。

6、燃气轮发电机机端三相电压、电流、有功功率、无功功率测点。测点用途：有功功率用于燃气轮机效率计算，电压、电流、无功功率用于燃气轮机安全校核与状态评估。

作为优选方式，在分布式能源站内任一敞开环境，还将设置环境温度、压力、湿度测点。测点用途：用于多能流系统对于环境参数的监测，用于燃气轮机组计算结果的修正。

本实用新型的有益效果是：

1.目前世界上没有针对燃气轮机组提出满足多能流监测的测点设计，本方案系首次提出，并在实际工程中得到成功应用；

2.测点布置合理，有助于提高燃气轮机组的运行效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

传统能源服务是指通过向客户提供能源效率审计、节能项目设计、原材料和设备采购、施工、培训、运行维护、节能量监测等一条龙综合性服务，并通过与客户分享项目实施后产生的节能效益来赢利和滚动发展。但随着当今社会能源服务的不断发展，以客户需求为导向的新型综合能源服务必然是未来能源服务的发展方向。新型能源服务是指以用户侧需求为导向，根据客户对能源利用(电力、工业蒸汽、采暖、制冷等)的需求，借助于科学合理的分配、转换及利用技术，为用户提供经济、节能、环境、生态等多目标优化的一揽子能源解决方案的服务。

以天然气为燃料的燃机分布式能源站，目前在我国得到了快速发展，其对外能源供应的特点呈现出冷、热、电、汽等多种能源形式，如何在满足客户供应需求的同时，提高能源站的成本效益，从而实现能源的梯级利用，是当前关注的热点话题。随着近年来我国多能流能量管理IEMS技术的不断进步，这为发展更为智能化的综合能源管理服务提供了条件。虽然IEMS理论技术已足够成熟，但目前还没有电厂进行落地实施，特别是IEMS功能应用中的基础——多能流的数据采集需求与电厂实际测点设计相差较大。

燃气轮机组是天然气分布式能源站中最为重要的动力机械设备，对于燃气轮机组多能流数据采集，是多能流系统进行状态评估、优化调度等功能的基础。因此，本实用新型需要解决的技术问题是，结合燃气轮机组设计的实际情况，提出一种满足多能流能量管理系统IEMS需求的测点设计方案。

如图1所示，图中各类型测点分别表示为：T_温度测点；P_压力测点；F_流量测点；H_热值测点；V_电压幅值测点；I_电流幅值测点；AP_有功功率测点；AQ_无功功率测点。

一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构，燃气轮机组内部包含增压机、压气机、压力流量控制装置、燃烧室、燃气轮机、燃气轮发电机，各装置(增压机、压气机、压力流量控制装置、燃烧室、燃气轮机、燃气轮发电机)之间通过管道进行连接；

增压机：提升天然气压力至燃烧室允许压力范围，改善外来天然气压力不足的现象；

压气机：从外界大气环境吸入空气，并经过逐级压缩，使空气增压，同时空气温度也相应提高，空气经压气机后被送到燃烧室；

压力流量控制装置：对经增压机增压后的天然气压力、流量进行调节，满足燃气轮机组一定空气和燃料比例(简称：空燃比)的要求；

燃烧室：使喷入的燃料与压气机来的高压空气混合燃烧，从而形成高温燃气；

燃气轮机：燃烧室形成的高温燃气进入燃气轮机的透平内，进行膨胀做功，并带动燃气轮机轴承转子转动，做功后高温燃气形成高温烟气从尾部排出；

发电机：将转子转动的机械能，通过电磁感应原理，转换为电能；

整个燃气轮机组对外有2个能流进口及2个能流出口；其中，2个能流进口分别是从外来天然气源获得天然气，以及从大气环境中吸入大气；2个能流出口分别是燃气轮机组尾部烟气排出至余热锅炉，以及燃气轮机发电机发电至分布式能源站内电力变压器；

多能流系统需要对各个设备前后管道设置能流测点信息，用于获得多能流节点网络，同时通过前后能流信息能对各个设备进行性能计算和效率计算，用于设备状态评估。但在实际工程设计中，过多的测点将导致管道中介质损失，特别是对于分布式能源站中燃气轮机组。因此，一种满足多能流系统测点需求，且经济合理的设计方案如图1所示：

针对图1，燃气轮机组各测点设置用途说明如下：

分布式能源站燃气轮机组多能流子系统布置了如下测点：

1、增压机电功率测点。测点用途：用于燃气轮机发电机组自耗电计算。

2、增压机入口天然气热值测点。测点用途：用于天然气热值及组分分析，用于燃气轮机组状态评估。

3、增压机出口天然气温度、压力、流量测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及燃气轮机组性能计算。

4、压气机进口空气温度、压力、流量测点以及出口空气温度、压力测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及压气机功耗计算和安全分析。

压气机出口没有设置流量测点的原因是，工程设计中流量测量需要一定直管段长度，但压气机出口管道长度不能满足流量测量要求，在忽略压气机自身漏风等损失的情况下，可以将压气机入口流量近似等同于压气机出口流量。

5、燃气轮机尾部出口烟气温度、压力测点。测点用途：用于多能流节点网络建立，以及燃气轮机效率计算。

燃气轮机入口没有测点的原因是，燃烧室内部温度过高，无法通过测点获取压力、温度等参数。燃气轮机尾部烟气出口没有设置烟气流量测点的原因是，尾部烟气温度通常也达到600℃以上，这里设置流量测点，流量计普遍成本太高，在实际工程设计中，余热锅炉的尾部烟囱均有环保部门要求设置的烟气连续在线监测系统(CEMS)，由于燃气轮机组尾部烟气直接排入了余热锅炉，在忽略余热锅炉自身漏风等损失的情况下，可以近似将CEMS中烟气流量测量数据等同于燃气轮机尾部出口烟气流量。

6、燃气轮发电机机端三相电压、电流、有功功率、无功功率测点。测点用途：有功功率用于燃气轮机效率计算，电压、电流、无功功率用于燃气轮机安全校核与状态评估。

在一个优选实施例中，在分布式能源站内任一敞开环境，还将设置环境温度、压力、湿度测点。测点用途：用于多能流系统对于环境参数的监测，用于燃气轮机组计算结果的修正。

本实用新型针对典型配置的燃气轮机组，将多能流IEMS系统SCADA系统所需的采集信息，转换形成了详细的测点图和采集信息详细说明，在不影响机组性能且经济最优的目标前提下，为满足多能流系统监测需要的测点设计方案。

本实用新型方案图中所列出的设备配置，在不同工程中，可能运行原理、运行方式不同，但设备配置方式不会导致测点方案的变化，因此都应属本实用新型专利权利所保护的范围。多能流IEMS系统在采集数据进行分析的基础上，能更清楚掌握燃气轮机组的设备性能，并进行设备状态评估和基于负荷预测的优化调度，相较于传统电厂靠运行人员人为判断的方式，机组的运行效益更优。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构，其特征在于：燃气轮机组内部包含增压机、压气机、压力流量控制装置、燃烧室、燃气轮机、燃气轮发电机；

增压机与压力流量控制装置连接，压力流量控制装置连接至燃烧室，燃烧室分别与压气机和燃气轮机连接，燃气轮发电机与燃气轮机连接；

整个燃气轮机组对外有2个能流进口及2个能流出口；其中，1个能流进口连接天然气管道，1个能流进口接至大气；2个能流出口分别至余热锅炉以及分布式能源站内电力变压器；

分布式能源站燃气轮机组多能流子系统布置了如下测点：增压机电功率测点、增压机入口天然气热值测点、增压机出口天然气温度、压力、流量测点、压气机进口空气温度、压力、流量测点以及出口空气温度、压力测点、燃气轮机尾部出口烟气温度、压力测点和燃气轮发电机机端三相电压、电流、有功功率、无功功率测点。

2.根据权利要求1所述的一种分布式能源站燃气轮机组多能流子系统测点布置结构，其特征在于：在分布式能源站内任一敞开环境，还将设置环境温度、压力、湿度测点；测点用途：用于多能流系统对于环境参数的监测，用于燃气轮机组计算结果的修正。