CN214887388U - 一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，高压给水泵的进水端连通低压汽包；第一高压输水管道分别与高压给水泵的出水端、高压省煤器进水端相连通；第一高压输水管道上设置有上水调门；高压省煤器的出水端与高压汽包相连通；第二高压输水管道一端与高压给水泵的出水端相连通，另一端与TCA冷却器进水端相连通；控制阀门设置于第二高压输水管道上；第一回水管道分别与TCA冷却器的出水端、高压汽包相连通；第一回水调门设置于第一回水管道上；第二回水管道的一端与TCA冷却器的出水端相连通，另一端与凝汽器相连通；第二回水调门设置于第二回水管道上；温度测量装置设置于TCA冷却器的出气端，检测TCA冷却器的出口冷却空气温度。

Description

一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，具体而言，涉及一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统。

背景技术

燃气轮机是以连续流动的气体为工质，带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其中，燃气轮机透平冷却空气系统(Turbine Cooling Air，TCA)用于冷却透平转子和动叶片，冷却空气来自于压气机排气，并通过TCA冷却后供给透平转子和动叶片，其TCA的冷却水来自高压给水泵。由于TCA系统的冷却效果直接影响着燃气轮机透平的安全运行，且影响燃气轮机的出力，故其具有十分重要的作用。

目前，燃气轮机透平冷却器温度的控制方式大都以流量控制为中心，间接控制燃气轮机透平冷却器的出口温度。燃气轮机正常运行时，燃机透平冷却器的冷却水流量通过两路回水调门控制，一路回水至凝汽器，另一路回水与高压省煤器出水混合后回至高压汽包，两路回水进行切换。当切换至与高压省煤器出水混合后回至高压汽包时，此路上的回水调门为开环控制，根据流量设定和回水调门前后压差计算得出该阀门的CV值，再根据逻辑中预设的CV曲线算出阀门的开度。因此，当阀门实际CV曲线发生变化时，计算出的开度与设定的流量值会存在较大偏差，无法满足燃机当前运行工况下燃机透平冷却器的流量需求，情况严重时甚至可能威胁机组安全。此外，在现有技术中，TCA回水与高压省煤器出水混合再流至高压汽包中，高压省煤器给水管路与TCA给水管路相互干扰，不易控制。

发明内容

本说明书提供一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，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，提供了一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，所述温度控制系统包括：

高压给水泵，所述高压给水泵的进水端连通低压汽包；

第一高压输水管道，其一端与所述高压给水泵的出水端相连通；

高压省煤器，其进水端与所述第一高压输水管道的另一端相连通；

上水调门，所述第一高压输水管道上设置有所述上水调门；

高压汽包，所述高压省煤器的出水端与所述高压汽包相连通；

第二高压输水管道，其一端与所述高压给水泵的出水端相连通；

TCA冷却器，其进水端与所述第二高压输水管道的另一端相连通；

控制阀门，所述控制阀门设置于所述第二高压输水管道上；

第一回水管道，所述第一回水管道的一端与所述TCA冷却器的出水端相连通，另一端与所述高压汽包相连通；

第一回水调门，所述第一回水调门设置于所述第一回水管道上；

第二回水管道，所述第二回水管道的一端与所述TCA冷却器的出水端相连通，另一端与凝汽器相连通；

第二回水调门，所述第二回水调门设置于所述第二回水管道上；

温度测量装置，所述温度测量装置设置于所述TCA冷却器的出气端，检测所述TCA冷却器的出口冷却空气温度；

以及PID控制器，所述PID控制器的输入端与所述温度测量装置电连接；所述PID控制器的输出端分别与所述第一回水调门、第二回水调门电连接。

优选的，所述温度控制系统还包括第一流量计；所述第一流量计设置于所述上水调门与所述高压给水泵之间的所述第一高压输水管道上。

优选的，所述温度控制系统还包括第二流量计；所述第二流量计设置于所述控制阀门与所述高压给水泵之间的所述第二高压输水管道上。

优选的，所述温度控制系统还包括第一压差变送器；所述第一压差变送器与所述上水调门相并联。

优选的，所述温度控制系统还包括第二压差变送器；所述第二压差变送器与所述第一回水调门相并联。

优选的，所述第一回水调门、第二回水调门均为气动调节阀。

优选的，所述上水调门为电动阀门。

优选的，所述温度测量装置为空气温度测量仪。

优选的，所述控制阀门为气动调节阀。

优选的，所述高压给水泵为高压柱塞泵。

应用本说明书实施例，采用温度测量装置检测TCA冷却器的出口冷却空气温度，使得TCA冷却器回高压汽包的气动调节阀不跟踪冷却水流量，改为直接跟踪TCA冷却器的出口冷却空气温度，阀门开度根据TCA冷却器的出口冷却空气温度实际值进行调节，实现直接控制TCA冷却器出口温度的目的，解决了现有技术中通过流量控制间接控制出口温度时，由于阀门实际CV曲线发生变化计算得出的阀门开度与设定的流量值存在较大偏差的问题，可保证燃机运行工况下TCA冷却器的流量需求，提高了机组安全性。此外，本温度控制系统将TCA冷却器回水直接导入高压汽包，使得高压省煤器与TCA冷却器的给水管路之间相互独立，互不干扰，控制更易实现，调节更方便。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本实施例中，TCA冷却器的控制对象由给水流量改设为出口冷却空气温度，直接控制出口温度，可实现TCA冷却器出口温度的宽范围调节，有效解决了冷却水流量开环控制过程中流量值偏差较大的问题。

2、本实施例中，可通过控制第一回水调门以及第二回水调门的开度，保证TCA冷却器供给流量，最大程度的避免了切换过程中TCA冷却器供给流量低的情况出现，并通过PID控制器同时控制第一回水调门、第二回水调门，防止由于PID控制器过度调节而导致TCA冷却器供给流量低，触发TCA冷却器回凝汽器的气动调节阀频繁快开的情况出现，提高了机组的安全性以及设备使用寿命。

3、本实施例中，将TCA冷却器回水直接导入高压汽包，使得高压省煤器与TCA冷却器的给水管路之间相互独立，互不干扰，更易实现控制。

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实用新型的一些实施例，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轮机透平冷却器的温度控制系统的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统的结构框图；

附图标记说明：1为高压给水泵、2为第一高压输水管道、3为高压省煤器、4为上水调门、5为高压汽包、6为第二高压输水管道、7为TCA冷却器、8为控制阀门、9为第一回水管道、10为第一回水调门、11为第二回水管道、12为第二回水调门、13为温度测量装置、14为PID控制器、15为第一流量计、16为第二流量计、17为第一压差变送器、18为第二压差变送器、19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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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轮机透平冷却器的温度控制系统。以下分别进行详细说明。

图1、图2是示出了根据本说明书实施例提供的一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统。如图1和图2所示，该温度控制系统包括高压给水泵1、第一高压输水管道2、高压省煤器3、上水调门4、高压汽包5、第二高压输水管道6、TCA冷却器7、控制阀门8、第一回水管道9、第一回水调门10、第二回水管道11、第二回水调门12、温度测量装置13、PID控制器14、第一流量计15、第二流量计16、第一压差变送器17、第二压差变送器18。

其中，高压给水泵1的进水端连通低压汽包(图中未示出)，作为高压给水泵1供给高压省煤器3以及TCA冷却器7冷却水的主要来源。在具体实施例中，可设置一个或多个高压给水泵1，优选的，高压给水泵1设置两个，进一步的，高压给水泵1为高压柱塞泵。

从高压给水泵1的出水端引出两路，一路为第一高压输水管道2，另一路为第二高压输水管道6，分别将水源输送至高压省煤器3、TCA冷却器7。

具体的，第一高压输水管道2的一端与高压给水泵1的出水端相连通，另一端与高压省煤器3的进水端相连通，通过第一高压输水管道2将高压给水泵1所提供的水源输送至高压省煤器3中。且在第一高压输水管道2上设置有上水调门4，利用上水调门4控制高压省煤器3的进水流量。其中，上水调门4优选为电动阀门。进一步的，在上水调门4与高压给水泵1之间的第一高压输水管道2上设置第一流量计15，用于实时监测高压省煤器3的进水量，并在上水调门4上并联第一压差变送器17，用于检测上水调门4的前后压差，从而根据高压省煤器3的进水量以及上水调门4的前后压差调节上水调门4的开度，以保证高压省煤器3充足的需求水源，并保证机组的运行安全。

第二高压输水管道6的一端与高压给水泵1的出水端相连通，另一端与TCA冷却器7的进水端相连通，通过第二高压输水管道6将高压给水泵1所输送的水源供给至TCA冷却器7中，用于冷却作业。为控制TCA冷却器7的进水量，在第二高压输水管道6上设置有控制阀门8，优选的，控制阀门8为气动调节阀，密封性更好。进一步的，为可获取TCA冷却器7的实时进水量，在控制阀门8与高压给水泵1之间的第二高压输水管道6上设置有第二流量计16，用于检测第二高压输水管道6的输水流量，进而获取TCA冷却器7的实时进水量。

在本实施例中，从TCA冷却器7的出水端引出两路，一路为回水至高压汽包5的第一回水管道9，另一路为回水至凝汽器19的第二回水管道11。

具体的，第一回水管道9的一端与TCA冷却器7的出水端相连通，另一端与高压汽包5相连通。通过第一回水管道9将TCA冷却器7的回水直接导入高压汽包5中，同时由于高压省煤器3的出水端与高压汽包5相连通，即高压省煤器3的出水也直接输送至高压汽包5中，TCA冷却器7和高压省煤器3之间的给水管路相互独立，互不干扰，控制更易实现，调节更简便。

第二回水管道11的一端与TCA冷却器7的出水端相连通，另一端与凝汽器19相连通，通过第二回水管道11将TCA冷却器7回水输送至凝汽器19中。

此外，为控制TCA冷却器7回高压汽包5以及回凝汽器19的水流量，本温度控制系统还设有第一回水调门10和第二回水调门12。优选的，第一回水调门10、第二回水调门12均为气动调节阀。其中，第一回水调门10设置于第一回水管道9上，用于控制第一回水管道9的水流量，且第一回水调门10上并联一用于检测第一回水调门10前后压差的第二压差变送器18。第二回水调门12设置于第二回水管道11上，用于控制第二回水管道11的水流量，进而控制TCA冷却器7回凝汽器19的水流量。

在本说明书实施例中，TCA冷却器7的出气端设置有温度测量装置13，温度测量装置13用于检测TCA冷却器7的出口冷却空气温度，实时获取TCA冷却器7的出口冷却空气温度实际值，进而可根据TCA冷却器7出口温度实际值直接调节阀门开度，控制TCA冷却器7的出口冷却空气温度。优选的，温度测量装置13为空气温度测量仪。

在具体实施例中，PID控制器14的输入端与温度测量装置13电连接，PID控制器14的输出端分别与第一回水调门10、第二回水调门12电连接。温度测量装置13将所检测的TCA冷却器7出口冷却空气温度实际值发送至PID控制器14中，经PID控制器14运算得出可据此调节阀门开度的运算结果，PID控制器14根据该运算结果控制第一回水调门10或第二回水调门12的开度，进而改变TCA冷却器7的出口冷却空气温度。TCA冷却器7的控制对象由给水流量换为出口冷却空气温度，实现TCA冷却器7出口温度的宽范围调节，有效解决了冷却水流量开环控制过程中流量值偏差大的问题。

以上是对本实施例提供的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统的各个部件、它们之间的连接关系进行了介绍，下面结合图1–图2，对燃气轮机透平冷却器的温度控制系统的工作原理进行详述。

在本说明书实施例中，TCA冷却器7回高压汽包5的气动调门即第一回水调门10根据TCA冷却器7出口冷却空气温度进行PID闭环调节，TCA冷却器7回凝汽器19与回高压汽包5的气动调门采用负荷进行切换。

当燃机启动负荷小于120WM时，TCA冷却器7回凝汽器19的气动调门即第二回水调门12自动调节TCA冷却器7出口冷却空气温度，TCA冷却器7回高压汽包5的气动调门即第一回水调门10在燃机负荷120WM之前一直保持–5％关闭状态。当燃机增加负荷到120WM以上时，第一回水调门10以一定速率逐渐开启至最小开度，例如第一回水调门10逐渐开至45％，5秒后投入自动，在第一回水调门10开至最小开度时，以一定速率逐渐关闭第二回水调门12，直至全关至–5％，此后，随着燃机负荷增加，第二回水调门12一直处于后备关闭状态。

在上述过程中，当第一回水调门10开至最小开度后，再逐渐关闭第二回水调门12，可最大程度的避免了切换过程中TCA冷却器7供给流量低的情况出现，提高了机组的安全性。同时，可通过限定第一回水调门10的最小开度，防止由于PID控制器14过度调节而导致TCA冷却器7供给流量低，触发第二回水调门12频繁快开的情况出现，提高了设备的使用寿命。

事故状态下，当TCA冷却器7出口冷却空气温度实际值比设定值大于一定值，比如实际值与设定值之间的差值大于40℃时，切除第一回水调门10自动并保持当前阀门开度，同时快开第二回水调门12至60％，延时5S后，第二回水调门12进行自动调节TCA冷却器出口冷却空气温度。由此，可防止两个回水调门同时调节而造成非必要的相互扰动，使得本温度控制系统更易于控制，且控制更精准。

综上所述，本说明书公开一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，采用温度测量装置检测TCA冷却器的出口冷却空气温度，使得TCA冷却器回高压汽包的气动调节阀不跟踪冷却水流量，改为直接跟踪TCA冷却器的出口冷却空气温度，阀门开度根据TCA冷却器的出口冷却空气温度实际值进行调节，实现直接控制TCA冷却器出口温度的目的，解决了现有技术中通过流量控制间接控制出口温度时，由于阀门实际CV曲线发生变化计算得出的阀门开度与设定的流量值存在较大偏差的问题，可保证燃机运行工况下TCA冷却器的流量需求，提高了机组安全性。此外，本温度控制系统将TCA冷却器回水直接导入高压汽包，使得高压省煤器与TCA冷却器的给水管路之间相互独立，互不干扰，控制更易实现，调节更方便。

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实用新型所必须的。

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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统包括：

高压给水泵，所述高压给水泵的进水端连通低压汽包；

第一高压输水管道，其一端与所述高压给水泵的出水端相连通；

高压省煤器，其进水端与所述第一高压输水管道的另一端相连通；

上水调门，所述第一高压输水管道上设置有所述上水调门；

高压汽包，所述高压省煤器的出水端与所述高压汽包相连通；

第二高压输水管道，其一端与所述高压给水泵的出水端相连通；

TCA冷却器，其进水端与所述第二高压输水管道的另一端相连通；

控制阀门，所述控制阀门设置于所述第二高压输水管道上；

第一回水管道，所述第一回水管道的一端与所述TCA冷却器的出水端相连通，另一端与所述高压汽包相连通；

第一回水调门，所述第一回水调门设置于所述第一回水管道上；

第二回水管道，所述第二回水管道的一端与所述TCA冷却器的出水端相连通，另一端与凝汽器相连通；

第二回水调门，所述第二回水调门设置于所述第二回水管道上；

温度测量装置，所述温度测量装置设置于所述TCA冷却器的出气端，检测所述TCA冷却器的出口冷却空气温度；

以及PID控制器，所述PID控制器的输入端与所述温度测量装置电连接；所述PID控制器的输出端分别与所述第一回水调门、第二回水调门电连接。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括第一流量计；所述第一流量计设置于所述上水调门与所述高压给水泵之间的所述第一高压输水管道上。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括第二流量计；所述第二流量计设置于所述控制阀门与所述高压给水泵之间的所述第二高压输水管道上。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括第一压差变送器；所述第一压差变送器与所述上水调门相并联。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括第二压差变送器；所述第二压差变送器与所述第一回水调门相并联。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述第一回水调门、第二回水调门均为气动调节阀。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述上水调门为电动阀门。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述温度测量装置为空气温度测量仪。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述控制阀门为气动调节阀。

10.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却器的温度控制系统，其特征在于，所述高压给水泵为高压柱塞泵。

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