CN216477581U - 一种混气装置以及燃气轮机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混气装置以及燃气轮机系统，涉及燃气轮机的燃料供应技术领域，旨在解决由于燃气压力不足而影响燃气轮机热效率的技术问题。混气装置包括混气管路和至少两条燃气管路。每条燃气管路设置有第一调节阀，用于调节每条燃气管路的气体流量。至少两条燃气管路分别与混气管路连通，混气管路设置有第一压力检测器，用于检测混气管路的混气压力。其中，混气管路的混气压力通过每条燃气管路的第一调节阀的开度进行调节。混气装置用于提供燃气轮机稳定的燃气压力。

Description

一种混气装置以及燃气轮机系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机的燃料供应技术领域，尤其涉及一种混气装置以及燃气轮机系统。

背景技术

燃气电厂通常采用天然气作为燃气轮机的燃料进行供应。其中，天然气可以选择地下采集的管道天然气或者进口的液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)。但无论采用哪种天然气作为燃料，都可能出现燃气供应不足或压力波动较大的问题。而燃气轮机对燃料的要求极为严苛，若燃气供应压力不能满足燃气轮机的需求，则直接影响了燃气轮机的热效率，甚至直接导致燃气轮机的停机或损坏。相关技术中，为了满足燃气轮机对燃气压力的需求，需要增加一套增压机组进行增压，增加了发电成本。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种混气装置以及燃气轮机系统，旨在解决相关技术中由于燃气压力不足而影响燃气轮机热效率的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种混气装置，包括混气管路和至少两条燃气管路。每条燃气管路设置有第一调节阀，用于调节每条燃气管路的气体流量。至少两条燃气管路分别与混气管路连通，用于检测混气管路的混气压力。其中，混气管路的混气压力通过每条燃气管路的第一调节阀的开度进行调节。

LNG或者管道天然气等燃气可以从其中一条燃气管路输入，经混气管路供应燃气轮机。当混气管路上燃气的压力不足时，可以从另一条燃气管路补充燃气，以提高混气管路中燃气的混气压力。其中，每条燃气管路中燃气的气体流量可以通过第一调节阀进行调节，直到混气管路中燃气的混气压力满足燃气轮机要求的燃气压力。

本申请通过多条燃气管路内气体流量相互补充的方式，最终使混气管路内的混气压力达到燃气轮机的要求压力，从而很好的解决了任何一路燃气不满足燃气轮机要求的供气问题，提高了对燃气轮机燃气压力供应的稳定性，保障了燃气轮机良好的热效率。

在一些实施方式中，混气装置还包括热值检测器，热值检测器设置于混气管路，用于检测混气管路的混气热值。其中，混气管路的混气热值还通过每条燃气管路的第一调节阀的开度进行调节。

对于具有不同热值的燃气，还可以通过调节每条燃气管路上第一调节阀的开度，以调节混气管路中燃气的成分比例，从而使混气管路中的燃气最终还能够达到燃气轮机的热值要求。

在一些实施方式中，混气装置还包括第一隔断阀，第一隔断阀设置于燃气管路，用于控制燃气管路的通断。当需要对管路或者燃气轮机进行检修时，可以通过第一隔断阀关断燃气管路，以停止燃气的供应。

在一些实施方式中，混气装置还包括旁通管路。旁通管路的两端分别连接在燃气管路的路径上，以形成两个连通点，第一调节阀和第一隔断阀位于两个连通点之间。旁通管路设置有第二调节阀和第二隔断阀，第二调节阀用于调节旁通管路的气体流量，第二隔断阀用于控制旁通管路的通断。

当燃气管路上的第一调节阀与第一隔断阀发生故障时，还可以通过旁通管路继续对燃气轮机供应燃气。旁通管路上设置的第二调节阀和第二隔断阀，还能够继续保障所供应的燃气压力的稳定性，从而避免由于燃气供应问题而导致燃气轮机停机的问题。

在一些实施方式中，混气装置还包括第三隔断阀，第三隔断阀设置于燃气管路，且位于两个连通点之间，第三隔断阀用于控制燃气管路的通断。当第一隔断阀由于发生故障而无法关闭时，可以通过第三隔断阀关断燃气管路，从而使燃气流入旁通管路中。

在一些实施方式中，混气装置还包括第二压力检测器，第二压力检测器设置于燃气管路的入口位置，用于检测燃气管路的初始气体压力。可以根据燃气管路的初始气体压力，更好的调节第一调节阀的开度，从而保证混气压力的稳定性。同时，第二压力检测器的设置，还有利于判断混气装置的故障位置。

在一些实施方式中，混气装置还包括安全阀和单向阀。其中，安全阀的一端与燃气管路连通，且位于第一调节阀与混气管路之间，安全阀的另一端与放散塔连通。单向阀设置于燃气管路的出口位置。安全阀的设置能够避免燃气管路内的燃气超压，提供混气装置的安全性。单向阀能够避免燃气由于回流而引起的压力损失问题。

在一些实施方式中，混气装置还包括第一压力检测器，第一压力检测器设置于混气管路。第一压力检测器可以检测混气管路上燃气的压力，当混气管路上燃气的压力不足时，可以调节燃气管路上第一调节阀的开度，以提高混气管路中燃气的混气压力。

在一些实施方式中，混气装置还包括控制器。控制器分别与第一调节阀和第一压力检测器电连接，用于调节第一调节阀的开度。通过控制器控制第一调节阀的开度，能够实现混气装置的自动化控制，从而节省劳动成本的投入。同时，使混气压力的控制更加准确。

本实用新型另一方面实施例还提供了一种燃气轮机系统，包括燃气轮机以及如上任一技术方案的混气装置，混气管路与燃气轮机相连接。上述混气装置用于燃气轮机系统时，具有与前述实施例提供的混气装置相同的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的燃气轮机系统的结构示意图；

图2为图1中混气装置的燃气管路的结构示意图；

图3为图1中混气装置的混气管路的结构示意图；

图4为图1中混气装置的旁通管路的结构示意图。

附图标记：

01-混气装置；02-燃气轮机；03-气源装置；04-控制器；05-放散塔；

100-燃气管路；110-第一调节阀；120-第一隔断阀；130-第二压力检测器；140-安全阀；150-单向阀；160-第三隔断阀；

200-混气管路；210-第一压力检测器；220-热值检测器；

300-旁通管路；310-第二调节阀；320-第二隔断阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

管道天然气经过地下采集处理后输送到燃气电厂，由于管道线路较长、开采产量波动较大、处理损失较大等因素的影响，导致了管道天然气供应的压力极不稳定。另一方面，LNG主要依靠进口，价格受国际市场的影响较大，也存在LNG供应不稳定的问题。

本申请提供一种燃气轮机系统，如图1所示，包括混气装置01与燃气轮机02。混气装置01的气体输出端可以与燃气轮机02的燃烧室连通，燃气输入混气装置01后，能够持续稳定的供应燃气轮机02，提高了燃气轮机02的热效率，避免了燃气轮机02的停机或者损坏。

本申请还提供一种混气装置01，如图1所示，混气装置01包括燃气管路100与混气管路200。燃气管路100可以设置两条，混气管路200分别与两条燃气管路100连通。燃气通过两条燃气管路100流入混气管路200中，并在混气管路200内混合，最终流入燃气轮机02的燃烧室。

当然，根据燃气种类的不同，燃气管路100还可以设置为三条、四条或者更多，本申请并不对燃气管路100的具体数量进行特殊的限定。例如，当燃气的种类包括管道天然气、LNG以及煤层气时，则可以设置三条燃气管路100。每条燃气管路100分别通入管道天然气、LNG以及煤层气，最终在混气管路200内混合并流入燃气轮机02的燃烧室。

此外，如图1所示，两条燃气管路100的入口可以分别设置气源装置03，气源装置03可以与燃气管路100连通。气源装置03可以是燃气制备系统，也可以是燃气瓶组等结构，本申请并不对气源装置03的具体结构进行特殊的限定。其中，气源装置03内的燃气可以是管道天然气、LNG、煤层气或者页岩气等气体燃料。

在一些实施方式中，每条燃气管路100可以设置为如图2所示的结构。具体来说，混气装置01还可以包括第一调节阀110，第一调节阀110可以设置在燃气管路100上。其中，第一调节阀110可以选用气动调节阀、液动调节阀或者电动调节阀等阀型。燃气管路100内燃气流动的气体流量可以通过第一调节阀110的开度进行控制。

在此基础上，混气装置01还可以包括控制器04(如图1所示)，第一调节阀110与控制器04电连接。其中，控制器04可以选用可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)，或者微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)，本申请并不对控制器04的选型进行特殊的限定。控制器04可以控制第一调节阀110的开度，以调节燃气管路100内的气体流量，从而实现第一调节阀110自动控制的功能。

此外，如图2所示，混气装置01还可以包括第一隔断阀120，第一隔断阀120可以设置在燃气管路100上靠近混气管路200的一端，第一调节阀110可以设置在远离混气管路200的一端。其中，第一隔断阀120可以选用气动隔断阀、液动隔断阀或者电动隔断阀等阀型。控制器04可以与第一隔断阀120电连接，以控制燃气管路100的通断。

当然，第一调节阀110与第一隔断阀120的位置还可以互换。即第一调节阀110可以设置在靠近混气管路200的一端，第一隔断阀120可以设置在远离混气管路200的一端。此外，若气源装置03的燃气出口设置有开关阀，还可以取消燃气管路100上设置的第一隔断阀120。

为了检测燃气管路100内的气体压力，如图2所示，混气装置01还可以包括第二压力检测器130。第二压力检测器130可以设置在燃气管路100的入口位置，控制器04还可以与第二压力检测器130电连接，用于检测燃气管路100的初始气体压力。

当然，第二压力检测器130也可以设置在燃气管路100的出口位置，用于检测燃气管路100经过第一调节阀110调节后的气体压力。其中，第二压力检测器130可以选用压力变送器或者压力传感器等结构。

在一些实施方式中，如图2所示，混气装置01还可以包括安全阀140与单向阀150。安全阀140的一端可以与燃气管路100连通，且位于第一调节阀110与第一隔断阀120之间。安全阀140的另一端可以与放散塔05(如图1所示)连通。

当燃气管路100内的气体压力超压时，安全阀140可以卸载部分的燃气，被卸载的部分燃气则流入放散塔05中进行集中处理。不仅能够提高混气装置01的安全性，同时还能够避免燃气的任意排放。当然，安全阀140也可以设置在第一调节阀110调节气体流量之前的燃气管路100上，用于避免燃气管路100的初始气体压力超压。

另一方面，单向阀150可以设置在燃气管路100的出口位置，用于防止燃气管路100内的燃气倒流，使燃气能够全部流入混气管路200中，以提高混气装置01控制的精度。其中，安全阀140可以选用弹簧式安全阀或者杠杆式安全阀，单向阀150可以选用弹簧式单向阀或者重力式单向阀。

此外，如图2所示，混气装置01还可以包括第三隔断阀160。与第一隔断阀120不同的是，第三隔断阀160可以选用手动球阀或者手动截止阀等结构。当第一调节阀110和第一隔断阀120发生故障或者卡滞时，还可以通过手动控制第三隔断阀160，将燃气管路100关断。

两条燃气管路100可以设计为相同的结构，也可以根据现场的实际需求、燃气的种类以及燃气流量的大小，设置多个或者多级的第一调节阀110、第一隔断阀120、第二压力检测器130、安全阀140、单向阀150以及第三隔断阀160，使两条燃气管路100设计为不同的结构。

两条燃气管路100内的燃气流入混气管路200中，如图3所示，混气装置01还可以包括第一压力检测器210和热值检测器220。其中，第一压力检测器210可以设置在混气管路200上，用于检测混气管路200的混气压力。第一压力检测器210可以选用与第二压力检测器130相同的结构。此外，第一压力检测器210的数量可以设置为三个。本申请并不对第一压力检测器210的具体数量做特殊的限定。

两条燃气管路100内的燃气可以按照不同的比例流入混气管路200，并且在混气管路200内混合形成不同热值的燃气。热值检测器220也可以设置在混气管路200上，用于检测混气管路200的混气热值。其中，热值检测器220可以选用色谱分析仪、光谱分析仪或者热值测定仪等设备。

示例的，以燃气为管道天然气和LNG为例进行说明。由于管道天然气的供应压力不稳定，LNG的价格受国际市场的影响较大。因此，燃气电厂可以采用管道天然气和LNG两种气源作为燃料。在LNG价格较高时，可以采用管道天然气作为燃气轮机02的燃料；在LNG价格较低时，可以采用LNG作为燃气轮机02的燃料。

但是，若采用两种燃气交替供应燃气轮机02使用，存在频繁换装、更换气源的问题，会极大的增加劳动投入成本。本申请提供的燃气轮机系统可以同时接入管道天然气和LNG两种燃气。即管道天然气和LNG两种燃气可以分别输送至两条燃气管路100。

使用时，可以根据气压、价格等因素选择其中一条燃气管路100的燃气作为主气源路。控制器04通过第二压力检测器130检测主气源路的燃气压力，通过第一压力检测器210检测混气管路200内的混气压力。当主气源路的燃气压力过高时，控制器04则控制主气源路的第一调节阀110缩小开度，保持混气管路200内的混气压力不升高。当主气源路的燃气压力过低时，控制器04则控制主气源路的第一调节阀110增大开度，保持混气管路200内的混气压力不降低。

当主气源路确定后，另一条燃气管路100则作为备用气源路。备用气源路的第一调节阀110控制混气后的压力值。其中，当主气源路的第一调节阀110开度超过90％时，说明主气源路的燃气压力过低，无法满足燃气轮机02的压力需求。此时，控制器04控制备用气源路的第一调节阀110开启供气，保持混气管路200内的混气压力不波动。

示例的，若管道天然气的供气压力不足时，管道天然气燃气管路100的第二压力检测器130将欠压信号传递至控制器04。控制器04控制LNG燃气管路100的第一隔断阀120开启，同时控制LNG燃气管路100的第一调节阀110开度，以补充LNG给燃气轮机02供气。反之，当LNG的供气压力不足时，控制器04控制管道天然气补充给燃气轮机02供气。

其中，混气管路200上的三个第一压力检测器210的读数可以两两比较，选取差值最小的两个数值计算平均值，作为管道天然气和LNG混合后的压力值。若比较出三个第一压力检测器210中某一数值较其它两个第一压力检测器210的数值差距超过设定值，则说明该第一压力检测器210可能发生故障，控制器04可以发出故障报警，以提示检修更换。

当燃气轮机系统正常运行时，还可以对混气装置01的两条燃气管路100进行随意切换。例如，主气源路的第一调节阀110可以按照每N秒(N为自然数)一定的开度值(可设定)减小开度，直至完全关闭。此时，备用气源路的第一调节阀110可以按照每N秒(N为自然数)一定的开度值(可设定)增大开度。由于两条燃气管路100的第一调节阀110开度按照线性开启或者关闭，能够使切换过程中始终保持混气管路200内的混气压力不波动。

同理，在对燃气轮机系统的燃气热值进行控制时，控制器04通过热值检测器220检测当前主气源路的燃气热值若低于设定值，则控制两条燃气管路100的第一调节阀110的开度比例，使混气管路200内的混气热值满足燃气轮机02的需求。主气源路和备用气源路的第一调节阀110同样可以设置为按照每N秒(N为自然数)一定的开度值(可设定)减小或者增大开度，以保持混气管路200内的混气热值不波动。

示例的，还可以设置主气源路的第一调节阀110每减少10％的开度，会保持当前的开度不变持续一段时间(可设定，通常设定为热值检测器220的分析周期倍数)。若混气热值仍然低于设定值，则主气源路的第一调节阀110继续减少开度，备用气源路的第一调节阀110继续增大开度，直至混气热值满足燃气轮机02的需求。

此外，若主气源路的第一调节阀110发生故障，无论是控制仪表风的失效或者阀门定位器的失效，第一调节阀110都将趋于关闭状态。控制器04则向第一调节阀110发送开度指令值并接收实际开度值，若两者差值大于设定值，则判定主气源路的第一调节阀110发生故障。此时，控制器04发出故障报警，并且备用气源路迅速开启投入运行。

另外，若主气源路的第一调节阀110定位器受信号干扰，输出错误指令，造成第一调节阀110趋于全开状态。此时，主气源路的燃气压力不断升高，当燃气压力超过设定值后，控制器04则控制第一隔断阀120关闭并发出故障报警。同时，备用气源路迅速开启投入运行。

综上所述，本申请提供的燃气轮机系统，通过混气装置01不仅能够实现两条燃气管路100内燃气压力的控制，而且还能够实现两条燃气管路100内混气热值的控制。此外，还能够自动检测第一调节阀110是否产生故障。整个燃气轮机系统也无需额外设置增压机组进行增压，从而节省了燃气轮机02的发电成本。

在此基础上，如图4所示，还可以在每条燃气管路100的路径上设置旁通管路300。具体来说，旁通管路300的两端可以分别连接在燃气管路100的路径上，从而形成了两个连通点。其中，第一调节阀110、第三隔断阀160、安全阀140和第一隔断阀120可以设置于两个连通点之间。

此外，在旁通管路300上还可以设置第二调节阀310和第二隔断阀320。其中，第二调节阀310可以选用手动调节阀，用于调节旁通管路300的气体流量。第二隔断阀320可以选用与第三隔断阀160相同的手动隔断阀，用于控制旁通管路300的通断。当然，第二调节阀310和第二隔断阀320的位置可以任意设置。

当燃气管路100的第一调节阀110和第一隔断阀120产生故障时，可以手动关闭第三隔断阀160，而手动打开第二隔断阀320。同时，通过手动控制第二调节阀310，同样能够实现两条燃气管路100内燃气压力和混气热值可控制的功能，从而能够避免由于燃气管路100产生故障而导致燃气轮机02停机的问题。

需要说明的是，本申请的混气装置01并不局限于两条燃气管路100。当还可以提供燃气轮机02以管道天然气、LNG、煤层气或者页岩气等气体燃料使用时，本申请的混气装置01也可以相应的增加燃气管路100，从而扩大了燃气轮机02燃气供应的范围。此外，混气装置01还可以直接设计为橇结构，一方面便于运输，另一方面也能够减少现场安装的工作量。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种混气装置，其特征在于，包括：

至少两条燃气管路，每条所述燃气管路设置有第一调节阀；以及，

混气管路，至少两条所述燃气管路分别与所述混气管路连通；

所述混气装置还包括第一隔断阀和旁通管路，所述第一隔断阀设置于所述燃气管路；所述旁通管路的两端分别连接在所述燃气管路的路径上，以形成两个连通点，所述第一调节阀和所述第一隔断阀位于两个所述连通点之间。

2.根据权利要求1所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括热值检测器，所述热值检测器设置于所述混气管路。

3.根据权利要求1所述的混气装置，其特征在于，所述旁通管路设置有第二调节阀和第二隔断阀。

4.根据权利要求3所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括第三隔断阀，所述第三隔断阀设置于所述燃气管路，且位于两个所述连通点之间。

5.根据权利要求1所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括第二压力检测器，所述第二压力检测器设置于所述燃气管路的入口位置。

6.根据权利要求1所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括安全阀和单向阀；

其中，所述安全阀的一端与所述燃气管路连通，且位于所述第一调节阀与所述混气管路之间，所述安全阀的另一端与放散塔连通；

所述单向阀设置于所述燃气管路的出口位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括第一压力检测器，所述第一压力检测器设置于所述混气管路。

8.根据权利要求7所述的混气装置，其特征在于，所述混气装置还包括控制器；

所述控制器分别与所述第一调节阀和所述第一压力检测器电连接。

9.一种燃气轮机系统，其特征在于，包括燃气轮机以及权利要求1至8中任一项所述的混气装置，所述混气管路与所述燃气轮机相连接。

Images