燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機技術領域，尤其涉及一種燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]對于燃用中低熱值燃料的IGCC燃燒室而言，其使用中低熱值燃料的體積流量為燃用天然氣燃料體積流量的10倍，占燃燒室內(nèi)部總氣體體積流量的10%?20%，這種大量的體積流量增加會劇烈改變?nèi)紵翌^部的流場結構，因此對燃燒室噴嘴的設計提出了挑戰(zhàn)。為了保證噴嘴頭部燃料射流速度在恰當范圍中，噴嘴頭部需要的射流面積大大增加，這就需要更大的噴嘴頭部尺寸；而噴嘴頭部尺寸如果過大，則從噴嘴出來的燃料量會與火焰筒距離過近，進而導致火焰筒壁面冷卻不合格。同時，這種燃燒室通常采用高熱值燃料(天然氣、輕油等)點火并在低負荷條件下燃燒，然后切換成低熱值燃料，因此這種燃燒室中存在至少兩個燃料通道，至少一個為中低熱值燃料氣通道，另外一個為高熱值燃料氣通道，在噴嘴頭部頂端，有不同的燃料出口，而進入噴嘴時，也通過不同的法蘭進入。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003](一 )要解決的技術問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置及其控制方法，在保證合理的燃料射流速度的前提下有效降低了大量合成氣噴出時所需要的噴嘴頭部有效射流面積。
[0005]( 二)技術方案
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置，包括:火焰筒、天然氣燃料通道、合成氣燃料通道和燃料前置系統(tǒng)；所述天然氣燃料通道和合成氣燃料通道相互并聯(lián)，且出口均與所述火焰筒連接，入口分別與所述燃料前置系統(tǒng)連接；
[0007]所述燃料前置系統(tǒng)包括:天然氣吹掃系統(tǒng)和合成氣吹掃系統(tǒng)；所述天然氣吹掃系統(tǒng)的入口與天然氣來源連接，其出口與所述天然氣燃料通道的入口連接，所述合成氣吹掃系統(tǒng)的入口與中低熱值氣體來源連接，其出口與所述合成氣燃料管道的入口連接；
[0008]所述天然氣吹掃系統(tǒng)的上游設有天然氣穩(wěn)壓閥，其下游設有三號控制閥，所述合成氣吹掃系統(tǒng)的上游設有合成氣穩(wěn)壓閥，其下游設有二號控制閥，所述三號控制閥的下游與所述二號控制閥的上游之間設有一號控制閥。
[0009]優(yōu)選地，所述天然氣吹掃系統(tǒng)和合成氣吹掃系統(tǒng)采用的吹掃氣體為暫沖式，由儲氣罐供氣，所述天然氣吹掃系統(tǒng)和合成氣吹掃系統(tǒng)與所述儲氣罐之間設有四號控制閥。
[0010]優(yōu)選地，所述燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述天然氣穩(wěn)壓閥、合成氣穩(wěn)壓閥、一號控制閥、二號控制閥、三號控制閥和四號控制閥連接，所述控制系統(tǒng)用于向各閥門發(fā)出控制信號并同時接收各閥門的閥位信息。
[0011]優(yōu)選地，所述天然氣燃料通路和合成氣燃料通路的頂端均采用燃料孔、軸向旋流器或徑向旋流器。
[0012]優(yōu)選地，所述天然氣吹掃系統(tǒng)和合成氣吹掃系統(tǒng)采用的吹掃氣體均為氮氣或者二氧化碳。
[0013]優(yōu)選地，所述一號控制閥和三號控制閥的下游設有監(jiān)測點A，所述二號控制閥的上游設有監(jiān)測點B，通過監(jiān)測點A和監(jiān)測點B能夠對氣體組分進行實時監(jiān)測并實時反饋至燃機保護系統(tǒng)中。
[0014]本發(fā)明還提供了一種燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換控制方法，燃氣輪機啟動過程的控制規(guī)律為:
[0015]S1.從燃氣輪機點火、升速、同步、并網(wǎng)至負荷達到負荷點I時，燃氣輪機所用燃料為天然氣，天然氣通過所述天然氣穩(wěn)壓閥和三號控制閥控制，然后流經(jīng)所述天然氣燃料通路進入燃燒室，所述天然氣穩(wěn)壓閥滿足天然氣燃料通路內(nèi)壓力隨燃氣輪機負荷變化的需求，所述三號控制閥調節(jié)天然氣流量，滿足燃氣輪機控制規(guī)律對燃料的要求，此時，所述合成氣燃料通路和其他閥門均關閉；
[0016]S2.燃氣輪機負荷到達負荷點I后，保持負荷點I負荷不變，逐步減少天然氣流量，增加中低熱值氣體流量，進行燃料切換，直至天然氣流量降為O ;
[0017]S3.繼續(xù)增加中低熱值氣體流量，直至燃機功率達到負荷點2，此階段，所述天然氣吹掃系統(tǒng)工作，關閉所述天然氣穩(wěn)壓閥，保持所述三號控制閥開啟，對所述天然氣燃料通路進行吹掃；
[0018]S4.燃氣輪機負荷到達負荷點2且完成置換后，關閉所述三號控制閥，打開所述一號控制閥，使一部分中低熱值氣體進入所述天然氣燃料通路中，而另一部分仍然在所述合成氣燃料通路中，此過程通過調節(jié)所述一號控制閥和二號控制閥的開度調節(jié)進入兩個燃料通路的燃料量，直至達到基本負荷。
[0019]優(yōu)選地，燃氣輪機停機過程的控制規(guī)律為:
[0020]S1.降低負荷至負荷點2，而后關閉所述一號控制閥，繼續(xù)降低負荷至負荷點I ;
[0021]S2.從負荷點2到負荷點I的過程，對所述天然氣燃料通路進行吹掃；
[0022]S3.當?shù)竭_負荷點I后，保持負荷點I負荷不變，打開所述天然氣穩(wěn)壓閥和三號控制閥增加天然氣流量，通過調節(jié)所述二號控制閥的開度減小合成氣流量，逐步關閉低熱值合成氣流量。
[0023]優(yōu)選地，燃氣輪機甩負荷過程的控制規(guī)律為:
[0024]S1.緊急關閉所述二號控制閥；
[0025]S2.調節(jié)所述合成氣穩(wěn)壓閥和一號控制閥，在短時間內(nèi)調節(jié)合成氣至全速空載狀
??τ O
[0026]優(yōu)選地，所述負荷點I的范圍為30%?50%負荷，所述負荷點2的范圍為50%?80%負荷。
[0027](三)有益效果
[0028]本發(fā)明的燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置及其控制方法具有以下優(yōu)點及突出性的技術效果:針對燃用中低熱值燃料的IGCC燃燒室提出燃燒室噴嘴及前置系統(tǒng)的布置方式以及相應的啟動、停機、甩負荷控制方法，在保證合理的燃料射流速度的前提下有效降低了大量合成氣噴出時所需要的噴嘴頭部有效射流面積，實現(xiàn)了一種低熱值燃氣輪機工作策略，該策略可以優(yōu)化低熱值燃燒室設計，提供更多設計空間，拓寬燃燒室安全工作范圍。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實施例的燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置的連接框圖；
[0030]圖2為燃氣輪機燃料流量隨負荷變化示意圖。
[0031]圖中，11:天然氣燃料通路；12:合成氣燃料通路；21:火焰筒；31:燃料前置系統(tǒng)；32:天然氣吹掃系統(tǒng)；42:合成氣吹掃系統(tǒng)；321:儲氣罐；SV-1:天然氣穩(wěn)壓閥；SV_2:合成氣穩(wěn)壓閥；GV-1:—號控制閥；GV-2:二號控制閥；GV-3:三號控制閥；GV_4:四號控制閥。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0033]如圖1所示，本實施例的燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置，其特征在于，包括:火焰筒21、天然氣燃料通道11、合成氣燃料通道12和燃料前置系統(tǒng)31 ;天然氣燃料通道11和合成氣燃料通道12相互并聯(lián)，且出口均與火焰筒21連接，入口分別與燃料前置系統(tǒng)31連接；
[0034]燃料前置系統(tǒng)31包括:天然氣吹掃系統(tǒng)32和合成氣吹掃系統(tǒng)42 ;天然氣吹掃系統(tǒng)32的入口與天然氣來源連接，其出口與天然氣燃料通道11的入口連接，合成氣吹掃系統(tǒng)42的入口與中低熱值氣體來源連接，其出口與合成氣燃料管道12的入口連接；
[0035]天然氣吹掃系統(tǒng)32的上游設有天然氣穩(wěn)壓閥SV-1，其下游設有三號控制閥GV-3，合成氣吹掃系統(tǒng)42的上游設有合成氣穩(wěn)壓閥SV-2，其下游設有二號控制閥GV-2，三號控制閥GV-3的下游與二號控制閥GV-2的上游之間設有一號控制閥GV-1。
[0036]天然氣首先通過天然氣穩(wěn)壓閥SV-1穩(wěn)壓，流經(jīng)三號控制閥GV-3進入天然氣燃料通路11中進入火焰筒21，合成氣經(jīng)過合成氣穩(wěn)壓閥SV-2穩(wěn)壓后，通過一號控制閥GV-1以及二號控制閥GV-2進行二次分配，一路合成氣經(jīng)二號控制閥GV-2進入燃燒室合成氣燃料通路12，另外一路合成氣在高負荷時通過一號控制閥GV-1進入天然氣燃料通路11中進入火焰筒21，一號控制閥GV-1位于三號控制閥GV-3的下游以及二號控制閥GV-2的上游，在天然氣穩(wěn)壓閥SV-1下游以及三號控制閥GV-3上游設置天然氣吹掃系統(tǒng)32，在合成氣穩(wěn)壓閥SV-2下游以及二號控制閥GV-2上游設置合成氣吹掃系統(tǒng)42，此結構可以實現(xiàn)在高負荷條件下，將部分合成氣切換到天然氣燃料通路11，從而增加了高流量合成氣條件下的燃料射流面積，有效減小噴嘴頭部尺寸，同時可以保證高熱值燃料通道始終有氣體噴出，防止火焰停留在噴嘴上燃燒。
[0037]天然氣吹掃系統(tǒng)32和合成氣吹掃系統(tǒng)42采用的吹掃氣體為暫沖式，由儲氣罐321供氣，天然氣吹掃系統(tǒng)32和合成氣吹掃系統(tǒng)42與儲氣罐321之間設有四號控制閥GV-4，四號控制閥GV-4進行控制，在完成一次吹掃后，四號控制閥GV-4關閉，當儲氣罐321內(nèi)壓力低于一定值(不足以滿足一次吹掃)后，對該儲氣罐321進行充氣，通過該天然氣吹掃系統(tǒng)32通入的吹掃氣體的體積為天然氣燃料通路11流通體積的5倍或以上，對天然氣燃料通路中的全部氣體進行置換，確保安全工作。
[0038]本實施例的燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換裝置還包括:所述控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與天然氣穩(wěn)壓閥SV-1、合成氣穩(wěn)壓閥SV-2、一號控制閥GV-1、二號控制閥GV-2、三號控制閥GV-3和四號控制閥GV-4連接，所述控制系統(tǒng)用于向各閥門發(fā)出控制信號并同時接收各閥門的閥位信息。
[0039]天然氣燃料通路11和合成氣燃料通路12的頂端均可以采用燃料孔、軸向旋流器或徑向旋流器等多種型式。
[0040]天然氣吹掃系統(tǒng)32和合成氣吹掃系統(tǒng)42采用的吹掃氣體均可以為氮氣或者二氧化碳。
[0041]—號控制閥GV-1和三號控制閥GV-3的下游設有監(jiān)測點A(見圖中A點)，二號控制閥GV-2的下游設有監(jiān)測點B (見圖中B點)，對監(jiān)測點A以及監(jiān)測點B的氣體組分進行實時監(jiān)測，實時反饋至燃機保護系統(tǒng)中，作為控制系統(tǒng)進行燃料切換的必要條件，當A、B監(jiān)測點數(shù)據(jù)與燃燒室設定順控工作模式不符時，系統(tǒng)應報警、直至燃料遮斷處理，保證燃機安全運行。
[0042]本實施例的燃氣輪機多燃料燃燒室燃料切換控制方法，其