一种燃气轮机多燃料阀切换装置及方法与流程

本发明涉及一种燃气轮机多燃料阀切换装置及方法，属于燃气轮机控制技术和辅机系统领域。

背景技术：

燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备(如燃烧室)、透平、控制系统和辅助设备等。而燃气轮机在工作时，它的启动、停车和升降负荷主要是通过调节燃气轮机的燃料量供应来实现的，从而使得燃烧室喷入的燃料和压气机过来的压缩空气能够很好的混合，产生相应的功率。然而由于现代燃气轮机应用领域的多样性，为了保证它的经济性和实用性，通常不得不采用多种热值和特性的燃料，其中最典型的方式就是用价格较贵的高热值燃料进行启动，等燃气轮机的燃烧室温度到达一定程度后，再切换到价格便宜的低热值燃料进行长期运行，保证整个燃气轮机机组的效益。

然而，在两种或两种燃料切换的过程中，由于燃料热值的不一样，通常选用的控制阀门也不一样，如果切换不当，容易造成熄火或者跳闸。然而，现有的多燃料切换过程通常为直接的线性切换，不得不把燃料切换点选在高负荷状态，以防止切换过程因热值扰动带来熄火，但高温状态下的燃烧温度波动，会给燃气轮机热端部件寿命带来较大的折损，给燃气轮机运行商的维修维护带来损失。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决燃气轮机的多燃料切换过程中，保证燃气轮机在燃料切换过程中功率和燃烧稳定。

本发明提出了一种燃气轮机多燃料阀切换装置及方法，其特征在于包括以下步骤：

1)燃气轮机有2个及2个以上的燃料供应系统，并且各个系统的燃料供应流量可调节；

2)用一种燃料f1进行燃气轮机的启动，在运行过程中，因为燃气轮机功率或经济性等原因，切换为另外一种燃料f2进行运行；

3)燃料的切换过程中，两种燃料流量至少有一种呈非线性变化；

4)燃料的切换过程中，两种燃料流量至少有一种燃料流量处于闭环控制状态。

进一步地，多燃料的切换控制逻辑为：

a)燃气轮机发电机组处于某一稳定工作状态，给出燃气轮机燃料切换指令，燃料f2进入控制状态；

b)后加入的燃料f2以开环控制增大，当前燃料f1进行闭环控制；

c)燃料f1进入流量调节阀门死区区域后，呈线性减少，燃料f2进行闭环控制；

d)燃料f1完全关闭，由燃料f2驱动燃气轮机继续工作。

进一步地，在燃气轮机多燃料阀切换装置中，各个燃料流量调节阀门的死区不应该超过整个量程的10％，并尽量选取响应速度较快的流量调节阀门。并且在闭环控制中采用鲁棒pi控制器设计方法，把非闭环控制，呈线性变化的那路燃料看作对整个燃气轮机控制的干扰量。

进一步地，如果涉及3种以上的燃料切换，应该从燃料f1，先切换到燃料f2，再切换到燃料f3逐步切换，每次切换遵循上述双燃料切换步骤。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①抗干扰能力强，考虑到了燃料的死区，可以防止燃气轮机在切换过程的开始和结束阶段，在阀门执行死区发生大的燃料扰动；②控制精度高，在切换中引入了闭环反馈，可以实时修正总热值波动对燃气轮机机组运行的干扰；③算法简单，无需对燃气轮机机组原有的辅机系统进行改造，易于工程实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种燃气轮机双燃料控制装置切换示意图；

图2是基于本发明的燃气轮机双燃料切换逻辑图；

图3是基于本发明的某型燃气轮机燃料切换图；

图4是基于本发明的某型燃气轮机燃料切换过程中的负荷变化图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，

本技术：
的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

以某型140mw燃气轮机为应用对象，其燃烧的双燃料为天然气和合成气，燃气轮机设定以天然气启动，最终在合成气下长期运行，燃气轮机双燃料控制装置切换示意图如图1所示，燃料天然气控制阀的非线性区域为0～10％，燃料合成气

控制阀的非线性区域为0～10％。下面结合附图2对图1中所示的燃气机轮燃料切换流程的控制过程进行详细说明如下：

步骤101，燃气轮机以燃料f1进行启动，这里的燃料f1为天然气；

步骤102，外部燃料切换指令为真？若是，则转向步骤104；否则转向步骤103；本实例中，该燃气轮机机组是在30％负荷时，给出了外部燃料切换指令，切换到燃料f2，即合成气，之后转向步骤104；

步骤104，合成气处于控制状态，处于开环控制，并继续增大，天然气处于闭环控制状态，之后转向步骤105；

步骤105，燃料f1的流量调节阀进入阀门死区？若是，则转向步骤106；否则转向步骤104；本实例中天然气减少，最终天然气流量调节阀进入阀门死区，之后转向步骤106；

步骤106，天然气处于开环控制，并继续减少，合成气处于闭环控制状态，之后转向步骤107；

步骤107，天然气完全关闭，燃气轮机以合成气为燃料继续运行。

采用本发明的阀门切换逻辑，得到的测试效果如图3和图4所示。从图3中可以看出，一方面合成气以开环控制增大，同时天然气在闭环控制的作用下进行减少；另一方面，当天然气关小到10％区域时，开始以开环控制方式减少，同时合成气在闭环控制的作用下继续增大；此外，中间过程的切换过程也非常平稳，没有大的燃料波动。图4给出了切换过程中负荷的变化图，为了便于清晰观察，只选取了30％负荷附近的纵坐标，在切换过程，尽管负荷所有波动，但是波动范围为0.6％，远低于2％的限制要求。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种燃气轮机多燃料阀切换装置及方法，该方法包括：获取燃气轮机机组各燃料系统的燃料流量调节阀门控制权；然后在燃气轮机机组运行过程中，从一种燃料切换到另外一种燃料，切换过程采用开环，加闭环的组合控制方式，降低控制阀门操控死区和燃料热值波动对燃气轮机机组运行的影响。本发明可以保证整个燃料切换过程的平稳和抗干扰性，保证负荷波动低，切换过程燃气轮机机组不熄火和不跳闸。

技术研发人员：陈志方
受保护的技术使用者：北京澳尔金石油技术开发有限公司
技术研发日：2016.03.21
技术公布日：2017.09.29