燃气-蒸汽联合循环机组的天然气增压系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于天然气增压设备【技术领域】，尤其涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组的天然气增压系统。包括整体齿轮式离心增压机（4），在整体齿轮式离心增压机（4）的入口管路（3）与供气管道（1）之间设有入口控制阀SCV（2），在整体齿轮式离心增压机（4）的入口管路（3）与出口管路（6）之间设有联络管路，在该管路上设有防喘振控制阀ASCV（7）；还包括变频控制器VFD（5），该变频控制器VFD（5）与整体齿轮式离心增压机（4）的驱动机电连接。本实用新型的天然气增压系统结构简单、控制特性好、节能效益明显。
【专利说明】燃气-蒸汽联合循环机组的天然气增压系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于天然气增压设备【技术领域】，尤其涉及一种燃气-蒸汽联合循环机 组的天然气增压系统。
【背景技术】
[0002] 现代社会中，为了改善城市中心城区的市容环境质量，传统的燃煤发电供热机组 正逐渐被燃气-蒸汽联合循环发电供热机组所取代。燃气一蒸汽联合循环供热机组，燃机 为日本三菱重工M701F4型重型燃气轮机，天然气气源为陕京二线管输天然气。M701F4型燃 机对入口天然气压力的要求为4. 2MPa，是目前所有F级燃气轮机中对燃料压力要求最高的 机型。由于上游天然气管网设计压力的限制，必须同步建设天然气增压机才能满足燃机对 天然气压力的要求。根据工程设计条件，增压机需要将2. 5MPa-3. 6MPa的天然气增压到满 足燃机需求的压力，这就使通过合理的控制方式减少增压机运行功耗成为重要研究课题之 〇
[0003] 在已建成的配有天然气增压机的燃气电厂中，常见的对增压机节能控制方式有： SCV + IGV + ASCV、SCV + IGV + ASCV + 分级增压、SCV + IGV + ASCV + VFD 三种。这三 种组合方式均能在一定程度上实现增压机的节能运行，但其各有局限性。
[0004] 1) SCV + IGV + ASCV
[0005] 该方案是目前整体齿轮式离心增压机最主要的调节方式，也是应用最为广泛的调 节模式。当增压机下游所需天然气流量小于增压机最大压缩流量时，将通过调整IGV，减少 进入增压机的天然气流量，降低增压机轴功率；如果上游天然气管网供气压力超出设计值， 将通过SCV将进入增压机的天然气压力降低到设计值后再进入增压机进行升压。
[0006] 由于IGV的调节范围通常在70%-100%之间，即在燃机负荷约为75%时，IGV已达 到其最大行程，不能继续进行调节，此时如燃机继续降低负荷减少用气量，多余的天然气流 量只能通过ASCV回流到增压机入口。
[0007] 该方案提高了燃机在部分负荷状态下增压机运行的经济性，但不适合于增压机入 口天然气压力波动范围较大的情况。
[0008] 2) SCV + IGV + ASCV + 分级增压
[0009] 该方案将增压机设计成多级增压机，并且合理分配各级叶轮的压比，在某一级(或 某几级）叶轮处设有旁路，可以将该级叶轮(或几级叶轮）出、入口联通，使其不参与压缩天 然气，改变增压机运行压比，降低增压机功耗；当燃机耗气量变化时仍通过IGV进行流量调 节。该方案将使曲线变成多条相互平行的线段，增加了增压机对压力的适应能力，提高了负 荷控制的多样性。但是如果实际运行工况与预设的压比存在差异，则仍需通过SCV将入口 压力降至满足该压比下的压力再进行升压。
[0010] 虽然该方案提高了整体节能效果，但是如果需要改变增压机压比的则必须在停机 状态下开关旁路阀门，投入或旁通叶轮，在一定程度上降低了燃机连续运行的可靠性。另 夕卜，在该方案中还将本来仅需要1级或2级即可完成的升压工作，分配到了 3级甚至更多 级，人为的增加了增压机级数，降低了增压机整体效率。同时，该方案还须配有级间冷却器， 增加了占地面积与整体功耗。
[0011] 3) SCV + IGV + ASCV + VFD
[0012] 通过该方案的控制原理图和流量与功耗曲线图可以看出该方案在控制原理与节 能效果上与方案二相同。该方案主要是将调节增压机压比的手段，改为通过变频器调节电 动机转速从而改变增压机转速。
[0013] 该方案可以实现不同运行转速的在线切换，提高了设备的连续运行能力，同时不 需额外增加设备体积，增压机整体效率也较方案二有很大提高。但该方案在增压机进行运 行时需要同时使用4种控制器(即SCV控制、IGV控制、ASCV控制、VFD控制)，每一种控制器 运行状态的改变都将导致增压机出口压力和流量的变化，这将使增压机出口压力和流量的 控制变得极其复杂，同时增加了增压机喘振控制的难度。在某F级燃气电厂的实际应用中， VFD与IGV在相互配合上仍然存在很大问题，经常出现增压机振动大跳机的情况。
[0014] 对于燃气-蒸汽联合循环供热电厂是否经济高效运行的评价，主要指标之一便是 发电能耗即厂用电率。对于天然气供气管网不能满足燃机压力需求的燃气电厂来说，就必 须配套建设天然气增压机，根据不同厂商F级燃机对燃气流量及压力的要求，增压机的功 耗通常在1500kW-2500kW之间，这就使增压机成为了燃机电厂最耗电的辅机之一。因此，如 何减少增压机在运行时的功耗便成为燃气电厂降低发电能耗、提高整体经济效益、节能减 排的重要研究方向之一。 实用新型内容
[0015] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、控制特性 好、节能效益好的燃气-蒸汽联合循环机组的天然气增压系统。
[0016] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：燃气-蒸汽 联合循环机组的天然气增压系统包括整体齿轮式离心增压机，在整体齿轮式离心增压机的 入口管路与供气管道之间设有入口控制阀SCV，在整体齿轮式离心增压机的入口管路与出 口管路之间设有联络管路，在该管路上设有防喘振控制阀ASCV ;还包括变频控制器VFD，该 变频控制器VFD与整体齿轮式离心增压机的驱动机电连接。
[0017] 本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种结构简单紧凑的天然气 增压装置，通过采用整体齿轮式离心增压机及其变频控制器VFD，取消了传统增压机的入口 可调导叶IGV，实现了增压机的连续无级变频调节，扩展了增压机的运行工况范围，使得增 压机可以根据燃机运行状态选择最匹配的运行工况，提高了增压机的节能效果。通过防喘 振控制阀ASCV和变频控制器VFD的联合控制实现了增压机的防喘振控制。提高了增压机 对压力的适应能力，可以使增压机在较宽的入口压力范围内运行。入口控制阀SCV在增压 机的控制中起到了双重作用 ：当增压机运行在变频模式下，入口控制阀SCV对入口压力进 行限制；当增压机运行在工频模式下，入口控制阀SCV起到出口压力控制器的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0019] 图2是现有技术的控制模式曲线；
[0020] 图3是现有技术的流量-功率曲线；
[0021] 图4是本实用新型的控制模式曲线；
[0022] 图5是本实用新型的流量-功率曲线。
[0023] 图中：1、供气管道；2、入口控制阀SCV ;3、入口管路；4、整体齿轮式离心增压机； 5、变频控制器VFD ;6、出口管路；7、防喘振控制阀ASCV。
【具体实施方式】
[0024] 为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例详细说 明如下：
[0025] 请参见图1，本实用新型包括整体齿轮式离心增压机4,在整体齿轮式离心增压机 4的入口管路3与供气管道1之间设有入口控制阀SCV2,在整体齿轮式离心增压机4的入 口管路3与出口管路6之间设有联络管路，在该管路上设有防喘振控制阀ASCV7。
[0026] 还包括变频控制器VFD5,该变频控制器VFD5与整体齿轮式离心增压机4的驱动机 电连接。
[0027] 整体齿轮式离心增压机4具有出口压力稳定、压缩能力强、能满足较大流量要求 的气体压缩、设备维护量小、易损件少、体积小等诸多优点。
[0028] 整体齿轮式离心增压机4的控制方式是通过入口控制阀SCV2和防喘振控制阀 ASCV7的共同作用，控制整体齿轮式离心增压机4的出口压力和出口流量。通常情况下整体 齿轮式离心增压机4需要将上游来气通过入口控制阀SCV2减压到设计入口压力，来实现稳 定出口压力的目的，而通过设置在整体齿轮式离心增压机4出口管路6与入口管路3之间 的防喘振控制阀ASCV7可以使整体齿轮式离心增压机4出口的部分天然气回到入口，以降 低整体齿轮式离心增压机4向燃机的供气量，实现调整出口流量的目的。
[0029] 图2与图3分别给出了这种控制模式的控制方式和功率-流量曲线。在这种控制 模式下，整体齿轮式离心增压机4轴功率为一固定值。无论来气压力和下游用气量有任何 变化，增压机只能将最低设计压力和最大设计流量的天然气升压后供给燃机，这将浪费大 量电功率，对于燃气电厂来说是极其不经济的运行方式。这就需要通过选取适当的节能控 制方式，使整体齿轮式离心增压机4的运行模式能与上游供气条件和下游设备运行条件尽 可能的匹配，在满足发电要求的情况下尽可能的减少整体齿轮式离心增压机4的功耗。
[0030] 通过对现有增压机各种控制方式的比较，本实用新型采用变频控制器VFD5配合 入口控制阀SCV2和防喘振控制阀ASCV7通过无级连续调速方式对整体齿轮式离心增压机 4进行控制，实现了增压机负荷的连续调整，降低了增压机的运行功耗。
[0031] 在本具体实施例的方案中，由于不再设置入口可调导叶IGV，使得变频控制器 VFD5可以在增压机允许范围内进行连续的无级转速调节。图4为本方案的控制模式曲线 图。由于增压机存在最低转速限制，这就限制了增压机入口压力的最高值，使得变频控制 器VFD5的控制范围不可能覆盖设计上游天然气管网的全部设计压力范围。如果供气管道 1的供气压力超过该最高压力值，就需要通过入口控制阀SCV2将入口压力降至该值后进入 增压机。从图5中也可以看出，当燃机不处于满负荷运行状态时，仍然可以通过变频控制器 VFD5和防喘振控制阀ASCV7的共同作用减少供向燃机的天然气量，由于需要用防喘振控制 阀ASCV7进行部分回流，相较于IGV对增压机出口流量的调节能力略差。但由于实现了无 级变速调节，使得增压机可以在图5中的阴影部分内自动选择最适合的转速，提高了增压 机运行工况范围，提升了增压机运行节能效果。
【权利要求】
1. 一种燃气-蒸汽联合循环机组的天然气增压系统，其特征在于：包括整体齿轮式离 心增压机（4)，在整体齿轮式离心增压机（4)的入口管路（3)与供气管道（1)之间设有入口 控制阀SCV (2)，在整体齿轮式离心增压机（4)的入口管路（3)与出口管路（6)之间设有联 络管路，在该管路上设有防喘振控制阀ASCV (7);还包括变频控制器VFD (5)，该变频控制 器VFD (5)与整体齿轮式离心增压机（4)的驱动机电连接。
【文档编号】F04C28/08GK203879743SQ201420176087
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】卜丽军, 郑志勇, 刘剑磊, 高艳 申请人:天津陈塘热电有限公司