本发明涉及联合循环电站技术领域，尤其涉及一种联合循环机组部分负荷效率的调节系统及一种联合循环机组部分负荷效率的调节方法。
背景技术：
联合循环电站中，燃气轮机主要作为调峰机组使用，大部分时间是运行在部分负荷工况下。燃气轮机部分负荷运行方式对电站而言意义重大，因为它不仅直接关系到燃气轮机本身的性能指标，而且关系到汽轮机的运行参数以及整个电站运行的经济性。因此，如何在部分负荷下提升燃气轮机及联合循环机组的性能是业主最为关心的问题。
现有联合循环机组所采用的燃气轮机控制方法通常为控制透平出口温度基本保持不变，该控制方法的采用使得机组长期运行在部分负荷工况下的效率不高。部分厂家也通过直接抽取压气机空气对部分负荷工况进行调节，而该方法的使用将使得联合循环的效率降低。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种联合循环机组部分负荷效率的调节系统及方法，能够提升部分负荷下的联合循环效率，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种联合循环机组部分负荷效率的调节系统，包括依次连接的压气机、燃烧室和透平，燃烧室设有控制进料量的燃料阀，压气机设有压气机出口压力测点、开度可调节的进口导叶和通往透平的进气腔室的抽气管路，抽气管路上设有冷却空气温度测点和调节阀，透平设有透平出口温度测点和透平进气腔室压力测点；进口导叶、燃料阀、调节阀、冷却空气温度测点、透平出口温度测点、压气机出口压力测点以及透平进气腔室压力测点均与控制模块相连接。
优选地，透平还设有透平转静腔室温度测点，透平转静腔室温度测点与控制模块相连接。
优选地，压气机上设有多个抽气管路，多个抽气管路分别通往透平的不同透平级，每个抽气管路上均设有冷却空气温度测点和调节阀。
优选地，透平设有多个进气腔室，多个进气腔室与多个抽气管路一一对应地相连通，每个进气腔室内均设有透平进气腔室压力测点。
优选地，还包括余热锅炉、汽轮机和凝汽器，透平的出口与余热锅炉相连通，余热锅炉设有蒸汽发生系统，蒸汽发生系统的出口连接汽轮机的入口，汽轮机的出口连接凝汽器的入口，凝汽器的出口连接蒸汽发生系统的入口。
一种联合循环机组部分负荷效率的调节方法，采用如上所述的联合循环机组部分负荷效率的调节系统，包括以下步骤：步骤一、联合循环机组在部分负荷工况下运行，当部分负荷≥90％基本负荷时，使燃气轮机的透平出口温度保持不变；当部分负荷＜90％基本负荷时，进入下一步骤二；步骤二、根据联合循环机组在部分负荷工况下的出力目标信号，调节燃烧室内的燃料量与空气量比例，使透平进口温度提升；步骤三、根据透平进口温度、压气机上的抽气管路送入透平进气腔室的冷却空气温度以及透平叶片的设定耐受温度获得最优冷却空气量；步骤四、根据最优冷却空气量获得最优设定点，调节抽气管路上的调节阀的开度，使透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值达到最优设定点。
优选地，在步骤二中，通过调节压气机进口导叶的开度和燃烧室燃料阀的开度，实现燃烧室内燃料量与空气量比例的调节。
优选地，在步骤三中，测量透平出口温度，并根据透平出口温度计算透平进口温度。
优选地，在步骤三中，透平叶片的设定耐受温度不超过透平叶片可承受温度的额定值。
优选地，在步骤四中，当透平转静腔室温度超过设定值时，增加抽气管路上的调节阀的开度。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的联合循环机组部分负荷效率的调节系统，可以在联合循环机组在部分负荷工况下运行时，根据联合循环机组的出力目标，通过调节进口导叶的开度和燃料阀的开度实现提升透平进口温度，即实现提升透平出口温度，提升透平出口温度可提升联合循环机组的效率，由此实现提升部分负荷下联合循环效率的目的；同时，根据透平出口温度测点测得的透平出口温度、冷却空气温度测点测得的冷却空气温度、压气机出口压力测点测得的压气机出口压力、透平进气腔室压力测点测得的透平进气腔室压力对抽气管路上调节阀的开度进行调节，可以控制送入透平进气腔室内的冷却空气量，使得透平叶片实际承受的温度不超过透平叶片可承受温度的额定值，确保透平叶片的承受的温度不会过高，从而保证透平叶片的完整性；此外，通过调节阀开度的调节还可以调节进入燃烧室内进行燃烧的空气量，从而可调整燃烧温度区间，降低排放，并调整燃烧稳定性。
本发明的联合循环机组部分负荷效率的调节方法使得联合循环机组在部分负荷工况下运行时提升了透平进口温度，即提升了透平出口温度，提升透平出口温度可提升联合循环机组的效率，由此实现了提升部分负荷下联合循环效率的目的；同时，对抽气管路上调节阀的开度进行调节，控制送入透平进气腔室内的冷却空气量，使得透平叶片实际承受的温度不超过透平叶片可承受温度的额定值，确保了透平叶片的承受的温度不会过高，从而保证了透平叶片的完整性；此外，通过调节阀开度的调节还可以调节进入燃烧室内进行燃烧的空气量，从而可调整燃烧温度区间，降低排放，并调整燃烧稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例联合循环机组部分负荷效率的调节系统的结构示意图。
图2是本发明实施例联合循环机组部分负荷效率的调节方法中，部分负荷调整策略示意图。
图3是本发明实施例联合循环机组部分负荷效率的调节方法中，冷却空气量调节示意图。
图4是本发明实施例联合循环机组部分负荷效率的调节方法中，调节阀设定点控制策略示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、压气机11、进口导叶
2、燃烧室21、燃料阀
3、透平4、抽气管路
41、调节阀5、余热锅炉
51、蒸汽发生系统6、汽轮机
7、凝汽器p1、压气机出口压力测点
p2、透平进气腔室压力测点t1、冷却空气温度测点
t2、透平出口温度测点t3、透平转静腔室温度测点
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。
在本发明的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图4所示，本发明实施例提供一种联合循环机组部分负荷效率的调节系统。
参见图1，本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节系统包括依次连接的压气机1、燃烧室2和透平3，空气从压气机1进口进入压气机1内，在压气机1内压缩后从压气机1的出口输出并送入燃烧室2，进入燃烧室2内的空气与燃烧室2进料口输入的燃料混合燃烧，燃烧产生的燃气从燃烧室2的出口输出并送入透平3，燃气从透平3的进口进入透平3的转静腔室内并作用于透平叶片，然后从透平3的出口排出。压气机1上设有通往透平3的抽气管路4，透平3设有与抽气管路4相连通的进气腔室，抽气管路4将压气机1内的空气抽送至透平3内，使其作为冷却空气对透平叶片进行冷却。
本实施例中，燃烧室2优选为环形燃烧室。燃烧室2设有控制进料量的燃料阀21，燃料阀21设置在燃烧室2的进料口处，燃料阀21的开度大小可调节，通过燃料阀21开度大小的调节，可以调节进料口送入燃烧室2内的燃料量。
压气机1设有压气机出口压力测点p1和开度可调节的进口导叶11。压气机出口压力测点p1设置在压气机1的出口处，用于测量压气机出口压力。通过进口导叶11开度大小的调节，可以调节从压气机1进口进入压气机1内的空气流量，从而实现由压气机1送入燃烧室2内的空气量的调节。通过调节进入燃烧室3内的燃料量与空气量比例，可以调节燃烧室3内产生并送入透平3进口处的燃气的温度，即调节透平进口温度，透平出口温度随着透平进口温度的变化而改变。
抽气管路4上设有冷却空气温度测点t1和调节阀41。调节阀41的开度大小可调节，通过调节阀41开度大小的调节，可以调节抽气管路4中冷却空气的流量，即实现送入透平3进气腔室内的冷却空气量的调节。冷却空气温度测点t1用于测量抽气管路4抽送的冷却空气温度。优选地，冷却空气温度测点t1设于调节阀41的下游。
透平3设有透平出口温度测点t2和透平进气腔室压力测点p2。透平出口温度测点t2设置在透平3的出口处，用于测量透平出口温度。透平进气腔室压力测点p2设置在透平3的进气腔室内，用于测量透平进气腔室压力。透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值可以反映抽气管路4中的冷却空气流量，因此，在根据需要的冷却空气流量调节调节阀41的开度时，通过透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值可以判断调节阀41的开度是否调节至对应于需要的冷却空气流量的开度。
进口导叶11、燃料阀21、调节阀41、冷却空气温度测点t1、透平出口温度测点t2、压气机出口压力测点p1以及透平进气腔室压力测点p2均与控制模块相连接。控制模块可以采用现有的控制器，如plc控制器或单片机。冷却空气温度测点t1测得的冷却空气温度信号、透平出口温度测点t2测得的透平出口温度信号、压气机出口压力测点p1测得的压气机出口压力信号、透平进气腔室压力测点p2测得的透平进气腔室压力信号均输送给控制模块，控制模块接收这些信号，并根据这些信号控制进口导叶11、燃料阀21及调节阀41的开度大小。
本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节系统，可以在联合循环机组在部分负荷工况下运行时，根据联合循环机组的出力目标，通过调节进口导叶11的开度和燃料阀21的开度实现提升透平进口温度，即实现提升透平出口温度，提升透平出口温度可提升联合循环机组的效率，由此实现提升部分负荷下联合循环效率的目的；同时，根据透平出口温度测点t2测得的透平出口温度、冷却空气温度测点t1测得的冷却空气温度、压气机出口压力测点p1测得的压气机出口压力、透平进气腔室压力测点p2测得的透平进气腔室压力对抽气管路4上调节阀41的开度进行调节，可以控制送入透平3进气腔室内的冷却空气量，使得透平叶片实际承受的温度不超过透平叶片可承受温度的额定值，确保透平叶片的承受的温度不会过高，从而保证透平叶片的完整性；此外，通过调节阀41开度的调节还可以调节进入燃烧室2内进行燃烧的空气量，从而可调整燃烧温度区间，降低排放，并调整燃烧稳定性。
本实施例中，优选地，透平3还设有透平转静腔室温度测点t3，透平转静腔室温度测点t3设于透平3的转静腔室内，用于测量透平转静腔室温度。透平转静腔室温度测点t3与控制模块相连接，透平转静腔室温度测点t3测得的透平转静腔室温度信号输送给控制模块，控制模块接收该信号，并根据该信号控制调节阀41的开度大小，以保证透平转静腔室温度不超过设定值，该设定值是根据透平叶片可承受温度的额定值设定的、使透平转静腔室不会发生燃气入侵的最高温度值，可根据经验值获取。当透平转静腔室温度测点t3测得的透平转静腔室温度超过该设定值时，控制模块优先根据透平转静腔室温度测点t3测得的透平转静腔室温度信号控制调节阀41的开度增大，以增加送入透平3进气腔室内的冷却空气量，防止燃气入侵的发生，保证透平叶片安全。
本实施例中，优选地，压气机1上设有多个抽气管路4，多个抽气管路4分别通往透平3的不同透平级，每个抽气管路4上均设有冷却空气温度测点t1和调节阀41。进一步，透平3设有多个进气腔室，多个进气腔室与多个抽气管路4一一对应地相连通，每个进气腔室内均设有透平进气腔室压力测点p2。控制模块根据透平出口温度测点t2测得的透平出口温度信号、压气机出口压力测点p1测得的压气机出口压力信号、以及各冷却空气温度测点t1测得的冷却空气温度信号和各透平进气腔室压力测点p2测得的透平进气腔室压力信号，对各抽气管路4上的调节阀41的开度进行单独调节控制，各抽气管路4上的调节阀41的开度调节控制策略根据各透平级叶片的最优冷却空气量的不同而各不相同。由此，根据实际应用需求，可以在保证透平叶片完整性的前提下，对各抽气管路4上的调节阀41的开度实行差别化调节，根据叶片使用寿命要求控制进入各透平级叶片的冷却空气量，实现延长最恶劣叶片检修间隔、降低维护成本、延长叶片使用寿命的目的。
本实施例中，压气机出口压力测点p1可以为设置在压气机1出口处的压力传感器，透平进气腔室压力测点p2可以为设置在透平3进气腔室内的压力传感器，冷却空气温度测点t1可以为设置在抽气管路4上的温度传感器，透平出口温度测点t2可以为设置在透平3出口处的温度传感器，透平转静腔室温度测点t3可以为设置在透平3转静腔室内的温度传感器。
本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节系统还包括余热锅炉5、汽轮机6和凝汽器7，余热锅炉5设有蒸汽发生系统51，透平3的出口与余热锅炉5相连通，透平3出口排出的燃气通入余热锅炉5内，为余热锅炉5的蒸汽发生系统51提供热量。蒸汽发生系统51的出口连接汽轮机6的入口，汽轮机6的出口连接凝汽器7的入口，凝汽器7的出口连接蒸汽发生系统51的入口。从蒸汽发生系统51的入口进入的给水与透平3的出口排出并通入余热锅炉5内燃气换热，形成蒸汽，蒸汽从蒸汽发生系统51的出口输出并送入汽轮机6中做功，做功完毕后从汽轮机6的出口排出进入凝汽器7中凝结成给水，再送入蒸汽发生系统51中加热，由此实现燃气-蒸汽联合循环。由于本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节系统在部分负荷工况下提升了透平进口温度，即提升了透平出口温度，为适应提升后的透平出口温度，余热锅炉5的进气参数应允许超过其额定进气参数长期稳定运行，汽轮机6的进汽参数应允许超过其额定进汽参数长期稳定运行。
基于上述联合循环机组部分负荷效率的调节系统，本发明实施例还提供一种联合循环机组部分负荷效率的调节方法。本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节方法采用本实施例的上述联合循环机组部分负荷效率的调节系统进行，包括以下步骤：
步骤一、根据电网调峰需求，联合循环机组在部分负荷工况下运行，当部分负荷≥90％基本负荷时，使燃气轮机的透平出口温度保持不变；当部分负荷＜90％基本负荷时，进入下一步骤二。
步骤二、根据联合循环机组在部分负荷工况下的出力目标信号，调节燃烧室2内的燃料量与空气量比例，使透平进口温度提升。优选地，通过调节压气机1进口导叶11的开度和燃烧室2燃料阀21的开度，实现燃烧室2内燃料量与空气量比例的调节。参见图2，本实施例中，由控制模块读取联合循环机组在部分负荷工况下的出力目标信号，控制模块根据该出力目标信号，控制压气机1进口导叶11的开度减小，同时控制燃烧室2燃料阀21的开度增加，从而增大燃烧室2内的燃空比(燃料量与空气量之比)，使得透平进口温度提升。
步骤三、根据透平进口温度、压气机上的抽气管路4送入透平进气腔室的冷却空气温度以及透平叶片的设定耐受温度获得最优冷却空气量。优选地，测量透平出口温度，并根据透平出口温度计算透平进口温度。
参见图3，透平叶片的冷却空气量mc与式(tg-tw)/(tg-tc)之间存在曲线关系，式中，tg为透平进口温度，tc为冷却空气温度，tw为透平叶片的耐受温度，该曲线关系是根据实际应用中不同的透平叶片的耐受温度tw及其对应的透平进口温度tg、冷却空气温度tc和冷却空气量mc获得的经验关系式。本实施例中，由透平出口温度测点t2测得透平出口温度，根据该透平出口温度计算出透平进口温度tg，由冷却空气温度测点t1测得冷却空气温度tc，取透平叶片的设定耐受温度tw’，将tg、tc和tw’代入式(tg-tw)/(tg-tc)中，即可根据图3所示曲线关系获得对应的冷却空气量mc，即为透平叶片的设定耐受温度tw’对应的最优冷却空气量。优选地，透平叶片的设定耐受温度tw’不超过透平叶片可承受温度的额定值，以保证获得的最优冷却空气量能够满足透平叶片的最高耐受温度。本实施例中，所述最优冷却空气量可由控制模块根据透平出口温度测点t2测得透平出口温度信号、冷却空气温度测点t1测得冷却空气温度信号以及透平叶片的设定耐受温度和图3所示曲线关系自动计算获得。
步骤四、根据最优冷却空气量获得最优设定点，所述设定点是指透平进气腔室与压气机出口的压比值，即透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值，该压比值由抽气管路4上调节阀41的开度决定，因此所述设定点即为调节阀41的设定点。由于透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值可以反映抽气管路4中的冷却空气流量，因此最优冷却空气量对应有最优设定点。调节抽气管路4上的调节阀41的开度，使透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值达到最优设定点。参见图4，本实施例中，控制模块根据由透平进口温度确定的最优设定点、透平进气腔室压力测点p2测得的透平进气腔室压力信号和压气机出口压力测点p1测得的压气机出口压力信号(透平进气腔室与压气机出口的压比值)调节抽气管路4上调节阀41的开度，直至透平进气腔室压力与压气机出口压力的比值达到最优设定点。
由此，本实施例的联合循环机组部分负荷效率的调节方法使得联合循环机组在部分负荷工况下运行时提升了透平进口温度，即提升了透平出口温度，提升透平出口温度可提升联合循环机组的效率，由此实现了提升部分负荷下联合循环效率的目的；同时，对抽气管路4上调节阀41的开度进行调节，控制送入透平3进气腔室内的冷却空气量，使得透平叶片实际承受的温度不超过透平叶片可承受温度的额定值，确保了透平叶片的承受的温度不会过高，从而保证了透平叶片的完整性；此外，通过调节阀41开度的调节还可以调节进入燃烧室2内进行燃烧的空气量，从而可调整燃烧温度区间，降低排放，并调整燃烧稳定性。
优选地，在步骤四中，当透平转静腔室温度超过设定值时，增加抽气管路4上的调节阀41的开度，以保证透平转静腔室温度不超过所述设定值，所述设定值是根据透平叶片可承受温度的额定值设定的、使透平转静腔室不会发生燃气入侵的最高温度值，可根据经验值获取。本实施例中，当透平转静腔室温度测点t3测得的透平转静腔室温度超过该设定值时，控制模块优先根据透平转静腔室温度测点t3测得的透平转静腔室温度信号控制调节阀41的开度增大，以增加送入透平3进气腔室内的冷却空气量，防止燃气入侵的发生，保证透平叶片安全。
优选地，压气机1上设有多个分别通往透平3不同透平级的抽气管路4时，在步骤四中，可以根据实际应用需求，在保证透平叶片完整性的前提下，对各抽气管路4上的调节阀41的开度实行差别化调节，根据叶片使用寿命要求控制进入各透平级叶片的冷却空气量，实现延长最恶劣叶片检修间隔、降低维护成本、延长叶片使用寿命的目的。需要说明的是，图4示出的仅为调节阀41设定点控制策略的示意图，在实际应用中，各抽气管路4上的调节阀41的开度调节控制策略根据各透平级叶片的最优冷却空气量的不同而各不相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。