专利名称：一种燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置及控制方法
技术领域：
本发明主要涉及一种气液燃料混用及切换的装置、控制方法，具体来说，涉及用于控制燃气轮机不同的气液态燃料计量及切换的系统、方法及装置。
背景技术：
燃气轮机对工作环境的适应和灵活性主要由当地可提供燃料种类及量决定的，近年来，随着燃气轮机应用行业、区域及用途的扩大，目前单态燃料或单种类燃料供应装置的燃机已阻碍了燃气轮机进一步推广，而多燃料灵活混用及切换的装置及控制方法就在该背景下提出的。燃料供应装置采用了气态燃料供应单元A与液态燃料供应单元B双通道结构形式，其单元A可实现为燃机提供气态燃料，单元B可实现为液态提供燃料，如果单元A供应装置出现故障或气态燃料供应短缺，可通过供应单元B保证燃机正常工作；同样，如果单元B供应装置出现故障或液态燃料供应短缺，可通过供应单元A保证燃机正常工作。燃料混用及切换的燃气轮机供应装置包括气液态燃料供应单元及多种控制逻辑方法，通过采用上述通路结构形式及控制方法大大提高了燃气轮机的灵活性和适应环境的能力。
发明内容
本发明为解决燃气轮机燃料供应装置灵活性和对环境适应性差的问题，进而提出了一种气液燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置及控制方法，其发明技术方案包括气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B、燃料供应及切换控制逻辑。方案中气态燃料供应单位A包括手动开关阀、过滤器、压力调节阀、压力传感器、电磁开关阀、带变频电机的螺杆压缩泵、单向阀、稳压阀、排气控制阀、主燃料阀、燃气控制阀及燃气旁通阀等组成，原理如图I所示，其工作流程为控制系统检测气态燃料管道压力及部件状态，根据系统状态及压力调节阀调压后燃料流到电磁开关阀，燃机控制单元通过逻辑信号打开电磁开关阀，通过控制系统计算单元估算燃料需求量，并通过改变螺杆压缩泵电机频率达到改变并计量燃料流量目的，计量后的燃料送到主燃料阀，当燃气点火时，控制系统发送打开主燃料阀及燃气旁通阀指令，并点燃燃料，燃料点燃后系统关闭燃气旁通阀气路，打开燃气控制阀由主燃料气路供气，同时多余的气态燃料也可通过排气阀排向大气，控制方法流程如图2所示。方案中液态燃料供应单元B包括手动开关阀、过滤器、压力传感器、电磁开关阀、带变频电机的齿轮泵、安全阀、稳压阀、放油阀、主燃油控制阀、主油路控制阀及副油路控制阀等组成，原理如图I所示，其工作流程为其液态燃料增压计量机构控制为通过控制指令打开电磁阀开关，液态燃料流到齿轮泵前，齿轮泵根据燃机所需燃料量，通过改变齿轮泵电机频率达到改变并计量燃料流量目的，如泵后燃料压力过高，系统自动打开安全阀，燃料回流泵前，同样多余燃油也可通过放油阀回流油箱，其余计量后的燃料送到主燃料阀，当燃料点火时，控制系统发送打开主燃油控制阀和副油路控制阀指令，并点燃燃料，燃料点燃后系统关闭副油路控制阀油路，打开主油路控制阀由主油路供油，控制方法流程如图3所示。方案中燃料控制逻辑包括燃料供应、共同工作及切换逻辑等，燃机控制单元通过检测、运算、控制及逻辑运算功能，可实现上述所述气态燃料供应、液态燃料供应及气液燃料共同供应功能，同时通过逻辑控制，由供应单元A切换到供应单元B，或供应单元B切换到供应单元A，可实现气态燃料供应向液态燃料切换或可实现液态燃料供应向气态燃料切换，控制方法流程如图4所示。
图I为气液燃料增压计量控制原理图；图2为气态燃料控制方法流程图；图3为液态燃料控制方法流程图；图4为气液(或液气)燃料切换控制方法流程图；其中I是手动开关阀II，2是过滤器II，3是压力传感器III，4是压力检测信号，5是电磁开关阀II，6是电磁开关阀控制信号，7是齿轮泵，8是齿轮泵转速控制信号，9是安全阀，10是放油阀，11是燃料回流控制信号，12是压力检测信号，13是压力传感器IV，14是液态燃料副路控制信号，15是副油路控制阀，16是液态燃料主路控制信号，17是主油路控制阀，18是液态主燃料控制信号，19是主燃油控制阀，20是燃机控制器，21是燃烧室，22是手动开关阀I，23是过滤器I，24是压力调节阀，25是压力检测信号，26是压力传感器I，27是电磁开关控制信号，28是电磁开关阀I，29是螺杆压缩泵，30是螺杆压缩泵控制信号，31是单向阀，32是稳压阀，33是排气控制信号，34是排气控制阀，35是压力信号，36是压力传感器II，37是气态主燃料阀控制信号，38是主燃气控制阀，39是燃气旁通阀控制信号，40是燃气旁通阀，41是主气路控制阀，42是燃气控制阀控制信号。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。如图I所示，本发明的燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置，包括气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B及燃机控制单元，所述气态燃料供应单元A，为燃气轮机供应气态燃料，包括手动开关阀I 22、过滤器I 23、压力调节阀24、压力传感器I 26、电磁开关阀I 28、带变频电机的螺杆压缩泵29、单向阀31、稳压阀32、排气控制阀34、压力传感器II 36、主燃气阀38、主气路控制阀41及燃气旁通阀40，其中，手动开关阀I 22、过滤器I 23、压力调节阀24、电磁开关阀I 28、带变频电机的螺杆压缩泵29、稳压阀32、气态主燃料阀38通过气体管路依次连接，主燃气阀38的出口同并联的主气路控制阀41和燃气旁通阀40的进口分别连接，主气路控制阀41和燃气旁通阀40的出口通过管路同燃烧室21连通；稳压阀32进口侧和螺杆压缩泵29的出口侧之间的旁通管路上设置指向螺杆压缩泵29的单向阀31 ;稳压阀32的出口侧还通过另一管路连接排气控制阀34的进口，排气控制阀34的出口通大气；压力调节阀24和电磁开关阀I 28之间的管路上设置压力传感器I 26，稳压阀32和气态主燃料阀38之间的管路上设置压力传感器II 36。
所述液态燃料供应单元B，为燃气轮机供应液态燃料，包括手动开关阀II I、过滤器II 2、压力传感器III 3、电磁开关阀II 5、带变频电机的齿轮泵7、安全阀9、放油阀10、主燃油控制阀19、主油路控制阀17及副油路控制阀15，手动开关阀II I、过滤器II 2、电磁开关阀II 5、带变频电机的齿轮泵7、主燃油控制阀19通过液体管路依次连接，主燃油控制阀19的出口同并联的主油路控制阀17和副油路控制阀15的进口分别连接，主油路控制阀17和副油路控制阀15的出口通过管路同燃烧室21连通；齿轮泵7的进口和出口之间通过一设置有安全阀9的管路连通；齿轮泵7的出口侧还通过另一管路连接放油阀10的进口，放油阀10的出口通油箱；过滤器II 2、电磁开关阀II 5之间的管路上设置压力传感器III 3，齿轮泵7和主燃油控制阀19之间的管路上设置压力传感器IV 13。优选的，压力传感器I 26、压力传感器II 36、压力传感器III 3、压力传感器IV 13通过控制线路连接燃机控制单元，所述燃机控制单元，控制上述气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B共同协调工作。优选的，所述燃机控制单元还通过控制线路连接液态燃料供应单元B中的电磁开关阀II 5、带变频电机的齿轮泵7、放油阀10、主燃油控制阀19、主油路控制阀17及副油路控制阀15，以及气态燃料供应单元A中的电磁开关阀I 28、带变频电机的螺杆压缩泵29、排气控制阀34、气态主燃料阀38、燃气控制阀41及燃气旁通阀40。本发明的燃料灵活混用及切换的燃气轮机控制方法，利用本发明的燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置，其包括气态燃料供应控制步骤、液态燃料供应控制步骤、气液态燃料共同供应控制步骤、气液燃料切换控制步骤及液气燃料切换控制步骤，所述气态燃料供应控制步骤，气态燃料经压力调节阀24调压后，通过控制指令打开电磁开关阀I 28，调节螺杆压缩泵29的电机频率实现燃料定量供应，定量燃料送到主燃气控制阀38，
燃机控制单元首先启动主燃气控制阀38及燃气旁通阀40工作，同时点火，点燃后燃机控制单元关闭燃气旁通阀40气路，由主气路控制阀41供气；所述液态燃料供应控制步骤，液态燃料通过燃机控制单元打开电磁开关阀II 5，调节齿轮泵7的电机频率实现燃料定量供应，燃料压力过高，燃机控制单元会自动打开安全阀9流回泵前，其余燃料送到主燃油控制阀19，燃机控制单元首先启动主燃油控制阀19和副油路控制阀15工作，同时点火，点燃后燃机控制单元关闭副油路控制阀15油路，由主油路控制阀17供油；所述气液态燃料共同供应控制步骤，燃机控制单元通过调节螺杆压缩泵29的电机和齿轮泵7的电机，控制气态燃料和液态燃料流量比例，可实现气液燃料在燃烧室21共同燃烧；所述气液燃料切换控制步骤，其当正在燃烧的气态燃料收到燃机控制单元燃料切换指令后，燃机控制单元迅速计算燃机该工作状态下所需燃料量，启动逐渐关闭气态燃料指令，并通过改变气态燃料供应单元A管道中螺杆压缩泵29的电机工作频率，逐渐减少燃料供应量，同时启动液态燃料工作指令，并点燃该燃料，通过改变液态燃料供应单元B管道中齿轮泵7的电机工作频率，增加液态燃料供应量，在气态燃料与液态燃料同时燃烧期间，燃机控制单元保持两燃料燃烧后的热值总和满足燃气轮机正常工作需要，且液态燃料量达到燃机正常需要值，迅速关闭气态燃料通道；同样液气燃料切换控制步骤正好反之。实施例一连接方式如图I所示，控制方法如图2所示。本实施方法中气态燃料供应单元A工作，实施过程燃机控制器20，燃烧室21，手动开关阀22，过滤器23，压力调节阀24，压力检测信号25，压力传感器26，电磁开关控制信号27，电磁开关阀28，螺杆压缩泵29，螺杆压缩泵控制信号30，单向阀31，稳压阀32，排气控制信号33，排气控制阀34，压力信号35，压力传感器36，气态主燃料阀控制信号37，气态主燃料阀38，燃气旁通阀控制信号39，燃气旁通阀40，燃气控制阀41及燃气控制阀控制信号42工作，可实现气态燃料供应单元A，燃机控制单元及燃烧室工作。实施例二连接方式如图I所示，控制方法如图3所示。本实施方法中液态燃料供应单元B工作，实施过程中手动开关阀1，过滤器2，压力传感器3，压力检测信号4，电磁开关阀5，电磁开关阀控制信号6，齿轮泵7，齿轮泵转速控制信号8，安全阀9，放油阀10，放油阀控制信号11，压力检测信号12，压力传感器13，液态燃料副路控制信号14，液态燃料副路控制阀15，液态燃料主路控制信号16，液态燃料主路控制阀17，液态主燃料控制信号18，液态主燃料阀19，燃机控制器20及燃烧室21工作，可实现液态燃料供应单元B，燃机控制单元及燃烧室工作。实施例三连接方式如图I所示，控制方法如图2、3所示。本实施方法中气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B共同工作，实施过程中手动开关阀1，过滤器2，压力传感器3，压力检测信号4,电磁开关阀5,电磁开关阀控制信号6,齿轮泵7,齿轮泵转速控制信号8,安全阀9，放油阀10，放油阀控制信号11，压力检测信号12，压力传感器13，液态燃料副路控制信号14，液态燃料副路控制阀15，液态燃料主路控制信号16，液态燃料主路控制阀17，液态主燃料控制信号18，液态主燃料阀19，燃机控制器20，燃烧室21，手动开关阀22，过滤器23，压力调节阀24，压力检测信号25，压力传感器26，电磁开关控制信号27，电磁开关阀28，螺杆压缩泵29，螺杆压缩泵控制信号30，单向阀31，稳压阀32，排气控制信号33，排气控制阀34，压力信号35，压力传感器36，气态主燃料阀控制信号37，气态主燃料阀38，燃气旁通阀控制信号39，燃气旁通阀40，燃气控制阀41及燃气控制阀控制信号42工作，可实现气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B切换，燃机控制单元及燃烧室工作。实施例四连接方式如图I所示，控制方法如图4所示。本实施方法中气态燃料供应单元A向液态燃料供应单元B切换工作，实施过程中手动开关阀1，过滤器2，压力传感器3，压力检测信号4,电磁开关阀5,电磁开关阀控制信号6,齿轮泵7,齿轮泵转速控制信号8,安全阀9，放油阀10，放油阀控制信号11，压力检测信号12，压力传感器13，液态燃料副路控制信号14，液态燃料副路控制阀15，液态燃料主路控制信号16，液态燃料主路控制阀17，液态主燃料控制信号18，液态主燃料阀19，燃机控制器20，燃烧室21，手动开关阀22，过滤器23，压力调节阀24，压力检测信号25，压力传感器26，电磁开关控制信号27，电磁开关阀28，螺杆压缩泵29，螺杆压缩泵控制信号30，单向阀31，稳压阀32，排气控制信号33，排气控制阀34，压力信号35，压力传感器36，气态主燃料阀控制信号37，气态主燃料阀38，燃气旁通阀控制信号39，燃气旁通阀40，燃气控制阀41及燃气控制阀控制信号42工作，可实现气态燃料供应单元A向液态燃料供应单元B切换，燃机控制单元及燃烧室工作。实施例五连接方式如图I所示，控制方法如图4所示。本实施方法中气态燃料供应单元B向液态燃料供应单元A切换工作，实施过程中手动开关阀I，过滤器2，压力传感器3，压力检测信号4，电磁开关阀5，电磁开关阀控制信号6，齿轮泵7，齿轮泵转速控制信号8，安全阀9，放油阀10，放油阀控制信号11，压力检测信号12，压力传感器13，液态燃料副路控制信号14，液态燃料副路控制阀15，液态燃料主路控制信号16，液态燃料主路控制阀17，液态主燃料控制信号18，液态主燃料阀19，燃机控制器20，燃烧室21，22是手动开关阀，过滤器23，压力调节阀24，压力检测信号25，压力传感器26，电磁开关控制信号27，电磁开关阀28，螺杆压缩泵29，螺杆压缩泵控制信号30，单向阀31，稳压阀32，排气控制信号33，排气控制阀34，压力信号35，压力传感器36，气态主燃料阀控制信号37，气态主燃料阀38，燃气旁通阀控制信号39，燃气旁通阀40，燃气控制阀41及燃气控制阀控制信号42工作，可实现气态燃料供应单元B向液态燃料供应单元A切换，燃机控制单元及燃烧室工作。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置，包括气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B及燃机控制单元，其特征在于 所述气态燃料供应单元A，为燃气轮机供应气态燃料，包括手动开关阀I (22)、过滤器I(23)、压力调节阀(24)、压力传感器I (26)、电磁开关阀I (28)、带变频电机的螺杆压缩泵(29)、单向阀(31)、稳压阀(32)、排气控制阀(34)、压力传感器II (36)、主燃气控制阀(38)、主气路控制阀(41)及燃气旁通阀(40)，其中，手动开关阀I (22)、过滤器I (23)、压力调节阀(24)、电磁开关阀I (28)、带变频电机的螺杆压缩泵(29)、稳压阀(32)、主燃气控制阀(38)通过气体管路依次连接，主燃气控制阀(38)的出口同并联的主气路控制阀(41)和燃气旁通阀(40)的进口分别连接，主气路控制阀(41)和燃气旁通阀(40)的出口通过管路同燃烧室(21)连通；稳压阀(32)进口侧和螺杆压缩泵(29)的出口侧之间的旁通管路上设置指向螺杆压缩泵(29)的单向阀(31);稳压阀(32)的出口侧还通过另一管路连接排气控制阀(34)的进口，排气控制阀(34)的出口通大气；压力调节阀(24)和电磁开关阀I (28)之间的管路上设置压力传感器I (26)，稳压阀(32)和主燃气控制阀(38)之间的管路上设 置压力传感器II (36); 所述液态燃料供应单元B，为燃气轮机供应液态燃料，包括手动开关阀II (I)、过滤器II(2)、压力传感器111(3)、电磁开关阀II (5)、带变频电机的齿轮泵(7)、安全阀(9)、放油阀(10)、主燃油控制阀(19)、主油路控制阀(17)及副油路控制阀(15)，其中，手动开关阀II(I)、过滤器II (2)、电磁开关阀II (5)、带变频电机的齿轮泵(7)、主燃油控制阀(19)通过液体管路依次连接，主燃油控制阀(19)的出口同并联的主油路控制阀(17)和副油路控制阀(15)的进口分别连接，主油路控制阀(17)和副油路控制阀(15)的出口通过管路同燃烧室(21)连通；齿轮泵(7)的进口和出口之间通过一设置有安全阀(9)的管路连通；齿轮泵(7)的出口侧还通过另一管路连接放油阀(10)的进口，放油阀(10)的出口通油箱；过滤器II (2)、电磁开关阀II (5)之间的管路上设置压力传感器111(3)，齿轮泵(7)和主燃油控制阀(19)之间的管路上设置压力传感器IV(13)； 压力传感器I (26)、压力传感器II (36)、压力传感器111(3)、压力传感器IV(13)通过控制线路连接燃机控制单元， 所述燃机控制单元，控制上述气态燃料供应单元A、液态燃料供应单元B共同协调工作。
2.根据权利要求I所述的燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置，其特征在于所述燃机控制单元还通过控制线路连接液态燃料供应单元B中的电磁开关阀II (5)、带变频电机的齿轮泵(7)、放油阀(10)、主燃油控制阀(19)、主油路控制阀(17)及副油路控制阀(15)，以及气态燃料供应单元A中的电磁开关阀I (28)、带变频电机的螺杆压缩泵(29)、排气控制阀(34)、主燃气控制阀(38)、主气路控制阀(41)及燃气旁通阀(40)。
3.一种新型燃料灵活混用及切换的燃气轮机控制方法，利用权利要求1-2任一项所述的燃料灵活混用及切换的燃气轮机燃料供应装置，其包括气态燃料供应控制步骤、液态燃料供应控制步骤、气液态燃料共同供应控制步骤、气液燃料切换控制步骤及液气燃料切换控制步骤，其特征在于 所述气态燃料供应控制步骤，气态燃料经压力调节阀(24)调压后，通过控制指令打开电磁开关阀I (28)，调节螺杆压缩泵(29)的电机频率实现燃料定量供应，定量燃料送到主燃气控制阀(38 )，燃机控制单元首先启动主燃气控制阀(38 )及燃气旁通阀(40 )工作，同时点火，点燃后燃机控制单元关闭燃气旁通阀(40)气路，由主气路控制阀(41)供气； 所述液态燃料供应控制步骤，液态燃料通过燃机控制单元打开电磁开关阀II (5)，调节齿轮泵(7)的电机频率实现燃料定量供应，燃料压力过高，燃机控制单元会自动打开安全阀(9)流回泵前，其余燃料送到主燃油控制阀(19)，燃机控制单元首先启动主燃油控制阀(19)和副油路控制阀(15)工作，同时点火，点燃后燃机控制单元关闭副油路控制阀(15)油路，由主油路控制阀(17)供油； 所述气液态燃料共同供应控制步骤，燃机控制单元通过调节螺杆压缩泵(29 )的电机和齿轮泵(7)的电机，控制气态燃料和液态燃料流量比例，可实现气液燃料在燃烧室(21)共同燃烧； 所述气液燃料切换控制步骤，其当正在燃烧的气态燃料收到燃机控制单元燃料切换指令后，燃机控制单元迅速计算燃机该工作状态下所需燃料量，启动逐渐关闭气态燃料指令，并通过改变气态燃料供应单元A管道中螺杆压缩泵(29)的电机工作频率，逐渐减少燃料供应量，同时启动液态燃料工作指令，并点燃该燃料，通过改变液态燃料供应单元B管道中齿·轮泵(7)的电机工作频率，增加液态燃料供应量，在气态燃料与液态燃料同时燃烧期间，燃机控制单元保持两燃料燃烧后的热值总和满足燃气轮机正常工作需要，且液态燃料量达到燃机正常需要值，迅速关闭气态燃料通道；同样液气燃料切换控制步骤正好反之。
全文摘要
本发明为解决现有燃气轮机燃料供应装置对环境条件适应性差的问题，公开了一种能为燃气轮机提供气液态和不同热值燃料的供应装置及控制方法，该装置及方法尤其适用于气液燃料混用或燃料种类更换频繁的燃气轮机中。其特征为装置包括燃料供应单元A、燃料供应单元B、燃机控制单元及燃烧室等机构，其中单元A为气态燃料供应机构，单元B为液态燃料供应机构，通过控制系统可实现燃料供应单元A或B或A、B同时工作，可为燃机提供气态或液态或同时气液态燃料，从而达到增强燃机适应环境能力。发明中装置同时采用气态供应单元和液态供应单元的装置结构形式及上述供应单元单独或混合工作方式提高了燃机对环境适应和灵活性，因此具有广泛应用价值。
文档编号F02C9/40GK102926874SQ20121044150
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者谭春青, 曾德堂, 袁怡祥, 张永军, 张华良, 高庆, 陈海生 申请人:中国科学院工程热物理研究所