一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统及运行方法与流程

1.本发明属于燃气-蒸汽联合循环机组技术领域，特别涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统及运行方法。


背景技术：

2.近年来随着燃气轮机技术的飞速发展，以及国家对环保问题的日趋重视，燃气-蒸汽联合循环机组的投产数量不断增长。因为燃气-蒸汽联合循环机组具有发电效率高、排放污染物少、运行特性灵活的特点，其已成为电力行业的发展趋势。
3.由于天然气进入燃机燃烧室前需要进行加热，否则会影响联合循环机组的热效率。现有的燃气-蒸汽联合循环机组一般在天然气调压站系统和前置模块系统中均会设置加热设备，其中调压站系统中普遍采用水浴炉加热天然气，前置模块系统中性能加热器普遍利用余热锅炉的高温给水加热天然气。但是水浴炉的运行需要消耗天然气，会提高联合循环机组的运行成本；而性能加热器在燃气轮机启动前没有高温热源，无法加热天然气。所以有必要对联合循环机组的天然气加热系统进行改进和优化。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统及运行方法，减少一次能源的消耗，提高机组的运行效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统，包括太阳能光伏发电系统、调压站系统、电加热器、性能加热器系统、燃气轮机系统和余热锅炉；
7.其中，燃气轮机系统包括压气机、燃烧室和燃气透平，压气机与燃烧室相连，调压站系统与电加热器相连，电加热器与性能加热器系统相连，性能加热器系统与燃烧室相连，燃烧室经燃气透平与余热锅炉相连；
8.电加热器和调压站系统均与太阳能光伏发电系统相连。
9.本发明进一步的改进在于，调压站系统包括相连的过滤装置、加热器和调压装置，加热器与太阳能光伏发电系统相连，调压装置与电加热器相连。
10.本发明进一步的改进在于，加热器上设置有加热器进口阀和加热器出口阀，加热器两端设置有旁路，旁路上设置有加热器旁路电动阀，加热器的天然气侧出口设置有第一温度测点t1。
11.本发明进一步的改进在于，性能加热器系统包括第一性能加热器和第二性能加热器，电加热器与第一性能加热器相连，第一性能加热器和第二性能加热器相连，第二性能加热器与余热锅炉相连。
12.本发明进一步的改进在于，第二性能加热器热侧入口设置有性能加热器热侧进口调节阀，第一性能加热器热侧出口设置有热侧出口调节阀，第一性能加热器天然气侧入口设置有性能加热器进口阀，第二性能加热器天然气侧出口设置有性能加热器出口阀，性能
加热器出口阀一侧设置有第三温度测点t3，第一性能加热器的天然气侧入口经旁路与第二性能加热器的天然气侧入口相连，旁路上设置有性能加热器旁路阀。
13.本发明进一步的改进在于，太阳能光伏发电系统包括光伏发电组件、集热器和蓄电池组，光伏发电组件与集热器、电加热器和蓄电池组均相连。
14.本发明进一步的改进在于，集热器冷侧入口连接有凝结水管路，凝结水管路上设置有进水电动阀，集热器冷侧出口分为两路，一路与加热器相连，另一路与余热锅炉凝结水管路相连。
15.本发明进一步的改进在于，加热器还连接有凝汽器；集热器冷侧出口与加热器之间管路上设置有集热器至加热器电动阀，余热锅炉凝结水管路上均设置有集热器至凝结水管路电动阀。
16.本发明进一步的改进在于，电加热器上设置有电加热器进口阀和电加热器出口阀，电加热器两端设置有旁路，旁路上设有电加热器旁路电动阀，电加热器出口处设置有第二温度测点t2。
17.一种如上所述的燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统的运行方法，包括以下步骤：
18.当白天燃气-蒸汽联合循环机组启动时，若加热器的天然气侧出口天然气温度值低于预设值，则利用在集热器中吸收热量的高温凝结水加热天然气；若加热器的天然气侧出口天然气温度值处于正常工作范围，则天然气经加热器旁路电动阀进入调压装置；若电加热器出口处的天然气温度值高于预设值，则降低电加热器加热功率，天然气经性能加热器旁路阀进入燃烧室；
19.当燃气-蒸汽联合循环机组启动完成后正常运行时，关闭性能加热器旁路阀，通过调整热侧进口调节阀的开度，控制第二性能加热器热源水的进水流量，使第二性能加热器天然气侧出口处天然气温度值处于预设值范围内；
20.当夜间燃气-蒸汽联合循环机组启动或正常运行时，关闭集热器至加热器电动阀，若蓄电池组有电能存储，则蓄电池组为电加热器供电；若蓄电池组没有电能，则天然气经电加热器旁路阀进入性能加热器系统。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
22.本发明提供了一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统，通过在性能加热器系统前增设电加热器，采用太阳能光伏发电为电加热器供电来加热天然气，降低性能加热器系统的热负荷，减少了余热锅炉高温给水的使用量。同时通过收集光伏组件发电时产生的热量，用来加热部分凝结水，将凝结水供给调压站系统中的加热器，减少一次能源的消耗；或将其直接输送至余热锅炉凝结水管路，提高凝结水温度，提高机组的热经济性和运行效率。
23.本发明针对当白天燃气-蒸汽联合循环机组启动时、当燃气-蒸汽联合循环机组启动完成后正常运行时以及当夜间燃气-蒸汽联合循环机组启动或正常运行时，不仅提供了系统的正常投运方法，而且提供了故障状态下系统的控制策略，在事故工况下保证整个机组稳定运行。整个系统控制方式灵活简单，易于操作。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图。
25.附图标记说明：
26.1为过滤装置，2为加热器，3为调压装置，4为电加热器，5为第一性能加热器，6为第二性能加热器，7为压气机，8为燃烧室，9为燃气透平，10为余热锅炉，11为光伏发电组件，12为集热器，13为蓄电池组，14为凝汽器，15为加热器进口阀，16为加热器出口阀，17为加热器旁路电动阀，18为电加热器进口阀，19为电加热器出口阀，20为电加热器旁路电动阀，21为性能加热器进口阀，22为性能加热器出口阀，23为性能加热器旁路阀，24为热侧进口调节阀，25为热侧出口调节阀，26为进水电动阀，27为集热器至加热器电动阀，28为集热器至凝结水管路电动阀，29为天然气，30为凝结水管路，31为余热锅炉凝结水管路。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
28.参见图1，本发明所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统，包括太阳能光伏发电系统、调压站系统、电加热器4、性能加热器系统、燃气轮机系统和余热锅炉10；
29.其中，燃气轮机系统包括压气机7、燃烧室8和燃气透平9，压气机7与燃烧室8相连，天然气29依次经过调压站系统、电加热器4、性能加热器系统后进入燃烧室8燃烧，燃烧后产生的高温烟气经燃气透平9进入余热锅炉10。
30.调压站系统包括过滤装置1、加热器2和调压装置3，加热器2上设置有加热器进口阀和加热器出口阀16，加热器2两端设置有旁路，旁路上设置有加热器旁路电动阀17，加热器2天然气侧出口设置有第一温度测点t1。
31.性能加热器系统包括第一性能加热器5和第二性能加热器6，第一性能加热器5和第二性能加热器6加热热源为余热锅炉中压省煤器出口的高温给水，第二性能加热器6热侧入口设置热侧进口调节阀24，第一性能加热器5热侧出口设置有热侧出口调节阀25，第一性能加热器5天然气侧入口设置有性能加热器进口阀21，第二性能加热器6天然气侧出口设置有性能加热器出口阀22，性能加热器出口阀22后设置第三温度测点t3，性能加热器系统设有大旁路，旁路上设置有旁路阀23。
32.余热锅炉中压省煤器出口高温给水依次经过第二性能加热器6、第一性能加热器5加热天然气，加热完天然气的给水去往余热锅炉凝结水管路31，保证余热锅炉供给水量保持相对稳定。
33.太阳能光伏发电系统包括光伏发电组件11、集热器12和蓄电池组13，光伏发电组件11与集热器12、电加热器4和蓄电池组13均相连，光伏发电组件11产生电能为电加热器4供电，蓄电池组13存储多余电能，存储的电能可用于厂区照明等小规模用电系统，由于大量太阳辐射能并未被光伏发电组件11转化为电能，而是以热能的形式耗散掉，所以通过集热器12收集光伏发电组件11工作时产生的热能，用来加热凝结水，集热器12冷侧入口连接有凝结水管路30，集热器12冷侧管路入口设置有进水电动阀26，冷侧出口分为两路，加热后的凝结水一路去往调压站系统的加热器2，集热器12与加热器2之间设置有集热器至加热器电动阀27，加热完天然气后凝结水去往凝汽器14，另一路去往余热锅炉凝结水管路31，集热器12与余热锅炉凝结水管路31之间设置有集热器至凝结水管路电动阀28。
34.电加热器4上设置有电加热器进口阀18和电加热器出口阀19，电加热器4设置有旁路，旁路上设有电加热器旁路电动阀20，电加热器4出口设置有第二温度测点t2。
35.本发明基于如上所述一种燃气-蒸汽联合循环机组燃气加热系统的运行方法，包括以下步骤：
36.(1)当白天联合循环机组准备启动时，太阳能光伏发电系统正常工作，此时密切关注温度测点t1、t2温度值。若t1温度值低于系统的预设值，则开启集热器至加热器电动阀27，关闭集热器至凝结水管路电动阀28和加热器旁路阀17，利用在集热器12中吸收热量的高温凝结水加热天然气，凝结水离开加热器2后去往凝汽器14，如果此时t1温度值仍低于系统的预设值，则启动加热器2以提高天然气29温度；若t1温度值处于正常工作范围(系统的预设值即正常工作范围，正常工作范围是一个区间，是温度最低值和最高值之间的区间温度。低于系统的预设值即低于温度最低值，高于系统的预设值即高于温度最高值。t1和t2温度的正常工作范围不同)，则关闭集热器至加热器电动阀27、加热器进口阀15和加热器出口阀16，开启集热器至凝结水管路电动阀28和加热器旁路阀17，天然气29通过旁路去往调压装置3，集热器12中的凝结水直接去往凝结水管路31。若t2温度值高于系统的预设值，则降低电加热器4加热功率，光伏发电产生的多余电能存储于蓄电池组13中。此过程中，性能加热器系统的性能加热器进口阀21和性能加热器出口阀22以及热侧进口调节阀24和热侧出口调节阀25均关闭，性能加热器旁路阀23开启，天然气29通过旁路去往燃烧室8。
37.当联合循环机组启动完成正常运行时，性能加热器系统投入运行，关闭旁路电动阀23，开启性能加热器系统天然气侧进、出口阀和热侧进、出口调节阀。此时密切关注温度测点t3的数值，通过调整第二性能加热器6热侧进口调节阀24的开度，控制性能加热器热源水的进水流量，保证t3温度值处于正常工作范围。
38.(2)当夜间联合循环机组准备启动或正常运行时，由于太阳能光伏发电系统无法工作，关闭集热器水侧进水电动阀26、集热器至加热器电动阀27和集热器至凝结水管路电动阀28，集热器12停止工作。若蓄电池组13有电能存储，则蓄电池组13为电加热器4供电；若蓄电池组13没有电能或有其它用途时，关闭电加热器进、出口阀，开启电加热器旁路阀20，天然气经旁路去往性能加热器系统。其余过程与机组白天的运行方法相同。
39.(3)当联合循环机组停运、太阳能光伏发电系统正常工作时，光伏发电系统产生的电能全部存储于蓄电池组13中，存储的电能可根据实际需要用于厂区照明等小规模用电系统。此时集热器12不工作，光伏组件产生的热量直接耗散至周围环境中。
40.(4)当太阳能光伏发电系统发生故障或处于检修状态时，开启电加热器旁路阀20，关闭集热器水侧进水电动阀26、集热器至加热器电动阀27、集热器至凝结水管路电动阀28和电加热器进、出口阀，完成对太阳能光伏发电系统的停运和隔离。此时联合循环机组按照正常操作规程运行。
41.本发明适用于燃气-蒸汽联合循环机组，但不仅限于这些机组。以上的所有描述阐述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书只是说明本发明的原理。本发明会根据实际设计施工过程中存在各种变化和改进，这些变化和改进均属于本发明要求保护的范围内。