[發明專利]一種天然氣壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環控制系統

在審

• 申請號: 201910823230.0
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110735677A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 張蘭勇;劉雷;劉勝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F01D15/10;F02C6/00;F02C6/18;F04B35/04
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本發明屬于自動控制領域，尤其涉及一種天然氣壓氣站燃氣輪機?蒸汽輪機聯合循環控制系統。一種天然氣壓氣站燃氣輪機?蒸汽輪機聯合循環控制系統，將壓氣站其中一臺燃氣輪機改造為燃氣?蒸汽聯合循環發電，通過利用燃氣輪機產生廢氣的余熱通過余熱鍋爐再帶動汽輪機，將壓氣站改造成一個小型的孤網電站，再通過電動機驅動2臺壓縮機。本發明壓氣站通過電力驅動壓縮機為天然氣管道加壓，充分發揮了“電力拖動”靈活、高效、方便的特點，不僅提高了單臺燃機的效率，同時減少了一臺燃氣輪機使用，提高了壓氣站燃料的整體效率。

技術領域

本發明屬于自動控制領域，尤其涉及一種天然氣壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環控制系統。

背景技術

在我國西氣東輸工程的能源項目的背景下，針對天然氣運輸過程的一些問題進行解決。在輸氣的過程中，由于輸氣距離較長，管道阻力導致天然氣的輸送壓力損失明顯，因此輸氣管道沿線建立壓氣站為管道補充壓力，但壓氣站由于在一些偏遠地區缺少電網的覆蓋，而且采用燃氣輪機通過齒輪箱機械拖動壓縮機為天然氣運輸提供動力，這樣的整體效率較低。為此結合自動控制技術和計算機技術，設計天然氣壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環控制系統，提升壓氣站的運行效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種力圖解決現有壓氣站工作效率較低，提高天然氣壓氣站運行效率，并解決負荷突變問題的天然氣壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環控制系統。

本發明的目的是這樣實現的：

一種天然氣壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環控制系統，將壓氣站其中一臺燃氣輪機改造為燃氣-蒸汽聯合循環發電，通過利用燃氣輪機產生廢氣的余熱通過余熱鍋爐再帶動汽輪機，將壓氣站改造成一個小型的孤網電站，再通過電動機驅動2臺壓縮機。

壓氣站將2臺燃氣輪機進氣與排氣口并聯，進氣母管前增加進氣冷卻系統，排氣母管之后增加一臺余熱鍋爐和一臺汽輪機。余熱鍋爐利用燃氣輪機高溫排氣中的熱量為蒸汽輪機提供過熱蒸汽；燃氣輪機與蒸汽輪機分別拖動2臺發電機，將二者轉子轉動的機械能轉化為電能輸送給獨立運行的壓氣站小型電網；為壓縮機配置適合的電動機，將電能再轉化為機械能并以此拖動壓縮機為天然氣管道加壓。

壓氣站循環聯合動力主要的負載時壓縮機，單臺壓縮機額定功率達到電站額定發電容量的45％，其他負荷如水泵閥門等電動設備、進氣冷卻系統、控制系統、日常生活用電等的總和約為3.6MW，峰值時將達到5.8MW，考慮到某些通電設備并不是連續工作的，因此其他通電設備的平均運行負載為4MW，約占到總容量的10％。

本發明的有益效果在于：

首先，提出了利用燃氣-蒸汽聯合循環原理對壓氣站燃氣輪機進行改造的技術方案。技術方案將壓氣站改造成為獨立運行的燃氣-蒸汽聯合循環電站，在原有設備的基礎上，增加余熱鍋爐、蒸汽輪機、發電機、電動機以及輔助設備，并且根據設備選型的原則確定了主要設備的技術參數。壓氣站通過電力驅動壓縮機為天然氣管道加壓，充分發揮了“電力拖動”靈活、高效、方便的特點，不僅提高了單臺燃機的效率，同時減少了一臺燃氣輪機使用，提高了壓氣站燃料的整體效率。

其次，基于模塊化建模思想，研究分析了聯合循環各主要部件的結構、原理及運行特性，建立了燃氣輪機、余熱鍋爐及蒸汽輪機的熱力學模型，通過各模塊間重要參數的相互聯系，在MATLAB/Simulink平臺上建立了聯合循環的熱力學模型，并通過與同型燃機實際運行數據的對比，對模型加以驗證。

最后，針對壓氣站負荷變化量大、變化頻繁、變化可預知不可控的特點，提出了基于負載運行狀態監測及負荷變化量預測的燃機-汽機協同負荷分配控制策略，提高聯合循環控制系統應對大負荷沖擊時的調節能力。

附圖說明

圖1為本發明實施例的壓氣站燃氣輪機-蒸汽輪機改造的方案；

圖2為本發明實施例的壓氣站聯合循環動力配置圖；