[发明专利]一种改进的燃气轮机排气温度控制方法

说明书

本发明公开了一种改进的燃气轮机排气温度控制方法，包括以下步骤：S1、根据透平中的燃气温降，按照气体膨胀公式给出透平进口温度和排气温度的非线性关系式；S2、根据透平通用特性曲线得到实时的透平效率，将实时的透平效率代入S1的非线性函数关系式获得最终的排气温度设定值；S3、判断机组IGV角度是否全开，若机组IGV未全部打开，则根据S2的排气温度设定值采用比例积分微分控制器实现排气温度的无差控制；S4、在机组IGV全部打开后，采用透平冷却方法对透平效率进行修正，获得最终的排气温度设定值；S5、根据S4的排气温度设定值采用比例积分微分控制器实现排气温度的无差控制。

技术领域

本发明涉及燃机轮机控制技术领域，更具体涉及一种改进的燃气轮机排气温度控制方法。

背景技术

燃气轮机联合循环，主要由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三部分构成。燃料(油或天然气)在燃烧室中燃烧产生高温高压燃气，进入燃气轮机透平膨胀做功发电，再将燃气轮机排出的气体引入锅炉(余热锅炉)，作为锅炉的热源，利用锅炉产生的蒸汽进入蒸汽轮机再发电。由此可以构成燃气轮机和蒸汽轮机协同作为动力的联合循环发电系统。

为了提高联合循环机组的发电效率，提高燃气轮机的排气温度是最有效的办法。要提高排气温度，就必须提高燃气轮机的透平进口温度，但是燃气轮机的叶轮和叶片在高温、高速下工作，随着温度的升高，这些受热零部件的材料强度会显著降低，超温会使燃气轮机受热部件寿命大大降低，腐蚀程度加重，严重的还会引起叶片断裂等恶性事故。所以燃气轮机在运行中要确保轮机进气温度不超过各受热部件的热应力承受上限，则需对轮机进气和排气温度进行适当控制，使之保持在许可范围内。

由于透平进口温度很高且燃烧室出口处燃气的温度场很不均匀，有时差值最高达到100℃以上，难以测量燃气的平均温度，加上燃烧器出口处的速度场也不均匀，想测得温度场就必须测量速度场，工程运用比较困难，故一般采用间接的方法对燃气轮机透平处温度进行控制。

现有技术中采用近似的线性关系进行燃气轮机排气温度的控制，由于实际透平进口温度和燃气轮机排气温度是非线性的关系，故现在的控制方法精确度有待提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何根据真实的还原透平进口温度与排气温度的热力学关系采用非线性的方法对其燃气轮机进行精确的温度控制。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种改进的燃气轮机排气温度控制方法，包括以下步骤：

S1、根据透平中的燃气温降，按照气体膨胀公式给出透平进口温度和排气温度的非线性关系式；

S2、根据透平通用特性曲线计算实时的透平效率；

S3、将S2获得的实时透平效率代入S1的非线性关系式中，获得排气温度设定值，根据排气温度设定值采用比例积分微分控制器实现排气温度的无差控制。

进一步地，所述S1中根据透平热力学特性获得非线性关系式的具体过程为：

在额定负荷时，所述燃气温降ΔT_(3-4)0按气体膨胀公式为：

经过简单变换后得到：

式中：为额定负荷时的透平前燃气温度，K；为额定负荷时的燃机排气温度，K；为额定负荷时的透平的膨胀比；为额定负荷的透平效率；r为膨胀过程中燃气的平均绝热指数。

进一步地，所述S2中根据透平通用特性曲线计算实时的透平效率的具体过程为：

根据不同机组不同工况的透平通用特性曲线：