一种壳体冷却供气系统及方法
阅读说明：本技术 一种壳体冷却供气系统及方法 (Shell cooling air supply system and method ) 是由 陆培宇 黄元平 朱啟明 黄晓熙 于 2021-03-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种壳体冷却供气系统及方法,系统包括依次连接的燃气轮机压气机(4)、燃气轮机燃烧室(5)和燃气轮机透平(6),以及燃气轮机初过滤器(1)、燃气轮机精过滤器(2)、燃气轮机进气道(3)、控制阀组、冷却用鼓风机(8)和PLC控制器；燃气轮机初过滤器(1)和燃气轮机精过滤器(2)连接；燃气轮机精过滤器(2)通过燃气轮机进气道(3)与燃气轮机压气机(4)连通；冷却用鼓风机(8)入口与燃气轮机进气道(3)连接,冷却用鼓风机(8)出口分别与燃气轮机燃烧室(5)和燃气轮机透平(6)连接；PLC控制器与控制阀组连接。本发明能够保证供热燃气轮机的冷却空气清洁程度,并尽可能减少建设成本和运行成本。(The invention discloses a shell cooling air supply system and a shell cooling air supply method, wherein the system comprises a gas turbine compressor (4), a gas turbine combustion chamber (5) and a gas turbine (6), a gas turbine primary filter (1), a gas turbine fine filter (2), a gas turbine air inlet (3), a control valve group, a cooling air blower (8) and a PLC (programmable logic controller) which are sequentially connected; the gas turbine primary filter (1) is connected with the gas turbine fine filter (2); the gas turbine fine filter (2) is communicated with a gas compressor (4) of the gas turbine through a gas turbine inlet channel (3); the inlet of a cooling blower (8) is connected with the gas turbine inlet channel (3), and the outlet of the cooling blower (8) is respectively connected with a gas turbine combustion chamber (5) and a gas turbine (6); the PLC controller is connected with the control valve group. The invention can ensure the cleanness degree of the cooling air of the heat supply gas turbine and reduce the construction cost and the operation cost as much as possible.)
技术领域
本发明涉及燃气轮机供气冷却技术领域，尤其涉及一种壳体冷却供气系统及方法。
背景技术
随着燃气轮机技术的发展以及对能源利用效率要求的提高和能源结构调整需要，以电力、石化为主的能源消耗企业纷纷开始使用燃气轮机作为动力源。燃气轮机工作时燃烧器及燃气透平初段的温度可达1600℃，在燃气轮机停运时，燃烧室和透平室的热量上移，在腔室内形成上高下低的不均匀温度场，从而使燃气轮机缸体发生“猫拱背”式变形，使燃气轮机内部动、静部分间隙减小，严重时可能发生动静碰磨，危害机组安全。为了减少燃气轮机停运后“猫拱背”的程度，机组停运后向燃烧室通入冷却空气，冷却燃气轮机上部腔室。由于燃气轮机燃烧器及透平叶片设置有热障涂层及大量冷却小孔，若通入的冷却空气品质不高，则很有可能污染热障涂层及堵塞冷却小孔，使高温部件过热损坏。若采用仪用压缩空气作为气源，压缩空气供气压力远高于冷却所需的压力，造成不必要的浪费。因此，需要一种壳体冷却供气系统，能够向停运后的燃气轮机高温腔室内通入足量、洁净的冷却空气，以防止“猫拱背”影响机组安全。
如申请号为CN202020126255.3的专利公开了一种燃气轮机进气冷却系统和燃气轮机，燃气轮机进气冷却系统包括冷源、储能模块和控制模块，所述储能模块的一部分与所述冷源连通用于储存所述冷源的冷量，所述储能模块的另一部分适于与燃气轮机的空气进口连通用于冷却燃气轮机的进气，所述控制模块控制所述储能模块储存所述冷源的冷量和冷却燃气轮机的进气。其技术方案中的燃气轮机进气冷却系统虽然具有电耗低、系统简单以及运维成本低的特点，但是其技术方案并不能解决冷却空气品质不高的问题，也不能防止“猫拱背”现象对机组的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种壳体冷却供气系统及方法，能够向停运后的燃气轮机高温腔室内通入足量、洁净的冷却空气的前提下，尽可能减少建设成本和运行成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种壳体冷却供气系统，包括燃气轮机初过滤器、燃气轮机精过滤器、燃气轮机进气道、燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机透平、控制阀组、冷却用鼓风机和PLC控制器；所述燃气轮机初过滤器和燃气轮机精过滤器连接；所述燃气轮机精过滤器通过燃气轮机进气道与燃气轮机压气机连通；所述燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机透平依次连接；所述冷却用鼓风机的入口与燃气轮机进气道连接，所述冷却用鼓风机的出口分别与燃气轮机燃烧室和燃气轮机透平连接；所述PLC控制器与控制阀组连接。
具体的，控制阀组包括进气控制阀、出气控制阀、燃烧室隔离阀、透平隔离阀和吹扫阀；进气控制阀设置于冷却用鼓风机的入口处；出气控制阀设置于冷却用鼓风机的出口处；燃烧室隔离阀设置于燃气轮机燃烧室与冷却用鼓风机之间的冷却风管上；透平隔离阀的出口设置于燃气轮机透平与冷却用鼓风机之间的冷却风管上；吹扫阀的入口侧与出气控制阀连接；PLC控制器分别与进气控制阀、出气控制阀、燃烧室隔离阀、透平隔离阀和吹扫阀电连接。
具体的，进气控制阀、出气控制阀、燃烧室隔离阀和透平隔离阀均为气动和电动阀门。
具体的，燃气轮机上设有第一温度传感器和转速传感器；第一温度传感器用于采集燃气轮机运行时高温腔室上下壁的温差；转速传感器用于采集燃气轮机的转速；所述PLC控制器分别与第一温度传感器、转速传感器连接。
具体的，燃气轮机燃烧室的内部设有第二温度传感器，用于采集燃气轮机燃烧室内部的温度，第二温度传感器与PLC控制器连接。
具体的，燃气轮机透平的内部设有第三温度传感器，用于采集透平缸的上下壁温差，第三温度传感器与PLC控制器连接。
一种壳体冷却供气方法，包括以下步骤：
步骤1：燃气轮机停运后，传感器设备分别采集的燃气轮机熄火状态、监测燃气轮机转速和燃气轮机高温腔室上下壁温差并送往PLC控制器进行分析判断；
步骤2：PLC控制器根据采集数据进行分析，若分析后的采集数据达到预设的冷却阈值，则PLC控制器向出气控制阀和吹扫阀发送开阀指令，并在启动冷却用鼓风机后向进气控制阀发送开阀指令，打开进气控制阀；
步骤3：压力传感器实时采集冷却风管内的供气压力值并上传至PLC控制器进行分析，PLC控制器在供气压力值达到预设的稳压条件后，控制打开燃烧室隔离阀、透平隔离阀，并关闭吹扫阀；
步骤4：PLC控制器利用传感器设备采集监测燃烧室温度以及燃气轮机透平的上下壁温差，并将采集的温度数据与预设调整条件进行比较，并根据比较结果调节燃烧室隔离阀和透平隔离阀的开启和关闭来调节燃气轮机的高温腔室温度。
本发明的有益效果：
1.冷却风经过可靠的过滤，滤芯与燃气轮机共用，完全满足燃气轮机对冷却空气供气的清洁度要求，同时省去额外过滤器外壳及过滤器的采购成本。
2.冷却空气设置吹扫模式，进一步保证供热燃气轮机的冷却空气清洁程度。
3.冷却风基本不设置节流过程，无节流损失，保证供气量的同时减少能量损失。
4.各控制阀、冷却风机均为自动装置，由控制器判断投退需要自动控制，不需人工持续监视。
5.设置保护功能，防止运行中的高温烟气进入冷却风道。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
其中，1-燃气轮机初过滤器、2-燃气轮机精过滤器、3-燃气轮机进气道、4-燃气轮机压气机、5-燃气轮机燃烧室、6-燃气轮机透平、7-进气控制阀、8-冷却用鼓风机、9-出气控制阀、10-燃烧室隔离阀、11-透平隔离阀、12-吹扫阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1所示，一种壳体冷却供气系统，包括燃气轮机初过滤器1、燃气轮机精过滤器2、燃气轮机进气道3、燃气轮机压气机4、燃气轮机燃烧室5、燃气轮机透平6、控制阀组、冷却用鼓风机8和PLC控制器；所述燃气轮机初过滤器1和燃气轮机精过滤器2连接；所述燃气轮机精过滤器2通过燃气轮机进气道3与燃气轮机压气机4连通；所述燃气轮机压气机4、燃气轮机燃烧室5、燃气轮机透平6依次连接；所述冷却用鼓风机8的入口与燃气轮机进气道3连接，所述冷却用鼓风机8的出口分别与燃气轮机燃烧室5和燃气轮机透平6连接；所述PLC控制器与控制阀组连接。
具体的，控制阀组都设置有防误开保护功能，当燃气轮机运行时，无法打开。控制阀组包括进气控制阀7、出气控制阀9、燃烧室隔离阀10、透平隔离阀11和吹扫阀12；进气控制阀7设置于冷却用鼓风机8的入口处；出气控制阀9设置于冷却用鼓风机8的出口处；燃烧室隔离阀10设置于燃气轮机燃烧室5与冷却用鼓风机8之间的冷却风管上；透平隔离阀11的出口设置于燃气轮机透平6与冷却用鼓风机8之间的冷却风管上；吹扫阀12的入口侧与出气控制阀9连接；PLC控制器分别与进气控制阀7、出气控制阀9、燃烧室隔离阀10、透平隔离阀11和吹扫阀12电连接。本发明在冷却风管设置有压力传感器，可采集冷却风管中供气压力，压力传感器与PLC控制器连接。
具体的，进气控制阀7、出气控制阀9、燃烧室隔离阀10和透平隔离阀11均为气动和电动阀门。
具体的，燃气轮机上设有第一温度传感器和转速传感器；第一温度传感器用于采集燃气轮机运行时高温腔室上下壁的温差；转速传感器用于采集燃气轮机的转速；所述PLC控制器分别与第一温度传感器、转速传感器连接。
具体的，燃气轮机燃烧室5的内部设有第二温度传感器，用于采集燃气轮机燃烧室5内部的温度，第二温度传感器与PLC控制器连接。
具体的，燃气轮机透平6的内部设有第三温度传感器，用于采集透平缸的上下壁温差，第三温度传感器与PLC控制器连接。
本发明中，利用现有的燃气轮机控制系统来采集燃气轮机的熄火状态，并将采集燃气轮机的熄火状态信息发送至PLC控制器。在燃气轮机停运后，PLC控制器判定燃气轮机需要投入冷却空气系统，控制器控制进气阀门打开，使得燃气轮机初过滤器1、燃气轮机精过滤器2、冷却用鼓风机8、燃气轮机高温腔室设备之间形成通路，空气经燃气轮机初过滤器1、燃气轮机精过滤器2后其清洁度已达到燃气轮机对空气清洁程度的需要，经冷却用鼓风机8驱动后鼓入燃气轮机高温腔室内。
当PLC控制器判定燃气轮机高温腔室内不需要进行冷却吹扫时，PLC控制器将冷却用鼓风机8停运，控制阀关闭，不需人为操作。
吹扫阀12可以在初次投运时将冷却风管进行吹扫，防止管道内残留的杂物进入燃气轮机。
本发明中，还提供一种壳体冷却供气方法，包括以下步骤：
步骤1：燃气轮机停运后，传感器设备分别采集的燃气轮机熄火状态、监测燃气轮机转速和燃气轮机高温腔室上下壁温差并送往PLC控制器进行分析判断；
步骤2：PLC控制器根据采集数据进行分析，若分析后的采集数据达到预设的冷却阈值，则PLC控制器向出气控制阀9和吹扫阀12发送开阀指令，并在启动冷却用鼓风机8后向进气控制阀7发送开阀指令，打开进气控制阀7；
步骤3：压力传感器实时采集冷却风管内的供气压力值并上传至PLC控制器进行分析，PLC控制器在供气压力值达到预设的稳压条件后，控制打开燃烧室隔离阀10、透平隔离阀11，并关闭吹扫阀12；
步骤4：PLC控制器利用传感器设备采集监测燃气轮机燃烧室5温度以及燃气轮机透平6的上下壁温差，并将采集的温度数据与预设调整条件进行比较，并根据比较结果调节燃烧室隔离阀10和透平隔离阀11的开启和关闭来调节燃气轮机的高温腔室温度，将温度控制在设备良好运行的范围内。
此外，本发明中壳体冷却供气方法中还包括壳体冷却供气系统的退出流程，流程包括如下步骤：
S21，PLC控制器判断燃气轮机启动或其高温腔室温度已经不需要再投入冷却空气；
S22，PLC控制器打开冷却空气吹扫阀12，并关闭冷却空气至燃烧室隔离阀10、冷却空气至透平隔离阀1111；
S23，PLC控制器在燃气轮机燃烧室5及燃气轮机透平6退出冷却模式时，停运冷却用鼓风机8，并关闭冷却用鼓风机进气控制阀7、冷却用鼓风机出气控制阀9、冷却空气吹扫阀12；
S24，PLC控制器在退出冷却系统后，自动闭锁各个控制阀门，防止阀门误开。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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