[发明专利]一种天然气压气站燃气轮机-蒸汽轮机联合循环控制系统

说明书

本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种天然气压气站燃气轮机‑蒸汽轮机联合循环控制系统。一种天然气压气站燃气轮机‑蒸汽轮机联合循环控制系统，将压气站其中一台燃气轮机改造为燃气‑蒸汽联合循环发电，通过利用燃气轮机产生废气的余热通过余热锅炉再带动汽轮机，将压气站改造成一个小型的孤网电站，再通过电动机驱动2台压缩机。本发明压气站通过电力驱动压缩机为天然气管道加压，充分发挥了“电力拖动”灵活、高效、方便的特点，不仅提高了单台燃机的效率，同时减少了一台燃气轮机使用，提高了压气站燃料的整体效率。

技术领域

本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种天然气压气站燃气轮机-蒸汽轮机联合循环控制系统。

背景技术

在我国西气东输工程的能源项目的背景下，针对天然气运输过程的一些问题进行解决。在输气的过程中，由于输气距离较长，管道阻力导致天然气的输送压力损失明显，因此输气管道沿线建立压气站为管道补充压力，但压气站由于在一些偏远地区缺少电网的覆盖，而且采用燃气轮机通过齿轮箱机械拖动压缩机为天然气运输提供动力，这样的整体效率较低。为此结合自动控制技术和计算机技术，设计天然气压气站燃气轮机-蒸汽轮机联合循环控制系统，提升压气站的运行效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种力图解决现有压气站工作效率较低，提高天然气压气站运行效率，并解决负荷突变问题的天然气压气站燃气轮机-蒸汽轮机联合循环控制系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种天然气压气站燃气轮机-蒸汽轮机联合循环控制系统，将压气站其中一台燃气轮机改造为燃气-蒸汽联合循环发电，通过利用燃气轮机产生废气的余热通过余热锅炉再带动汽轮机，将压气站改造成一个小型的孤网电站，再通过电动机驱动2台压缩机。

压气站将2台燃气轮机进气与排气口并联，进气母管前增加进气冷却系统，排气母管之后增加一台余热锅炉和一台汽轮机。余热锅炉利用燃气轮机高温排气中的热量为蒸汽轮机提供过热蒸汽；燃气轮机与蒸汽轮机分别拖动2台发电机，将二者转子转动的机械能转化为电能输送给独立运行的压气站小型电网；为压缩机配置适合的电动机，将电能再转化为机械能并以此拖动压缩机为天然气管道加压。

压气站循环联合动力主要的负载时压缩机，单台压缩机额定功率达到电站额定发电容量的45％，其他负荷如水泵阀门等电动设备、进气冷却系统、控制系统、日常生活用电等的总和约为3.6MW，峰值时将达到5.8MW，考虑到某些通电设备并不是连续工作的，因此其他通电设备的平均运行负载为4MW，约占到总容量的10％。

本发明的有益效果在于：

首先，提出了利用燃气-蒸汽联合循环原理对压气站燃气轮机进行改造的技术方案。技术方案将压气站改造成为独立运行的燃气-蒸汽联合循环电站，在原有设备的基础上，增加余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、电动机以及辅助设备，并且根据设备选型的原则确定了主要设备的技术参数。压气站通过电力驱动压缩机为天然气管道加压，充分发挥了“电力拖动”灵活、高效、方便的特点，不仅提高了单台燃机的效率，同时减少了一台燃气轮机使用，提高了压气站燃料的整体效率。

其次，基于模块化建模思想，研究分析了联合循环各主要部件的结构、原理及运行特性，建立了燃气轮机、余热锅炉及蒸汽轮机的热力学模型，通过各模块间重要参数的相互联系，在MATLAB/Simulink平台上建立了联合循环的热力学模型，并通过与同型燃机实际运行数据的对比，对模型加以验证。

最后，针对压气站负荷变化量大、变化频繁、变化可预知不可控的特点，提出了基于负载运行状态监测及负荷变化量预测的燃机-汽机协同负荷分配控制策略，提高联合循环控制系统应对大负荷冲击时的调节能力。

附图说明

图1为本发明实施例的压气站燃气轮机-蒸汽轮机改造的方案；

图2为本发明实施例的压气站联合循环动力配置图；