基于IGV控制的先进燃气轮机联合循环运行优化核心思路

基于 IGV控制的先进燃气轮机联合循环
运行优化核心思路
摘要：本文主要简单介绍了燃气轮机的相关内容，阐述了分轴联合循环机组
布置的特点，探讨了基于IGV控制的先进燃气轮机联合循环运行优化，旨在加强
对先进燃气轮机的研究，充分发挥现代科学技术，改变传统的燃气轮机组运行方式，以提高燃气轮机组的运行效率，优化控制燃气轮机组，促进起联合循环效率
的提升。

关键词：IGV控制；先进燃气轮机组；联合循环运行；优化
近年来，随着科学技术的日新月异，燃气轮机关键技术也不断地创新，取得
了一定的突破，燃气轮机的应用越来越广泛，尤其是在天然气发电领域有着极好
的发展前景。

在实际应用过程中，为了满足当前的需求，提高能源利用率，应当
加强对先进燃气轮机运行的研究，可将其和余热利用系统相结合，形成联合循环
运行模式。

相较于传统的低温发电技术来说，ORC这种新型发电技术的优势在于
系统操作更为简便，而且具有较高的自动化水平，无需进行维护，占地面积也不打，这种发电方式是未来发展过程中的重要课题，基于此，对先进燃气轮机联合
循环运行的研究十分有必要。

一、燃气轮机的相关内容
基于燃气轮机的发电供电系统，在能源利用率方面可以达到百分之七十六，具有较大的市场需求。

航改燃气轮机在技术上有一定的优势，相比于汽油机、汽
轮机来说，起循环效率更高一些，冷却水耗量比较小，而且体积小，安装便捷，
在操作和维护方面都较为简便，所需要花费的投资成本也稍低一些。

这种燃气轮
机的研发应用了多种先进技术，能够在长时间下稳定运行，工作年限更长一些，
具有一定的安全性[1]。

二、分轴联合循环机组布置的特点
分轴联合循环机组布置的特点，主要表现在以下几个方面：一是燃气轮机发
电机组、汽轮机发电机组两者具有一定的独立性，燃气轮机可以进行单循环运行，起启动之后二十分钟内便可以达到满负荷状态，具有较高的调峰能力；二是采用
分轴顺列布置方法，可使每一套机组都使用统一的设计图，无需再重新设计主厂房，减少了工作量。

而且分轴联合循环机组的布置，不需要给每一台汽轮机都设
计独立的维修区域，能够在一定程度上减少投资；三是双高位这种布置方式，更
具美观性，而且即使实在有限的狭小空间中，也能够取得不错的效率[2]。

三、基于IGV控制的先进燃气轮机联合循环运行优化
（一）联合循环模型
在进行先进燃气轮机联合循环运行的时候，要确定好顶循环、底循环，前者
可以使燃气轮机，后者则可以是ORC。

在蒸发器中，底循环有机工质可吸收燃气
轮机排气的余热。

ORC循环由多个设备组成，如ORC透平、冷凝器、回热器、蒸
发器和工质泵等。

在构建联合循环运行模型的时候，应当注意以下几点：一是要
通过透平、压气机来决定燃气轮机的功率，并且在不同工况条件和特征下，创建
适宜的仿真模型[3]；二是在研究有ORC循环的时候，需要对ORC透平、工质泵、
换热器进行科学分析，对起循环运行特性进行研究。

（二）燃气轮机联合循环运行设计条件
在进行燃气轮机联合循环运行设计的时候，应当先了解起在额定工况下的运
行参数。

如下表：
相较于其他有机工质，甲苯的临界温度要更高一些，能够和燃气轮机的排气
温度相适宜，可将其作为底循环的有机工质。

基于额定运行条件，能够根据热力
学计算得出联合循环的功率、效率，并明确对应的ORC循环蒸发压力、冷凝压力。

基于此，在优化燃气轮机联合循环运行的时候，应当利用滑压运行来控制底循环。

（三）IGV控制策略
为了有效调整燃气轮机的进气质量、流量，可以从IVG角度来进行调节，起
目的在于使空气和燃料的质量比，符合燃气轮机运行的要求。

如若外界环境中的
负荷发生变化，那么则需要通过调节IGV开度，来进行处理，避免燃气轮机排气
温度超过额定值，可进一步提升燃气轮机联合循环运行的能源利用率。

在实施联
合循环运行的时候，要控制好燃气轮机的各项运行参数，根据所得到的参数来进
行相应的分析，做出针对性调整。

比如说，如果燃气轮机的负荷越来越小，那么IGV的开度也会随之变小，燃气轮机的排气温度偏高。

当IGV开度变为最小全速
角后，角度不会再发生变化，燃气轮机的进口质量、流量也不会载因为负荷的变
化而改变，此时的燃气轮机排气温度会明显下降。

IGV控制策略需要根据燃气轮机的运行区间来确定，而燃气轮机的运行区间
受燃汽轮机透平入口温度的影响，所制定的控制策略目标在于维持排气温度的额
定值，避免入口位置温度超出允许范围。

这就要求在优化IGV控制策略的时候，
对其进行仿真实验，合理调节IGV，以保障燃气轮机联合循环的正常运行。

四、环境温度对IGV控制的影响
环境温度对IGV控制策略有一定的而影响，这是因为燃气轮机需要利用余热，来提示声联合循环运行效率，而这与环境温度有着密切关联。

IGV控制策略的原则，在于燃气轮机透平入口温度不可超过限值，需要根据环境温度的实际情况来
确定适宜的控制策略，可我进行IGV开度的仿真分析。

如若环境温度在食物摄氏
度以下，那么则可以通过调整IGV开度来进行处理，加快起关闭速度，当燃汽轮
机负荷达到百分之七十后，IGV开度应当达到最小全速角；当环境温度在十五摄
氏度以上的时候，则可以通过修正环境温度，来降低IGV关闭速度。

如若燃气轮
机的负荷在百分之七十至百分之九十之间，那么当环境温度为零摄氏度的时候，
联合循环效率最高[4]。

结束语
总而言之，要加强对先进燃气轮机联合循环运行的研究，充分发挥IGV控制
策略的作用，并根据实际情况来进行不断地优化，以保证联合循环运行的可靠性
和安全性，提高联合循环运行效率。

参考文献：
[1]卢辉,杨君君,罗建超,马绪胜.燃气蒸汽联合循环机组汽轮机DEH控制优
化[J].仪器仪表用户,2018:70-74.
[2]王晓峰.燃气轮机联合循环机组汽机旁路控制系统的调节与优化运行研究[J].《中国设备工程》,2018:59-60.
[3]顾荣昌.Mark VIe一体化控制系统在燃气轮机联合循环电厂的应用[J].电
气时代,2014:99-101.
[4]燃气—蒸汽联合循环机组的运行与优化[D].天津大学,2016.。