鄒志鴻

(望亭發(fā)電廠,江蘇 蘇州 215000)

0 引言

目前,燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在我國(guó)電力企業(yè)所占比重正在逐步提升,而引進(jìn)機(jī)組的容量也在相應(yīng)增大。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組與火電燃煤機(jī)組相比具有無(wú)可比擬的調(diào)峰優(yōu)勢(shì),在基本負(fù)荷工況下,穩(wěn)定運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)效率最高,但由于受天然氣供給不足以及電網(wǎng)負(fù)荷的影響,機(jī)組啟、停頻繁,可利用小時(shí)較少。

望亭發(fā)電廠 2臺(tái) S109FA重型燃?xì)廨啓C(jī)是引進(jìn)美國(guó) GE公司的產(chǎn)品,于 2005年年底投產(chǎn),從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性出發(fā),往往采用一臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行,另一臺(tái)機(jī)組早啟晚停的方式運(yùn)行,以滿足電網(wǎng)需求。2臺(tái)機(jī)組在 2年多的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)都達(dá)到了數(shù)百次,經(jīng)過(guò)不斷摸索,對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)在不同季節(jié)的運(yùn)行特性和啟停規(guī)律有了一定的了解。希望通過(guò)對(duì)影響啟動(dòng)成、敗因素的總結(jié),找到影響燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行的主要原因和解決方案,以不斷完善機(jī)組運(yùn)行,從而在更安全的前提下充分挖掘機(jī)組的經(jīng)濟(jì)潛力,延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命,更好地為電網(wǎng)服務(wù)。

1 影響燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行和啟動(dòng)的幾個(gè)因素

1.1 設(shè)備的檢查和消缺

1.1.1 對(duì)燃燒器和壓氣機(jī)的檢查

GE的燃燒器和壓氣機(jī)葉片的工作時(shí)間都有嚴(yán)格的規(guī)定,在一定的周期內(nèi)要進(jìn)行檢查和更換,即使發(fā)電任務(wù)比較緊,也必須將機(jī)組停下來(lái)進(jìn)行以上工作以保證設(shè)備的安全。壓氣機(jī) R0級(jí)葉片長(zhǎng)期工作在真空、高速、大流量的環(huán)境中,葉片容易受到空氣中夾帶的雜質(zhì)和水分的侵蝕,長(zhǎng)此以往,葉片的進(jìn)氣邊會(huì)產(chǎn)生腐蝕并發(fā)展為裂紋。為此,GE公司將傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型 R0級(jí)葉片替換為葉根處帶有 P形切口的葉片,以提高葉片對(duì)這種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。根據(jù)最近幾年P(guān)-CUT葉片的使用情況來(lái)看,在 P形切口的位置產(chǎn)生高應(yīng)力并發(fā)展成裂紋,這種情況已經(jīng)在多個(gè)電廠被發(fā)現(xiàn)。GE公司也承認(rèn)這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)是失敗的,因此,需要對(duì) P-CUT的 R0級(jí)葉片進(jìn)行更換,但由于標(biāo)準(zhǔn)型的 R0級(jí)葉片需求量大、生產(chǎn)運(yùn)輸周期長(zhǎng),因此,在葉片更換以前,需定期安排停機(jī)時(shí)間并聯(lián)系 GE公司對(duì)葉片做超聲波探傷檢查。超聲波探傷檢查周期見(jiàn)表 1。

表1 壓氣機(jī) P-CUT型 R0級(jí)葉片超聲波探傷檢查周期

對(duì)于調(diào)峰機(jī)組而言,由于低負(fù)荷及點(diǎn)火時(shí)間的增多,燃燒器工作條件惡化,折算壽命縮短,對(duì)應(yīng)的更換周期也就縮短了,理想檢修周期見(jiàn)表 2。由于以上原因,在停機(jī)以后,要相應(yīng)地增加對(duì)燃燒器和熱通道部分的孔探工作。

表2 S109FA燃?xì)廨啓C(jī)檢修周期

燃燒器在運(yùn)行中出現(xiàn)排氣溫度異?；蚺艢夥稚⒍犬惓Ｇ闆r時(shí),應(yīng)加強(qiáng)檢查分析。若出現(xiàn)異常情況,在排除排氣熱電偶故障的因素后,就應(yīng)檢查燃燒器是否受損。望亭發(fā)電廠就曾出現(xiàn)過(guò)上述情況,因分析及時(shí)并安排機(jī)組停機(jī)消除缺陷,更換了少數(shù)火焰筒后,機(jī)組馬上恢復(fù)了正常。

燃燒器和壓氣機(jī)葉片成了制約機(jī)組運(yùn)行、啟動(dòng)的重要原因。對(duì)上述工作的檢查需在軸系靜止的狀態(tài)下進(jìn)行(即停運(yùn)盤車),對(duì)于 S109FA機(jī)組來(lái)說(shuō),燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)共軸,停用盤車時(shí)汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)要同時(shí)滿足盤車停用條件,但由于汽輪機(jī)冷卻時(shí)間較長(zhǎng)(需 5 d時(shí)間),導(dǎo)致葉片檢查需要更多時(shí)間,因此,機(jī)組的可利用率下降。尤其是這些主體設(shè)備的檢查、檢修和更換要由廠家和 GE協(xié)調(diào)后才能安排進(jìn)行,所以制訂檢查、更換計(jì)劃很重要,否則,機(jī)組將不可避免地處于停用狀態(tài)。

1.1.2 天然氣供應(yīng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)消缺

以天然氣為燃料的機(jī)組,不可避免地存在天然氣輸送途中的泄漏和其他影響,而燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然氣入口品質(zhì)、參數(shù)的要求很高,因此,穩(wěn)定的天然氣供應(yīng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)也成為燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行、啟動(dòng)能否正常的關(guān)鍵。

在天然氣管線上設(shè)置了調(diào)壓裝置,和大多數(shù)電廠一樣,調(diào)壓裝置往往布置在室外,管線調(diào)壓裝置在冬季的防凍就顯得尤為重要。冬季燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí),由于天然氣壓力波動(dòng)引起的機(jī)組啟動(dòng)失敗,其大都是由于防凍措施不到位、調(diào)壓裝置工作失常造成的。在分析原因之后,對(duì)調(diào)壓裝置加裝了伴熱設(shè)施,在極端惡劣天氣條件下,管線調(diào)壓裝置對(duì)天然氣參數(shù)的維持滿足了燃機(jī)進(jìn)口需求。

天然氣不會(huì)發(fā)生大規(guī)模泄漏,但令人頭痛的是燃料模塊和燃?xì)廨啓C(jī)艙內(nèi)的泄漏。為了防止燃料在燃燒器內(nèi)的積存,機(jī)組進(jìn)入啟動(dòng)程序后,燃?xì)廨啓C(jī)先執(zhí)行泄漏試驗(yàn),只有合格后才點(diǎn)火,避免產(chǎn)生爆燃。燃料模塊內(nèi)燃料的控制閥在多次啟、停和燃燒調(diào)整之后,閥體的嚴(yán)密性不可避免地會(huì)有所下降,這樣,在執(zhí)行泄漏試驗(yàn)時(shí),就無(wú)法正常通過(guò)機(jī)組中斷啟動(dòng)程序,需更換閥門才能解決。這種泄漏發(fā)生在管道內(nèi),筆者將其稱為內(nèi)漏現(xiàn)象。

為保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)主設(shè)備的安全,機(jī)組設(shè)有危險(xiǎn)氣體檢測(cè)系統(tǒng),一旦天然氣往外泄漏并有積存,氣體濃度升高就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào),如果繼續(xù)升高到跳閘值,控制程序會(huì)切斷燃料停機(jī)。如果泄漏的天然氣發(fā)生燃燒,CO2系統(tǒng)的溫度感應(yīng)裝置會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)CO2噴射滅火功能。這種泄漏發(fā)生在管道之外,筆者將其稱為外漏現(xiàn)象。外漏的部位通常在燃機(jī)倉(cāng)和燃料模塊居多,密封件、閥體填料和法蘭墊片老化以及對(duì)密封件的預(yù)緊力不夠都會(huì)造成外漏現(xiàn)象,但有時(shí)剛換過(guò)新密封件的部位也會(huì)出現(xiàn)泄漏,其原因主要是存在溫差,因?yàn)樘烊粴夤艿涝谕Ｓ煤屯哆\(yùn)時(shí)溫差很大,管道和閥體的膨脹也發(fā)生較大的變化,在目前的情況下,對(duì)溫差引起的管道伸縮泄漏尚無(wú)良策,只能采用停機(jī)后對(duì)密封件重新緊固的方法以消除影響。為防止危險(xiǎn)氣體濃度高而中斷啟動(dòng)程序,必要時(shí)增開(kāi) 1臺(tái)通風(fēng)風(fēng)機(jī)臨時(shí)滿足啟動(dòng)需要,但不能從根本上解決問(wèn)題。

1.2 啟動(dòng)過(guò)程中的影響

1.2.1 振動(dòng)

S109FA是單軸機(jī)組,軸系長(zhǎng),影響整個(gè)軸系振動(dòng)的因素非常多,望亭發(fā)電廠 2臺(tái)機(jī)組振動(dòng)總體水平不錯(cuò),但在啟動(dòng)和加負(fù)荷過(guò)程中,#3瓦振動(dòng)較大并有突竄現(xiàn)象。通過(guò)研究 GE公司的 TIL技術(shù)通告并分析相關(guān)數(shù)據(jù)后得出結(jié)論:燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí),由于燃?xì)廨啓C(jī)倉(cāng)內(nèi)的溫度升高導(dǎo)致了燃?xì)廨啓C(jī)前支撐腿的縱向延長(zhǎng),#1瓦中心線抬高,從而使與之相鄰的#3瓦負(fù)載減輕,容易發(fā)生油膜渦動(dòng);半倍頻振幅的增加導(dǎo)致了通頻振動(dòng)數(shù)據(jù)的整體抬高。臨時(shí)采取了適當(dāng)降低油溫的措施,利用停機(jī)對(duì)火焰筒聯(lián)焰管、天然氣及抽氣管道法蘭泄漏進(jìn)行了消缺,但成效甚微。在隨后的工作中,對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的前支撐腿增設(shè)了閉冷水冷卻裝置,解決了運(yùn)行中#1瓦中心線抬高的問(wèn)題,收到了很好的效果,振動(dòng)已恢復(fù)正常。

1.2.2 燃燒方式切換

燃?xì)廨啓C(jī)帶上負(fù)荷并向上加負(fù)荷過(guò)程中,燃燒方式將由PPM(先導(dǎo)預(yù)混模式)向 PM(預(yù)混模式)方式切換,這一切換過(guò)程的機(jī)組負(fù)荷在 230MW左右。在燃燒方式切換過(guò)程中,清吹門 VA 13-1的正常動(dòng)作很重要,若動(dòng)作不正常將導(dǎo)致燃燒方式切換失敗甚至跳機(jī)。隨著機(jī)組啟、停次數(shù)的增加,清吹門動(dòng)作次數(shù)相應(yīng)增加,該閥門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的密封件會(huì)發(fā)生老化失效,閥門的彈簧預(yù)緊力也會(huì)發(fā)生變化。所以,在停機(jī)后應(yīng)不定期對(duì) VA13-1的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門緊力進(jìn)行檢查和校驗(yàn),以測(cè)定開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間是否符合要求。如果確定清吹門有問(wèn)題而暫時(shí)無(wú)法處理,那么,能做的就是在加負(fù)荷時(shí)強(qiáng)制燃燒方式以避免切換失敗帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),這樣會(huì)犧牲部分負(fù)荷,且對(duì)燃燒器運(yùn)行極為不利。

1.2.3 啟動(dòng)中的控制和調(diào)節(jié)

燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)速度很快,而蒸汽輪機(jī)需要有一定的暖機(jī)時(shí)間,汽輪機(jī)進(jìn)汽時(shí),進(jìn)汽溫度應(yīng)與汽缸金屬溫度相匹配,同時(shí)注意控制汽缸熱應(yīng)力。隨著燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的上升,汽輪機(jī)入口處的溫度也在逐步上升,在一定的負(fù)荷工況內(nèi)(由相應(yīng)機(jī)組余熱鍋爐性能決定)減溫水量會(huì)增加,要注意維持蒸汽過(guò)熱度,汽溫的過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使機(jī)組保護(hù)動(dòng)作,從而影響啟動(dòng)的進(jìn)行。另外,余熱鍋爐高中壓汽包水位受汽壓影響比較大,所以,對(duì)旁路的動(dòng)作情況一定要注意監(jiān)視,以免水位保護(hù)動(dòng)作。其他因素如加熱器的失常等,也會(huì)影響燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)。

2 結(jié)論

影響燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行、啟動(dòng)的因素很多,如 LCI、勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)等方面的原因。某些元件或設(shè)備的故障最終都會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)無(wú)法進(jìn)行或失敗,本文只對(duì)常見(jiàn)的因素進(jìn)行了探討。隨著對(duì) S109FA機(jī)組認(rèn)識(shí)的不斷加深,通過(guò)運(yùn)行和檢修人員的不斷努力,會(huì)將這些因素的影響降至最低程度。