李聰聰廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 廣東惠州 516082

霧霾天氣對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行影響的分析

李聰聰
廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 廣東惠州 516082

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司（簡(jiǎn)稱惠州LNG電廠）位于廣東省惠州市大亞灣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)石化工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是國內(nèi)最大的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目之一，目前3臺(tái)39萬千瓦燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組已經(jīng)于2007年6月18日全部投產(chǎn)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)為三菱M701F3型。

2014年3月19日下午至20日上午，大亞灣出現(xiàn)較為嚴(yán)重的霧霾天氣，當(dāng)時(shí)運(yùn)行機(jī)組的壓氣機(jī)進(jìn)氣濾總壓差顯著上升，對(duì)我廠聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行機(jī)組造成了一定影響。下面以#3機(jī)組為例，就霧霾天氣對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

機(jī)組運(yùn)行; 霧霾天氣；機(jī)組安全性

一、現(xiàn)象：壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓差增大

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)繪制霧霾天氣前后的#3機(jī)負(fù)荷及進(jìn)氣濾壓差趨勢(shì)圖（見圖1），由該圖可知，相同負(fù)荷下，霧霾天氣使壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓差顯著增大，具體情況如下：一）一級(jí)進(jìn)氣濾（粗濾）壓差略有上升，幅度在0.1kpa以下；二）二級(jí)進(jìn)氣濾（精濾）壓差持續(xù)大幅上升，幅度最大達(dá)0.4kpa左右；三）壓氣機(jī)進(jìn)氣濾總壓差持續(xù)大幅上升，相同滿負(fù)荷下，進(jìn)氣濾總壓差最大值達(dá)1.1kpa，上升幅度達(dá)0.5kpa左右。根據(jù)三菱要求，當(dāng)壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓差達(dá)1.1kpa時(shí)，為避免防爆門動(dòng)作，機(jī)組應(yīng)降負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)為了防止過濾器總壓差突然增大，危機(jī)壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，在壓氣機(jī)進(jìn)氣室設(shè)置有四個(gè)防爆門，當(dāng)總壓差>1.25Kpa時(shí)，一個(gè)防爆門打開；當(dāng)總壓差>2.85Kpa時(shí)，其余三個(gè)防爆門打開，此時(shí)應(yīng)手動(dòng)停機(jī)。

圖1 霧霾天氣前后的#3機(jī)負(fù)荷及進(jìn)氣濾壓差趨勢(shì)圖

二、對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

（一）機(jī)組最大出力略微下降

壓氣機(jī)進(jìn)氣壓損增大將導(dǎo)致燃機(jī)進(jìn)口空氣流量減小，這類似于大氣壓力減小產(chǎn)生的效果，在小幅度范圍內(nèi)，二者對(duì)燃機(jī)性能的影響可以近似認(rèn)為相同。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)基本理論及三菱提供的M701聯(lián)合循環(huán)機(jī)組大氣壓力—機(jī)組出力/效率修正曲線（見圖2），在其它參數(shù)不變的條件下，壓氣機(jī)進(jìn)氣壓損增大0.5kpa將導(dǎo)致機(jī)組最大出力下降約1.8MW。另外，根據(jù)滿負(fù)荷時(shí)的燃機(jī)比功數(shù)值也可推導(dǎo)出相同結(jié)果。

圖2 M701聯(lián)合循環(huán)機(jī)組大氣壓力—機(jī)組出力/效率修正曲線

（二）機(jī)組各負(fù)荷效率略有上升

霧霾天氣期間，壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓損增大，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣流量減小，機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)的效率基本不變，而部分負(fù)荷時(shí)效率甚至略有提高，幅度在0.5%以下，見表1、圖3，簡(jiǎn)單解釋如下：

1、根據(jù)燃機(jī)控制原理，隨機(jī)組負(fù)荷升高，燃?xì)獬鯗貙㈦S之升高，當(dāng)燃?xì)獬鯗剡_(dá)到限定值時(shí)，機(jī)組即達(dá)到滿負(fù)荷。

2、當(dāng)燃機(jī)空氣流量小幅度變小時(shí)，由于滿負(fù)荷時(shí)的燃機(jī)溫比和壓比不變，機(jī)組滿負(fù)荷效率理論上將維持不變，而實(shí)際上滿負(fù)荷燃?xì)獬鯗氐目刂剖怯幸欢ㄔ６鹊?，燃?xì)獬鯗貙⒙杂猩仙?，機(jī)組效率也將隨之小幅度提高。

3、當(dāng)燃機(jī)空氣流量變小時(shí)，部分負(fù)荷下的燃機(jī)溫比是上升的，且由于余熱鍋爐進(jìn)口煙溫的提高，蒸汽循環(huán)效率也將上升，故機(jī)組部分負(fù)荷效率將略有上升。

表1 #3機(jī)霧霾天氣期間滿負(fù)荷性能計(jì)算結(jié)果對(duì)比

三、對(duì)機(jī)組安全性的影響

（一）防爆門未打開前機(jī)組安全性基本無影響

霧霾天氣期間，壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓損增大，在防爆門未打開前，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣流量減小。理論上來說，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定而空氣量減少時(shí)，會(huì)引起壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉攻角的增加，當(dāng)空氣量減少而使動(dòng)葉攻角增大到臨界攻角附近時(shí)，動(dòng)葉排中的某幾個(gè)葉片可能發(fā)生分離導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失速，嚴(yán)重的情況下可能導(dǎo)致發(fā)生壓氣機(jī)喘振，嚴(yán)重威脅機(jī)組的運(yùn)行安全。

使用Gasturb軟件對(duì)三菱M701F燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行建模計(jì)算后發(fā)現(xiàn)在99kPa~101kPa的進(jìn)口壓力下壓氣機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)比較穩(wěn)定，喘振裕度還較大，也就是說霧霾天氣，壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓損雖增大，在四個(gè)防爆門打開前，進(jìn)口空氣流量雖然減小，但燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的裕度還很大。

（二）防爆門打開后機(jī)組需停機(jī)

根據(jù)三菱規(guī)定，當(dāng)總壓差>1.25Kpa時(shí)，一個(gè)防爆門打開，此時(shí)能保證機(jī)組安全運(yùn)行，但考慮到有部分臟空氣直接進(jìn)入壓氣機(jī)，為防止臟空氣對(duì)IGV和壓氣機(jī)葉片造成損壞，此時(shí)需盡快停機(jī)；當(dāng)總壓差>2.85Kpa時(shí)，其余三個(gè)防爆門打開，防爆門全開時(shí)可保證機(jī)組50%的空氣流量（防止壓氣機(jī)喘振），此時(shí)應(yīng)手動(dòng)停機(jī)。

由于進(jìn)氣濾網(wǎng)的過濾特性，當(dāng)長時(shí)間使用流通間隙變小后，空氣中的細(xì)小雜質(zhì)更容易堵塞在濾網(wǎng)上，所以一旦濾網(wǎng)壓差較高后，會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)快速上升。因此在實(shí)際運(yùn)行中，為了避免進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差快速上升，防止防爆門動(dòng)作，當(dāng)壓氣機(jī)進(jìn)氣濾壓差達(dá)1.1kpa時(shí)，機(jī)組應(yīng)降負(fù)荷運(yùn)行。

四、結(jié)論和建議

（一）分析結(jié)論

通過對(duì)霧霾天氣前后#3機(jī)組負(fù)荷及進(jìn)氣濾壓差實(shí)際數(shù)據(jù)的分析和性能計(jì)算，以及對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行建模分析，并結(jié)合三菱的相關(guān)規(guī)定，可以得出：霧霾天氣主要導(dǎo)致燃機(jī)二級(jí)進(jìn)氣濾（精濾）壓差大幅上升，導(dǎo)致機(jī)組最大出力略微下降，但機(jī)組效率基本不變，部分負(fù)荷甚至略有提高。只要防爆門不動(dòng)作，進(jìn)氣濾壓差稍微偏高對(duì)機(jī)組的安全性也無太大影響，但應(yīng)該及早采取降負(fù)荷等措施防止防爆門動(dòng)作。

（二）運(yùn)行建議

霧霾天氣需加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行機(jī)組的監(jiān)控：霧霾天氣會(huì)導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)氣濾壓差升高，雖然對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性影響不大，但需避免由于進(jìn)氣濾壓差高導(dǎo)致防爆門動(dòng)作而影響機(jī)組安全運(yùn)行，同時(shí)還可能存在未發(fā)現(xiàn)的其它影響，因此在霧霾天氣需加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行機(jī)組，特別是燃機(jī)的運(yùn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析處理。

發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣濾壓差高后及時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行：發(fā)現(xiàn)機(jī)組進(jìn)氣濾壓差高后，及時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷，減少進(jìn)入燃機(jī)的空氣總量，這是降低進(jìn)氣濾壓差，避免濾網(wǎng)工作條件進(jìn)一步惡化，防止濾網(wǎng)壓差突升，避免防爆門動(dòng)作最有效的方法之一。

（三）改進(jìn)措施

可適當(dāng)提高第一個(gè)防爆門的動(dòng)作值：按照前面的分析結(jié)論和三菱的規(guī)定，第一個(gè)防爆門主要起到警示作用，只有當(dāng)濾網(wǎng)壓差更高后所有防爆門打開才是為了避免壓氣機(jī)可能出現(xiàn)的喘振，所以可以適當(dāng)提高第一個(gè)防爆門的動(dòng)作值，避免其動(dòng)作后需要盡快。