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        燃氣輪機負荷震蕩原因分析及措施

        2017-10-28 10:19:04蘆利生
        科技視界 2017年15期
        關(guān)鍵詞:燃氣輪機

        蘆利生

        【摘 要】通過查詢相關(guān)程序得到了燃氣輪機負荷控制切到速度控制條件所需的兩個條件,分析了負荷震蕩的原因,給出了天然氣值班氣閥開度過小的解決措施,措施實施后解決了負荷、NOx排放、值班氣閥開度、熱值四者之間最佳配比問題。確保了燃氣輪機安全、環(huán)保、可靠運行。

        【關(guān)鍵詞】燃氣輪機;負荷震蕩;值班氣閥;預(yù)混燃燒

        0 前言

        某廠裝設(shè)有兩套德國西門子E級V94.2型燃氣輪機,單套容量220MW,其中燃氣輪機容量140MW,汽輪機容量80MW。燃氣輪機操作系統(tǒng)是西門子SPPA—T3000系統(tǒng)。該廠燃氣輪機以天然氣為燃料,一部分是國外進口的卡塔爾LNG氣源,甲烷含量約90%,熱值約37MJ/m3;另一部分是海南東方1-1和樂東氣源,甲烷含量約70%,熱值約28MJ/m3。2014年已經(jīng)完成兩套機組的低氮改造項目,改造后正常運行時燃燒方式改為預(yù)混燃燒,啟、停機和低負荷時仍是擴散燃燒。由于氣源熱值變化幅度大,所以對燃燒系統(tǒng)要求比較高。

        1 事例情況

        2017年7月12日和13日分別對兩套燃氣輪機組的發(fā)電機進行了PSS參數(shù)整定試驗,7月11日按中調(diào)要求要求退出了PSS功能模塊,8月19日按整定后的參數(shù)重新投入PSS功能模塊。在此期間,7月18日至27日10天時間內(nèi)GT11機組負荷在50MW左右時出現(xiàn)了四次負荷震蕩情況,最嚴重的一次震蕩期間負荷最大值89MW,最小值3MW(如圖1),并且控制方式由負荷控制切到速度控制。該廠燃氣輪機組正常運行時,由負荷控制切到速度控制條件只需滿足兩個條件:一是瞬間負荷波動大于15MW;二是機組實際負荷小于15MW。

        2 原因查找過程

        2.1 受外部電網(wǎng)因素影響

        GT11機組出現(xiàn)四次負荷震蕩情況,正好在PSS功能模塊退出期間,只要電網(wǎng)有微小的擾動,由于缺少電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置,很可能造成負荷波動大。為此,查詢了負荷震蕩前發(fā)電機的狀態(tài)參數(shù)頻率、定子電流、定子電壓、勵磁電流,檢查發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)并無異常。若是由于電網(wǎng)因素影響,應(yīng)該GT11和GT12兩臺機組都會出現(xiàn)負荷震蕩才對,但實際只有GT11機組才有這種現(xiàn)象;若是電網(wǎng)因素影響,負荷震蕩會出現(xiàn)任何負荷點上,而不是四次都在50MW左右出現(xiàn)。所有可以斷定不是受外部電網(wǎng)因素的影響,應(yīng)該GT11機組本身的問題。

        若是燃氣輪機本身問題,就應(yīng)該從燃氣輪機的壓氣機、透平、燃燒室三大部件進行分析。

        2.2 壓氣機問題

        壓氣機是燃氣輪機產(chǎn)生壓縮空氣的重要部件,而壓縮空氣是在燃氣輪機的熱力過程中占主要工質(zhì)流量,的若壓氣機出現(xiàn)故障,會直接影響工質(zhì)流量,進而造成燃燒和透平做功的變化,使負荷產(chǎn)生波動。所以有必要對負荷震蕩前壓氣機的狀態(tài)參數(shù)IGV導葉開度、進氣壓差、壓氣機出口壓力和溫度進行對比分析,通過詳細分析發(fā)現(xiàn)負荷震蕩前壓氣機各狀態(tài)參數(shù)均無異常,可以斷定負荷震蕩不是壓氣機問題。

        2.3 透平問題

        透平是燃氣輪機做功部件,且處于高溫高壓的環(huán)境中,需要有冷卻空氣對透平葉片進行冷卻,所以工質(zhì)流動比較復雜,如果透平出現(xiàn)問題,就會直接影響機組負荷,造成負荷波動。透平的工作情況主要通過六個透平出口溫度測點來判斷,通過查參數(shù)曲線發(fā)現(xiàn),負荷震蕩前各溫度測點均正常,負荷震蕩的過程中又隨著負荷的走勢而變化,負荷震蕩后各溫度測點也均正常,說明負荷波是真實的,是由于工質(zhì)變化造成的,而不是透平本身的問題,很有可能是進入透平前的工質(zhì)變化造成的。

        2.4 燃燒室問題

        燃燒室是天然氣與壓氣機出口的壓縮空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)部件,天然氣與壓縮空氣流量都可能影響燃燒,壓氣機各參數(shù)已經(jīng)分析了沒有問題,說明不是壓縮空氣的問題,重點需要關(guān)注天然氣問題,所以就涉及到天然氣控制閥、值班氣閥開度和天然氣熱值,此外也要留意燃燒室壓差,用來判斷是否燃燒室?guī)缀涡螤畎l(fā)生了變化。通過查詢數(shù)據(jù)曲線(如表1)發(fā)現(xiàn)以下問題:

        1)只有在純海氣的工況中才會出現(xiàn)此故障。但不是所有純海氣工況都會出現(xiàn)此故障,其中7月18日和21日也是純海氣,但與其不同的是值班氣閥開度在43%以上。

        2)純LNG和混氣工況均正常。

        3)值班氣流量越低,負荷震蕩程度越嚴重。7月23日值班氣流量只有0.27kg/s,負荷震蕩過程中最低到3MW。

        4)其中7月26日停機過程中出現(xiàn)兩次負荷震蕩情況。第一次負荷震蕩后值班氣閥先開大,負荷穩(wěn)定后又關(guān)小到37%,造成第二次負荷震蕩,之后值班氣閥全開,直到切至擴散燃燒后才穩(wěn)定下來。

        3 解決問題過程

        3.1 理論分析

        GT11在50MW負荷時,正是值班氣閥打開的過程,這是由于低負荷時預(yù)混燃燒不穩(wěn)定,需要通入一定量的值班氣來加強燃燒的穩(wěn)定性,若值班氣流量過少,就會影響到穩(wěn)定燃燒,進而造成燃氣輪機負荷震蕩,嚴重時最低負荷震蕩至15MW以下后就會切到速度控制,極端情況下甚至會發(fā)生熄火和爆燃現(xiàn)象,造成燃燒室及噴嘴部件損壞。

        3.2 解決措施

        1)調(diào)整值班氣閥開度控制邏輯,保證在純海氣工況下有足夠量的值班氣。

        2)未調(diào)整控制邏輯之前,GT11在純海氣工況下運行時負荷不能低于60MW。

        3)未調(diào)整控制邏輯之前,燃氣輪機停機減負荷過程中,可以在58MW時手動切至擴散燃燒,防止發(fā)生負荷震蕩情況。

        3.3 實施措施及效果

        7月29日至8月3日對GT11值班氣閥開度進行了反復對比調(diào)整,使負荷、NOx排放、值班氣閥開度、熱值四者之間調(diào)整到最佳配比狀態(tài)。表2是調(diào)整后GT11機組50MW下最佳配比參數(shù)。

        7月29日至9月18日期間GT11均未發(fā)生負荷震蕩情況,GT11負荷震蕩問題得到圓滿解決。

        4 結(jié)語

        通過對燃氣輪機負荷震蕩情況進行了層層分析和排除,最終找了是由于天然氣值班氣閥開度過小,預(yù)混燃燒不穩(wěn)定性造成的。若同類型機組負荷在50MW左右時,出現(xiàn)較大震蕩和波動,很有可能是由于燃燒室燃燒時值班氣閥開度過小的原因。

        【參考文獻】

        [1]焦樹健.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置[M].北京:中國電力出版社,2007:109-112.endprint

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