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        PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)AGP升級(jí)改造效果分析

        2021-12-02 11:09:00陸子龍茆亞平吳曉佛
        發(fā)電設(shè)備 2021年6期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)葉燃?xì)廨啓C(jī)火焰

        陸子龍, 茆亞平, 吳曉佛, 李 進(jìn)

        (1. 江蘇國(guó)信高郵熱電有限責(zé)任公司, 江蘇揚(yáng)州 225600; 2. 通用電氣(中國(guó))有限公司,上海 200000)

        某電廠2臺(tái)100 MW燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組配置的PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)自機(jī)組投運(yùn)以來,1號(hào)機(jī)組相繼出現(xiàn)了透平一級(jí)葉輪前的輪間溫度超溫、6號(hào)燃燒室火焰探測(cè)器火焰檢測(cè)(簡(jiǎn)稱火檢)信號(hào)丟失等問題。通過內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn),6號(hào)燃燒室火焰探測(cè)器周邊熱端裂紋較多、透平一級(jí)噴嘴裂紋較長(zhǎng)等問題。由此判斷,現(xiàn)運(yùn)行的熱通道部件不能滿足32 000 h的中修檢修間隔時(shí)間要求。因此,在機(jī)組運(yùn)行15 771 h后,對(duì)其進(jìn)行先進(jìn)熱通道(AGP)升級(jí)改造,確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以提高機(jī)組的各項(xiàng)性能。

        1 燃?xì)廨啓C(jī)概況

        該P(yáng)G6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1,對(duì)應(yīng)大氣條件為溫度15 ℃、壓力0.101 61 MPa、相對(duì)濕度77%。

        表1 PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

        2 AGP升級(jí)改造

        AGP升級(jí)改造的主要部件有:過渡段部件,透平一級(jí)噴嘴、護(hù)環(huán)、動(dòng)葉,透平二級(jí)噴嘴、護(hù)環(huán)、動(dòng)葉,透平三級(jí)噴嘴、護(hù)環(huán)。

        為滿足機(jī)組運(yùn)行安全性要求,對(duì)燃料噴嘴、火焰筒冒罩、火焰筒、透平三級(jí)動(dòng)葉進(jìn)行了更換,新部件與機(jī)組原安裝的部件一致。原配置的三級(jí)動(dòng)葉在葉片流型、涂層等方面已達(dá)到AGP的要求[1]。

        主要改造工作項(xiàng)目如下:

        (1) 檢查過渡段部件并將其更換為升級(jí)的全新部件。

        (2) 檢查熱通道8大部件并將其全部更換為升級(jí)的全新部件。

        (3) 根據(jù)新部件的安裝技術(shù)要求進(jìn)行間隙調(diào)整等。

        (4) 為滿足新部件的運(yùn)行要求進(jìn)行冷卻風(fēng)量調(diào)整等。

        (5) 為滿足新部件的運(yùn)行要求進(jìn)行Mark Ⅳe 控制邏輯參數(shù)修改等。

        (6) 機(jī)組啟動(dòng)后的調(diào)試工作。

        2.1 動(dòng)葉的升級(jí)改造

        動(dòng)葉的升級(jí)改造(見圖1)主要集中在涂層材質(zhì)及葉片流型的優(yōu)化等。

        圖1 動(dòng)葉的升級(jí)改造圖

        在涂層材質(zhì)方面,將一級(jí)、二級(jí)動(dòng)葉原鈦合金涂層改為CoCrNiWC涂層,原鈦合金涂層摩擦因數(shù)大、耐高溫磨損性能較差,由圖1可見原一級(jí)、二級(jí)動(dòng)葉的表面已出現(xiàn)部分腐蝕及磨損,而新的CoCrNiWC 涂層具有硬度低、耐腐蝕和抗高溫性能好等特點(diǎn),可以延長(zhǎng)動(dòng)葉的使用壽命。

        在葉片流型方面,葉柵內(nèi)邊界層攻角變大,使得氣流經(jīng)過葉柵時(shí)的流動(dòng)損失減小,總壓損減小,從而一定程度上提高了透平效率。一級(jí)動(dòng)葉應(yīng)用了葉根C型密封,增加了隔板冷卻孔,從而改善了整體冷卻效果;二級(jí)動(dòng)葉應(yīng)用了葉根C型密封,改進(jìn)冷卻方式減少蠕變強(qiáng)度并調(diào)整為榫頭連接。

        2.2 噴嘴的升級(jí)改造

        噴嘴的升級(jí)改造(見圖2)主要集中在冷卻方式的調(diào)整,升級(jí)了涂層材料,改善密封插片的密封性能等。

        圖2 噴嘴的升級(jí)改造

        在冷卻方式方面,增加了一級(jí)、二級(jí)噴嘴內(nèi)外冷卻孔數(shù)量,并對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了升級(jí),提高了冷卻和密封能力,而三級(jí)噴嘴主要是增加了套管,通過將套管插入噴嘴增加了冷卻風(fēng)量,提高了冷卻能力。

        在噴嘴涂層材料方面,一級(jí)、二級(jí)噴嘴涂層材料升級(jí)為GTD*262,提高蠕變強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度和抗氧化能力,從而延長(zhǎng)了噴嘴的使用壽命。由圖2(a)、2(b)可見:一級(jí)噴嘴、二級(jí)噴嘴表面的涂層出現(xiàn)了嚴(yán)重的氧化,現(xiàn)場(chǎng)解體時(shí)氧化層已部分脫落。

        2.3 護(hù)環(huán)的升級(jí)改造

        護(hù)環(huán)的升級(jí)改造(見圖3)主要集中在涂層及密封性能的升級(jí)。

        圖3 護(hù)環(huán)的升級(jí)改造

        轉(zhuǎn)子動(dòng)葉和機(jī)匣定子的間隙是變化的,動(dòng)葉和護(hù)環(huán)之間可能會(huì)發(fā)生摩擦,造成動(dòng)葉葉尖磨損,導(dǎo)致機(jī)組性能下降。為此,一級(jí)護(hù)環(huán)使用了加厚的GE第3代可磨涂層,原平面涂層改為波紋狀可磨涂層,從而增加了一級(jí)護(hù)環(huán)的可磨層厚度,提高了部件的使用壽命;對(duì)二級(jí)護(hù)環(huán)、三級(jí)護(hù)環(huán)的密封插片進(jìn)行升級(jí),采用布條式密封、金屬插片密封代替凹凸齒密封面,并加厚了蜂窩密封,減小間隙,提高了密封性能。

        2.4 過渡段部件的升級(jí)改造

        過渡段部件的升級(jí)改造主要集中在外套及內(nèi)、外浮動(dòng)密封。外套增加了冷卻孔數(shù)量,以增大內(nèi)部熱通道的冷卻風(fēng)量,同時(shí)對(duì)內(nèi)、外浮動(dòng)密封進(jìn)行了升級(jí),降低了流動(dòng)壓差,改善過渡段部件的密封性能。

        2.5 熱通道間隙調(diào)整

        所有熱通道部件都更換為全新的部件,大部分熱通道部件進(jìn)行了改動(dòng),部分通流間隙的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了變化,現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中根據(jù)最新的間隙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了檢查和調(diào)整。主要對(duì)一級(jí)、二級(jí)動(dòng)葉葉頂與護(hù)環(huán)密封間隙進(jìn)行了調(diào)整。一級(jí)動(dòng)葉葉頂與護(hù)環(huán)間隙由8.19~12.07 mm減小至7.19~11.07 mm,二級(jí)動(dòng)葉葉頂與護(hù)環(huán)間隙由7.38~9.05 mm減小至6.38~8.05 mm,減少了透平動(dòng)葉葉頂與護(hù)環(huán)間的漏氣量,從而提高了機(jī)組的輸出功率和效率。

        2.6 冷卻風(fēng)量調(diào)整

        對(duì)透平段冷卻風(fēng)量進(jìn)行了調(diào)整,壓氣機(jī)第9級(jí)抽氣管路流量孔板內(nèi)徑由24.5 mm 調(diào)整為24 mm,第13級(jí)抽氣管路流量節(jié)流孔板內(nèi)徑由54.5 mm調(diào)整為44.9 mm;拆除了壓氣機(jī)排氣缸12點(diǎn)鐘方向的堵頭,從而增加轉(zhuǎn)子軸內(nèi)部冷卻風(fēng)量。

        3 AGP升級(jí)改造后安全性分析

        機(jī)組經(jīng)過AGP升級(jí)改造后,原先存在的6號(hào)燃燒室3號(hào)/4號(hào)火焰探測(cè)器火檢信號(hào)丟失、透平一級(jí)葉輪前輪間溫度超溫和燃?xì)廨啓C(jī)艙室輕微超溫等缺陷全部消除,極大地提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

        3.1 火焰探測(cè)器火檢信號(hào)丟失

        該機(jī)組共有6個(gè)燃燒室,2號(hào)、4號(hào)燃燒室各裝有1個(gè)火焰探測(cè)器,6號(hào)燃燒室裝有2個(gè)火焰探測(cè)器,若4個(gè)火焰探測(cè)器的火檢信號(hào)丟失3個(gè),則機(jī)組跳機(jī)?;鹧嫣綔y(cè)器由一路閉式冷卻水進(jìn)行冷卻,防止?jié)袷交鹧嫣綔y(cè)器超溫導(dǎo)致火檢信號(hào)丟失[2],若火焰探測(cè)器內(nèi)部超溫,會(huì)導(dǎo)致火檢輸出脈沖信號(hào)的波動(dòng),從而造成火檢信號(hào)丟失。

        機(jī)組運(yùn)行9 427 h后,開始出現(xiàn)了6號(hào)燃燒室2個(gè)火焰探測(cè)器的火檢信號(hào)丟失現(xiàn)象;雖然采取了增加火焰探測(cè)器冷卻水排空口、增加閉式冷卻水管道保溫、增加冷卻水自動(dòng)排氣閥等措施,但是均未達(dá)到預(yù)期效果,只能通過火檢信號(hào)強(qiáng)制及定期排空氣的手段維持機(jī)組運(yùn)行。

        在實(shí)施AGP升級(jí)改造的過程中,解體時(shí)發(fā)現(xiàn),6號(hào)燃燒室火焰探測(cè)器套圈涂層出現(xiàn)裂紋(見圖4(a));2個(gè)火焰探測(cè)器(FD-6A/6B)外套法蘭有燒蝕痕跡(見圖4(b));火焰探測(cè)器套管與火焰筒噴嘴套圈接觸處有磨損痕跡。將火焰筒更換后,目前6號(hào)燃燒室火焰探測(cè)器運(yùn)行情況良好。

        圖4 6號(hào)燃燒至火焰探測(cè)器

        3.2 透平一級(jí)葉輪前輪間溫度超溫

        PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)在國(guó)內(nèi)外普遍存在透平一級(jí)輪盤超溫的現(xiàn)象。一級(jí)葉輪前輪間報(bào)警溫度為490 ℃,國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組在夏季工況一級(jí)葉輪前輪間溫度最大能達(dá)到545 ℃。

        為此,在機(jī)組AGP升級(jí)改造中,拆除了壓氣機(jī)排氣缸12點(diǎn)鐘方向的堵頭,以增加轉(zhuǎn)子軸內(nèi)部冷卻風(fēng)量,同時(shí)對(duì)二級(jí)、三級(jí)冷卻風(fēng)量進(jìn)行了調(diào)整。改造后一級(jí)葉輪前輪間溫度超溫的現(xiàn)象得以徹底消除。改造前后的輪間溫度見表2。

        表2 改造前后的輪間溫度

        由表2可見:改造后相同工況下一級(jí)輪盤前、后溫度分別下降了32 K、43 K,二級(jí)、三級(jí)輪盤后溫度分別下降了44 K、11 K,提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。

        3.3 燃?xì)廨啓C(jī)艙室輕微超溫

        針對(duì)機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)艙室超溫的問題,通過前期對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)中的排氣風(fēng)扇進(jìn)行擴(kuò)容改造,已基本解決該問題;但1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)艙室溫度比3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)艙室仍然高出10 K左右[3]。由此,估計(jì)該機(jī)組經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后,熱通道部件間可能存在燃?xì)庑孤┑那闆r。在AGP升級(jí)改造過程中,對(duì)燃燒室進(jìn)行解體檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)火焰筒與火焰探測(cè)器間、過渡段密封墊片處存在泄漏。將所有熱通道的密封墊片、密封插片進(jìn)行了更換,從而徹底消除了燃?xì)廨啓C(jī)艙室超溫的問題。表3為1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)改造前后及3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)艙室的溫度,其中A側(cè)為從壓氣機(jī)端向后看燃?xì)廨啓C(jī)艙室的左側(cè),B側(cè)為從壓氣機(jī)端向后看燃?xì)廨啓C(jī)艙室的右側(cè)。

        表3 改造前后燃?xì)廨啓C(jī)艙室的溫度

        4 AGP升級(jí)改造的經(jīng)濟(jì)性分析

        4.1 機(jī)組性能參數(shù)提高

        機(jī)組在AGP升級(jí)改造后,減小了透平動(dòng)靜部件之間的間隙,通過熱通道材料更換及燃燒調(diào)整升級(jí)提高了燃?xì)獬鯗?,?號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)的性能指標(biāo)得以提升。表4為改造前后機(jī)組的性能參數(shù)(大氣條件參數(shù)為環(huán)境溫度15 ℃、壓力0.101 61 MPa、相對(duì)濕度77%,燃料氣低位熱值為36.812 MJ/m3)。由表4可見:1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)AGP升級(jí)改造后,其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電的燃料氣耗率降低了0.003 3 m3/(kW·h)。按照單臺(tái)機(jī)組全年發(fā)電量為6.231×108kW·h(單臺(tái)機(jī)組聯(lián)合循環(huán)平均輸出功率為113.3 MW,運(yùn)行時(shí)間為5 500 h),平均氣價(jià)為2.34元/m3計(jì)算,全年可節(jié)省燃料費(fèi)用481.2萬元。AGP升級(jí)改造后燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率增加了4.97%,每年可增加收入約140萬元。

        表4 改造前后機(jī)組的性能參數(shù)

        4.2 檢修間隔時(shí)間加長(zhǎng)

        1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)AGP升級(jí)改造費(fèi)用包含在燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期維護(hù)協(xié)議(CSA)費(fèi)用中,未產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本(每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組AGP升級(jí)改造費(fèi)用為3 200萬元)。

        AGP升級(jí)改造后,PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室及透平噴嘴、動(dòng)葉、護(hù)環(huán)等熱通道部件壽命使用壽命從12 000 h延長(zhǎng)至16 000 h,即在CSA總費(fèi)用不變的情況下,一個(gè)CSA周期從48 000 h延長(zhǎng)至64 000h,確保了設(shè)備的安全使用周期。

        5 結(jié)語

        該P(yáng)G6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)AGP升級(jí)改造后,機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到了提升,降低了機(jī)組運(yùn)行的生產(chǎn)成本,延長(zhǎng)了機(jī)組的檢修間隔時(shí)間,降低了檢修維護(hù)成本。

        通過該P(yáng)G6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)的AGP升級(jí)改造,進(jìn)一步提高了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行維護(hù)水平,為國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī),特別是PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)的檢修積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù),并提供參考。

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