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(dǎo)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(fù)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?xí)l(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(fù)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