M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組IGV控制及燃機(jī)溫控的研究

吳攀

摘 ?要：文章分析了燃?xì)廨啓C(jī)的效率與透平的初溫的關(guān)系，并介紹了M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)IGV控制對燃機(jī)效率的作用和燃?xì)廨啓C(jī)溫控對燃機(jī)的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組;透平初溫;IGV;燃機(jī)效率;溫控

中圖分類號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）22-0059-02

Abstract： This paper analyzes the relationship between the efficiency of gas turbine and the initial temperature of turbine， and introduces the effect of IGV control of M701E4 gas turbine on gas turbine efficiency and the protection of gas turbine by gas turbine temperature control.

Keywords： gas turbine generator set; turbine initial temperature; IGV; gas turbine efficiency; temperature control

1 概述

隨著電力系統(tǒng)發(fā)電裝備的不斷發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組具有負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，容量大，啟停時(shí)間短，環(huán)境污染少等特點(diǎn)，因此這種清潔能源發(fā)電機(jī)組是電力網(wǎng)中的重要組成部分。

燃?xì)廨啓C(jī)的效率與透平的初溫T3有著緊密的聯(lián)系，而燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（簡稱IGV）的角度對燃?xì)廨啓C(jī)的透平初溫有著很大影響，因此燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)置了IGV控制。同時(shí)透平的初溫也受到了燃機(jī)熱部件材料和冷卻系統(tǒng)的限制，為了保護(hù)燃機(jī)的熱部件和保證燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)在控制方面設(shè)置了燃機(jī)溫度控制，簡稱溫控，它將燃機(jī)燃料量合理范圍。

2 燃?xì)廨啓C(jī)透平初溫與效率的關(guān)系

3 M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)IGV控制

燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉可以控制壓氣機(jī)進(jìn)口流量，從而控制燃?xì)廨啓C(jī)參與燃燒的空氣量，最終影響了透平的初溫[2]。在燃料量不變的情況下，關(guān)小IGV，減小壓氣機(jī)進(jìn)口空氣量可以提高透平的初溫。因此通過合理調(diào)整IGV開度，具有改善機(jī)組效率的作用，同時(shí)也能提高燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)加速性能和防止壓氣機(jī)喘振。

M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)IGV邏輯是全開環(huán)控制，并分為兩部分組成：其中前半部分邏輯是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為了保證機(jī)組效率且保護(hù)燃機(jī)熱部件所得的經(jīng)驗(yàn)曲線;后半部分邏輯是機(jī)組啟停過程中的順控邏輯。

4 M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)IGV跟隨

由于IGV控制時(shí)采用開環(huán)控制，要想根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線來調(diào)節(jié)IGV使機(jī)組更加高效和安全并不容易，所以在一些負(fù)荷下燃機(jī)的透平初溫較低，機(jī)組效率較低[3]。

因此三菱IGV邏輯上增加了IGV跟隨技術(shù)。IGV跟隨的作用是：在部分負(fù)荷下，通過關(guān)小IGV降低進(jìn)氣流量，維持高透平初溫，從而達(dá)到提升部分負(fù)荷下的機(jī)組效率、降低排放;同時(shí)，為了防止燃機(jī)進(jìn)入溫控，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)接近溫控線時(shí)會(huì)提前打開IGV。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，主要邏輯變動(dòng)如下：

（1）投入IGV跟隨時(shí)會(huì)將經(jīng)驗(yàn)曲線1切換成IGV跟隨曲線。如圖1所示，顯然在低負(fù)荷時(shí)，IGV開度變小。

（2）投入IGV跟隨時(shí)，為了防止燃機(jī)超溫，當(dāng)燃機(jī)運(yùn)行點(diǎn)接近溫控（無論是EXT溫控還是BPT溫控）時(shí)，在IGV邏輯主線上疊加一個(gè)開度值（IGV BIR），防止超溫。此外在燃機(jī)CSO接近LDCSO時(shí)，或者燃機(jī)轉(zhuǎn)速變化大時(shí)，也可能會(huì)疊加一個(gè)開度值。

5 M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)溫控

（1）EXT溫控

M701F4型燃機(jī)EXT溫控稱為排氣溫控[4]，溫度測點(diǎn)設(shè)置在燃機(jī)排氣道，一共有6個(gè)溫度測點(diǎn)。

如圖2所示，燃機(jī)有三條EXT溫控線。溫控線是關(guān)于壓氣機(jī)壓比的函數(shù)。由于相同T3溫度下，壓比越高，排氣溫度越低，故溫控線是關(guān)于壓比單調(diào)遞減的曲線。

EXT溫控線1分為兩種情況：1.在燃機(jī)并網(wǎng)前，燃機(jī)EXT溫控線1是STUP曲線（排氣溫度關(guān)于壓比的曲線）經(jīng)過大氣修正后形成;2.在燃機(jī)并網(wǎng)后，燃機(jī)EXT溫控線1是STUP曲線（排氣溫度關(guān)于壓比的曲線）經(jīng)過大氣修正后再加上292.3℃形成即白色曲線向上平移292.3℃。

EXT溫控線2直接為關(guān)于壓比的CONT曲線得出。

燃機(jī)EXT溫控給定值是由上述溫控線1和溫控線2取小所得。當(dāng)燃機(jī)排氣溫度上升并觸碰到溫控線給定值時(shí)，EXTCSO輸出變得很小，并通過小選門控制燃機(jī)負(fù)荷，通過PID調(diào)節(jié)器使燃機(jī)排氣溫度穩(wěn)定在溫控線上。

（2）BPT溫控

M701F4型燃機(jī)BPT稱為葉片通道溫度[4]，是表征燃燒室燃燒情況的重要參數(shù)，在20個(gè)葉片通道溫度分別對應(yīng)20個(gè)燃燒器。同時(shí)M701F4型燃機(jī)BPT也設(shè)置了溫控。

BPT有兩條溫控線，其中一條是燃機(jī)EXT溫控線1疊加一個(gè)關(guān)于壓比的函數(shù)形成的，而另一條才是關(guān)于壓比的BPT溫控線。與EXT溫控一樣，BPT溫控給定值是兩條溫控線取小所得。當(dāng)燃機(jī)BPT平均溫度上升并觸碰到任意一條溫控線，BPTCSO輸出變得很小，并通過小選門控制燃機(jī)負(fù)荷，通過PID調(diào)節(jié)器使燃機(jī)BPT平均溫度穩(wěn)定在溫控線上。

6 結(jié)束語

燃?xì)廨啓C(jī)的效率與透平初溫有很大關(guān)系，M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)的IGV控制有效提高了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行透平初溫，提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。同時(shí)，M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)置了溫控，保證了透平初溫不超限，保護(hù)了燃機(jī)的熱部件。

參考文獻(xiàn)：

[1]清華大學(xué)熱能工程系動(dòng)力機(jī)械與工程研究所，深圳南山熱電股份有限公司.燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置（上下）[M].中國電力出版社，2007.

[2]方繼輝，王榮.重型F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)IGV開度對壓氣機(jī)效率的影響[J].發(fā)電技術(shù)，2018.

[3]陳昭.M701F4燃?xì)廨啓C(jī)組不同控制模式下的經(jīng)濟(jì)性分析[J].華電技術(shù)，2017.

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