（浙江大唐国际绍兴江滨热电有限公司 浙江 绍兴 312300）
摘要：燃气—蒸汽联合循环是把燃气轮机循环和蒸汽轮机循环组合成为一个整体的热力循环，它具有热效率高，建设周期短，单位容量投资费用低，用地和用水少，污染物排放量少等优点。从节约能源，保护环境的战略出发，联合循环发电技术正日益受到我国电力行业的重视，并得到了不断的发展。本文系作者本身在燃气—蒸汽联合循环发电厂工作，通过个人工作积累和参考各类书籍所发现的燃机电厂TCA系统存在的部分缺陷所作，限于作者水平有限，文中难免有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。
关键词：燃气轮机、联合循环、TCA
一．TCA系统简介
M701F4型燃气轮机满负荷工作时燃烧初温达到了1427℃，为了保证热通道部件安全可靠运行，日本三菱公司采取了多种途径降低热通道部件与高温烟气接触的机会，从而减少热量从高温烟气传递到热通道部件，降低热通道金属温度。同时还采用先进的冶金铸造技术提高动静叶片的耐高温强度。
燃气轮机冷却系统主要是给燃气轮机热通道部件，如动\静叶片、叶片持环、叶顶叶根、排气框架等提供冷却空气。它一方面将热通道部件与高温烟气隔离，并将热通道部件工作中吸收的热量也带走，从而降低部件的温度；另一方面，它为整个透平环境控制提供服务，为系统在不同的临界点提供相应压力和温度的冷却空气，冷却空气向烟道通道正向流动，高温烟气从壳体支撑结构和透平动叶盘中排出，从而保证整个透平运行在设计的环境下。
燃机冷却系统主要包括透平静叶冷却系统和转子冷却空气系统。冷却转子和透平动叶的空气来自压气机排气，压气机排气经过水冷式冷却器（Turbine Cooling Air）并经过过滤后冷却转子。透平静叶通过几种不同的方式进行冷却，第一级静叶使用压气机排气，从燃气轮机内部进行冷却，冷却空气从外部围带流经中空静叶，并从叶顶边缘流出；第二、三、四级静叶分别使用第14、11、6级压气机抽气进行冷却，冷却空气通过透平缸上的法兰进入，从外部围带流经静叶，流向内围带。冷却空气在冷却了静叶、叶片分割环的同时，叶栅分割环和级间气封提供正向流动的差压。同时，通过调节安装在冷却空气管线上的节流孔板，可以控制冷却空气流量，从而达到调节TCA温度的效果。
二、现阶段TCA系统存在问题
M701F4型燃气轮机TCA（Turbine Cooling Air）系统，其气源来自压气机排气，并通过来自高中压给水泵中压抽头出口的冷却水来进行冷却，在控制了TCA出口温度在合适范围内的同时，也提高了给水系统的水温，从而提高了系统的热效率。
在锅炉汽包水位控制方案中，最重要的是控制汽包水位，汽包水位是锅炉安全运行的一个非常重要的参数，必须被控制在严格的工作范围内。由于引起汽包水位变化的因素有很多，如机组负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对水位控制的要求。本厂锅炉水位调节采用三冲量调节方式，接受汽包水位、给水流量、蒸汽流量三个信号的共同调节，以此来满足对汽包水位的控制。但由于本厂TCA系统冷源来源于高中压给水泵中压抽头出口，而给水流量是靠给水泵的正常出力来满足的，同时，给水流量又是参与汽包水位调节的一个重要因素，因此，在保证TCA流量的同时，势必会影响到锅炉给水的稳定性，进而影响到机组的安全运行。
在正常运行中，TCA流量对于燃机是一个非常重要的参数，逻辑中不仅设计有报警值，还设计有跳机值（如图），可以看到，TCA流量在满负荷状态下只要低于41t/h，延迟10s就会跳机。而在实际运行过程中，在用给水泵的安全性并不是百分之百，一旦在用给水泵跳闸，在备用给水泵联启，并达到正常运行压力的时间内，机组可能已经因为TCA流量低而跳闸了，原因不仅是备用给水泵联启的及时与否，还有给水泵同时还要满足余热锅炉的给水量要求，势必就会影响到TCA的冷却水量。显然，这对机组安全运行是非常大的隐患。
机组启动过程时，点火条件要求TCA低于一定的温度（60度）,否则将会造成点火失败，机组跳闸。尤其在热态启动过程中，单独靠低压汽包来水，是不可能满足机组点火所需求的TCA温度值的，那么就必须靠提高给水泵入口凝结水来流量，来降低给水泵入口温度，而增加的凝结水流量，会通过给水泵再循环，大部分进入低压汽包，造成低压汽包的水位偏高，从而排污量增大，机组经济性下降。
另外，为满足TCA系统需求的给水流量，以及余热锅炉系统汽包水位的平衡稳定，液力耦给水泵会不断的调节出力，来调节给水泵出力，这将大大增加给水泵液力耦的调节量，使得给水泵液力耦的损耗增大，寿命也会较正常使用而降低很多，使得系统整体安全性下降。
三、TCA系统采用独立冷源的可能性与必要性
1.对于TCA系统来说，其需要满足的条件为入口压力、流量以及温度，考虑到TCA诸多要求，设计一台单独的TCA供水泵时必要的，其出口压力必须大于11MPa以上，另外考虑到TCA系统对冷源温度的要求，其供给水源采用由低压汽包和凝结水系统共同承担，并通过调节凝结水供给量来调节TCA温度，从而来保证燃机启动条件的满足，
2.TCA系统独立出来后，其好处是显而易见的，首先，安全性上来说，锅炉给水系统和TCA冷源相互独立，给水调节相对就会稳定可靠，可以保证汽包的安全水位和TCA安全流量，余热锅炉也可以实现其三冲量调节，其次经济性上来说，新增加TCA给水泵，其耗功量加给水泵耗功量同原来给水泵耗功量相比，是低于原来单台给水泵耗功量的，这个需要实际实现后来论证。
四、总结
综上所述，TCA系统实现冷源独立，是存在可行性，并且也是有必要的。实现TCA系统的冷源独立，不但可以大大提高系统运行的稳定性与安全性，并且在经济性上，也存在较大的提高空间。
众所周知，保护环境，实现可持续发展，是现阶段我国的重要发展战略，而燃气轮机发电不但比燃煤发电具有无可比拟的环境保护优越性，在热效率上，燃气-蒸汽联合循环也要高于燃煤发电机组，这也是我国目前大力发展燃气机组的主要原因。而安全对于电力生产的重要性，更是不言而喻了。在即将或已经建成的燃气-蒸汽联合循环机组中，通过设备改造，实现TCA系统的冷源独立，保证余热锅炉的正常供水和燃机TCA流量的满足，从而大大提高系统运行的稳定性与安全性，对电网的稳定运行也将具有积极的意义。
参考文献：
大唐国际绍兴江滨热电有限公司.集控运行规程.
中国华电集团公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书.设备及系统分册.中国电力出版社.
论文作者:李刚
论文发表刊物:《科技中国》2016年10期
论文发表时间:2017/1/5
标签：汽包论文; 系统论文; 水位论文; 燃气轮机论文; 给水泵论文; 流量论文; 机组论文; 《科技中国》2016年10期论文;