惠州深能源丰达电力有限公司
1、问题的发现与提出
随着社会的发展与进步，为了提高中国燃气轮机的制造技术，进入21世纪以来，构架采用的手段是用市场和技术交换，通过一系列的形式和国外的一些大公司，比如：日本的三重工企业、德国的门子公司、美国的GE公司签订了技术转让协议，从国外引进先进的燃气轮机技术。下表对某些典型的燃气轮机的发电机组性能参数进行了总结，如表1所示。国外引进的燃气轮机全部以天然气为燃料，天然气的来源主要有以下几途径：东海天然气、进口天然气以及西气东输的天然气。最早的燃气轮机建于2005年，并于当年开始投入使用，投入使用1年后，9FA燃气机没有什么大问题的出现，但是还是有一个问题的出现，就是个别地区有供压不足情况的出现，同时还会有供气不足情况的出现。
某电厂拥有两套9FA燃气轮发电机组，最早建成于2005年9月，建好之后具备发电的条件，但是由于天气的原因，天然气不能正常供应，所以对机组进行保养维护。一年之后可以开始正常供应天然气。9FA燃气轮发电机组所需要的供气压力是4.0MPa，但是实际上天然气可以供应的压力只有2.0MPa，现有的供应压力不足以维持9FA燃气轮机的正常运转。如果使9FA燃气轮机正常运转，必须解决天然气压力不足的问题。通常情况下，可以采用的技术有两种。最常见的一种是通过增压机增压，这种增压方式既有优点，又有缺点。优点是这种增压方式历史比较悠久，技术比较成熟，缺点是投资太大，而且周期太长。另一种技术是采用供气降压运行技术，这种技术与增压技术相比，具有周期短，改造简单，工程量小的优点。但是这种技术存在的缺点就是技术风险较大。美国的GE公司具有降压运行的技术，但这种技术并没有在9FA燃气轮机上使用实践过，因此还需要对具体情况进行具体分析。将上面两种方案进行比较，综合考虑其投资、运行周期、技术的可行性等，最后决定对9FA燃气轮机采用供气降压的运行技术。
2、降压运行的技术原理
本研究以某厂为试验基地进行开展，该厂的天然气系统主要由三部分组成，分别是前置模块、机组天然气控制阀室、调压站。在9FA燃气轮机的燃烧系中天然气首先通过气阀室，然后通过滤芯、ASV、SPV后分为D5、PM1、PM4三路。在三路内对气源进行调整，使其能达到混燃烧的目的。在GE公司，P1通常指的是截止到阀前的气体压力，而P2通常指的是控制阀前的压力。最低的P2压力一般取最低气温情况下且是满负荷情况下的P2压力，这个压力一般情况下较高，但机组以该情况下的P2压力作为最低的压力要求。当燃机开始启动的时候，利用Mark VI来控制一个检测程序，来检测P1的压力，如果P1的压力小于P1的最低压力，则燃机不能正常发动。在运行过程中，Mark VI会一直检测P1的压力，如果检测到P1的运行压力小于P1的最低压力时，就会出现跳机的现象。一般情况下，P2的压力是一个固定值。如果机组的运行负荷降低或者外界环境的温度升高，在这种情况下，最低的P2压力值就会相对升高，因此就给降压运行提供了一定的可行性。降压运行的原理主要是把原来固定的P2最低压力变为一个相对值。将其设定为一个函数，该函数主要由环境压力、CPD（压力机的出口压力）以及外界环境的温度组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果外界环境的温度升高，那么CPD的数值就会降低，CPD降低，相应的引起P2降低，P2降低后可以使机组在较低的压力下运行。如果使燃气轮机组在特定的燃烧系统下工作，就需要对运行程序进行修改，确定合适的压力需要。在MarkⅥ控制系统内，根据燃料的系统和燃机的特性来设计P2压力与CPD之间的关系。P1压力是一个固定值，这个固定值是任何外界环境温度以及任何燃气轮机组负荷情况下存在的一个特定值。如果在供气降压的情况下运行,P1成为CPD的函数，解决了之前运行方法不能正常工作的缺陷。因此解决了燃气轮机组在较低压力情况下的启动以及运行、工作的问题。
3运行实践
某电厂委托美国GE 公司对MarkⅥ 控制系统进行修改，保证其能在供气降压的情况下进行工作。系统修改于2006年完成，并在同年完成对燃气机组的调试工作。该系统保证燃气轮机组能够在供气降压的情况下运行主要有3个要点：启动点火、速度的确定、负荷最大能够加到多大。在实际情况下，天然气进站的压力为2.0MPa，如果把天然气的气阀全部打开，使天然气的压降降到最低，则能够到达天然气阀室的压力只有1.9MPa。首先要过的第一关就是点火启动。为了做到保险，在正式点火之前应该先假点火，以检验其操作程序是否正确。如果假点火没有影响燃气轮机的操作程序及运行状态，待机组经过十几分钟，其转速降到点火的转速的时候，则正式点火，发动燃气轮机组。如果能够点火成功，则说明修改的程序可行。其次是检查燃气轮机组的速度能否确定。在对其进行不断加速的过程中，CPD所处的位置不断上升，CPD位置的变化引起压力P2的变化，因此，能否对速度进行确定是该程序能否正常运行的关键因素。在第一次试验过程中，当速度升至2000r/min时发生跳闸现象，这种现象的出现主要是由于将程序修改之后，其加速度太低，所以不能升至所需的速度。通过对程序的修改，最终可以对燃气轮机组速度的确定。最后是对负荷的增加，在对燃气机组的负荷进行增加的过程中，其压力也在不断地上升，所以负荷的最终值由供气压力负荷情况下P2的压力比较决定。改厂可达到的天然气压力为2.0MPa，此时的燃机负荷为80MW，在这种情况下P2的最低压力位1.69MPa，此时对于负荷已经达到临界点。通过对该厂的运行结果检验表明，9FA燃气轮机通过对供气降压技术进行改造，在天然气的压力是2.0MPa的情况下，可以保证9FA燃气轮机的正常运转
总结
通过对9FA燃气轮机进行供气降压技术的改造，将固定的最低P2压力值变为可变的P2压力值，为9FA燃气轮机在供气降压情况的运行提供了技术可能。通过对某厂的实践表明，在供气压力为2.0MPa时，通过对9FA燃气机组进行技术改进，可以实现9FA燃气轮机的正常启动及运转。通过对其进行技术改造，可以使燃气轮机在较低的供气情况下，满负荷运行，在实际生活中具有十分重要的意义。对9FA燃气轮机进行供气降压的技术改造，可以暂时解决因供气不足对燃气机组造成的影响。但这种技术改造毕竟是一种变通措施，且也会在一定程度上影响燃气轮机组的寿命。因此，要想从本质上改善9FA燃气轮机的运行状态，还应该提高天然气的产能和压力，从本质上解决问题。相信经过各方的共同努力，我国的燃气轮机事业会得到很大的进步与发展。
参考文献:
[1]GE 公司 PG9351FA 燃气轮机运行和维护操作手册.
[2] 焦树建. 燃气-蒸汽联合循环[M] . 北京: 清华大学出版社, 2000.
[3]杨顺虎. 燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M] . 北京: 中国电力出版社, 2003.
论文作者:鲍廷廷
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/22
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