关键词：进气加热系统;DLN2.6+;IBH
Abstract:GE in order to extend the power of the gas turbine combustor premixed combustion power range, prevent mouth frozen compressed air into the machine and protect compressor to prevent its operation under extreme pressure ratio, set the compressor inlet air heating system (IBH). To our factory in the combustion system for upgraded by DLN2.0 to DLN2.6 + and the control system consists of MarKVI upgraded to MarKVIe IBH control strategy and subsequent improvement plan after a brief analysis and introduction.
Keywords: DLN2.6+;IBH
0 引言
某发电厂采用的S209FA型燃气-蒸汽联合循环热电联产机组为一套780MW级“二拖一”燃气-蒸汽联合循环供热机组。其配置为：两台燃气轮机、两台燃机发电机、两台余热锅炉、一台蒸汽轮机和一台蒸汽轮发电机。其中燃气轮机为美国GE公司生产的PG9351FA型。GE为了拓展其燃气轮机DLN的燃烧器预混燃烧方式的功率范围、防止压气机进口结冰以及保护压气机防止其运行在极限压比之下，设置了压气机入口抽气加热系统（IBH）。该系统从压气机的排气缸抽出一部分高温高压的空气，通过一个手动隔离阀和一个控制系统控制的气动调节阀，适时的引入燃气轮机进气系统入口处，加热压气机的进气。这种方法要牺牲一定的燃机功率和相当的热效率。压气机入口抽气加热控制(IBH)采用了一套气动伺服调节系统，通过气动调节阀调整抽气加热阀门的开度来实现。在阀门100%全开的状态下，通过该阀门的抽气量最多占压气机排气量的5%。一般来说，抽气口选择在压气机末级出口处引出。
1 DLN2.0燃烧系统中IBH控制策略
我厂原DLN2.0燃烧系统对于IBH的控制策略只有预混燃烧方式扩展基准及压气机运行保护基准，并没有防冰控制基准，且单纯以IGV角度来调节IBH开度，并以此来调节进入压气机空气流量，使燃烧温度稳定，保证预混方式正常运行。压气机入口加热流量占压气机空气流量的百分比数(CSRBH)是IGV的一个函数。IGV与压气机排气抽气量的关系如图所示。
2 改造为DLN2.6+后IBH的控制策略
在DLN2.6+燃烧系统中，机组引入了边界控制，提高了效率，降低了排放，为保证机组能够安全稳定的运行，保证机组运行点拥有足够的安全保障，IBH的控制方式做了如下的改进。
2.1 增加了进气加热系统防冰控制功能
在MARKVIE控制系统中引入了防冰温度控制基准（ICE_TRF）。当防冰温度控制基准>压气机入口温度（CTIM），且机组转速大于额定转速的96%，进气加热系统的防冰功能自动启用。IBH防冰功能输出阀位值采用比例积分控制器，其输出由ICE_TRF(防冰温度控制基准)与CTIM（压气机入口温度）的差值经过PI运算而得到，其输出阀位下限为3%，输出阀位上限受IGV角度限制：当IGV角度大于56°时其防冰阀位控制输出最大被限制在50%，当IGV角度小于56°时其防冰阀位控制输出最大被限制在100%（IGV判断角度回差为1°）。PI参数：P为1；I为20s。
防冰温度控制基准是由两个数值ITAIREFX和ITAIREFX2取小得出的数值。其中ITAIREFX的值为一个由IGV开度查表得到的修正系数CA_CSROX与压气机进气露点温度ITDP（ITDP传感器模型全部坏掉时采用环境温度ATID）相加得到。
通过计算我们可以得出在IGV角度下ICE_TRF取值由ITAIREFX切换至ITAIREFX2的露点温度值，曲线之上取ITAIREFX2，曲线之下取ITAIREFX。
2.2 改进了进气加热系统燃烧基准控制
原DLN2.0燃烧系统此项功能为预设控制，而改进后直接由燃烧温度进行控制，使IBH的控制更加精准。
当CA_DCRT+CRT_TRFX+CRT_BIAS(偏置)大于CRT（燃烧温度系数），输出值为CRT_TRFX经过PI运算得到的数值，CRT_TRFX为CTDCORRCA_F的一个一维查表函数，CTDCORRCA_F为CTD(压气机排气温度)+19.7。
CRT_BIAS：当IGV角度小于51°（仪表回差为10°）且燃烧基准FSR前125个扫描周期的平均值与当前的FSR之差大于0.08持续3s时，CRT_BIAS为10。
2.3 压气机运行保护基准保持不变
改造之后新增了测点及模型计算，具体逻辑有所变动，总体控制策略并未改变。当压比cpr与压比限制cprlim之差（CPRERR）小于零时，即靠近机组喘振线，IBH由CSRPR计算出的初始阀位打开，阀位跟随CSRPR变化(CPRERR*（-15%）+当前阀位的PID计算值)，若3秒钟后压气机还处在喘振区，IBH全开。
CTIM模型不可用且CTIM三个测点故障，或大气环境压力（AFPAP）不可用时，延时250毫秒，IBH全开。
阀位偏差大于15%且转速大于96%延时15秒，IBH全开。
3 后续测试及优化改进
由于地理位置、气候等原因，我厂进气加热系统易发生进气滤网差压高的现象，滤网前湿度较大，易发生结冰现象，出现降负荷甚至停机的风险。于是我们对进气加热系统进行改造，增加了防冰霜装置，在大雪、大雾等极端天气情况下可从IBH排气的管道引出一路气源对进气滤网前区域进行加热除湿，防止进气湿度高，进气滤网处发生结冰现象。基于此我们进行了相应的性能试验，在#1燃机启动至高负荷（IBH阀门关闭）后，将进气加热系统切换至压气机进气滤网前，通过逐渐减负荷，在不同负荷，不同IBH开度条件下，测量计算燃机进气加热系统的加热能力、加热效率、降低湿度能力。
试验结果的数据还需要更加深入的分析计算，但也可以粗略得出在不同负荷下，当IBH开度在24%左右时，进气滤网精滤表面的温升为6度左右，湿度降低10%左右；IBH开度为40%左右时，温升在10度以上，湿度降低20%以上，应该说除湿加热效果非常明显。
由于国内没有相应的可借鉴经验，我们还会对数据进行深入研究，并以此为基础设计一套控制算法，以达到进气加热系统防冰霜装置的全自动控制，在环境条件达到要求的时候自动投入或退出。
4 结语
在DLN2.6+燃烧系统中，机组引入了边界控制，提高了效率，降低了排放，进气加热系统相应的改进能够保证机组能够安全稳定的运行，保证机组运行点拥有足够的安全保障。同时还可以根据自身的实际情况对IBH做出一定的改进，使机组对外界条件适应能力更强，运行最优化。
参考文献：
[1]梁树辉.提高燃气轮机效率的论述[J].科技风,2019,(30):20.
[2]史伟.燃气轮机联供系统运行经济性分析[J].内燃机与配件,2019,(19):191-192.
[3]伍赛特.提高燃气轮机性能的技术措施研究[J].机械管理开发,2019,34(9):52-54.
论文作者:李梦琪
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年15期
论文发表时间:2019/12/12
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