摘要：在单机设备效率提高越来越困难的情况下,要提高热力系统的效率,就必须做到能源梯级利用,以充分利用各品位的热能,提高整个系统的效率。本文针对大型燃气—蒸汽联合循环发电机组运行、维护、检修等方面出现的技术问题，
燃气-蒸汽联合循环蒸汽部分的特点，燃气-蒸汽联合循环运行原理，单轴燃机—汽机转子系统振动研究，燃气轮机IGV（进口导流叶排）控制及温控线优化技术等四个方面进行研究。
关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；运行与维护；关键技术
近些年，燃气—蒸汽联合循环发电以得到了快速发展。以往人们主要依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电目标。在这个领域内,主要集中于提高燃煤电站的单机容量和供电效率以及解决因燃煤而造成的污染问题。改善供电效率的主要方向提高蒸汽的初参数并改进其热力循环系统的设计。现今在满足安全运行的条件下，有必要开展大型联合循环机组运行、维护、检修等方面的技术研究，
一、燃气-蒸汽联合循环蒸汽部分的特点
以汽轮机(ST)和余热锅炉(HRSG)为核心的物质能量转换利用系统就是联合循环中的蒸汽系统，用来将燃气轮机的排气余热加以回收、转换和利用。选定燃气轮机后，汽轮机和余热锅炉组成的蒸汽系统的参数优化匹配和流程设置在很大程度上决定了联合循环装置的性能。余热锅炉在联合循环中回收燃气轮机排气余热，产生蒸汽推动汽轮机发电。与常规电站过量所不同的是，余热锅炉仅有汽水系统，没有燃料输送、燃烧设备和煤粉制备。余热锅炉的汽水系统通常是集装箱等换热管簇和容器、过热器、蒸发器、省煤器和汽包等组成，构成水的加热、饱和水蒸发和饱和汽的过热三个阶段，这一点与电站锅炉基本相似。有再热的蒸汽循环可以加设再热器。在联合循环中，主热源(燃气轮机排热)在蒸汽发生系统为变温排热过程，余热锅炉逐步吸收不断降温的燃气轮机排气的显热，产生热水或蒸汽。对流传热是余热锅炉中的主要传热，辐射传热基本上可以被忽略，这是因为由于温度较低的原因。为了在余热锅炉中充分利用燃气轮机的排气余热排气离开余热锅炉时的温度值应该进能降低，但是由于再设计余热锅炉时，锅炉给水的饱和蒸发段的起始点与燃气侧之间必须保证一定的“节点温差”，否则将会导致余热锅炉的受热面积将增至无穷大，因此实际情况下该温度值不能被降得很低。
二、燃气-蒸汽联合循环运行原理
当前情况下，蒸汽轮机和燃气轮机单独工作时供电效率为40%左右，如采用临界参数的蒸汽轮机技术，供电效率也仅能达到45%～47.7%。人们通常将燃气轮机循环和蒸汽轮机循环两者加以结合，形成燃气-蒸汽联合循环这样一种全新方案，进一步提高发电设备的效率。最新燃气轮机近期温蒂超过1600℃，压气机的压比达30,联合循环发电效率已超过了60%。叠置蒸汽轮机的郎肯循环和燃气轮机的布雷顿(Brayton)循环组合成一个总的循环系统，这就是联合循环的实质。蒸汽轮机系统受限于蒸汽性质,蒸汽初温不能很高,蒸汽凝结温度很低；燃气轮机直接使用燃气为工质,因此初温很高,但是其排气温度也高。蒸汽轮机平均放热温度低和燃气轮机的平均吸热温度高的两种特点在燃气-蒸汽联合循环中得以充分利用，整体循环效率将大大高于单独的蒸汽轮机发电组和燃气轮机发电组。
三、单轴燃机—汽机转子系统振动研究
根据总结和研究实际运行经验，单轴燃机—汽机转子系统在可倾瓦上容易出现油膜振荡和油膜涡动故障，以及在冷态启动过程中由燃机快速启动引起的热态瞬变振动等故障。
1、油膜涡动和油膜振荡
很多非线性现象会出现在旋转机械的运行中，其中由于非线性油膜力引起的自激振荡是最突出的，同时会产生油膜失稳和油膜振荡。目前大多数研究九种在依靠经验进行油膜振荡的故障诊断和治理等方面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆转子轴承油膜力的模型以非线性理论为基础，还不够完善，油膜振荡的治理方法也缺少系统性。大型旋转机械的疑难问题仍然是油膜失稳，当前的研究内容集中在分析油膜失稳机理，将造成转子失稳的原因进行完整的揭示，在此基础上寻找诊断和治理燃气油膜振荡的一整套方法，确保能够应用于实际工程当中。
2、热态瞬变振动
由于受热不均匀而产生的一种振动现象就是热态瞬变振动现象，它会随着温度变均匀在较短时间内消失。采用叠加装配、抽气冷却的结构GE燃机转子普遍存在热态瞬变振动现象，严重的热态瞬变振动会导致燃机停机。转子起始温度的函数就是热态瞬变的振动量，较冷的转子初始温度对应大振动值。目前的一些常用的动平衡技术缺少在单轴燃机—汽机转子系统上应用的业绩，大多数没有注意到热态瞬变振动受冷启动过程的影响。各阶段的燃机转子振动，包括各负荷的阶段振动和热态瞬变的震动都需要综合考虑，才能够有效解决热态瞬变的振动问题，处理好动平衡。
3、燃气轮机热部件维护维修
重型燃气轮机具有很高的可用率，合理的维护维修计划能减少总体费用，使停机时间保持最短，改善启动和运行的可靠性及提高机组可用率，进而增加效益。燃气轮机热部件按其工作环境的不同可分为三类，即燃烧系统、热通道和转子部件。对于燃气轮机的维护，在燃气轮机和联合循环热力设计、试验方面经过多年的研究，积累了大量的经验，采用互相独立的启动次数和运行小时数来计算维护间隔。
四、燃气轮机IGV控制及温控线优化技术研究
在燃气轮机80～160MW负荷区域，卧式三压再热自然循环余热锅炉普遍存在主蒸汽容易超温、温度最高甚至达到574℃（此时喷水减温器后蒸汽温 度已接近饱和温度），引起燃机、汽轮机RB（辅机故障减负荷），极端情况下燃机跳闸。目前亟待解决的问题就是燃机排烟温度过高和主蒸汽超温，主要原因就是燃机的排烟温度在该负荷区域已达到649.9℃，IGV温控介入，进入余热锅炉的高温烟气流量因IGV的开启而大幅增加，此时余热锅炉高压蒸发器所产生的烟气流量和蒸汽量不匹配。由于设计当中对于余热锅炉的设计工况考虑较多，也是通过考核工况设计蒸汽温度和减温水的配置以及换热面积，由于整个负荷变化过程中燃气轮机排烟温度存在温度变化为低高-低的驼峰特性，因此对于部分负荷工况考虑不足，最终导致主蒸汽超温。给予相关资料的不足，对于该问题的研究还处于初级阶段，只能通过提高主蒸汽温度的RB定值来暂时维持一些出现问题的机组的运行。同时降低燃机启动阶段的热通道温度，延长了热部件寿命，改善了热部件工作环境，使机组NOX和CO排放与改造前基本持平。各污染物排放总量由于时间较短会相应减少。
在国内目前所有的研究都没有能够根本上改变温控困难的现状，仅仅停留在采取浅层次的温控参数修正等措施层面。燃机核心控制技术就是燃机温控，科研人员需要不断试验和研究，优化部分负荷时的温控线，保证在部分负荷阶段主蒸汽温度自动控制能够投入，并且温度不发生超温报警，这样才能从根本上解决国内燃气轮机运行中普遍存在的主蒸汽容易超温的问题。
结语综上所述，燃气—蒸汽联合循环发电技术已经趋于成熟，就燃气—蒸汽联合循环机组运行与维护关键技术进行深入的研究，通过目前存在的问题，提出相应的解决方案，对于提高技术有着显著的作用，对我国电力行业的发展具有非常重要的意义。
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论文作者:尹正兴
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/14
标签：蒸汽论文; 燃气轮机论文; 余热论文; 油膜论文; 燃气论文; 温度论文; 锅炉论文; 《基层建设》2017年第7期论文;