9FA燃机的天然气滑压运行

2023年12月30日发(作者：)

第23卷 第4期2010年12月5燃 气 轮 机 技 术6GASTURBINETECHNOLOGYVol123 No.4Dec.,20109FA燃机的天然气滑压运行陈元锁(浙江国华余姚燃气发电有限责任公司,浙江 宁波 315400)摘 要:针对国内不少燃机电厂存在的供气参数达不到设计要求的情况,结合GE公司提供的9FA燃机滑压运行技术更改方案,对天然气的滑压运行进行原理说明和运行阐述。关 键 词:9FA燃机;天然气;滑压运行中图分类号:TK477 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2010)04-0058-03 当前,国内不少燃用天然气的燃机电厂普遍存在气量不足和供气压力达不到设计要求的情况,在这种情况下,采用天然气滑压运行方式就成了一种相对比较好的运行控制方式。ControlValve)和速比阀SRV(Stop/SpeedRatioValve)是两个关键的元件。控制阀GCV是用来控制进入燃气轮机的天然气流量,其设计成超临界流动,使得通过阀的天然气流量与阀后的背压无关,同时其阀芯的特殊型线使通流面积的变化与阀门的开度成正比。而SRV则保持GCV阀前的压力P2为一恒定值,同时其也兼作天然气的截止阀,见图1。1 天然气的定压运行在气体燃料的控制系统中,控制阀GCV(Gas图1 天然气控制系统 在天然气供应正常情况下,一般都是采用定压运行模式,天然气经过调压站和前置处理模块后到达P1点的压力一般在3.0~3.3MPa之间,P1点的压力是燃气轮机启动所必须要达到的一个压力信号采样点。如果采用定压运行方式,则该值必须要达到最小启动压力设定值,如果P1压力低于该设定*收稿日期:2010-06-04作者简介:陈元锁,男,助理工程师,现在浙江国华余姚燃气发电有限责任公司从事燃气轮机运行工作。

第4期9FA燃机的天然气滑压运行59值,则燃机禁止启动。P1压力测点的下游为辅助截止阀,辅助截止阀打开后天然气送至速比阀SRV前,速比阀SRV根据燃机的转速来控制其阀后的压力P2。P2的压力在燃机全速后保持在一个恒定值,便于GCV阀的控制,其算法为P2=TNH@4.49–27.78,当燃机转速达到3000r/min时,其值为421.18Ps,i折合成压力为2.904MPa。而GCV阀则在阀前压力保持恒定压力P2的情况下,根据FSROUT指令基准来确定其阀位的开度,以满足燃机启动或带负荷所需的燃料量。但在当前,不少燃气电厂都存在气量不足的情况,定压运行方式存在一定的难度,于是就采用了天然气滑压运行的模式,以降低燃气轮机对天然气压力的过高要求,使得在较低的天然气供气压力下,燃机也能带部分负荷正常运行。2 天然气的滑压运行对于滑压运行方式,GE公司有两个方面的更改,一个是更换GCV的阀门型号,把定压的GCV阀门类型更换为滑压的GCV阀门类型;另外一个是保持定压GCV阀门类型不变,对MKVI软件进行修改,增加滑压运行的控制插件来达到滑压运行的目的。2.1更换GCV阀门型号从图2、图3可以看出,标准型GCV控制阀在2MPa的天然气供气压力下,其负荷只能带到30%~40%,而低压差类型的GCV控制阀对天然气的压力要求有较大幅度的降低,在供气压力为2MPa的情况下,如果环境温度足够高,燃机的负荷甚至可以带到80%以上。但GE公司给出的低压差类型的GCV阀门价格较高,六个GCV控制阀(每台机三个)的更换价格为$224,500,考虑到实际供气量过少的情况,更换阀门的经济性比较差,所以没有更换。2.2增加滑压运行插件2.2.1P2的影响因素燃气轮机之所以在较低压力下无法达到满负荷出力,其最根本也是最直接的原因是压气机排气压力随着燃机负荷的升高而增加。当燃机的负荷升高到一定程度时,压气机排气压力已经接近天然气的P2压力,这样就使得天然气无法流进燃烧筒进行燃烧。另外,按照原先的MKVI控件,启动燃机时,如图3 低压差燃气阀门)负荷、环境温度和天然气压力之间的关系图2 标准燃气调节阀门)负荷、环境温度和天然气压力之间的关系果燃气模块入口的P1压力小于最小压力要求,燃机就被禁止启动,这对于天然气供应不足的现状来说,显然达不到启动要求。所以,要在较低的燃气压力下启动并运行燃气轮机,对MKVI控件进行修改是

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禁止升负荷。2)当P2的实际压力下降到P2的临界压力FPRGCRIT以下1psi时,P2压力到达低限。3)当P2的实际压力下降到P2的临界压力FPRGCRIT以下5psi时,如果此时的供气压力(包括P1、P2)下降速度太快,即超过最大的下降速率50psi/s,2s后燃机跳闸。4)当3个GCV当中的任何一个开度反馈大于95%时,机组执行旋转备用(RB)。5)当SRV开度反馈大于95%时,机组执行RB。2.2.4P2的临界线P2压力与压气机排气压力之间的相互关系被集成到燃机MarkVI控制系统中,其所反应的原理见图4。滑压运行控制可以降低燃机对供气压力的要求,在各种可能的运行条件下,为克服燃料经过滤网、阀门、管道和喷嘴以及进入燃机燃烧室的一系列过程而导致的压损,需要提供一个最低供气压力,以确保燃料的基准动力。在该控制方式里,天然气供气压力与环境温度、环境压力及燃机负荷形成函数关系。2.2.2P2的算法机组的控制软件会根据不同环境温度(测点来自压气机进口的CTIF1A/2A/1B三个热电偶的中间值)、环境压力以及燃机负荷值,计算出燃机必须要保证的P2临界压力,以使GCV前有足够的压力,保证GCV能够正常的线性控制天然气的流量。最终的P2输出基准FPRG算法如下:在FPRG作为最终的输出基准去控制SRV的开度之前,共有四个独立的P2计算程序,计算结果经过几个选择门后,最后作为P2的输出基准FPRG。1)FPRGCRIT。它是环境温度、环境压力及压气机排气压力的一个函数,它是一个必须达到的P2的最小临界压力。例如,在夏天,当压气机排气温度低于冬天的排气温度时,P2所必须达到的临界压力要求会相应的降低些。2)FPRGN。它单纯就是一个燃机转速的函数,也即是我们平时经常接触到的这个公式:P2=TNH@4.49–27.78,这里的TNH为转速的百分数,该值在机组3000r/min时的值为421.18Ps,i折合压力为2.904MPa。3)FPRGTAMB。该数值其实就是对FPRGN进行环境温度CTIM修正后得出的一个满足燃机基本负荷时所必须要达到的一个压力数值。随着环境温度的升高,其值会相应降低。4)FPRGSUP。该值实际上就是把速比阀上游的FPG1值减去15psi后作为其输出值。在上述四个计算值当中,FPRGN和FPRGTAMB这两个先经过一个小值选择门,然后再与另外两个经过一个中间值选择门,最终作为P2的实际输出基准,从而去控制SRV的开度。2.2.3滑压运行控件的保护1)当P2的实际压力下降到P2的临界压力FPRGCRIT以上5psi范围以内时,此时如果机组转速在L14HS以上且IGV没有全开的情况下,机组会图4 用滑压控制增大可运行性的窗口1)图4中,虚线显示了过去使用的供气压力要求,在任何燃机负荷及环境条件下都是一个固定数,实线显示了新的供气压力要求,作为压气机排气压力的一个函数可以改变(也即滑压运行中关键的临界P2压力线),阴影部分用旧的控制原理不能运行,但现在用新的滑压控制方案就可以运行。2)在发生P1压力降低时的燃机保护也得到了改善,在新的控制方法里,启动许可得到了改进,在P1压力大于或等于支持旋转备用运行需要的数值时允许机组启动。在以前,如果P1压力在机组达到运行转速前的任何一点上降至低于启动许可值,都会发生跳机。3)运行期间,当现场供气压力降至低于为特定环境条件设定的P2压力线(图4实线),截止/速比阀将打开更多进行补偿。如果阀门达到其最大允许的开度,MarkVI控制将启动RB,直至燃气压力可以支持的一个负荷水平。(下转第66页)

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令改为-3,EH油压开始上升到13MPa的工作压力。4.3故障预防HSSO3卡其实有跳闸偏置功能,在端子板THSO3上有跳闸偏置接点,引入汽机跳闸信号到此接点,这样机组跳闸后伺服卡会输出一偏置电流到伺服阀线圈,使油动机处于全关位置。同时在DCS组态中,将机组处于跳闸状态时,调门指令由0设为-3,这样即使LVDT有小的零飘,也不会导致开调阀。同时要定期做阀门校验,使反馈更准确,DCS组态中校验数据要离线保存,避免下装组态时数据被冲掉。另外伺服阀与卸荷阀的内漏也会导致此类故障,要定期检查与维护。内漏时,大量压力油通过卸荷阀回到回油管产生大量的热使回油管道发热,通过检查回油管道温度可以判断是否内漏。5 结语从上面的故障分析可看出,数字电液控制调节系统可划分为三部分:控制器逻辑组态部分、控制卡件部分、伺服阀与相应的液压油系统。每一部分出现问题,都有不同的故障表现,只有对该系统的逻辑组态、设备结构、工作原理等熟练掌握,才能准确及时地处理出现的问题。SeveralTroublesandtheirTreatmentonDEHControlSystemof9EUnitYANGTao(ShenzhenNanshanPower(Zhongshan)ElectricalCo.,Ltd,GuangdongZhongshan528451,China)Abstract:htroubleanalysis,itshowsthatwhenthefaultgenerateonthecontrollogicconfiguration,controlcardpiecesorservovalvewillleadtodifferentperds:gas-steamcombinedcycleunit;digital-electrichydrauliccontrolsystem;synchronizationtrouble;hydraulicservoslavemodule;EHoilsystem(上接第60页) 4)附加的保护方法也包括在内。例如,当供气压力(包括P1、P2)降得太快,即超过最大的下降速率,或者供气压力达到临界线以下的某一个域值(极限),控制会启动一个旋转备用阶越。本方案还包括供气压力下降到临界P2压力以上的一个域值(极限),禁止负荷增加的功能,临界P2压力允许机组负荷升至压力限制点。参考文献:[1]GE公司MKVI控制系统部分逻辑.[2]GE公司ECO29、ECO30的附件A、B.运行了一段时间,机组的运行工况良好,各参数均显示正常。另外,如果对天然气控制阀门和滑压运行的控制软件在国内就能进行设计生产和修改的话,那么,在可以节省一大笔资金的同时,也提高了国内工业的创新能力。3 结语采用天然气滑压运行的方式在本单位已经实施SlidingGasPressureOperationof9FAGasTurbineCHENYuan-suo(ShenhuaZhejiangGuohuaYuyaoFuelGasPowerGenerationCo.,Ltd.,ZhejiangNingbo315400,China)Abstract:Accordingthegaspressurecannotreachthedesignrequirementforalotofgasturbineunit,combinedwith9FAslidepres-sureoperationtechnologyschemesuppliedbyGE,theds:9FAgasturbine;gas;slidepressureoperation