影響燃氣輪機運行和啟動的幾個因素

2010-07-30 09:22鄒志鴻

綜合智慧能源 2010年3期

鄒志鴻

(望亭發(fā)電廠,江蘇蘇州 215000)

0 引言

目前,燃氣輪機機組在我國電力企業(yè)所占比重正在逐步提升,而引進機組的容量也在相應(yīng)增大。燃氣輪機機組與火電燃煤機組相比具有無可比擬的調(diào)峰優(yōu)勢,在基本負荷工況下,穩(wěn)定運行的燃氣輪機效率最高,但由于受天然氣供給不足以及電網(wǎng)負荷的影響,機組啟、停頻繁,可利用小時較少。

望亭發(fā)電廠 2臺 S109FA重型燃氣輪機是引進美國 GE公司的產(chǎn)品,于 2005年年底投產(chǎn),從燃氣輪機發(fā)電的經(jīng)濟性出發(fā),往往采用一臺機組連續(xù)運行,另一臺機組早啟晚停的方式運行,以滿足電網(wǎng)需求。2臺機組在 2年多的時間內(nèi)啟動都達到了數(shù)百次,經(jīng)過不斷摸索,對燃氣輪機在不同季節(jié)的運行特性和啟停規(guī)律有了一定的了解。希望通過對影響啟動成、敗因素的總結(jié),找到影響燃氣輪機啟動及運行的主要原因和解決方案,以不斷完善機組運行,從而在更安全的前提下充分挖掘機組的經(jīng)濟潛力,延長機組使用壽命,更好地為電網(wǎng)服務(wù)。

1 影響燃氣輪機運行和啟動的幾個因素

1.1 設(shè)備的檢查和消缺

1.1.1 對燃燒器和壓氣機的檢查

GE的燃燒器和壓氣機葉片的工作時間都有嚴(yán)格的規(guī)定,在一定的周期內(nèi)要進行檢查和更換,即使發(fā)電任務(wù)比較緊,也必須將機組停下來進行以上工作以保證設(shè)備的安全。壓氣機 R0級葉片長期工作在真空、高速、大流量的環(huán)境中,葉片容易受到空氣中夾帶的雜質(zhì)和水分的侵蝕,長此以往,葉片的進氣邊會產(chǎn)生腐蝕并發(fā)展為裂紋。為此,GE公司將傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型 R0級葉片替換為葉根處帶有 P形切口的葉片,以提高葉片對這種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。根據(jù)最近幾年P(guān)-CUT葉片的使用情況來看,在 P形切口的位置產(chǎn)生高應(yīng)力并發(fā)展成裂紋,這種情況已經(jīng)在多個電廠被發(fā)現(xiàn)。GE公司也承認這項技術(shù)改進是失敗的,因此,需要對 P-CUT的 R0級葉片進行更換,但由于標(biāo)準(zhǔn)型的 R0級葉片需求量大、生產(chǎn)運輸周期長,因此,在葉片更換以前,需定期安排停機時間并聯(lián)系 GE公司對葉片做超聲波探傷檢查。超聲波探傷檢查周期見表 1。

表1 壓氣機 P-CUT型 R0級葉片超聲波探傷檢查周期

對于調(diào)峰機組而言,由于低負荷及點火時間的增多,燃燒器工作條件惡化,折算壽命縮短,對應(yīng)的更換周期也就縮短了,理想檢修周期見表 2。由于以上原因,在停機以后,要相應(yīng)地增加對燃燒器和熱通道部分的孔探工作。

表2 S109FA燃氣輪機檢修周期

燃燒器在運行中出現(xiàn)排氣溫度異?；蚺艢夥稚⒍犬惓Ｇ闆r時,應(yīng)加強檢查分析。若出現(xiàn)異常情況,在排除排氣熱電偶故障的因素后,就應(yīng)檢查燃燒器是否受損。望亭發(fā)電廠就曾出現(xiàn)過上述情況,因分析及時并安排機組停機消除缺陷,更換了少數(shù)火焰筒后,機組馬上恢復(fù)了正常。

燃燒器和壓氣機葉片成了制約機組運行、啟動的重要原因。對上述工作的檢查需在軸系靜止的狀態(tài)下進行(即停運盤車),對于 S109FA機組來說,燃氣輪機與汽輪機共軸,停用盤車時汽輪機和燃氣輪機要同時滿足盤車停用條件,但由于汽輪機冷卻時間較長(需 5 d時間),導(dǎo)致葉片檢查需要更多時間,因此,機組的可利用率下降。尤其是這些主體設(shè)備的檢查、檢修和更換要由廠家和 GE協(xié)調(diào)后才能安排進行,所以制訂檢查、更換計劃很重要,否則,機組將不可避免地處于停用狀態(tài)。

1.1.2 天然氣供應(yīng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)消缺

以天然氣為燃料的機組,不可避免地存在天然氣輸送途中的泄漏和其他影響,而燃氣輪機對天然氣入口品質(zhì)、參數(shù)的要求很高,因此,穩(wěn)定的天然氣供應(yīng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)也成為燃氣輪機運行、啟動能否正常的關(guān)鍵。

在天然氣管線上設(shè)置了調(diào)壓裝置,和大多數(shù)電廠一樣,調(diào)壓裝置往往布置在室外,管線調(diào)壓裝置在冬季的防凍就顯得尤為重要。冬季燃氣輪機啟動時,由于天然氣壓力波動引起的機組啟動失敗,其大都是由于防凍措施不到位、調(diào)壓裝置工作失常造成的。在分析原因之后,對調(diào)壓裝置加裝了伴熱設(shè)施,在極端惡劣天氣條件下,管線調(diào)壓裝置對天然氣參數(shù)的維持滿足了燃機進口需求。

天然氣不會發(fā)生大規(guī)模泄漏,但令人頭痛的是燃料模塊和燃氣輪機艙內(nèi)的泄漏。為了防止燃料在燃燒器內(nèi)的積存,機組進入啟動程序后,燃氣輪機先執(zhí)行泄漏試驗,只有合格后才點火,避免產(chǎn)生爆燃。燃料模塊內(nèi)燃料的控制閥在多次啟、停和燃燒調(diào)整之后,閥體的嚴(yán)密性不可避免地會有所下降,這樣,在執(zhí)行泄漏試驗時,就無法正常通過機組中斷啟動程序,需更換閥門才能解決。這種泄漏發(fā)生在管道內(nèi),筆者將其稱為內(nèi)漏現(xiàn)象。

為保護燃氣輪機主設(shè)備的安全,機組設(shè)有危險氣體檢測系統(tǒng),一旦天然氣往外泄漏并有積存,氣體濃度升高就會發(fā)出報警信號,如果繼續(xù)升高到跳閘值,控制程序會切斷燃料停機。如果泄漏的天然氣發(fā)生燃燒,CO2系統(tǒng)的溫度感應(yīng)裝置會自動啟動CO2噴射滅火功能。這種泄漏發(fā)生在管道之外,筆者將其稱為外漏現(xiàn)象。外漏的部位通常在燃機倉和燃料模塊居多,密封件、閥體填料和法蘭墊片老化以及對密封件的預(yù)緊力不夠都會造成外漏現(xiàn)象,但有時剛換過新密封件的部位也會出現(xiàn)泄漏,其原因主要是存在溫差,因為天然氣管道在停用和投運時溫差很大,管道和閥體的膨脹也發(fā)生較大的變化,在目前的情況下,對溫差引起的管道伸縮泄漏尚無良策,只能采用停機后對密封件重新緊固的方法以消除影響。為防止危險氣體濃度高而中斷啟動程序,必要時增開 1臺通風(fēng)風(fēng)機臨時滿足啟動需要,但不能從根本上解決問題。

1.2 啟動過程中的影響

1.2.1 振動

S109FA是單軸機組,軸系長,影響整個軸系振動的因素非常多,望亭發(fā)電廠 2臺機組振動總體水平不錯,但在啟動和加負荷過程中,#3瓦振動較大并有突竄現(xiàn)象。通過研究 GE公司的 TIL技術(shù)通告并分析相關(guān)數(shù)據(jù)后得出結(jié)論:燃氣輪機運行時,由于燃氣輪機倉內(nèi)的溫度升高導(dǎo)致了燃氣輪機前支撐腿的縱向延長,#1瓦中心線抬高,從而使與之相鄰的#3瓦負載減輕,容易發(fā)生油膜渦動;半倍頻振幅的增加導(dǎo)致了通頻振動數(shù)據(jù)的整體抬高。臨時采取了適當(dāng)降低油溫的措施,利用停機對火焰筒聯(lián)焰管、天然氣及抽氣管道法蘭泄漏進行了消缺,但成效甚微。在隨后的工作中,對燃氣輪機的前支撐腿增設(shè)了閉冷水冷卻裝置,解決了運行中#1瓦中心線抬高的問題,收到了很好的效果,振動已恢復(fù)正常。

1.2.2 燃燒方式切換

燃氣輪機帶上負荷并向上加負荷過程中,燃燒方式將由PPM(先導(dǎo)預(yù)混模式)向 PM(預(yù)混模式)方式切換,這一切換過程的機組負荷在 230MW左右。在燃燒方式切換過程中,清吹門 VA 13-1的正常動作很重要,若動作不正常將導(dǎo)致燃燒方式切換失敗甚至跳機。隨著機組啟、停次數(shù)的增加,清吹門動作次數(shù)相應(yīng)增加,該閥門氣動執(zhí)行機構(gòu)的密封件會發(fā)生老化失效,閥門的彈簧預(yù)緊力也會發(fā)生變化。所以,在停機后應(yīng)不定期對 VA13-1的氣動執(zhí)行機構(gòu)和閥門緊力進行檢查和校驗,以測定開啟和關(guān)閉時間是否符合要求。如果確定清吹門有問題而暫時無法處理,那么,能做的就是在加負荷時強制燃燒方式以避免切換失敗帶來的風(fēng)險,這樣會犧牲部分負荷,且對燃燒器運行極為不利。

1.2.3 啟動中的控制和調(diào)節(jié)

燃氣輪機啟動速度很快,而蒸汽輪機需要有一定的暖機時間,汽輪機進汽時,進汽溫度應(yīng)與汽缸金屬溫度相匹配,同時注意控制汽缸熱應(yīng)力。隨著燃氣輪機排氣溫度的上升,汽輪機入口處的溫度也在逐步上升,在一定的負荷工況內(nèi)(由相應(yīng)機組余熱鍋爐性能決定)減溫水量會增加,要注意維持蒸汽過熱度,汽溫的過高或過低都會使機組保護動作,從而影響啟動的進行。另外,余熱鍋爐高中壓汽包水位受汽壓影響比較大,所以,對旁路的動作情況一定要注意監(jiān)視,以免水位保護動作。其他因素如加熱器的失常等,也會影響燃氣輪機啟動。

2 結(jié)論