燃气轮机的运行

联合循环发电机组技术讲课燃气轮机的运行讲课目的了解燃气轮机是在高温、高转速下运行的动力机械，而且运行工况常常变化很快，热冲击问题严重。特别是在启停过程中。为了保证机组能够长期安全运行，并获得最长的运行寿命对机组运行与维护都有严格的要求，如不超温、不超速、不喘振以及定期检查与维修等。运行人员必须熟悉设备的工作原理与特性以及由此而制定的运行和维护的要求；了解MARKⅥ操作界面并认真执行操作规程；燃气轮机运行涉及机组启动与停机、加载与减载、操作与故障处理以及维护等问题。讲课目录燃气轮机启停概述燃气轮机启动过程燃气轮机的停机PG9171E型机组及联合循环运行的基本操作PG9171E型机组运行的特殊操作及维护燃气轮机发电机组变工况运行第一节燃气轮机启停概述燃气轮机的整个启动过程是指转子由静止状态(或盘车)逐步加速至额定转速、负荷由零逐渐增至额定值或某一预定值的过程。在启动过程中，机内流动工质的参数逐渐升高，零部件被加热，其金属温度将由启动前的温度水平被加热而升高至额定功率所对应的温度水平。燃气轮机的停机过程是指转子由正常运转状态逐步至静止状态的过程。在停机过程中，其金属零部件将被冷却，温度相应降低，负荷逐渐降至零，转速也逐渐降至零。燃气轮机启动和停机过程不仅操作复杂，而且其主要零部件的受力状态和金属的温度分布也会发生较大的变化，因此造成机组的启停速度受到诸多因素的制约，如燃气轮机零件的热应力、热疲劳、热变形、转子和气缸的胀差、机组的振动等。一、燃气轮机启动状态和方式燃气轮机启动状态可分为冷态、温态和热态三种(1)冷态启动。停机在72小时以上；(2)温态启动。停机在10至72小时之间；(3)热态启动。停机不到10小时。其加载过程的共同点是：燃气轮机并网后不能立即加载至满负荷，只能加载至满负荷的l0％～20％或更小，并在此负荷下运行一段时间，目的是逐步提升燃气轮机的排烟温度，对燃气轮机进行暖机。特别是联合循环机组，暖机时间将更长一些，因为还要使锅炉升温升压，直至锅炉内蒸汽压力和温度稳定。启动方式按启动时间的长短，燃气轮机的启动操作方式分为三种：(1)正常启动(Normalstart)正常启动是按设定程序进行的一种启动，启动过程中需要暖机，严格控制机组加速率和加载率，避免在机体内产过大的热应力，保证机组启动过程中的热应力在一个安全水平内。因此，这种启动方式所需时间较长，9E机组大约需20～22分钟。(2)快速启动(Faststart)适应简单循环燃气轮机发电装置调峰的需要，一些机组设置了快速启动功能。这也是按设定程序进行的一种启动，但提高了加速率和加载率，减少了暖机时间，启动时间缩短。启动过程中的热应力的水平提高，但必须保证在可以接受的水平之内。9E机组快速启动时间约9-10min。(3)紧急启动(Eraergencystart)。这是一种强制性启动，即在很短时间内超越正常程序强行将机组从静止带至满负荷。这种启动对机组的损害很大，除非万不得巳，是不能进行这种操作的。9E机组紧急启动时间约5-7min。二、燃气轮机的停机停机的方式通常分为正常停机和事故停机两大类。正常停机根据实际运行的情况，又分为调峰停机和维修停机。调峰停机是指机组调峰运行或接受地调指令而需要进行的短时停机，当电网负荷增加或缺陷消除后，机组很快再启动带负荷，直至恢复正常运行状态。维修停机是机组为了进行大修、小修或维修而进行的停机，为了满足检修工期的要求，在停机过程中应尽量降低燃气轮机的金属温度，使机组尽快冷却，以便缩短检修的时间。事故停机是指机组监视参数超限，保护装置动作，机组从运行负荷瞬间降至零负荷，发电机与电网解列，燃气轮机转子进入惰走阶段的停机过程。2．停机过程中的主要问题停机过程中由于转子被冷却，燃气轮机会出现负胀差，如果减负荷的速度太快，热应力的负值也会增加，转子负应力的增大比正应力的增加对机组造成的危害更大。为了进行检修而停机，在停机过程中应尽可能降低气缸和转子的金属温度，以便尽快开缸检修；只是进行短时停机，很快机组又要启动，则在停机过程中应尽可能地保持金属的温度，使燃气轮机不被冷却，以便机组能够尽快地进行热态启动。燃气轮机停机后，气缸和转子的金属温度还较高，需要一个逐步冷却的过程，此时，必须保持盘车的连续运行，一直到金属温度冷却到满足要求后，才允许停止盘车。盘车运行时，润滑油系统必须维持运行，盘车停止后，润滑油系统才可以停止运行。三、燃气轮机启停过程中的热问题1．热膨胀和热胀差：启停过程中转子的膨胀或收缩速度都比气缸快，因而产生了相对膨胀差。转子轴向膨胀大于气缸轴向膨胀之差，称为正胀差，反之为负胀差。启停过程中为了避免出现过大的胀差，应合理控制温升速度和变负荷速度。2．热变形：燃气轮机在启、停过程中，若加热过快或冷却不当，就会使金属部件受热不均匀，出现温差，从而产生热变形，造成通流部分动、静间隙变化，严重时间隙甚至消失，使动、静部分产生摩擦。3．热应力：机组启停过程中，燃气轮机内燃气温度逐渐升高或降低，其零部件被加热或冷却，由于温度变化而产生热变形。当热变形受到约束时在零件内部产生应力，这种应力称为温度应力或热应力。热应力的大小与温差成正比。启停过程是一个相反的过程故机组产生的热应力是一种交变应力，交变的热应力将引起零件金属材料的疲劳损伤，机组每启停一次就在转子上施加了一次交变应力的循环，在转子经历了若干次应力循环之后，最终将产生裂纹。第二节燃气轮机启动过程机组启动之前，需要有一系列准备工作，并要求各种辅助设备预先处于正常工作状态。燃气轮机的启动需要靠外部的动力实现，通常启动机的功率大约是主机功率的1％～3％。禁止启动的几种情况盘车时机组转动部分有摩擦声，或大轴不转动。滑油箱油温低于18℃，滑油箱油质化验不合格，油箱液位不在E～F之间。主要仪表、控制元件缺少或失灵。保护装置失灵。任意一台油泵或风机、盘车装置失灵。燃油截止阀关不严或关不到底。进口导叶动作失灵。进气室滤网破损、堵塞或除雾器严重破损。主要管道系统严重泄漏。1．启动前的检查和准备启动前的准备是一项内容繁多而又细致的工作。启动前，必须按操作规程对设备系统进行详细全面地检查，确认设备具备启动条件和确定应该采取的措施。当一切设备均处于预启状态时，方可开始启动操作。以下按深圳钰湖电厂操作规程列出9E机组的启动前的检查和准备条例。调试前的燃机检查及要求1．控制室；2．直流系统；3．滑油系统；4．液压油系统5．跳闸油系统；6．起动系统；7．冷却水系统；8．雾化空气系统9．燃油系统；10．水洗系统；11．密封冷却系统；12．油雾分离系统13．反吹系统；14．消防系统；15．顶轴油系统；16．输变电；17．轮控盘起动前的检查检查发电机空冷器进水压力在3.Obar以上，板式换热器后的内循环水温在45℃以下。确认仪用空气母管压力在6bar以上。确认轻、重油罐油位正常。检查启动马达88CR电源送上，操作开关投入“REMOTE”，启动马达报警已复位。检查辅助润滑油泵88QA电源开关合上，操作开关投入自动。检查辅助液压油泵88HQ电源开关合上，操作开关投入自动。检查辅助雾化泵88AB电源开关合上，操作开关投入自动。检查紧急润滑油泵88QE电源开关合上，操作开关投入自动。检查油雾分离机88QV电源开关合上，操作开关投入自动。检查透平框架冷却风机88TK-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查盘车马达88TG电源开关合上，操作开关投入自动。检查扭矩马达88TM电源开关合上，操作开关投入自动。检查发电机顶轴油泵88QB-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查透平间冷却风机88BT-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查负荷间冷却风机88VG-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查轻油前置泵88FD-1、2电源开关台上，操作开关投入自动。检查重油前置泵88FU-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查加热器23HA、23HT电源开关合上，操作开关投入自动。检查火焰探测端冷却水进出口水阀阀门位置正常(打开状态)。检查主燃油泵冷却水进出口水阀阀门位置正常(打开状态)。检查抑钒剂泵88FA-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查冷却水泵88WC-1、2电源开关合上，操作开关投入自动。检查MCC柜内各小开关，位置正确。检查轮机间与各燃油管道上所有阀门位置正确。检查滑油箱油位在1／2以上。检查辅助雾化泵滑油油位在3／4位。检查主燃油泵驱动端、非驱动端滑油油位在正常油位。转速级逻辑Mark—V顺序控制程序采用软件方式，发出的各控制指令首先要依赖于现时燃气轮机转子的转动速度，因而转速的正确检测在启动过程中是至关重要的。燃气轮机采用电涡流式磁性传感器测量转速，通过8个复合型比较器，当转速达到一系列关键值时将发出一系列控制指令使相应设备动作，这些关键的转速级见下表。其中关键的转速逻辑有4个动作转速启，停名称代号转速对应燃机转速%主要功能零转速L14HRTNK14HR1／20．060．5停转信号①冷拖转速L14HPTNK14HP1／243．2盘车马达停、启最小点火转速L14HMTNK14HM1／210．09．5进入清吹阶段②清吹转速L14HTTNK14HT1／217．016．0完成清吹，准备点火升速转速L14HATNK14HA1／25046机组加速③自持转速L14HCTNK14HC1／26050启动电机脱扣启励转速L14HFTNK14HF1／29591发电机磁场启励运行转速L14HSTNK14HS1／29594启动完成④燃气轮机的启动控制燃气轮机的启动过程是由启动程序控制和主控制系统中启动控制共同作用完成的。前者从启动开始给出顺序控制逻辑信号，后者从燃气轮机点火开始控制燃料命令信号FSR值。是相互作用关系。启动控制作为开环控制是用预先设置的燃料命令信号FSR来操作。这些预设的FSR值为“最小”、“点火”、“暖机”、“加速”和“最大”值。具体数值由控制技术条件根据现场考虑给出适当的值。这些FSR值存储在Mark—Ⅵ的启动控制系统。启动控制FSR信号通过最小值门来起作用，以保证其他控制功能能按要求限制FSR燃料命令信号都是由控制系统启动软件发出的。除了三个启动值(点火、暖机、加速)外，软件还设置最大和最／小FSR，并提供手动控制FSR。按下“MANUAIJCONTROL'’(手动控制)开关和“FSRGAGRAISEORLOWER'’(FSR升或降)开关，就可以在FSRMIN(FSR最小)和FSRMAX(FSR最大)之间手动调整FSR给定值。主控系统燃料行程基准FSR启动控制系统(StartUpContr01)启动控制燃料行程基准FSRSU转速控制系统(SpeedContr01)转速控制燃料行程基准FSRN温度控制系统(TemperatureContr01)温度控制燃料行程基准FSRT加速控制系统(AccelerationContr01)加速控制燃料行程基准FSRACC停机控制系统(ShutdownContr01)停机控制燃料行程基准FSRSD手动控制系统(ManContr01)手动控制系统燃料行程基准FSRMAN启动控制系统仅控制从点火开始直到启动程序完成过程的燃料量转速控制系统控制从并网开始直到带满负荷过程的燃料量温度控制系统控制燃气轮机超温时的燃料量加速控制系统仅控制转速增加的动态过程的加速度的燃料量停机控制系统控制停机过程降温速度的燃料量控制器故障或调试机组时可采用手动控制系统2．冷态加速阶段在这个阶段中，由外界动力带动燃气轮机冷加速，直到允许向燃烧室中喷入燃料的点火转速为止；这时需要的能量主要是用来加速机组的转子，并克服轴承的摩擦耗功。通常，单轴机组的点火转速大约等于15~20％no(n0表示额定转速)。这一阶段的具体操作有：(1)启动盘车如果主机转子在静止状态，首先需要利用启动装置用比较大的扭矩克服转子的惯性和静摩擦把