引言

某9E燃氣輪機電廠采用GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃氣輪機,于1996年投產(chǎn),之后一直用作調(diào)峰發(fā)電。隨著對該9E燃氣輪機的深入了解,發(fā)現(xiàn)其透平間抽風(fēng)機和負(fù)荷間送風(fēng)機設(shè)計冗余不夠,未設(shè)計在線備用切換風(fēng)機,對機組的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成一定威脅。雖然該電廠已制作了備用風(fēng)機,但出現(xiàn)故障時更換風(fēng)機所需要的時間較長,無法滿足電網(wǎng)的應(yīng)急需求。

1燃氣輪機原通風(fēng)系統(tǒng)概述

機組原通風(fēng)系統(tǒng)布置如圖1所示。

圖1機組原通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)由透平間和負(fù)荷間通風(fēng)系統(tǒng)組成。燃氣輪機需要全天候運行,其機組被安裝在完全密閉的罩殼內(nèi)部,輔機間、透平間還有負(fù)荷間的頂壁和四周均鋪設(shè)了具有良好隔熱性能的裝配材料,以便控制這兩個區(qū)域的空氣溫度并維持艙室的設(shè)計溫度,為機組提供理想的運行環(huán)境。因此,無論是輔機間、透平間還是負(fù)荷間 ,艙室溫度均需要進行24h控制。為達到這一要求,燃氣輪機在各艙室頂部安裝了通風(fēng)系統(tǒng),以保證艙室內(nèi)部空氣始終處于流通的狀態(tài)。

2燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

2. 1透平間抽風(fēng)系統(tǒng)原理

透平間抽風(fēng)機負(fù)責(zé)輔機間和透平間的通風(fēng)冷卻,設(shè)計使輔機間溫度始終被控制在60℃以內(nèi),透平間溫 度被控制在80℃以內(nèi),箱體內(nèi)外將始終處于0.05～0.1 kPa 的微負(fù)壓狀態(tài),使空氣由輔機間流向透平間被抽風(fēng)機抽走,解決透平間熱量向輔機間傳遞的問題[1] 。就設(shè)備本身而言,一旦透平間抽風(fēng)機88BT出現(xiàn)故障,將會導(dǎo)致輔機間和透平間冷卻風(fēng)量瞬時失去,使透平間內(nèi)熱通道部件工況發(fā)生變化,引起燃氣輪機振動增大,同時高溫還會威脅到透平間和輔機間內(nèi)的熱工元件以及輔機和油系統(tǒng)的安全運行。

2.2負(fù)荷間送風(fēng)系統(tǒng)原理

負(fù)荷間通風(fēng)冷卻依靠負(fù)荷間送風(fēng)機88VG來完成,其作用如下:其一,將負(fù)荷間溫度控制在180℃左右:其二,將艙室內(nèi)部空間維持在微正壓狀態(tài)。一旦負(fù)荷間送風(fēng)機88VG出現(xiàn)故障,將直接導(dǎo)致負(fù)荷間溫度升高,威脅到燃氣輪機24個排煙熱電偶,改變?nèi)細廨啓C3#軸瓦的工作溫度場,引起燃氣輪機振動上升,并且一旦負(fù)荷間軸隧溫度達到250℃,燃氣輪機將會自動減負(fù)荷停機。2.3通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

由此可見,燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)具有十分重要的作用,一旦出現(xiàn)故障,將無法對處于運行狀態(tài)的燃氣輪機的透平間、負(fù)荷間溫度加以控制,若透平間、負(fù)荷間溫度超過規(guī)定值[2] ,將直接導(dǎo)致機組非計劃停運。而該9E燃氣輪機原僅有一臺透平間抽風(fēng)機和一臺負(fù)荷間送風(fēng)機,一旦出現(xiàn)故障,均無在線備用風(fēng)機及時進行切換,存在很大的安全隱患。

3技術(shù)重難點和優(yōu)化方案

3.1技術(shù)重難點

(1)燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的實質(zhì)原因是原機組設(shè)計的冗余量不足,最常見的優(yōu)化方法是增加一臺同容量的風(fēng)機作為備用風(fēng)機。經(jīng)過現(xiàn)場實地勘察,原機組的兩臺風(fēng)機設(shè)置在燃氣輪機排氣出口頂部,受熱輻射較為嚴(yán)重,而且機組設(shè)計之初并沒有預(yù)留設(shè)置備用風(fēng)機的場地和氣流、動力電纜、控制電纜等通道,這和目前改造后的同機組設(shè)置有很大不同,缺乏相關(guān)的參考技術(shù)資料。

(2)該電廠燃氣輪機已改為艾默生的0VAT10N控制系統(tǒng),和GE原MarkV控制系統(tǒng)有一定的差別,改造后的系統(tǒng)啟動控制、風(fēng)機故障自動切換等程序的修改等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),需要專業(yè)技術(shù)人員執(zhí)行。

3.2 方案選擇

燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計布置如圖2所示。

圖2燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計布置

該電廠依據(jù)原機組風(fēng)機參數(shù),各仿制了一臺透平間抽風(fēng)機和一臺負(fù)荷間送風(fēng)機,作為燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)故障時的緊急應(yīng)對措施,但更換時間較長,不能滿足調(diào)峰電廠對機組的應(yīng)急要求。目前部分9E同類型燃氣輪機電廠對燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造,是基于其原風(fēng)機位于機組箱體地面左右兩側(cè),若將原風(fēng)機移至左右兩側(cè)地面,雖然機組設(shè)置更加合理,但由于風(fēng)機揚程的限制,原機組的風(fēng)機以及風(fēng)道等都將不再適配,代價較大。而且目前這種風(fēng)機改造優(yōu)化設(shè)計缺少大量理論數(shù)據(jù)支持,優(yōu)化方案需要進行多次試驗,周期長、成本高。

經(jīng)過實地考察分析,從安全性、經(jīng)濟性方面考慮,最終選擇擴容新增風(fēng)機設(shè)計布置如下:在燃氣輪機透平間右側(cè)和煙道前方增加剛性風(fēng)機平臺,將原機組風(fēng)機移出排氣煙道上方,和新增風(fēng)機一起置于該平臺,以減少排氣煙氣熱輻射,且獲得更好的布置方式,還很好地滿足了電廠日常巡檢和檢修要求。

3.3新增MCC小室方案

因新增多臺備用風(fēng)機等,而原控制室內(nèi)沒有配置多余MCC柜開關(guān)抽屜,需新增一個MCC小室,MCC小室內(nèi)配置MCC柜 ,以滿足新增設(shè)備的使用功能。

MCC小室供應(yīng)項目清單如表1所示。

3.4具體組態(tài)配置

3.4. 1 透平間抽風(fēng)機程序優(yōu)化

原機組通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計有一臺透平間抽風(fēng)機88BT和一臺負(fù)荷間送風(fēng)機88VG,88BT在燃氣輪機啟動零轉(zhuǎn)速以上自動投運,停機熄焰后退出,60min后,88BT再次投入,在燃氣輪機Co3滅火保護系統(tǒng)投入時88BT退出,透平間溫度高開關(guān)36BT- 1高于149 ℃報警。增加一臺 透平間抽風(fēng)機88BT-3后的88BT- 1/3信號及邏輯聯(lián)鎖設(shè)計如下。

(1）88BT-1/3信號列表如表2所示。

(3）優(yōu)化后88BT-1/3邏輯聯(lián)鎖實現(xiàn)功能如下:

1）兩臺風(fēng)機具備預(yù)選功能 ,可以選擇任一風(fēng)機首先啟動:

2）兩臺風(fēng)機具備切換功能,機組運行狀態(tài)下,可任意切換運行的風(fēng)機:

3）在機組正常運行狀態(tài)下 ,33BT- 1/53BT- 1聯(lián)鎖啟 動88BT-3風(fēng)機,任一條件動作則啟動88BT-3風(fēng)機:

4）在機組正常運行狀態(tài)下,33BT-3/53BT-3聯(lián)鎖啟動88BT- 1風(fēng)機,任一條件動作則啟動88BT- 1風(fēng)機:

5）在機組正常運行狀態(tài)下,30BT-1聯(lián)鎖啟動88BT-3 風(fēng)機 ,若出現(xiàn)88BT-1電氣故障則啟動88BT-3風(fēng)機:

6）在機組正常運行狀態(tài)下,30BT-3聯(lián)鎖啟動88BT-1 風(fēng)機,若出現(xiàn)88BT-3電氣故障則啟動88BT- 1風(fēng)機。

3.4.3負(fù)荷間送風(fēng)機程序優(yōu)化

負(fù)荷間送風(fēng)機88VG檢測到火焰后,88VG投入,熄焰后直至負(fù)荷間溫度低于35℃,88VG退出,在燃氣輪機Co3滅火保護系統(tǒng)投入時88VG退出,負(fù)荷間溫度高開關(guān)36VG-1高于304℃報警,軸隧溫度高TT1B1達到350℃, 并網(wǎng)前會自動停機,并網(wǎng)后會自動減負(fù)荷。增加一臺負(fù)荷間送風(fēng)機88VG-3后的88VG-1/3信號及邏輯聯(lián)鎖設(shè)計如下。

(1）88VG-1/3信號列表如表3所示。

(3）優(yōu)化后88VG- 1/3邏輯聯(lián)鎖實現(xiàn)功能如下:

1）兩臺風(fēng)機具備預(yù)選功能 ,可以選擇任一風(fēng)機首先啟動:

2）兩臺風(fēng)機具備切換功能,機組運行狀態(tài)下,可任意切換運行的風(fēng)機:

3）在機組正常運行狀態(tài)下 ,33VG- 1/52VG- 1聯(lián)鎖啟動88VG-2風(fēng)機,任一條件動作則啟動88VG-2風(fēng)機:

4）在機組正常運行狀態(tài)下,33VG-2/52VG-2聯(lián)鎖啟動88VG- 1風(fēng)機,任一條件動作則啟動88VG- 1風(fēng)機:

5）在機組正常運行狀態(tài)下,30VG-1聯(lián)鎖啟動88VG-2 風(fēng)機 ,若出現(xiàn)88VG-1電氣故障則啟動88VG-2風(fēng)機:

6）在機組正常運行狀態(tài)下,30VG-2聯(lián)鎖啟動88VG- 1 風(fēng)機 ,若出現(xiàn)88VG-2電氣故障則啟動88VG- 1風(fēng)機。

3.4.3風(fēng)機信號聯(lián)絡(luò)表

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后的風(fēng)機信號聯(lián)絡(luò)表如表4所示。

3.4.4畫面修改

在燃氣輪機"UNITCoNTRoL"下的"MoToRs"畫面上增加了88TK-3的控制和狀態(tài)顯示 ,如圖3所示。

3.5 靜態(tài)、動態(tài)試驗和調(diào)試

就地接線和邏輯修改完成后,接下來進行信號傳動、靜態(tài)邏輯測試、動態(tài)試驗等工作,電氣數(shù)據(jù)如表5所示。

4結(jié)語

綜上所述,通過調(diào)試和試運行,燃氣輪機通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后能在一臺常用風(fēng)機停用后迅速啟動備用風(fēng)機,并能保持輔機間、透平間和負(fù)荷間溫度基本保持不變,維持燃氣輪機的正常穩(wěn)定運行。這表明機組在風(fēng)機發(fā)生故障后 ,這個通風(fēng)系統(tǒng)仍能保持正常運行 ,使運行可靠性得到了顯著提高,從而有效消除了風(fēng)機故障造成非計劃停運和事故的隱患,系統(tǒng)優(yōu)化改造達到了預(yù)期效果。