周屹民

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018)

1 F級燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展概況

隨著節(jié)能環(huán)保理念進(jìn)一步深化，高效率﹑低排放的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組逐漸成為電力行業(yè)的主要選項(xiàng)。在世界范圍內(nèi),生產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C(jī)的廠家很多，具有代表現(xiàn)代技術(shù)流派的廠家主要有美國通用電氣(GE)公司、德國西門子公司和日本三菱公司。

GE公司在F級燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)過程中投入了大量資金，主要是將飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)技術(shù)和部件移植到工業(yè)和發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)上，從而使其性能大幅提高。例如，由于應(yīng)用了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)冷卻技術(shù)和材料，使燃?xì)馔钙降倪M(jìn)氣溫度提高了167 ℃，使PG9351FA機(jī)組的燃?xì)獬鯗剡_(dá)到1 318 ℃。該機(jī)組是當(dāng)今世界F級先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的主要代表性機(jī)組。

1996年，GE公司又推出新的9FA機(jī)組，把原來的工況點(diǎn)壓比提高到15.4，單機(jī)功率相應(yīng)增加到255 MW。在這一時(shí)期，按?；瘻?zhǔn)則，相應(yīng)產(chǎn)生了7FA和6FA機(jī)組。截至2003年4月，GE公司已經(jīng)生產(chǎn)了300余臺(tái)F級燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)，擁有超過470萬h的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2004年，為了配合西氣東送工程，國家打捆招標(biāo)了一批9F級燃?xì)廨啓C(jī)，其中多為GE公司的PG9351FA機(jī)組。2011年，浙江省由于缺電，搶建了一批燃?xì)廨啓C(jī)電廠，其中包括部分6F級機(jī)組(PG6111FA)。

2 系統(tǒng)配置對比

2.1 參數(shù)對比

6F級和9F級燃?xì)廨啓C(jī)各種技術(shù)參數(shù)比較見表1。

表1 各種技術(shù)參數(shù)

F級燃?xì)廨啓C(jī)均采用“冷端輸出”，即發(fā)電機(jī)布置在壓氣機(jī)側(cè)。其中，6F級壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)5 232 r/min,通過減速齒輪箱將轉(zhuǎn)速降低到3 000 r/min并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，以滿足國內(nèi)電網(wǎng)頻率50 Hz的要求。如此高的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速是為了保持一定的圓周速度，使其處在最佳值。

9F級燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，典型的9F級燃?xì)廨啓C(jī)采用單軸布置，即燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)布置在同一根軸上，啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的同時(shí)帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，需要配備輔助蒸汽對蒸汽輪機(jī)進(jìn)行冷卻，以防止鼓風(fēng)摩擦損失。由于該機(jī)軸系較長，安裝難度增大，運(yùn)行中容易引起機(jī)組振動(dòng)。

2.2 啟動(dòng)方式

F級燃機(jī)摒棄了原來的啟動(dòng)馬達(dá)，采用了靜態(tài)變頻(SFC)啟動(dòng)方式。它是一種專門用來把同步發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行使之啟動(dòng)的一種大型變頻裝置。靜態(tài)啟動(dòng)系統(tǒng)將恒定電壓和恒定頻率的三相交流電源變?yōu)榭勺冸妷汉涂勺冾l率的交流電源。將這一電能輸給發(fā)電機(jī)定子繞組，就可以讓發(fā)電機(jī)在同步狀態(tài)下逐漸升速。SFC采用的冷卻方式不同，其中9F級燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)采用閉式冷卻水進(jìn)行冷卻，6F級燃?xì)廨啓C(jī)采用通風(fēng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻。

2.3 CO2火災(zāi)保護(hù)系統(tǒng)

F級燃?xì)廨啓C(jī)均配備了CO2火災(zāi)保護(hù)系統(tǒng)，在燃?xì)廨啓C(jī)間、#2軸承隧道和發(fā)電機(jī)間里面布置了熱感式火災(zāi)探測器。當(dāng)各艙室的溫度達(dá)到火災(zāi)溫度時(shí)，由它們發(fā)出發(fā)生火災(zāi)信號，任何一個(gè)探測器動(dòng)作均會(huì)發(fā)出“X區(qū)域火災(zāi)預(yù)報(bào)警”信號。當(dāng)區(qū)域中A，B探測器都動(dòng)作時(shí)，則發(fā)出“X區(qū)域火災(zāi)報(bào)警”信號，相應(yīng)區(qū)域CO2釋放，同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)，各風(fēng)機(jī)停運(yùn)，擋板關(guān)閉，氣動(dòng)喇叭發(fā)出報(bào)警聲音。

9F級燃?xì)廨啓C(jī)配備了儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐上有制冷壓縮機(jī)，以維持CO2存儲(chǔ)壓力為2.0～2.1 MPa。6F級燃?xì)廨啓C(jī)則采用了高壓CO2氣瓶，用來儲(chǔ)存滅火用的CO2，鋼瓶分為先行氣瓶和后續(xù)氣瓶2種。2組氣瓶的放氣母管之間裝有壓力差動(dòng)單向閥門，先行氣瓶通過先行放氣系統(tǒng)管路和噴嘴向倉室迅速排放CO2氣體，以達(dá)到滅火之目的。后續(xù)氣瓶通過后續(xù)放氣管路和噴嘴向倉室以較慢的速度排放CO2氣體，使倉室內(nèi)CO2氣體保持在滅火的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，時(shí)間為20～60 min，以防止復(fù)燃。CO2氣瓶具有質(zhì)量自檢功能，當(dāng)氣瓶質(zhì)量減小且低于規(guī)定值時(shí)，自稱重機(jī)構(gòu)動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信息。

2.4 防喘放氣閥

為了防止壓氣機(jī)喘振，燃?xì)廨啓C(jī)均設(shè)置了防喘放氣閥。F級燃?xì)廨啓C(jī)從壓氣機(jī)9級和13級各抽了1路氣，作為防喘放氣氣源，同時(shí)冷卻第2級和第3級噴嘴和護(hù)環(huán)。防喘放氣閥共4個(gè)，左右對稱布置，通過電磁閥20CB來驅(qū)動(dòng)防喘放氣閥。

9F級燃?xì)廨啓C(jī)的防喘放氣管道布置在透平間上部，設(shè)置4個(gè)防喘放氣閥隔離閥。在水洗隔離的時(shí)候需要爬上去隔離，操作起來較為不便。6F級燃?xì)廨啓C(jī)的防喘放氣管道布置在透平間下部，未設(shè)置隔離閥，水洗時(shí)不用隔離。僅在每條防喘放氣管道上設(shè)置了底部排污閥，可在水洗時(shí)打開，防止管道內(nèi)積水。

9F燃?xì)廨啓C(jī)的防喘放氣閥由壓氣機(jī)排氣提供操作氣源，在燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)以后關(guān)閉防喘放氣閥，并網(wǎng)后如果防喘放氣閥未關(guān)閉，會(huì)使燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。因此，現(xiàn)在運(yùn)行的9F級燃?xì)廨啓C(jī)都對操作氣源進(jìn)行了改造，用廠內(nèi)儀用氣作為操作氣源。在燃?xì)廨啓C(jī)滿足啟動(dòng)條件后，點(diǎn)擊“START”按鈕，儀用氣會(huì)驅(qū)動(dòng)防喘放氣隔離閥進(jìn)行閥門的關(guān)閉試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，燃?xì)廨啓C(jī)繼續(xù)啟動(dòng)過程，若不滿足則啟動(dòng)停止。這樣做的好處是防止在燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)以后才發(fā)現(xiàn)閥門關(guān)不上而引起機(jī)組跳閘。機(jī)組跳閘的危害有：一方面影響燃?xì)廨啓C(jī)壽命；另一方面是并網(wǎng)后跳閘會(huì)使電網(wǎng)調(diào)度對電廠進(jìn)行考核。6F級燃?xì)廨啓C(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就采用了儀用空氣作為操作氣源，在啟動(dòng)初期，機(jī)組也會(huì)做防喘放氣閥的關(guān)閉試驗(yàn)。

2.5 油系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)的油系統(tǒng)主要包括潤滑油﹑液壓油﹑跳閘油﹑頂軸油及密封油。9F級燃?xì)廨啓C(jī)的潤滑油箱和液壓油箱是分開的，并且油箱上部及周邊未進(jìn)行封閉。由于9F級燃?xì)廨啓C(jī)采用氫氣冷卻，所以還有密封油系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)主要由2臺(tái)交流潤滑油泵、1臺(tái)直流潤滑油泵和1臺(tái)直流密封油泵組成，正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)交流油泵工作，向系統(tǒng)提供合格油壓的潤滑油及密封油，當(dāng)潤滑油油壓低時(shí)，啟動(dòng)備用潤滑油泵，在密封油壓差低時(shí)，啟動(dòng)直流密封油泵以維持正常的密封油差壓。直流潤滑油泵僅在交流潤滑油泵故障時(shí)啟動(dòng)，以提供停機(jī)時(shí)的潤滑油。潤滑油系統(tǒng)上還設(shè)有2臺(tái)頂軸油泵，在燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí),頂軸油泵在降速至1 500 r/min時(shí)啟動(dòng)，向燃?xì)廨啓C(jī)軸承提供頂軸油，在啟動(dòng)過程中，頂軸油泵在升速至1 500 r/min時(shí)停止供油。

6F級燃?xì)廨啓C(jī)只有1個(gè)油箱，油箱上部及周邊進(jìn)行全封閉，邊上是天然氣閥間，故稱為油氣模塊，在油箱間及天然氣閥間均配備有獨(dú)立的通風(fēng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)冷卻。6F級燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)由于采用空氣冷卻，所以沒有密封油系統(tǒng)，由于軸系較短也沒有配備頂軸油系統(tǒng)。6F級燃?xì)廨啓C(jī)油系統(tǒng)配備2臺(tái)交流滑油泵、2臺(tái)液壓油泵和1臺(tái)直流油泵。在正常運(yùn)行時(shí)，由1臺(tái)交流油泵提供潤滑油，油壓低時(shí)啟動(dòng)備用交流油泵，直流油泵僅提供停機(jī)時(shí)的潤滑油。

由于9F級燃?xì)廨啓C(jī)是單軸布置，蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)共用1個(gè)潤滑油箱，為防止軸封氣漏入潤滑油箱，配備了潤滑油自潔系統(tǒng)，由循環(huán)泵﹑過濾器及加熱器組成。潤滑油經(jīng)循環(huán)泵增壓，流過加熱器進(jìn)入調(diào)節(jié)器的凝聚過濾器以及分離組件，能分離出5 μm的小水滴。

9F級燃?xì)廨啓C(jī)的液壓油及跳閘油系統(tǒng)由單獨(dú)的液壓油模塊組成，包含2臺(tái)液壓油泵及蓄能器等組件，正常運(yùn)行時(shí)液壓油泵1用1備。6F級燃?xì)廨啓C(jī)的液壓油及跳閘油系統(tǒng)均取自潤滑油母管，液壓油經(jīng)液壓油泵升壓，也是2臺(tái)液壓油泵，1用1備。

2.6 燃燒器

F級燃?xì)廨啓C(jī)均配備了低氮干式(DLN)燃燒器，其中9F級燃?xì)廨啓C(jī)有18個(gè)火焰筒，采用DLN2.0+燃燒器；6F級燃?xì)廨啓C(jī)有6個(gè)火焰筒，采用DLN-2.6燃燒器。

在PG6111FA機(jī)組上，DLN-2.6燃燒系統(tǒng)的燃?xì)饪刂颇K安裝在潤滑油模塊的基板上。該系統(tǒng)主要組成部分有速比閥(SRV)，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際情況，6F級燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器主要用來調(diào)整燃?xì)鈮毫罢跀嗳細(xì)廨啓C(jī)氣體燃料供應(yīng)；設(shè)置一組調(diào)節(jié)閥(GCV-1，GCV-2，GCV-3 ，GCV-4)，主要用來調(diào)整不同燃?xì)饽腹芎腿紵龂娮斓奶烊粴饬髁俊?/p>

其系統(tǒng)介質(zhì)流程為：天然氣經(jīng)過濾器至SRV后分成PM1， PM2，PM3和QUAT 4個(gè)母管，通過VGC-1～VGC-4控制調(diào)節(jié)閥分別接至燃燒室附近的4個(gè)環(huán)管，從各環(huán)管上引出6路支管，分別與6個(gè)燃燒室噴嘴上的通道相連，與壓氣機(jī)排氣預(yù)混后進(jìn)入燃燒室燃燒。DLN-2.6的燃料控制系統(tǒng)取消了二次燃?xì)?、三次燃?xì)獾姆峙溟y，采用全預(yù)混的燃燒模式，DLN-2.6系統(tǒng)的燃料控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DLN-2.6系統(tǒng)的燃料控制系統(tǒng)

DLN-2.0+燃燒室噴嘴布置如圖2所示，每個(gè)噴嘴分別有一條預(yù)混燃燒通道和一條擴(kuò)散燃燒通道，1個(gè)PM1和4個(gè)PM4為預(yù)混燃燒通道，5個(gè)D5為擴(kuò)散燃燒通道。DLN-2.0+燃燒室把PM1布置在燃燒室的周邊位置。在機(jī)組低負(fù)荷階段(小于50％額定負(fù)荷)PM1噴嘴始終投入，特別是在0～10％額定負(fù)荷時(shí)，PM4噴嘴不投入運(yùn)行，導(dǎo)致整個(gè)燃燒室溫度場不均勻，產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，影響火焰筒的壽命。在PG9351FA機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，火焰筒在臨近PM1噴嘴的區(qū)域產(chǎn)生了鼓包現(xiàn)象。DLN-2.6燃燒室把PM1噴嘴移至中央位置，解決了火焰筒受熱不均勻的問題，避免了火焰筒產(chǎn)生鼓包，延長了火焰筒的壽命。

DLN-2.6燃燒系統(tǒng)除了在燃燃室噴嘴布置上得到改進(jìn)以外，還采用了全預(yù)混燃燒模式。DLN-2.0+燃燃系統(tǒng)在機(jī)組達(dá)到50％額定負(fù)荷才進(jìn)入預(yù)混燃燒模式。DLN-2.0+燃燒室的每個(gè)噴嘴都設(shè)置了擴(kuò)散通道和預(yù)混通道。采用全預(yù)混燃燒模式后，燃燒室去掉了擴(kuò)散通道，僅保留預(yù)混通道，簡化了燃燒室結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)控制上來看，原來DLN-2.0+燃燒系統(tǒng)每個(gè)噴嘴的燃料量由2個(gè)控制閥來共同調(diào)節(jié)，而DLN-2.6每個(gè)噴嘴由單一的控制閥調(diào)節(jié)，噴嘴控制方式得到了簡化。

圖2 DLN-2.0+燃燒室噴嘴布置圖

從機(jī)組污染物產(chǎn)生量方面看，DLN-2.6明顯優(yōu)于DLN-2.0。DLN-2.0燃燒系統(tǒng)從先導(dǎo)預(yù)混燃燒模式向預(yù)混燃燒模式切換前，在煙囪可以明顯看到有棕黃色的煙氣排出，說明該階段排放的NOx質(zhì)量濃度相當(dāng)高，而DLN-2.6燃燒系統(tǒng)在各個(gè)模式切換過程中均未發(fā)現(xiàn)煙囪冒棕黃色煙氣的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

6F級燃?xì)廨啓C(jī)在國內(nèi)投運(yùn)的還比較少，目前正在運(yùn)行的僅有新疆克拉瑪依1套機(jī)組，浙江預(yù)計(jì)有多套6F級燃?xì)廨啓C(jī)投產(chǎn)，因此，本文對6F級和9F級的燃?xì)廨啓C(jī)的不同之處的分析比較，希望能對即將上馬的6F級燃?xì)廨啓C(jī)電廠運(yùn)行有一定的幫助。

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