燕金棟

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司， 廣東惠州 516082)

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M701F型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組點(diǎn)火流程分析與優(yōu)化

燕金棟

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司， 廣東惠州 516082)

摘要：通過分析燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火流程，總結(jié)了M701F型機(jī)組預(yù)防點(diǎn)火爆燃的安全措施，結(jié)合現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上確定了更加合理的燃?xì)廨啓C(jī)吹掃時(shí)間，并提出了點(diǎn)火流程的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)； 點(diǎn)火； 吹掃時(shí)間

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前應(yīng)保證其排氣通道內(nèi)無可燃?xì)怏w積聚，以避免點(diǎn)火后引致爆燃，損害設(shè)備。某電廠燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用三菱M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前要求進(jìn)行高盤吹掃，使其滿足點(diǎn)火安全性的要求。該機(jī)組主要以兩班制方式運(yùn)行，單機(jī)年啟停約200次。由于機(jī)組的啟動(dòng)頻繁，其點(diǎn)火流程對(duì)機(jī)組運(yùn)行效率會(huì)產(chǎn)生一定影響，因此分析和優(yōu)化其點(diǎn)火流程對(duì)提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性都很有意義。筆者通過對(duì)M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火流程的分析，結(jié)合現(xiàn)行燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，提出了燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火流程的優(yōu)化方案。

1點(diǎn)火流程

機(jī)組發(fā)出正常啟動(dòng)指令后，點(diǎn)火器推入工作位置，主燃料和值班燃料的壓力控制閥開啟至設(shè)定開度，并維持60 s，靜態(tài)變頻器(SFC)帶動(dòng)機(jī)組升速至高盤轉(zhuǎn)速(約700 r/min)，機(jī)組維持高盤轉(zhuǎn)速對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)排氣通道進(jìn)行吹掃，吹掃時(shí)間從轉(zhuǎn)速高于500 r/min開始計(jì)時(shí)550 s，計(jì)時(shí)結(jié)束后，燃?xì)廨啓C(jī)開始降速至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速約550 r/min，自燃?xì)廨啓C(jī)開始降速起計(jì)時(shí)90 s后，點(diǎn)火器帶電開始點(diǎn)火，同時(shí)控制油系統(tǒng)跳閘電磁閥關(guān)閉，建立安全油壓，安全油壓正常后天然氣供應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)閥門開啟，自燃料投入起10 s內(nèi)檢測到火焰，則判斷點(diǎn)火成功。

高盤吹掃是燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火流程的固有程序，其主要作用是清除燃?xì)廨啓C(jī)排氣通道內(nèi)可能積聚的天然氣，以避免由此導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)爆燃甚至爆炸。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)的安全性直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，特別對(duì)兩班制運(yùn)行的機(jī)組，頻繁啟停使得該危險(xiǎn)性大幅提升，因此預(yù)防燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火爆燃是點(diǎn)火流程至關(guān)重要的一環(huán)[1]。

圖1為燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)序圖。

2防止燃機(jī)點(diǎn)火爆燃的措施

為了避免燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)爆燃，保證燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火安全，M701F型燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)中主要采取以下三個(gè)措施：

(1) 可靠的天然氣供應(yīng)系統(tǒng)。

燃?xì)廨啓C(jī)熄火后及停機(jī)期間排氣通道內(nèi)積聚的天然氣主要來自天然氣供應(yīng)系統(tǒng)。圖2為天然氣供應(yīng)系統(tǒng)流程圖。在燃料截止閥后設(shè)有燃料放散閥。燃料放散閥在燃?xì)廨啓C(jī)熄火至下次點(diǎn)火期間保持常開，以排空截止閥后管道內(nèi)的天然氣。在燃?xì)廨啓C(jī)熄火降速至500 r/min時(shí)，以及燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)后，主燃料和值班燃料的壓力控制閥都會(huì)短時(shí)開啟一定開度，以排放燃料截止閥后管道內(nèi)積聚的天然氣，這樣就基本避免了機(jī)組熄火期間天然氣經(jīng)供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)。

(2) 熄火期間排氣通道可燃?xì)怏w的監(jiān)視。

考慮到天然氣供應(yīng)系統(tǒng)閥門內(nèi)漏的可能性，以及布置在壓氣機(jī)進(jìn)氣濾附近的天然氣系統(tǒng)管道和閥門外漏的天然氣也可能會(huì)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，在燃?xì)廨啓C(jī)排氣段裝設(shè)了一套可燃?xì)怏w濃度檢測裝置，用于燃?xì)廨啓C(jī)熄火后排氣段內(nèi)可燃?xì)怏w的監(jiān)視。當(dāng)該取樣點(diǎn)測得的可燃?xì)怏w濃度超過25%LEL(爆炸下限)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，只有執(zhí)行專門的高盤吹掃程序?qū)?bào)警信號(hào)復(fù)位后，機(jī)組才可以正常啟動(dòng)。

(3) 燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前的高盤吹掃。

采取上述兩個(gè)措施，基本上可以保證燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前排氣通道內(nèi)不會(huì)積聚天然氣；但從燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的安全性考慮，在燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前還有一個(gè)吹掃過程，通過高盤吹掃將可能積聚的天然氣吹掃干凈，進(jìn)一步提高點(diǎn)火的安全性。

3吹掃時(shí)間的分析

3.1 吹掃時(shí)間的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)吹掃時(shí)間，目前我國現(xiàn)行的最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14099.3—2009 《燃?xì)廨啓C(jī)-采購第3部分：設(shè)計(jì)要求》[2]規(guī)定：啟動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)提供足夠時(shí)間用于燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)清吹，以確保燃?xì)廨啓C(jī)和下游部件的安全運(yùn)行。除非國家另有規(guī)定，清吹周期通常應(yīng)在機(jī)組點(diǎn)火前至少將(包括煙囪在內(nèi)的)整個(gè)排氣系統(tǒng)的空間進(jìn)行3倍體積的清吹。對(duì)于有可替代的預(yù)防措施時(shí)，可以不需要這樣做。對(duì)于排氣系統(tǒng)容積過大而導(dǎo)致清吹次數(shù)過多的情形，有關(guān)各方可對(duì)減少清吹循環(huán)次數(shù)協(xié)商一致。

國際上現(xiàn)行的最新標(biāo)準(zhǔn)為ISO 21789：2009Gasturbineapplications-Safety[3]。該標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)安全問題，規(guī)定燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)前的吹掃操作要完成包含煙囪在內(nèi)的整個(gè)排氣通道3倍容積的氣體置換，并提出應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)臏y控裝置來度量置換容積和效果，并引入啟動(dòng)閉鎖邏輯。

日本標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(JSA)針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)制定有強(qiáng)制性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B8042Gasturbines-Procurement-Part3:Designrequirements[4]，其中也規(guī)定要進(jìn)行3倍容積的清吹，其表述內(nèi)容與我國標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

3.2 吹掃時(shí)間計(jì)算

根據(jù)杭州鍋爐廠提供的數(shù)據(jù)，機(jī)組從燃?xì)廨啓C(jī)排氣口起至余熱鍋爐煙囪出口，包括燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)壓段、進(jìn)口過渡煙道、進(jìn)口煙道、鍋爐本體、出口煙道、主煙囪的整個(gè)煙氣通道的總?cè)莘e為9 300 m3。

另外，測算得燃?xì)廨啓C(jī)在700 r/min的吹掃轉(zhuǎn)速下每分鐘的空氣體積流量約為4 000 m3。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“機(jī)組點(diǎn)火前至少將(包括煙囪在內(nèi)的)整個(gè)排氣系統(tǒng)的空間進(jìn)行3倍體積的清吹”的要求，計(jì)算得到吹掃時(shí)間約為420 s。

根據(jù)M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制邏輯，機(jī)組吹掃時(shí)間為550 s，而根據(jù)上述計(jì)算，將吹掃時(shí)間縮短為420 s即可滿足現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)的要求。吹掃時(shí)間長雖然能更好地降低爆燃的可能性，但由于SFC帶動(dòng)機(jī)組維持高盤轉(zhuǎn)速需要消耗大量的廠用電，且吹掃時(shí)間越長，燃?xì)廨啓C(jī)熱部件和鍋爐受熱面的熱應(yīng)力損傷越嚴(yán)重，因此合理設(shè)置機(jī)組啟動(dòng)過程中的吹掃時(shí)間非常必要。

實(shí)際上燃?xì)廨啓C(jī)從啟動(dòng)升速起就開始了吹掃，且從高盤降速至發(fā)點(diǎn)火指令之間的90 s時(shí)間內(nèi)也在吹掃，將機(jī)組控制邏輯設(shè)定的吹掃時(shí)間由550 s縮短為300 s，基本能滿足3倍容積的吹掃要求，兼顧了機(jī)組運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性。

3.3 吹掃時(shí)間縮短的經(jīng)濟(jì)性分析

吹掃時(shí)間優(yōu)化后，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性得到了提高：(1)燃?xì)廨啓C(jī)吹掃時(shí)間減短，直接縮短了SFC的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約了廠用電，全廠3臺(tái)機(jī)組以年啟動(dòng)次數(shù)600次測算，每年可節(jié)約廠用電費(fèi)約5萬元；(2)燃?xì)廨啓C(jī)吹掃時(shí)間越短，燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件和余熱鍋爐各模塊快速冷卻時(shí)間越短，可以減少相關(guān)設(shè)備的應(yīng)力損傷，延長它們的使用壽命，同時(shí)也減少了設(shè)備應(yīng)力損傷可能引起的設(shè)備突發(fā)故障；(3)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間縮減，可以相對(duì)增加機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，提高單臺(tái)次啟停的發(fā)電量，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

4點(diǎn)火流程的優(yōu)化

為了保證機(jī)組的安全性，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火流程進(jìn)行了以下優(yōu)化：

(1) 完善高盤吹掃邏輯。根據(jù)原邏輯，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出啟動(dòng)指令后，若排氣段出現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度高報(bào)警，將繼續(xù)執(zhí)行點(diǎn)火程序，其安全性考慮不夠。改進(jìn)后，燃?xì)廨啓C(jī)高盤吹掃結(jié)束前檢測到可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報(bào)警值，將維持高盤轉(zhuǎn)速繼續(xù)吹掃，直至濃度降至零后再執(zhí)行降速點(diǎn)火程序。具體邏輯圖見圖3。

(2) 增加點(diǎn)火失敗邏輯。如果由于點(diǎn)火器故障造成燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗時(shí)，必然會(huì)有部分天然氣排入燃?xì)廨啓C(jī)，因此要求點(diǎn)火失敗后，下一次啟動(dòng)時(shí)的吹掃時(shí)間恢復(fù)為550 s。具體邏輯圖見圖3。

(3) 在燃?xì)廨啓C(jī)排氣段原有可燃?xì)怏w濃度檢測裝置基礎(chǔ)上增加一套可燃?xì)怏w濃度檢測裝置，任一裝置檢測到可燃?xì)怏w濃度高都將觸發(fā)高盤吹掃請(qǐng)求，通過冗余配置提高了裝置可靠性。改造后的可燃?xì)怏w檢測流程見圖4。

5結(jié)語

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火的優(yōu)化方案在確保機(jī)組安全性的基礎(chǔ)上，降低了機(jī)組廠用電率，對(duì)機(jī)組運(yùn)行效率產(chǎn)生了積極作用，且設(shè)備改造成本非常低。該方案實(shí)施一年多以來，很好地滿足了機(jī)組兩班

制運(yùn)行的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐剛，張?zhí)N峰. M701F3型C/C機(jī)組點(diǎn)火吹掃時(shí)間的調(diào)整和改進(jìn)[J]. 東方電氣評(píng)論,2013,27(2): 58-62.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 14099.3—2009燃?xì)廨啓C(jī) 采購 第3部分：設(shè)計(jì)要求[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[3] International Organization for Standardization. ISO 21789—2009 Gas turbine applications-Safety[S]. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization, 2009.

[4] Japanese Standard Association. JIS B8042-3—2007 Gas turbines-Procurement-Part 3: Design requirements[S]. Tokyo, Japan: Japanese Standard Association, 2007.

Analysis and Optimization on the Ignition Process of M701F Gas-Steam Combined Cycle Units

Yan Jindong

(Guangdong Huizhou LNG Power Co., Ltd., Huizhou 516082, Guangdong Province, China)

Abstract：Through analysis on the gas turbine ignition process, safety measures were summarized to prevent M701F unit from deflagration during ignition period, based on which reasonable purging time was determined according to existing gas turbine standards on the premise of considering the unit safety and economy, while an optimization scheme was proposed for the ignition process.

Keywords：gas turbine; ignition; purging time

收稿日期：2015-11-02

作者簡介：燕金棟(1982—)，男，工程師，主要從事電廠運(yùn)行工作。E-mail: yanjindong@126.com

中圖分類號(hào)：TM611.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-086X(2016)03-0194-03