王云會

摘 要：針對燃機(jī)輪機(jī)運(yùn)行期間由于壓氣機(jī)葉片結(jié)垢導(dǎo)致短時間內(nèi)壓氣機(jī)的壓縮比和效率出現(xiàn)比較明顯下降的現(xiàn)象，本文介紹了SGT5-4000F（+）型燃?xì)廨啓C(jī)的在線水洗過程，并通過電廠實際運(yùn)行中的案例，分析了燃機(jī)在水洗前后的參數(shù)變化情況，論證了在線水洗可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率。最后，總結(jié)了在線水洗過程中需要注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)； 在線水洗； 燃機(jī)效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.067

1 概述

燃?xì)廨啓C(jī)較長時間連續(xù)工作以后，其進(jìn)氣系統(tǒng)吸入的空氣，雖然經(jīng)過逐層過濾，但微量塵埃會導(dǎo)致壓氣機(jī)通流部分逐漸出現(xiàn)積垢或積鹽；燃?xì)廨啓C(jī)在大氣污染相對嚴(yán)重的環(huán)境之中運(yùn)行，由于吸入的空氣過濾不完全，短時間內(nèi)可能導(dǎo)致壓氣機(jī)的壓縮比和效率出現(xiàn)比較明顯的下降，輪機(jī)葉片也因積鹽而逐漸出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。為解決上述問題，本廠為每臺燃?xì)廨啓C(jī)配置了一套SX-S-7.2/0.6G型壓氣機(jī)清洗裝置，能夠?qū)θ細(xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)行清洗，以保證壓氣機(jī)的壓縮比能夠維持在一個合理的區(qū)間，確保燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率。

本文通過電廠實際運(yùn)行中的壓氣機(jī)在線水洗前后的參數(shù)進(jìn)行比較和分析，為該機(jī)型的壓氣機(jī)在線水洗工作積累了經(jīng)驗，為進(jìn)一步改善該機(jī)型的運(yùn)行條件提出了建議。

2 壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)與在線水洗

2.1 壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)

本廠使用的燃?xì)廨啓C(jī)為上海電氣-西門子重型單缸SGT5-4000F（+）型，壓氣機(jī)和透平用同軸連接，適合驅(qū)動發(fā)電機(jī)在基本負(fù)荷和尖峰負(fù)荷下運(yùn)行，可以用于聯(lián)合循環(huán)。

SGT5-4000F（+）型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)由15級組成，每一級又分為動葉和靜葉，壓比約為17。壓氣機(jī)進(jìn)氣導(dǎo)流葉片的角度可由0°至45°變化，這樣可以保證機(jī)組近半負(fù)荷時，排氣溫度非常穩(wěn)定的，且沒有明顯的效率損失。

燃機(jī)疏水系統(tǒng)是將壓氣機(jī)水洗時積聚的溶液排出燃?xì)廨啓C(jī)。為了保證水洗后壓氣機(jī)可以迅速排出液體，在特定位置安裝了輸水管路：壓氣機(jī)0級、壓氣機(jī)第9級、壓氣機(jī)第13級、壓氣機(jī)出口和壓氣機(jī)抽汽環(huán)腔。且在透平特定級和防喘放氣管路和冷卻空氣管路的最低處也配置了疏水管路來排出清洗液。這14根疏水管路都連到母管，最終流入一個廢水處理箱。各個疏水管路均可以獨(dú)自關(guān)閉，這樣可以有效地防止交叉流動，每條輸水管都配有一個關(guān)斷閥，這些關(guān)斷閥必須手動打開來排出清洗液。母管中的溫度由電阻式溫度進(jìn)行計監(jiān)測，如果至少一個溫度實測值超過限定值，并且測量和傳輸信號沒有問題，則發(fā)出一個預(yù)跳機(jī)警報信號。如果測量或相關(guān)的儀表出現(xiàn)故障，同樣觸發(fā)預(yù)跳機(jī)警報。

2.2 水洗模塊

SX-S-7.2/0.6G型水洗裝置專為西門子燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計制造，整個裝置安裝在底盤上，作為一個獨(dú)立模塊，能夠?qū)θ細(xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)行離線和在線清洗。水洗模塊的系統(tǒng)圖如圖1所示。

主要設(shè)備加壓泵和水箱固定在底盤上。水箱中有電動攪拌器，可將除鹽水和清洗劑混合均勻。水箱安裝有液位計顯示水位。水箱側(cè)面低位安裝排污球閥。如需添加除鹽水可打開手動門，如需添加清洗劑可通過水箱頂部注入。水箱內(nèi)裝有電加熱器，在環(huán)境溫度<8℃時，該加熱器先將溶液加熱到一定溫度后再進(jìn)行水洗，控制箱有溫度顯示儀表指示水箱內(nèi)的水溫。

加壓泵用于給清洗液升壓，并將其輸送至壓氣機(jī)進(jìn)氣室內(nèi)的霧化噴嘴或射流噴嘴。泵出口裝有球閥和壓力表。加壓泵出口連接電磁閥，再通過一道濾網(wǎng)，最終連接至壓氣機(jī)進(jìn)氣室處，通過離線噴嘴或者在線噴嘴將液體輸入壓氣機(jī)。加壓泵出口管道上安裝一塊壓力表。加壓泵出口另有一路再循環(huán)管路返回至水箱，管路上安裝有球閥，利用加壓泵及該在循環(huán)管路，一則可將水箱中的除鹽水及清洗劑攪拌均勻，同時也保證加藥泵出口壓力保持在0.7MPa左右，剩余的溶液及時溢流回水箱。

2.3 在線水洗

壓氣機(jī)水洗可分為在線水洗和離線水洗，離線水洗在燃機(jī)啟動變頻裝置SFC帶動下進(jìn)行，整個清洗過程長達(dá)8～10小時，其中燃機(jī)冷機(jī)長達(dá)6小時。一般情況下離線水洗分四個步驟：準(zhǔn)備、清洗、漂洗和干燥。

在線水洗來主要在燃?xì)廨啓C(jī)全速或者全負(fù)荷（部分負(fù)荷）的運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行。通過進(jìn)氣喇叭口的噴射環(huán)，在適當(dāng)?shù)臏囟认拢砸欢ǖ膲毫土髁繉㈩A(yù)先配好的清洗液均勻地噴入壓氣機(jī)，然后進(jìn)行清洗。在整個水洗過程中，首先用清洗劑與除鹽水摻混的溶液對壓氣機(jī)進(jìn)行沖洗，然后用除鹽水按照同樣的清洗方式進(jìn)行漂洗。此過程的水洗效果往往取決于進(jìn)口處噴入液體霧化顆粒大小，水洗模塊在控制水溫的同時，可以把噴入壓氣機(jī)的霧化顆粒大小準(zhǔn)確地控制在特定范圍之內(nèi)，并且可以使噴入的溶液沿圓周均勻分布，以提高水洗效果。

在線水洗可有效的延長離線水洗的間隔以減少停機(jī)次數(shù)。清洗液為除鹽水或者除鹽水和清洗劑的混合物，清洗過程一般約為5至10分鐘。在線水洗的一般步驟為：

Step1 檢查水洗裝置各設(shè)備、儀表、電氣連接是否正常，水箱內(nèi)清潔無異物，加壓泵出口電磁閥、水箱排污球閥處于關(guān)閉狀態(tài)；

Step2 通過水箱頂部向水箱內(nèi)添加適當(dāng)比例的清洗液。為使得清潔劑充分的溶解，需起動電動攪拌器約3分鐘，使除鹽水與清洗劑混合均勻。也可使用循環(huán)管路攪拌約3分鐘，但此過程中應(yīng)保持加壓泵出口電磁閥關(guān)閉、再循環(huán)管路閥門打開；

Step3 按要求降低燃機(jī)負(fù)荷并把IGV調(diào)整到相應(yīng)的位置，其余需調(diào)整的運(yùn)行參數(shù)也需滿足水洗要求；

Step4 打開在線水洗噴嘴管路關(guān)斷閥，同時保離線水洗噴嘴管路關(guān)斷閥、加壓泵出口電磁閥和再循環(huán)管路閥門及水箱排污閥關(guān)閉；

Step5 將水洗裝置連接至電源上，并通過控制柜上的啟動按鈕啟動加壓泵，觀察加壓泵運(yùn)行是否正常，觀察加壓泵出口壓力表達(dá)到約0.8MPa時打開加壓泵出口電磁閥，并調(diào)整再循環(huán)管路閥門開度，是加壓泵出口壓力表讀數(shù)穩(wěn)定在0.7MPa左右；

Step6 等所有的清洗液噴射完后關(guān)閉加壓泵；

Step7 接著關(guān)閉在線水洗噴嘴管路關(guān)斷閥、加壓泵出口電磁閥，斷開水洗裝置電源；

Step8 打開水箱排污球閥，排出剩余的清洗液；

Step9 在線水洗過程完成。

3 壓氣機(jī)在線水洗運(yùn)行分析

3.1 壓氣機(jī)在線水洗效果的量化分析

眾所周知，燃?xì)廨啓C(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為三部分：壓氣機(jī)、燃燒器和透平，因此其整體效率也受到三方面效率的共同作用：壓氣機(jī)效率、燃燒效率和透平效率[1]。理論上，一般軸流式壓氣機(jī)的性能可以由以下這些參數(shù)來描述：空氣流量Ma、壓縮比ε*和等熵壓縮效率ηy*。在轉(zhuǎn)速恒定（3000轉(zhuǎn)）的條件下，壓縮比ε*和等熵壓縮效率ηy*隨空氣流量Ma的變化而變化，其函數(shù)關(guān)系曲線稱為壓氣機(jī)特性曲線。具體關(guān)系如式（3-1）所示：

式中，p1* 和T1* 分別為進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣總壓和總溫，為折合流量，為折合轉(zhuǎn)速。

由（3-1）式，可以得出如下結(jié)論：對于發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)組，在相同大氣溫度下工作，折合流量和折合轉(zhuǎn)速可基本可以視為恒量。因此，壓縮比ε*和壓氣機(jī)效率ηy*有明顯的正比關(guān)系。簡單的說，壓縮比越大，壓氣機(jī)級數(shù)越多，則壓氣機(jī)的效率越高。進(jìn)一步說，在進(jìn)氣參數(shù)恒定的情況下，壓氣機(jī)的壓縮比越高，則其工作效率相應(yīng)也就越高，即燃?xì)廨啓C(jī)的效率越高。

由以上結(jié)論可知，壓氣機(jī)水洗后壓氣機(jī)出口壓力p2*和壓縮比ε*的增加直觀地反映在燃機(jī)負(fù)荷和機(jī)組總出力的提升上，可以進(jìn)一步理解為燃機(jī)效率提升，直接引起機(jī)組天然氣耗率下降。

另外，隨著壓氣機(jī)出口壓力p2*的增大，透平所獲得的冷卻空氣壓力相應(yīng)增大。即在壓氣機(jī)進(jìn)口壓力p1*不增加的情況下，增加了透平葉片的冷卻效果；同時提高了透平運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而保證了整個聯(lián)合循環(huán)的效率。

綜上所述，壓氣機(jī)長時間運(yùn)行后進(jìn)行水洗，可以在不增加壓氣機(jī)進(jìn)口壓力的前提下，一定程度上提升機(jī)組負(fù)荷；降低燃?xì)庀穆剩皇孤?lián)合循環(huán)的效率有所提升，對電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性具有顯著意義。

3.2 壓氣機(jī)在線水洗效果的實際驗證

本廠裝備3臺SGT5-4000F（+）型燃?xì)廨啓C(jī)，單臺燃機(jī)額定出力300MW?，F(xiàn)由運(yùn)行人員于某月18日（當(dāng)天環(huán)境溫度滿足燃機(jī)水洗條件）4時至5時逐個對3臺燃機(jī)進(jìn)行在線水洗，現(xiàn)對水洗前后的燃機(jī)負(fù)荷與進(jìn)氣壓力的變化情況進(jìn)行分析?？紤]到機(jī)組運(yùn)行的絕對安全，本組數(shù)據(jù)采集于燃機(jī)運(yùn)行于60%～70%額定負(fù)荷時。

由于燃機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，所以燃機(jī)出力基本為定值。此時考慮衡量在線水洗效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)，采用壓氣機(jī)進(jìn)口壓力來度量，即在相同的負(fù)荷下，如果壓氣機(jī)進(jìn)口壓力p1*較低，說明壓氣機(jī)的壓縮比越高，則其工作效率相應(yīng)也就越高，即燃?xì)廨啓C(jī)的效率越高。

而壓氣機(jī)進(jìn)口壓力p1*可以通過壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉（IGV）的開度來衡量，IGV開度越小，說明此時壓氣機(jī)進(jìn)口壓力p1*也就越小，達(dá)到相同的壓氣機(jī)出口壓力p2*的情況下，IGV開度越小，說明燃?xì)廨啓C(jī)的效率越高。

如圖2所示，#1燃機(jī)進(jìn)行在線水洗的實時參數(shù)曲線。圖中，綠色線條描繪了#1燃機(jī)的實時有功輸出，單位MW；紅色曲線描繪了壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉（IGV）的實時開度。

圖2中，T1時刻為#1燃機(jī)進(jìn)行在線水洗前穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，其出力為242.9605MW，IGV開度為63.2644%；T2時刻為水洗過程中IGV開度最大值時刻，此時燃機(jī)出力為244.8105MW，IGV開度為77.0346%；T3時刻為水洗過程基本結(jié)束時刻，此時燃機(jī)出力為244.5442MW，IGV開度為62.3146%；T4時刻為水洗過程結(jié)束后穩(wěn)定運(yùn)行時刻，此時出力為245.3263MW，IGV開度為62.2363%。通過上面的闡述，在燃機(jī)出力穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，比較#1燃機(jī)進(jìn)行在線水洗前運(yùn)行過程中T1時刻的IGV開度為63.2644%，和#1燃機(jī)進(jìn)行在線水洗后運(yùn)行過程中T4時刻IGV開度為62.2363%，會發(fā)現(xiàn)，T4時刻IGV開度比T1時刻IGV開度有約1%的減小幅度，說明了此時燃?xì)廨啓C(jī)的效率有了一定幅度的提高。

對#2燃機(jī)和#3燃機(jī)進(jìn)行在線水洗前后的參數(shù)對比曲線的分析，也會得到類似的結(jié)論，不再贅述。表1、表2、表3分別為在線水洗前后，#1、#2、#3號燃機(jī)的IGV開度數(shù)值與壓比數(shù)值的對比情況，圖3、圖4、圖5分別為#1、#2、#3號燃機(jī)的IGV開度數(shù)值的變化曲線。

4 在線水洗在運(yùn)行時的注意事項

水洗裝置工作環(huán)境的最大環(huán)境溫度為55℃。當(dāng)環(huán)境溫度小于8℃時，為了防止結(jié)冰，不能直接使用水洗裝置進(jìn)行水洗。為了解決環(huán)境低的問題，可使用加熱器將除鹽水或者混合溶液加熱后至合格溫度后再進(jìn)行水洗操作。首先將除鹽水和清洗劑加入水箱，并混合攪拌均勻。然后啟動電加熱器并連續(xù)加熱80分鐘左右，此時水箱溫度升高8℃左右。在加熱過程中，可同時啟動攪拌器，使溶液受熱均勻。加壓泵運(yùn)行的同時加熱器無法投運(yùn)，當(dāng)水箱內(nèi)溶液溫度達(dá)到25℃時，加熱器會自動停止加熱。

為了保證清洗噴嘴的最佳霧化效果，壓氣機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)接口處應(yīng)滿足：壓力約6bar，流量大小為7.2m3/h。

在線水洗過程中，為了防止高溫氣體外泄，意外燙傷人員或者損害設(shè)備部件，應(yīng)確保疏水系統(tǒng)的閥門關(guān)閉。燃?xì)廨啓C(jī)的疏水是手動運(yùn)行的。在對壓氣機(jī)離線水洗時積聚的清潔劑必須要排入母管中。為了完成疏水，必須打開疏水管路中的手動關(guān)斷閥，在液體排凈以后，再把這些閥門關(guān)上。

在線水洗時應(yīng)將燃機(jī)的基本負(fù)荷降低3～5%，以確保IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)在水洗過程中可以實時進(jìn)行溫度控制。為了降低溶液殘留在葉片上產(chǎn)生腐蝕的風(fēng)險，在線水洗時IGV應(yīng)盡可能的打開。

由于在線清洗過程需要的清洗時間短，因此相較于離線水洗其清洗效果不夠顯著，所以機(jī)組在啟動前還需要進(jìn)行必要的離線清洗。在日常維護(hù)中，對于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)組，應(yīng)以在線清洗為主，同時實時停機(jī)進(jìn)行離線清洗[2]。鑒于在線水洗除污能力有限，在燃機(jī)連續(xù)運(yùn)行超過350小時后應(yīng)進(jìn)行一次或多次離線水洗。在線水洗可能會導(dǎo)致NOx、CO等排放發(fā)生變化。

5 總結(jié)

本文介紹了SGT5-4000F（+）型燃?xì)廨啓C(jī)的在線水洗過程，并通過電廠實際運(yùn)行中的案例，分析了燃機(jī)在水洗前后的參數(shù)變化情況，論證了在線水洗可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率。最后，總結(jié)了在線水洗過程中需要注意的一些問題。

最后，針對不同的電廠所處的環(huán)境，決定其燃機(jī)機(jī)組水洗的頻率與種類。電廠運(yùn)行人員應(yīng)該根據(jù)電廠的日常運(yùn)行經(jīng)驗，或者突發(fā)事件綜合考慮，適當(dāng)調(diào)整水洗方法和水洗周期。

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