燃气轮机的运行.ppt
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1、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
2、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l020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
3、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(Normal start)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2022分钟。,(2)快速启动(Fast start)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
4、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(Eraergency start)。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
5、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
6、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
7、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
8、功率大约是主机功率的13。,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EF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
9、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
10、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
11、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12以上。检查辅助雾化泵滑油油位在34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,MarkV顺序控制程序采用软件方式,发出的
12、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 L14HR TNK 14 HR 12 006 05 停转信号冷拖转速 L14HP TNK 14 HP 12 4 32 盘车马达停、启最小点火转速 L14HM TNK 14 HM 12 1 00 95 进入清吹阶段清吹转速 L14HT TNK 14 HT 12 1 70 1
13、 60 完成清吹,准备点火升速转速 L14HA TNK 14 HA 12 50 46 机组加速自持转速 L14HC TNK 14 HC 12 60 50 启动电机脱扣启励转速 L14HF TNK 14 HF 12 95 91 发电机磁场启励运行转速 L14HS TNK 14 HS 12 95 94 启动完成,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”
14、、“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“MANUAIJ CONTROL(手动控制)开关和“FSR GAG RAISE OR LOWER(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(Start U
15、p Contr01)启动控制燃料行程基准FSRSU 转速控制系统(Speed Contr01)转速控制燃料行程基准FSRN 温度控制系统(Temperature Contr01)温度控制燃料行程基准FSRT 加速控制系统(Acceleration Contr01)加速控制燃料行程基准FSRACC 停机控制系统(Shut down Contr01)停机控制燃料行程基准FSRSD 手动控制系统(Man Contr01)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
16、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1520no(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转子缓慢转动起来,并检查机组动静部分有无摩擦和异声。通常规定燃气轮机冷启动前盘车系统必须至少连续运行1小时。,(
17、2)冷拖、清吹,盘车运行后,启动机带动转子升速至2025no,并在此转速下稳定一段时间。此时利用压气机出口空气对机组进行一定时间的吹扫,吹掉可能漏进机组热通道中的燃料气或因积油产生的油雾,此操作简称为清吹。清吹的时间要根据排气道的容积来选择,至少能将整个排气道体积三倍的空气吹除掉,这样可避免爆燃。如果余热锅炉无旁通烟囱,则每次点火前都应进行清吹,而且清吹时间要相对延长。清吹完成后,减小启动机的输出,使机组转速降至点火转速(1520no)。,3热态加速阶段,从燃烧室开始喷入燃料并点火燃烧的瞬间起,一直到启动机把机组转子增速到脱扣转速 时为止。单轴燃气轮机的脱扣转速大约为5060no。当机组达到脱
18、扣转速时,透平发出的 功率将大于压气机、辅助设备和摩擦耗功,就可以不需要启动机的帮助而使转子继续加速。,(1)首先是供入燃料同时点火装置点火、暖机。,为了保证点火成功,点火时给出的燃料行程基准(FSR)比较大,即相应的燃料量比较多,使燃烧室富油点火燃烧,而且点火装置连 续点火3060秒。如果火焰探测器探测到燃烧室中的火焰,说明点火成功。点火成功后控制系统便发出暖机信号,使机组进人暖机阶段。暖机的目的是让机组的高温燃气通道中的受热部件、气缸与转子有一个均匀受热膨胀的时间,减少它们的热应力以及保证机组在启动过程中有良好的热对中,并且防止转子与静子之间出现过大的相对膨胀而发生动静碰擦。在大约12分钟
19、的暖机期间,燃料行程基准(FSR)从点火值降到暖机值,供入机组。,(2)升速阶段,暖机阶段结束时,由暖机计时器发出信号,使机组进入升速阶段。在这一阶段中,燃料行程基准(FSR)由控制系统按控制规范的规定上升。这时启动机的功率和透平发出的功率会使机组转速迅速上升。随着机组转速的上升,通过压气机的空气流量 增加,压气机出口压力也增加,供入机组的燃料量也增加,因此透平的输出功率也增大。机组在启动机和自身透平做功的帮助下转速上升到5060n0的范围,且透平已有足够的剩余功率使机组升速时,启动机可以脱开而停止工作,称为脱扣。从启动机脱扣到燃气轮机自己加速到准备加载工况转速(9596n0为止。在这个阶段,
20、启动机停止工作,机组将全靠燃气透平发出的剩余功率使转子继续升速。,4并网加载阶段,并网加载阶段中也有两项基本操作:(1)同期。当机组进入全速空载状态后,启动控制系统退出控制,机组进入同期控制。所谓同期,就是发电机发出交流电,其频率、电压和相位与电网的这三个参数相匹配。当同期条件满足时,发电机断路器自动闭合(称之为并网)。(2)带负荷。当机组完成同期并网后,机组由同期控制转为转速控制。,机组可以按如下方式带负荷:1)如果运行人员没有下达带负荷指令,并网后,则机组自动加载到旋转备用负荷(典型值为510额定负荷)。2)如果选择自动带基本负荷运行指令,则机组按规定的加载率自动加载。如某燃气轮机加载至满
21、负荷时间为12min,加载过程机组为转速控制;当机组带满基本负荷,机组由转速控制进入温度控制状态。3)如果选择中间某一负载值进行加载,则首先要向控制盘输入负载指令值,然后再按预选值进行加载,FSR逐渐增大,机组以规定的速率进行加载。4)当操作者选择手动加负载时,则通过发电机控制盘上调节速度控制整定点升降按钮来进行。通常,手动加减负载的速率是自动加减负载速率的两倍。手动加载时,其加载数值只能加到基本负载以内。,燃气轮机的启动时间,燃气轮机的启动时间因机组功率、负载和结构型式而异,对于大型发电机组,启动时间约为1022分钟。联合循环发电装置的启动过程也可认为四个阶段,前三个阶段为燃气轮机从静止启动
22、至满转速及并网的独立过程,基本与余热锅炉和汽轮机无关。联合循环装置从全速空载到满载的加载过程更为复杂,必须充分考虑余热锅炉和汽轮机加载的需要,按一定的程序控制整个加载过程,因此其总的启动过程要比前者慢得多。,9F机组联合循环启机过程,1)燃气轮机启动,在20额定转速下清吹5分钟;2)降转速至10额定转速时点火,暖机后加速,至第22分钟加速至满转速(加速过程约12分钟)。3)因为燃气轮机与汽轮机共轴,为防止汽轮机的通流部分因摩擦鼓风而发热,在向燃气轮机喷入燃料点火的同时。向汽轮机注入一定数量的冷却用蒸汽;4)燃气轮机达到额定转速并网;5)燃气轮机并网后在2.5分钟内加载至满负荷的20,提升4至3
23、90运行40分钟,对燃气轮机和余热锅炉暖机,直至锅炉内高、中压蒸汽的压力和温度稳定;6)启动后第65分钟左右向汽轮机提供高、中压蒸汽,汽轮机冲转、暖机、加速。7)汽轮机供汽后15分钟内蒸汽负荷达15,运行20分钟进一步暖机。8)机纽启动后第100分钟时燃气轮机增加负荷,汽轮机也相应增加负荷。9)70分钟后两者的负荷分别从20和15增加至100。整个启动过程约耗时170分钟。,二、启动过程中参数的变化,启动过程中的一个关键参数是T3*,从图9-3可以看出,启动过程中的一个特点是燃气温度T3*在点火后不久出现峰值。排气温度T4的变化要比T3*平缓,原因是燃烧室点火前,燃气透平中热部件是“凉”的,点
24、火后T3*然升高,燃气与机件之间的温差增大,传热速率加快。使T4*温升变慢。,启动过程特性线,将机组的启动过程画在压气机性能曲线上,就得到了图9-4所示的启动过程特性线。ni为点火转速,ns为自持转速,nb为启动机脱扣转速。图中表达的ni为点火成功的转速,该处T3有一突升,使启动过程线向上弯曲,突增量越大时启动有可能越快,但这时机组不仅容易喘振,且部件的瞬时热应力大,热冲击现象严重。在放气阀关闭后,压气机性能曲线发生突变,也使启动过程线出现突跳,即由图中的a点变至a点。该图表明,启动过程中一定要限制T3值,对于重型燃气轮机,常使启动过程中的最高T3比额定值低200300或更大些。,机组启动过程
25、中各种扭矩的变化,图9-1中给出了在机组启动过程中,压气机的阻力矩Mc透平发出的扭矩MT、启动机提供的扭矩Mn用以加速转子的剩余扭矩M以及燃气初温T3*随机组转速n的变化关系。在低转速情况下,转子的加速主要是依靠启动机所提供的扭矩Mn来实现的。在点火后,透平就开始产生扭矩。当达到自持转速ns时,透平发出的扭矩正好能带动压气机工作,但是还没有多余的扭矩可以用来加速转子。因此,启动机尚不能停止工作,机组还需要依靠它带着转子继续增速,直到燃气透平已具有足够的剩余扭矩,机组可以自行加速时,启动机便可以脱开,停止工作。,升速过程中FSR变化规律。,从图95上可以看到,在升速过程中FSR有两次减少。为使启
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