9F燃机进气加热系统研究

【摘要】燃气轮机的进气加热系统（IBH）通常是冬季作为防止压气机进口结冰用的，但是在带有DLN2.0+燃料喷嘴的9F燃气轮机中，它还有扩大DLN2.0+燃烧室预混燃烧工作范围和限制压比超限的作用。由于GE燃机普遍具有10%的通流余量，有了IBH，使得9F机组的压气机喘振余量达12%。在实际运行中，IBH会影响燃机的功率和热效率；另外，当IBH故障时还可能影响机组的安全运行。因此，本文对IBH的运行进行探讨，为9F机组的进一步优化运行提供参考。

【关键词】燃气轮机;进气加热;经济性;安全性

1.9FA机组进气加热系统简介

9FA机组的进气加热系统通过将少量压气机排气抽出，回送到压气机进口，实现对压气机进气加热。

抽气加热控制阀由具有电流、气动压力转换的气动执行机构驱动。气源来自机组的仪用空气系统。当控制系统输出不同的电流时，经I/P（电流/压力）转换后，控制阀在不同的气压作用下开度不同。它是将压气机排气温度信号CTD作为进口抽气加热空气流温度，再测量VA20-1控制阀进口温度和压力降。利用MK VI软件编程的，并用于VA20-1进口抽气加热控制阀的ANSI/ISA标准控制阀流量方程式，并根据制造厂提供的阀曲线与行程特性，制订通过进口抽气加热系统的质量流量。精心设计阀门型线，可以确保压气机抽气流量是进口可转导叶IGV开度的单值函数，呈线性关系。根据GE资料，IBH在IGV开至63°关；IGV关至约58.5°开。在IGV的角度增加的过程中，进气抽气加热控制阀在进口可转导叶IGV开度大于42°时，且转速大于95%时打开，到63°时关闭。在IGV的角度减少的过程中，当IGV的角度为58.5°时，打开进气抽气加热控制阀，当转速小于95%时关闭。抽气的流量最大可以控制到5%的压气机进气的质量流量。正常运行中，气动控制阀有3个控制基准，一个是压气机进口防冰控制基准；一个是预混燃烧方式扩展基准；一个是压气机运行保护基准。在这3个基准中取最大值，送给控制阀，作为控制阀位置命令CSRIHOUT。

2.9FA机组进气加热系统经济性分析

IBH进气加热控制阀在机组启动时转速达95%以上开启，关闭时的功率约为265 MW，在停机时进气加热控制阀开启的功率约为270 MW，它的关闭是在95%转速以下关闭（环境温度约为30℃）。无论是机组的启动或停机，进气抽气加热IBH的关闭或开启都是在较高的负荷下进行，这对机组效率会有负面影响。因为IBH对机组的安全性确实有很大作用，它起作用时，燃机压气机的效率会下降，压气机约占整个机组耗能的2/3。所以，它直接影响到机组运行的经济性。而且，在电网中，燃机作为调峰机组又不可能长期带基本负荷运行，一般低负荷运行，9F机组出力设定为280 MW（江苏、浙江电网确定的9F单轴联合循环机组正常时的最低负荷）。根据本公司机组2010年的统计，约有50%的时间运行在300 MW左右，因此运行中要特别重视此负荷区间的调整措施，在机组正常运行时，力争将IBH关闭，下面以夏季减负荷时的操作举例说明。

3.9FA机组进气加热系统安全性分析

3.1 9FA机组进气加热系统的保护

3.1.1进气加热系统故障（L3BHFT）

当出现进气加热系统故障，即L3BHFT=l，发出故障报警，进气加热系统的预混燃烧方式扩展基准输出为0，且故障状态自保持，所以在故障条件消失后须通过主复位来恢复进气加热系统的正常运行方式（注意：在主复位后，会将汽机的一些疏水阀自动开启，故要手动恢复）。燃气轮机全速后在以下3种情况下，会出现进气加热系统故障：

（1）机组全速情况下，控制阀反馈未能跟踪命令值，偏差大于15%，且持续15 s以上。

（2）IBH手动控制阀未开。

（3）IBH控制阀后压力变送器96BH-2故障。

3.1.2进气加热控制阀保护开启（L3BHF3）

当出现进气加热控制阀保护开启，即L3BHF3=l，将使跳闸电磁阀20TH-1失电，进气加热控制阀全开，防止压气机压比超过运行极限，保证机组运行安全。因为，9FA机组的VA20-1是一个正常控制阀，在失去仪用空气、失去4～20 mA的控制信号、跳闸电磁阀20TH-l失去直流电压信号的情况下，VA20-l执行器内故障安全弹簧将使阀门全开。此故障状态也会自保持，同样需要主复位来恢复进气加热系统的正常运行方式。

3.2 IBH故障引起跳机事例

根据以上资料，IBH控制阀应该能够很好地跟踪控制命令的输出。如果一段时间内，阀门的实际位置偏离阀门命令设定点规定的数值，一般为10%，报警；15%15 s进气加热保护动作（IBH全开）。IBH系统用来监控压气机入口空气流的温升，温度的升高作为排气流量的指示值。如果在一个设定的时间内没有检测到一个足够的温升，IBH也会保护动作（IBH全开）。IBH本身不直接触发机组的跳机或停机，但IBH保护动作后，在某些工况下会导致燃机的其他保护动作跳机或停机。例如，下面是本单位1次IBH故障，引起机组跳闸的案例。2010年9月20日2号机0：00 IBH失控全开（负荷230 MW），由于在低负荷区域，影响不大。0：02复位后，IBH恢复正常。0：03加负荷到300 MW。0：05 IBH又突然全开，9 s后，燃机因排气温度高跳机，熄火。

3.3 9F机组进气加热系统常见故障及处理

3.3.1抽气加热系统停止工作-跳闸（L3BHFT-ALM）

立即采取的措施：（1）监控装置是否因异常缓行状态而停机；（2）若缓行期间出现任何报警，应加以检查并随之采取措施。补充措施：（1）检查抽汽加热系统，确定跳闸原因；（2）排除故障和修理系统；（3）若燃机停机，为了正常运行，应重新校准系统并重新启动装置。

3.3.2抽气加热系统手控隔离阀未打开（L33TH3-ALM）

立即采取的措施：（1）检查系统的校准状态，验证控制阀是否关闭，并打开阀；（2）监控系统运行，是否有异常状态；（3）若在重新校准期间出现任何报警，应检查并随后采取措施。补充措施：若燃机停机，为了正常运行，应重新校准系统并重新启动装置。

3.3.3进口抽气加热系统控制阀未跟上（L3BHF1-ALM）

立即采取的措施：（1）监控系统运行，是否有异常状态。确定燃机是否安全运行，若未安全运行，应停机；（2）若燃机在安全运行，应采取补充措施。补充措施：（1）若燃机停机，为了正常运行，应重新校准系统并重新启动装置；（2）排除故障并修复控制阀；（3）修理时，验证系统是否运行正常。

4.结语

在实际运行的265~295 MW负荷区间，IBH可能会影响燃机的功率和热效率；另外，当IBH故障时还可能影响机组的安全运行。因此，在此区间必须注意对IBH的运行调整，使得9F机组的运行最优化。■

【参考文献】

［１］赵丽娟.论PG9351FA燃气轮机的进气加热系统[J].燃气轮机技术，2006，19(4)：15-19.

［２］秦刚华，李硕平.9F级燃气-蒸汽联合循环机组总体性能优化[J].电力建设，2006，27(8)：41-44.

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