燃气轮机燃料油改造技术

【摘要】 根据燃机的相关部件的参数来选定燃机适应的且价格较低的燃料对于这些国家就是一个刻不容缓的课题。

【关键词】 燃气轮机改造

1 引言

目前,某些非洲国家的仍保有大部分总发电量较小的联合循环机组,由于资金的限制,他们没有能力建设大型机组,所以未来一段时间内燃机仍是这些国家发电的主力军。

这些燃机大部分的燃料为价格较高的轻柴油及液化石油气,可是对于某些第三世界国家来说,他们不得不使用燃机。所以根据燃机的相关部件的参数来选定燃机适应的且价格较低的燃料对于这些国家就是一个刻不容缓的课题。

目前市面上存有一种石油加工末尾缓解的燃油——重焦化瓦斯油(Heavy Coked Gas Oil,以下简称HCGO),经过权威检测机构检测,此种油中主要成分的含量如下:

灰分:0.003mg/kg,

矾:＜0.1mg/kg,

钠钾含量:＜0.1mg/kg,

水含量:0.03%wt,

碳残留物:0.4%wt,

100℃时的运动粘度:≈4.038mm2/s,

15℃时的密度:0.9091g/cm3,

闪点:101℃,

倾点:-3℃。

根据GE的GER-3620K文件,可见HCGO可在P6581B机组中燃烧。不过增加相应的处理设备室保证设备寿命所必须的。

2 燃机本体增加

2.1 燃机透平水洗

透平水洗的目的是去除HCGO产生的沉积物,需要像压气机水洗一样在机组冷态手动操作水洗阀门。增加新的透平水洗电动阀和新管路。新管路连接到原有的水洗站。

2.2 吹扫

因为燃机不能用HCGO点火,必须安装一套吹扫阀组,当燃机HCGO带负荷遮断时排放管路内残留的HCGO并冲洗燃油管路。机组遮断后程序自动启动吹扫直到燃油管线100％为柴油,可以通过玻璃窥窗观察。

吹扫阀组包括一个带位置开关的十通道液压阀VP1,控制电磁阀20PF-100,控制按钮43FUOP和新的液压油管路,新的排放管路。为了重复利用废油,新的油箱和新的油泵是必须的。

2.3 雾化空气泵

全新的高压雾化空气泵、燃油流量分配器、新的滤芯和其他设备需要更换以满足燃机燃烧HCGO。原因是HCGO粘度较大,容易堵塞滤芯和流量分配器,难于雾化。

3 供应系统

3.1 前置模块

HCGO泵模块为燃油提供足够的压力以克服从油罐到燃机入口的各种设备的压损,满足燃机需要的压力要求。

3.2 加热模块

加热HCGO的目的是为了降低其粘度使其容易雾化和燃烧。主要包括2个板式换热器(一个运行一个备用)和一个温度控制阀,可以将HCGO加热到合适的温度。

3.3 过滤模块

这个模块可以过滤HCGO使其达到液体燃料规范GEI-41047对清洁度的要求。

3.4 燃料选择模块

燃料选择模块控制燃料的选择。当机组起动时,燃料切换阀在LDO位,随着机组负荷升至切换负荷时,切换阀开始慢慢切到HCGO位(当在MARK V里选择HCGO模式),大约10分钟后,切换阀完全切至HCGO位。当燃机停机时,负荷减到切换负荷,或者HCGO燃料故障,切换阀快速切换至LDO位。当燃机用HCGO带负荷跳机时,2个气动截止阀快速切断燃油,切换阀切至LDO位,在随后的HCGO吹扫过程中,LDO油路上的气动截止阀会配合HCGO吹

扫阀P1打开,完成吹扫程序。

过滤模块过滤、计量HCGO和控制HCGO、LDO切换,燃机入口压力满足2.75～5.17barg。

这些模块使液体燃料的流量、压力、过滤精度、粘度达到燃机要求。

3.5 油罐加热系统

由于冬天气温较低,HCGO接近凝固点,粘度大,HCGO泵无法输送,需要加热来降低HCGO的粘度,满足管道输送要求,加热汽源取LPG加热汽源,凝结水回LPG凝结水箱。

4 电控系统

4.1 燃机控制系统

为安全可靠的实现机组燃烧HCGO,MKV控制系统将增加相关的程序和指令,并接受和发出相应的信号,进行轻油到HCGO和HCGO到轻油的切换。MKV发出的切换信号将送至新增加的一个切换控制器(此设备放置在就地控制室内),再由控制器输出电流信号到三通阀定位器。具体的切换工作描述如下。

4.1.1 燃料切换

燃机在启动和停机期间只能运行轻油,而在并网后(一般13MW),则可以通过燃油选择开关“DIST”(轻油)或“HCGO”选择燃机的燃料。

(1)轻油切换到HCGO。该切换只能在52G已合闸且HCGO回路已准备好的情况下进行。在主画面上,选择“HCGO”并执行,当HCGO运行条件(温度、负荷、压力、控制气源)满足后,燃机将自动切换至HCGO运行(切换时间大约10分钟左右)。(2)HCGO切换到轻油。当燃机运行于HCGO时,若HCGO运行条件不能满足,或MK V控制系统发出“STOP”(停机)命令或在主画面上选择“DIST”(轻油)并执行,将立即由HCGO切换至轻油。(切换时间大约10分钟左右)。(3)有关尖峰负荷与HCGO运行的关系。尖峰负荷只有在透平没有运行于HCGO时才能被选择,而已运行HCGO后,尖峰负荷将被禁止选择。

4.1.2 HCGO、轻油系统的运行

(1)HCGO前置系统的启动。1)在MKV操作界面将要求HCGO运行的信号发给油泵房就地控制系统, HCGO开始运行。2)另一种是燃机启动后,HCGO前置模块电磁铁(得电),HCGO回油阀打开;HCGO加热器电磁阀(得电)打开,启动HCGO加热器。3)两分钟后,所选择的HCGO前置泵启动,HCGO前置泵加压后流过HCGO加热器,温控器控制加热器蒸汽调节阀以获得正常的HCGO温度。4)加热后的HCGO送到HCGO过滤模块,经过滤网容器送到前置切换模块,并从回油阀回到油罐。这样形成一个连续的循环来预热HCGO前置系统。

(2)轻油的运行。1)在MKV操作界面将要求轻油运行的信号发给油泵房就地控制系统,轻油开始运行。2)另一种是燃机启动后,轻油前置模块电磁铁(得电),轻油回油阀打开;轻油泵启动,开始运行。3)在机机组燃烧HCGO时,轻油前置系统继续运行,自打循环,以备HCGO系统故障时能作为备用。

4.1.3 轻油至重油的切换

在HCGO前置系统启动过程中,轻、HCGO转换气动阀位于轻油位置。轻油经过该阀进入燃机燃烧。HCGO自打循环。当下列条件同时满足时:(1)压力开关检测到HCGO压力低于6bar。(2)压力开关检测到HCGO压力高于2.5bar丄。(3)温度开关检测到HCGO温度大于70℃。(4)温度开关检测到HCGO温度少于90℃。(5)发电机已经并网并且达30%的额定负荷以上。(6)控制气源压力大于5.5bar。(7)轻油罐回油阀打开。然后,HCGO切换电磁阀得电打开,HCGO重油切换三通阀缓慢切换至重油位置使切换过程中进入燃机的燃油温度平滑上升,避免热冲击。当切换至HCGO成功后,HCGO回油气动阀关闭,轻油前置系统继续运行,自打循环,以备HCGO系统故障时紧急切换至轻油。

4.1.4 HCGO到轻油的切换

(1)压力开关探测到HCGO压力大于6bar。(2)压力开关探测到HCGO压力小于2.5bar。(3)温度开关探测到重油温度大于90℃。(4)温度开关探测到重油温度小于70℃。(5)选择轻油运行。(6)MKV控制系统发出燃机停机命令。(7)发电机跳闸。(8)轻油回油阀关闭。(9)HCGO回油气动阀打开。(10)控制气源压力低于5.5bar。

当上述条件任何一条满足时,HCGO切换电磁阀失电,切断控制气源,三通阀缓慢或立即转换,燃机转烧轻油运行.

4.1.5 关于燃机HCGO运行时的停机情况

当停机命令已发出,立即从HCGO切换至轻油,HCGO前置系统停止运行。燃机正常停机,负荷持续下降。当功率继电器动作,52G断开时,距燃机接停机命令时间不足4分钟。燃机将处于全速空载状态,直至4分钟时间到,才继续停机程序。

4.1.6 关于HCGO运行时跳车(trip)的清吹

如果燃机在烧HCGO时跳车,则必须在最初的一小时内对燃机的喷嘴管道进行清吹,步骤如下:(1)进入主显示选“CRANK”(冷拖)并执行、“START”(启动)并执行。(2)然后选“PURGE ON”(清吹开始),轻油开始进入燃油管路开始清吹。(3)五分钟后,清吹完成,自动停机或确认燃油管路的HCGO冲洗完毕。(4)在主显示上选择“STOP”并执行,“OFF”并执行。(5)进入清吹画面选“PURGE OFF”(清吹结束)。(6)若需要继续开机,可直接选择“AUTO”继续机组启动程序。

4.2 燃油泵就地控制

增加4台新燃油泵的控制和压力调节阀控制,此泵的控制方式与原有的LDO泵的控制方式相同,将由MarkⅤ发出信号由就地的DCS控制系统来完成。

4.3 MCC改造

4台新增的HCGO燃油泵需要4个MCC控制单元,其中3个用原有的备用单元,另一个使用原有的轻油泵单元改造。

5 HCGO对机组的影响

由于燃烧HCGO需要降低温控线的温度,影响燃机的出力和热耗,根据计算,PG6581B在环境温度15℃、大气压力101.325kPa、相对湿度60%燃烧HCGO和LDO的参数比较(如表1):

预计燃机输出功率降低8.7%,热耗增加1.8%。燃烧HCGO后会影响机组的维护周期,详见GE文件GER-3620。

作者简历:姓名:王安国;出生年月:1986年02月07日;性别:男;毕业院校:哈尔滨工业大学;学历:大学本科;主要研究方向:机械设计制造及其

自动化。

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