三菱M701F4燃机IGV跟随技术的应用分析

单位基本情况

中海油珠海天然气发电有限公司于2011年11月3日成立，位于珠海市高栏港经济区装备制造区，注册资金72970.5万元，职工137人，占地面积约30公顷。公司现有两套2×460MW（701F4改进型）燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，主机由东方电气集团生产制造，项目总投资30.6亿元，于2014年9月投产发电。

作为南海荔湾大型天然气田开发的下游配套项目和珠海地区支撑性电源之一，公司不仅具有中海油近海天然气的资源优势，还在保护地区生态环境，满足广东省电力和珠海高栏港经济区热力增长需求，促进社会经济的可持续发展等方面发挥着重要作用。

2生产工艺流程介绍

生产装置主要为两套燃气一蒸汽联合循环热电联产机组，包括：2台三菱M701F4型燃气轮机，单机功率为320MW，每台燃气轮机均与一台QFR-340-2-16型氢冷发电机相连，并配置一台SFP-400000/220型燃机主变；2台东方日立锅炉生产BHDB-M701F4-Q1型三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉；2台东方汽轮机生产LCC145-10.9/2.3/1.3/566/566型汽轮机，单机额定功率145MW，每台蒸汽轮机均与一台QF-150-2-15.75型空冷发电机相连，并配置一台SFP-180000/220型汽机主变。

3改造的必要性

在#3燃机的运行过程中，发现在低负荷时烟囱有明显黄烟冒出，经本厂烟气检测系统和第三方检测后，NOx排放并没有超过排放标。为解决黄烟问题进行了燃烧调整，黄烟问题得以解决，但是出现了以下两个问题：

（1）进行燃烧调整后，燃机在低负荷时容易进入温控模式，加载负荷受限。

（2）在燃机40%～80%负荷对AGC和一次调频本应很灵敏，但是燃机容易进入温控，AGC和一次调频达不到中调的调度要求而被中调考核。

采用IGV跟随技术不仅解决了容易进入温控和黄烟的问题，还大幅提高了燃机—汽机联合循环的效率。

4改造的可行性

4.1从燃机的热力循环分析其可行性

燃机的热力循环为布雷顿循环，分为4个部分：绝热压缩、定压加热、绝热膨胀、定压放热。

由图2可知，设定比热容为定值，整个布雷顿循环的效率可简单表示为：

所以，透平进口温度T3越大，燃机的效率会更高，通过IGV控制空—燃比可在燃机材料允许的范围内提高透平进口温度T3，从而增大其燃烧效率。

经对比研究并查阅资料可知，现情况燃机透平进口温度T3并没有达到设计值的1400℃。故从热力学和设备的耐热性能来说此方案可行。

4.2黄烟的生成原理

燃机是利用天然气（主要成分为CH₄）燃烧进行发电的先进装置，这样的发电方式高效环保，但在空—燃比不合理的情况下会有黄烟冒出。黄烟的主要成分为燃机排气中的NO₂。NO₂是一种红褐色气体，在阳光下扩散到大气中后，看上去就是黄色。

反应②在低温下容易发生，导致反应①中的NO₂增加，故在燃气温度低的中间负荷时，NO₂产生的量有增加的趋势，NO_X中的NO₂比例是随着燃烧温度的上升而降低的。

4.3国外同类型机组的IGV跟随技术的实践

IGV跟随模式在国外M701F3型机组上有过成功的应用基础，并且效果良好。机组配置为2拖1型配置，如图4所示。

通过采用IGV跟随技术，部分负荷下联合循环的实际效率提升+0.5%至+1.0%rel左右。

5项目实施内容

5.1更改IGV的控制控制模式

由单曲线控制改为关小后控制曲线和原有控制曲线的双曲线运行，如图5所示。

双曲线运行是在原IGV控制指令的基础上新增一个IGV控制逻辑，二者用IGV SET ON/OFF触发器进行选择IGV控制模式是否投入。实际运行中控制逻辑根据负荷和运行裕度在这两种模式之间切換，从而达到稳定控制的目的。

在IGV跟随模式下，通过在部分负荷下关小IGV、减小进气流量，来保持较高的透平入口温度（T3），从而实现提升部分负荷下的机组效率和降低黄烟的排放（CO、NO₂）。

5.2 IGV跟随模式下，控制逻辑的修改

IGV跟随模式下，空一燃比会降低，增加透平入口温度（T3）的同时会带来燃机排气温度（EXT）的升高，CSO的运行点更加靠近温控线，而更加容易进入温控线。

为解决问题，使燃机进入温控的条件由BPCSO控制变更为由BPCSO和EXCSO双重控制，只要BPCSO和EXCSO任一接近温控线就打开IGV，从而避免在低负荷和IGV跟随模式投入的情况下进入温控。

5.3 IGV跟随模式对黄烟减排的影响

根据4.2黄烟的生成原理可知，反应②在低温下容易发生，导致反应①中的NO₂增加，故在燃气温度低的中间负荷时，NO₂产生的量具有增加的趋势，NO_X中的比例是随着燃烧温度的上升而降低的。

由图7可知，当负荷稳定时，机组的T3温度会上升，从而降低了NO_X的生成。综上所述，IGV跟随模式不仅提高了燃机的效率，解决了容易进入温控的问题，还减少了NO_X的排放。

6项目节能量测算和监测方法

6.1项目节能量测算的依据和基础数据

本项目节能量测算依据主要为天然气流量、天然气热值、联合循环机组热效率、联合循环热耗率、气耗率、单位产品供电煤耗等数据，即：在项目改造前后通过对比相同负荷下发电效率及供电煤耗，由此计算项目节能量。

IGV跟随改造前后节能效果对比见表1（表1中列出了改造前和改造后相同负荷的情况下各项经济指标的对比情况）。

从表中反映出，IGV跟随技术改造后，在同等负荷下，天然气流量减少，联合循环热效率提高，联合循环热耗率、气耗率、供电煤耗降低。改造后，联合循环热效率平均提高0.24%，气耗率降低0.00086m·/kW·h，单位产品供电煤耗下降约1.0068g/kW·h。6.2项目节能量测算公式、折标系数和计算过程

项目节能量计算公式为：

节能量=发电量×（供电煤耗1-供电煤耗2） （1）

供电煤耗=天然气流量×天然气折标系数÷机组负荷 （2）

其中，供电煤耗1，供电煤耗2分别对应项目改造前后的联合循环不同负荷条件下平均供电标煤耗；天然气折标系数为1.1643kg/m²（对应天然气低位热值为34.37MJ/m³）。

年节能量=发电量×（供电煤耗2-供电煤耗1）

7结论

三菱M701F4型机组上运用IGV跟随技术，既能有效遏制黄烟的生成，又能大幅提高机组的运行效率，值得同类型电厂推广应用。

推荐访问:跟随 分析 技术 M701F4 燃机