浅谈某电厂性能加热器的应用及调试

浅谈某电厂性能加热器的应用及调试

吴超

广东大唐佛山热电有限责任公司  广东佛山  528500

摘要：介绍了某9F燃气电厂天然气前置模块性能加热器配置方案，并根据性能加热器调试阶段各项数据，简单分析天然气温度以及燃料量设置对燃气轮机出力和排放的影响。

关键词：性能加热器；天然气温度

本公司机组为安萨尔多AE94.3A型燃气-蒸汽联合循环供热机组，全厂配置两套机组，采用分轴联合循环布置。每套机组由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台燃气轮机发电机、一台蒸汽轮机发电机组成。燃气轮机由上海电气&安萨尔多公司联合设计制造，型号为AE94.3A，燃料为天然气，输出方式为冷端输出。

天然气的品质很大条件决定了燃气轮机的运行效率和出力，AE94.3A型燃气轮机的天然气系统主要由前置模块、燃气模块、燃烧室等设备构成。由于天然气由当地燃气管网统一配给，其成分基本不变，那么天然气温度对于燃烧是否充分和稳定就显得尤为重要。目前由于国际形势天然气价格一直居高不下，如何正确投用天然气性能加热器，提高天然气温度，降低天然气损耗率，从而在降低运行成本的同时又能提高机组效率成为了研究的热门课题。

1.性能加热器的配置

本公司采用的性能加热器选用德国原装进口的Kelvion 品牌，其主要参数如下：

该性能加热器为双套管安全型换热器，与单管设计的标准壳管式热交换器不同，双套管安全型换热器的管路有两个管，由内管和外管组成，内外管路之间的间隙安装有泄露检测压力开关。当性能加热器内部管子在水侧或者气侧有泄漏时，泄漏介质首先进入内外管之间的的间隙，从而导致间隙中的压力升高，当压力开关动作时，说明性能加热器内部发生了泄露，同步会向控制系统发出报警信号，提醒设备运行管理人员及时进行检查处理。双套管安全型换热器内部构造见图1。

图1  双套管安全型换热器内部构造

2.性能加热器的运行要求

性能加热器的主要功能是加热天然气至一定的温度，以提高联合循环性能。本公司的性能加热器配置在前置模块，利用高压给水泵中间抽头热水加热天然气至所需温度，加热时天然气从换热器内管流过，与天然气流向相反的热水则从与外管接触的壳侧流过，以此来达到最大的换热效率，投运过程中通过调整高压给水泵中间抽头热水流量来控制性能加热器的出口天然气温度。

在前置模块性能加热器的出口安装有一个温度变送器和一块温度表用于远传和就地显示出口天然气温度。由于天然气在流动过程中会损失一部热量，因此从前置模块到达燃气模块的天然气温度会稍微降低，燃气模块也配置有三只热电阻测量其天然气进气温度并远传至控制系统，这三个远传信号将参与到燃机跳机的逻辑判断中。当IGV（燃机进口可调导叶）开度大于90%，且天然气进气温度（三取二）大于140℃，延时60s跳机；当IGV开度大于90%，且天然气进气温度（三取二）大于150℃，无延时跳机。

由于AE94.3A型燃机天然气温度在控制系统中涉及到跳机保护，因此要求加热后的天然气温度最高不超过135℃，本公司一般将该温度设置在110℃。在燃机启动后，要及时投运性能加热器并调整天然气温度，控制天然气温度在50～55℃，当机组升负荷过程中逐渐将天然温度升高，稳定后将天然气温度控制在110℃。需要注意的是若机组在调峰运行模式下，短时间负荷变化较大时要提前调整性能加热器的进水流量，防止瞬时温升速率过大导致天然气温度升高触发跳机保护。

3.性能加热器的调试

本公司1号机组顺利通过168小时满负荷试运行后进行了性能加热器调试工作，调试过程主要是在不同温度和不同负荷条件下对燃气阀门和燃机排气温度（TETC）进行裕度测试并修改，在保证燃烧稳定的前提下探索燃烧边界，实现耗气量的最优化。

3.1调试的前提条件

调试开展前需要满足以下前提条件：

1. 提前与电网调度机构沟通，确保机组负荷计划等满足要求，保证燃烧调整条件。

2. 确保CEMS烟气自动监控系统测量准确，调试过程中要时刻注意涉及环保指标的各项排放参数。

3. 调试人员所在的操作电子间安装临时跳机按钮、甩负荷按钮，用于紧急情况下的降负荷或跳机操作。

4. 燃机控制系统重要测点监测记录仪和软件工作正常。

5. 调试期间AGC、一次调频、脱硝功能需要退出。

6. 前置模块、燃气模块、燃烧室区域的天然气软管接头和燃烧器天然气泄漏检测试验完成，且满足相关规定。

7. 天然气各项指标符合性能加热器投入技术要求，即燃料预热时，低位热值允许的范围应被限制在45000～50035kJ/kg。

8. 加热器初次投用时，需先将其内部注满冷水，使其内部空气排净后才可以注入热水，注入热水时

需小开度缓慢打开阀门，待加热器温度变化均匀后，才能将进水阀全开。

3.2 调试过程

在不发生中断的前提下，整个调试过程周期为一周左右。调试正式开始前，需要将正常运行工况下的嗡鸣、加速度的跳机参数在控制逻辑中进行修改，并将临时甩负荷按钮在控制逻辑中投用。在调试过程中对燃料量的测试可能会导致燃烧不稳定现象的发生，而燃烧不稳定则表现为燃烧室内压力脉动幅值增加，即产生了嗡鸣以及燃烧室加速度，嗡鸣通过两个动态压力传感器MBM11CP101和MBM11CP102测量燃烧室内的压力脉动幅值来检测，加速度由安装在燃烧室上的三个压电式加速度传感器MBM10CY101、MBM10CY102和MBM10CY103来检测。

为防止燃机损坏，当机组在产生嗡鸣和高等级的加速度时必须及时甩负荷，情况严重时必须立刻停机。达到动作值后通过控制系统会自动完成甩负荷和跳机操作，也可以由调试人员通过相应手动按钮实现，其动作值如下：

a) 当两个嗡鸣测量值同时大于25 bar,延迟0.3秒燃机自动甩负荷6MW，若持续15秒则触发燃机自动跳机。

b) 当三个加速度中任意两个测量值同时大于2.5g，延迟4秒燃机自动甩负荷6MW，每隔4秒，燃机出力以相同的幅度重复减小，直到加速度值小于2.5g，若持续15秒则触发燃机自动跳机。

c) 当三个加速度中任意两个测量值同时大于3g，延迟1秒燃机自动甩负荷6MW，每隔1秒，燃机出力以相同的幅度重复减小，直到加速度值小于3g，若持续12秒则触发燃机自动跳机。

d) 当三个加速度中任意两个测量值同时大于8g，立即触发燃机跳机。

e) 当IGV 开度大于95%时，当三个加速度中任意两个测量值同时大于1.5g，延迟0.5秒燃机自动甩负荷6MW，每隔0.5秒，燃机出力以相同的幅度重复减小，直到加速度值小于1.5g。

调试过程中需要将性能加热器的出口天然气温度调整到不同温度（50、70、90、110、130℃），在同一温度条件下，按照调试期间的负荷曲线，将燃机负荷从120MW分阶段升高至满负荷（300MW）。针对不同负荷段的燃气值班阀、预混阀的所需燃料量进行范围为±100g的裕度测试和燃机排气温度TETC裕度测试，通过观察不同裕度下燃机加速度、嗡鸣、轴系振动等测点的变化，在不发生大幅波动的前提下对不同工况下的值班阀和预混阀的所需燃气量进行修正，确保在燃烧稳定的同时减少燃气浪费量，并同步控制NOx和CO排放量满足环保要求，有效降低运行成本。

在天然气温度130℃、燃机满负荷（设定值300MW，实际出力276MW）、燃机排气温度578℃的条件下，进行了燃机排气温度TETC调整试验。试验开始后将燃机排气温度由578℃提升至583℃，燃机负荷升高至280MW。稳定运行20分钟后将将燃机排气温度提升至585℃，燃机负荷升高至287MW。再次稳定运行20分钟后将将燃机排气温度提升至588℃，燃机负荷升高至290MW。待稳定运行20分钟后将燃机排气温度提升至593℃，燃机负荷升高至293MW。再次稳定运行50分钟后将将燃机排气温度逐步提升至596℃，燃机负荷升高至295MW，接近300MW满负荷。通过燃机排气温度调整试验可以看到，在同一工况下通过提高燃机排气温度可以增加燃机出力。但是由于燃机排气温度过高的话会导致余热锅炉受热面过热，从而导致高压主蒸汽超温，影响余热锅炉炉膛、主蒸汽管道和汽轮机相关部件安全运行。所以结合性能加热器投用情况和机组设备实际情况，最终将燃机排气温度设定为586℃，在提高整个燃气-蒸汽联合循环机组出力的同时又不对炉侧和汽机侧设备造成损坏。

在天然气温度130℃、燃机满负荷、燃机排气温度586℃的条件下，进行了性能加热器投退试验。试验开始后逐渐将性能加热器出口手动门关闭，待其稳定运行10分钟左右后再逐渐将其打开至原开度，使天然气温度恢复至130℃。实验过程中燃机燃烧稳定，负荷未发生异常波动，通过试验数据预估投用性能加热器后，每小时可节约大约600方天然气，按照机组一年运行2000小时、天然气价格取综合单价3.5元/m³，则每年可节约420万元燃料费。性能加热器投退试验曲线见图2。

图2  性能加热器投退试验曲线

4.结语

性能加热器的投用不仅提高了燃气—蒸汽联合循环机组的效率，也节约了发电厂的燃料成本，相信性能加热器在接下来的燃气电厂中会得到更广泛的应用，而性能加热器的稳定高效运行和自动控制也将成为今后研究的热门课题。

参考文献：

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