9E燃氣輪機熄火轉速升高的原因分析及對策

王歡歡，李宏蓮

(上海奉賢燃機發電有限公司，上海 201403)

0 引言

上海奉賢燃機發電有限公司(以下簡稱奉賢發電公司)4臺燃氣輪機為美國GE公司生產的PG9171E型燃氣輪機，配套杭州鍋爐廠生產的余熱鍋爐和上海汽輪機廠生產的LZN55－5．6/0．65型汽輪機，作為上海市的主力調峰機組，于2005年年底先后投產。隨著運行時間、次數的增加，燃氣輪機熄火轉速出現了緩慢升高的趨勢。燃氣輪機在高轉速下熄火，尤其是在臨界轉速熄火，會對主設備產生較大的影響。奉賢發電公司組織相關專業人員對這一問題進行技術攻關，提出改進方案，力求徹底消除這一安全隱患。

1 機組現狀及存在的問題

自2009年開始，在燃氣輪機停機過程中出現了轉速下降緩慢、熄火轉速偏高的問題，而且熄火轉速呈現走高的態勢。#11，#21燃氣輪機2009年和2010年的部分熄火轉速相對值統計見表1(熄火轉速相對值=熄火轉速/額定轉速，額定轉速為3 000 r/min)。

表1 #11，#21燃氣輪機部分熄火轉速相對值 %

在正常的停機過程中，機組解列后燃料指令會迅速減小，使燃氣輪機轉速平滑下降并快速地通過臨界轉速區，到達40．0%額定轉速后熄火。從表1可以看出，#11，#21燃氣輪機每次停機的熄火轉速相對值都有不同程度的升高。燃氣輪機在高轉速下熄火尤其是在臨界轉速下熄火停機，會產生較大的振動，長此以往，將會對燃氣輪機整個主設備造成嚴重的損傷，其影響不容忽視。奉賢發電公司技術人員對燃氣輪機大量的停機歷史曲線圖進行分析并對各參數設置進行比較，認為閥門特性的改變以及天然氣成分變化等因素造成了熄火轉速偏高，而天然氣成分變化造成天然氣熱值發生改變是主要原因。

2 技術重點和改造方案

2．1 控制邏輯分析

在停機過程中，燃料沖程基準(FSR)是由最小燃料沖程FSRMINN決定的，而FSRMINN的生成則取決于一組參數，如圖1所示。

在圖1中，參數FSKMINN1～FSKMINN4是決定最小燃料沖程 FSRMINN的拐點轉速，取值為5%，40%，82%，85%，這組參數決定了FSRMINN曲線的橫坐標。參數FSKMIND1_n～FSKMIND4_n和FSKMIND4X是相對于各個拐點轉速的FSRMINN的取值，這組參數決定了FSRMINN曲線的縱坐標。這2組參數形成一條停機過程中FSRMINN的值相對于燃氣輪機轉速的曲線。在完全使用天然氣的情況下n=1，而參數FSKMINN1～FSKMINN4的取值相對固定，因此，參數FSKMIND1_1～FSKMIND4_1和FSKMIND4X是決定轉速下降曲線的關鍵參數，也是最終決定熄火轉速的關鍵參數。停機過程中轉速下降緩慢，說明燃料指令相對較高，降低參數FSKMIND1_1～FSKMIND4_1和FSKMIND4X的取值是解決問題的關鍵所在。

圖1 最小燃料沖程FSRMINN邏輯塊

圖2 FSR最小值選擇門

2．2 建立試驗方案

由于機組長時間運行后閥門特性有了一定的改變，而且天然氣成分等因素也發生了變化，參數FSKMIND1_1～FSKMIND4_1和FSKMIND4X原來的取值已經不適合機組目前的狀況了，而合適的取值只能通過試驗的方法得到。

燃氣輪機的FSR是由6個因素決定的:手動FSR、啟動 FSR(點火、暖機)、加速 FSR、轉速/負荷FSR、溫控FSR(進氣溫度、壓氣機出口壓力、燃料量)和停機FSR。這6個燃料沖程基準輸向FSR最小值選擇門，選出其中最小值賦給FSR作為選用的FSR，同一時刻僅有1個系統的FSR通過最小選擇門進入控制?，F在的問題是，停機過程中轉速下降緩慢，說明停機FSR的值偏高，根據這個原理，在機組解列后可以通過在操作員站手動介入的方法來減小最終FSR的值，使燃氣輪機轉速快速而平滑地下降。當達到理想的轉速曲線時，根據手動介入的FSR值就可以得出參數FSKMIND1_1～FSKMIND4_1和FSKMIND4X的取值。FSR最小值選擇門如圖2所示。

2．3 試驗結果

經過多次在線試驗和動態修改，最終得出一套與燃氣輪機當前狀況相匹配的參數(見表2)，確保燃氣輪機在停機過程中轉速平滑下降，并達到正常的熄火轉速后熄火。

3 修改參數前、后停機熄火曲線對比

程序修改完成后，對機組進行了運行驗證。圖3為程序修改前#11燃氣輪機停機熄火曲線。圖3中:T1_TNH為燃氣輪機的轉速;T1_L28FDX為燃氣輪機熄火時間;T1_L52GX為燃氣輪機的解列時間;T1_BB_MAX為燃氣輪機的軸承最大振動速度。從圖3可以看出，燃氣輪機解列后轉速下降緩慢，甚至一段時間內沒有明顯下降。解列8min后燃氣輪機自動熄火，此時燃氣輪機的轉速為2 030 r/min(67．7%額定轉速)。在此期間以及熄火后一段時間，軸承最大振動速度一直很高，熄火時達3．938 mm/s。

表2 #11燃氣輪機相關參數修改值

圖3 程序修改前#11燃氣輪機停機熄火曲線

圖4是修改參數后#11燃氣輪機的停機熄火曲線。燃氣輪機解列后轉速平滑下降，轉速達1 178 r/min(39．3%額定轉速)時燃氣輪機熄火。此時，燃氣輪機軸承最大振動速度僅為0．633mm/s。雖然燃氣輪機在通過臨界轉速時振動較大，但整體水平偏低，特別是在熄火時，振動比前者有顯著改善。

圖4 程序修改后#11燃氣輪機停機熄火曲線圖

4 結束語

優化改造后，奉賢發電公司4臺9E燃氣輪機都能在正常的轉速下熄火，比較圓滿地解決了燃氣輪機熄火轉速升高的問題。這對設備的健康狀況、機組的穩定運行都有重要的意義，也為以后國內同類9E機組的運行提供了寶貴的經驗。同時，通過對9E燃氣輪機Mark V控制系統程序的研究以及功能塊特性參數的探索，技術人員加深了對控制系統的認識，提高了技術水平。

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