9FA型燃氣輪機供氣降壓運行技術的研究

賈秋生

（惠州深能源豐達電力有限公司，廣東 惠州 516000）

9FA型燃氣輪機供氣降壓運行技術的研究

賈秋生

（惠州深能源豐達電力有限公司，廣東 惠州 516000）

9FA燃氣輪機對天然氣正常的供氣壓力為4.0MPa，但由于天然氣常出現供氣不足，根據一定的原理，發現當天然氣的供氣壓力為2.0MPa時也可以通過降壓正常運行，本文對9FA型燃氣輪機供氣降壓運行技術進行分析以及研究。

9FA燃氣輪機；天然氣；降壓運行；技術研究

進入21世紀以后，燃氣輪機得到了迅速發展。但是由于我國的天然氣產能的原因，天然氣壓力無法滿足4.0MPa的設計要求，9FA燃氣輪機組無法調試和運行。為此采用降壓運行控制技術，在供氣壓力大于2.0MPa、小于4.0MPa的情況下，它可以實現燃氣輪機的點火，機組的定速和負荷的增加，從而實現了在低壓供氣條件下機組的啟動和運行。

1 問題的提出

21世紀，我國引進了先進的F燃氣輪機技術。所有的燃氣機都是由天然氣作為能源。第一批燃氣輪機于2005竣工，經過1年多運作，9FA燃氣輪機技術本身沒有問題，但是作為燃料的天然氣總是出現供氣不足，在很多地方，供氣壓力不足的問題是最主要的矛盾。

假設一個公司有兩套9FA型燃氣輪機，2006年9月建成并具有發電的條件，由于天然氣供應不能如期進行，單位的機組已進入保養階段。2007年，天然氣供應開始，氣體壓力只有2.0MPa，但是燃氣輪機需要的供氣壓力為4.0MPa。解決供氣壓力不足的方法有兩種。一種是使用傳統技術，即供氣降壓技術，通過增壓器，這種技術的優點是具有成熟的技術，缺點是周期太長，投資成本高；另一種技術是該項目具有工程量少、周期短、邏輯程序修改簡單等優點，系統不需要改變，并在正常運行以后無需改變，缺點是沒有成熟的技術。國內尚無9FA級模型實現，因此調試過程中需要對實際情況進行檢查。對兩種方案的周期、投資和技術可行性進行比較，在這兩個方案中選出了降壓運行技術。

2 降壓運行的技術原理

調壓站、前置模塊和燃氣控制閥室組成了天然氣的裝置系統。9FA燃氣輪機使用DLN2. 0+燃燒系統，天然氣進入天然氣閥門室，其次是過濾，輔助閥（ASV）和速度比例閥（SPV）分為三種方式，即DS，PM1和PM4。通過對三路氣源的調節，實現了模式切換的功能，在根本上實現了預混燃燒。GE公司將閥前的氣體壓力稱為P1，而前面的控制閥的壓力被稱為P2，如圖1所示。正常情況下，9FA燃氣輪機具有P1壓力的最低要求，這是由最小的P2壓力加上通過截止閥和速度比閥門的氣體得到的。最小P2壓力通常取自現場，并設置在P2壓力下的滿負荷的最低溫度，壓力是一個相對較高的壓力，而這個壓力單位是P2作為最低壓力固定的要求。當燃氣輪機啟動MarkVI控制的檢測程序，檢查P1是否大于最小P1壓力，如果低于最小P1壓力，機組將不會啟動。在機組運行過程中，如果檢測到的P1壓力低于最低P1壓力水平，機組將RB直到機器跳機。最低的P2壓力一般取自機組在最低溫度的滿負荷情況下的P2壓力，并且它也是一個固定的值。然后，當環境溫度升高或者機組的負荷降低時，最小P2壓力值相對較高，為降壓操作提供了技術可行性。降壓操作技術的原理是將過去的最小P2壓力恒定值轉化為一個相對值。該機組的最低P2壓力值設定為環境壓力、環境溫度、壓氣機出口壓力CPD相關的一個函數。因此，當環境溫度升高時，CPD會降低，P2的壓力會降低。該裝置可以在較低的P2壓力下工作。當然，對于特定的燃燒系統，邏輯程序需要進行修改，并根據燃氣輪機的特性和燃料系統的設計參數，需要預先確定在各種操作模式下的P2壓力。CPD與預先確定的P2壓力之間的相互關系，設置在Mark VI控制系統中。

圖1 DLNV2. 0+燃燒系統控制示意圖

在圖2中，虛線代表P1壓力要求，這是一個固定值，無論在任何燃機負荷和環境溫度中都是一個固定的值，實線表明P1壓力與CPD成為一個函數（供氣減壓條件下）。圖像中的陰影部分不能用原來的控制方法進行操作，但可以通過供氣降壓技術進行操作，實現了在低壓供氣條件下機組的啟動和運行。

圖2 供氣降壓運行控制曲線圖

3 運行實踐

機組進行供氣和降壓有三個關鍵點，第一個是點火，第二個是加速，另一個是增加負荷。實際供氣單位為天然氣，天然氣入氣壓力為2.0MPa，天然氣調壓站調壓閥全開，壓力降低到最低限度，入口壓力燃氣閥室1.9MPa。

第一是燃機點火。為了保險起見，在正式點火前進行虛假點火，以驗證程序的正確性。首先，經過12分鐘的機組吹掃等，當點火速度降低時，點火繼電器正常工作，并進行正確的操作。機組點火成功，并聯火焰成功。點火成功，表明程序的修改對機組的點火過程沒有影響。第二是機組的定速。在不斷加速過程中，CPD持續上升，并且在變化的過程中。同樣，P2的壓力也在不斷變化。因此，檢驗程序是否改造成功的關鍵是能不能定速。第一加速期間，到2000r/min時機組跳閘，機組跳閘和速度是不成功的。原因是提升速度太低，加速度不夠。修改程序后，速度提高，加速度增大，最后加速成功。第三是加負荷。在增加負荷的過程中，壓縮機的排氣壓力也在上升，負荷的多少，主要取決于當時的最小P2壓力值與壓力的比較。某工廠天然氣供氣壓力為2.0MPa，燃氣輪機的最大負荷為80MW，當CPD已達0.862MPa（125psi），此時最小的P2壓力為1.69MPa（245psi）。機組停止加負荷并到達臨界點。9FA燃機經過通過供氣降壓的技術進行改造，在供氣壓力為2.0MPa情況下，能夠實現機組的燃機點火、機組定速、加負荷，最高負荷能加到30%。

4 未解決的問題

天然氣壓力低，燃氣輪機排氣溫度高，甚至導致燃氣輪機RB跳閘，這種情況是必須解決的第一要務，目前采用加速使負荷上升的方法解決此問題，不過還要應該研究更為方便的方式。

進行試運行時，汽輪機跳閘后，旁路不能控制壓力，導致兩臺燃氣輪機緊急關閉。根據旁路容量的設計，旁路本身可以根據設定值操作，但由于旁路降溫水不能跟上旁路溫度，旁路跳閘和鎖存打開，最后，主蒸汽壓力高，然后緊急關機；在安全經濟運行的角度來看，汽輪機跳閘后，燃氣輪機應停止，但燃氣輪機停止應按照正常關閉程序，而不是緊急跳閘。

5 結語

（1）依據一定的原理，9FA燃機可進行供氣降壓運行技術，改變最低P2壓力，將其恒定的值改變，改變成可變的最低壓力值。

（2）9FA燃氣輪機通過氣體壓力降低技術改造，在2.0MPa的供應壓力的情況下，實現機組的點火，機組轉速、負荷、最大負荷可增加到30%。

（3）當天然氣供氣壓力在2.0～4.0MPa之間時，9FA燃氣輪機通過供氣和壓降的技術操作，通過高壓甚至滿負荷達到正常運行。這還是要靠實踐證明。9FA燃氣輪機燃氣供應和降壓操作技術解決了由于天然氣的短缺，一些發電廠因調試和運行出現問題。但這只是一個相對靈活的措施，對機組的使用壽命有一定的影響。因此，最終的解決方案是增加天然氣壓力和產量。

[1]GE公司PG9351FA燃氣輪機運行和維護操作手冊.

[2]韓建清，9FA燃氣輪機的供氣降壓運行技術[J].浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，2007.

[3]楊順虎.燃氣-蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京:中國電力出版社，2003.

TK477

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0102-02