燃機(jī)韋伯指數(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性影響簡(jiǎn)析

葉鍇 薛凌霄

摘 ?要：韋伯指數(shù)是代表燃?xì)鉄嶂堤匦缘囊粋€(gè)參數(shù)，也可以稱作熱負(fù)荷指數(shù)。韋伯指數(shù)大的，則熱負(fù)荷也較大。了解韋伯指數(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組熱穩(wěn)定性的影響，對(duì)提高機(jī)組穩(wěn)定性非常有利。

關(guān)鍵詞：韋伯指數(shù);熱負(fù)荷;穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TM611 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）32-0063-02

Abstract： The Weber Index is a parameter that represents the calorific value of a gas， also calls the thermal load index. When the Weber Index is larger， means the greater heat load. Understanding the influence of Weber Index on the thermal stability of gas turbine unit is very beneficial to improve the stability of the unit.

Keywords： Weber Index; thermal load; stability

在燃?xì)夤こ讨?，高熱值是指單位?shù)量的燃?xì)馔耆紵?，其燃燒產(chǎn)物與周圍環(huán)境恢復(fù)到燃燒前的原始溫度，煙氣中的水蒸汽凝結(jié)成同溫度的水后所釋放出的全部熱量。低熱值是在上述條件下，燃?xì)庵械乃羝砸阅Y(jié)狀態(tài)存在時(shí)，所獲得的全部熱量。

當(dāng)燃燒器噴嘴前壓力P2不變時(shí)，燃?xì)鉄嶝?fù)荷Q與燃?xì)鉄嶂礖成正比，與燃?xì)庀鄬?duì)密度的平方根s1/2成反比。因此韋伯指數(shù)也能作為互換性指數(shù)，最能夠表征天然氣或者各燃料氣體摻混后形成的混合氣體熱值。各國(guó)規(guī)定在兩種燃?xì)饣Q時(shí)韋伯指數(shù)的變化不大于±5%～±10%。

9F燃?xì)廨啓C(jī)采用的干式低氮（DLN2.0+）燃燒室，為了全過(guò)程的安全穩(wěn)定燃燒，對(duì)進(jìn)入燃燒室內(nèi)的天然氣韋伯指數(shù)要求非常高，一般變化范圍在5%以內(nèi)。必要時(shí)候可以調(diào)整燃料氣溫度來(lái)適應(yīng)其熱值或比重的變化。只要?dú)怏w組成成分未發(fā)生大范圍波動(dòng)，天然氣相對(duì)空氣的比重大致為0.58～0.61不變。天然氣低位發(fā)熱量就是燃?xì)馔耆紵罄鋮s到初始狀態(tài)（環(huán)境溫度：273.15K，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.01325bar）時(shí)釋放出來(lái)的熱量，燃燒產(chǎn)物H2O仍以氣態(tài)形式存在，這個(gè)值只與燃料氣組分有關(guān)。天然氣的低位發(fā)熱量為28233 KJ/Kg（970 btu/scf）左右，查找某燃機(jī)電廠燃料氣記錄單，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)熱值分析儀測(cè)量出的這個(gè)數(shù)值基本不會(huì)發(fā)生大的波動(dòng)。因此公式2其實(shí)就是一個(gè)變量，一個(gè)未知量?jī)烧咧g的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，韋伯指數(shù)值主要參與控制燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒模式的調(diào)整，是預(yù)混燃燒允許的必要條件之一。韋伯指數(shù)參與預(yù)混燃燒模式調(diào)整具體邏輯圖見(jiàn)圖1。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組預(yù)混燃燒模式的定義：當(dāng)機(jī)組處于50%～100%基本負(fù)荷，TTRF1>1265.6℃情況下，燃料氣直接進(jìn)入G2（PM1），G3（PM4）支管燃燒。

圖1中，影響機(jī)組能否順利進(jìn)入預(yù)混燃燒模式的四個(gè)判斷條件是：A：發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合閘，機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng);B：燃燒基準(zhǔn)溫度TTRF1>2300℃;C：內(nèi)部邏輯計(jì)算出的韋伯指數(shù)值，符合燃燒室要求（具體邏輯圖見(jiàn)圖2）;D：預(yù)混燃燒模式鎖定。

圖2可以看出Mark VI控制系統(tǒng)邏輯圖中，韋伯指數(shù)上限為43.867n/d，下限為39.689n/d（這是根據(jù)9F燃?xì)廨啓C(jī)透平內(nèi)部燃燒穩(wěn)定性要求計(jì)算得出）。只有在兩值中間的數(shù)值才能讓L3FTGM_PERM輸出為1。這個(gè)值上限對(duì)應(yīng)的天然氣溫度值為179.58℃，下限值對(duì)應(yīng)的則是198.9℃。某燃機(jī)電廠燃機(jī)運(yùn)行規(guī)程中規(guī)定：在預(yù)混燃燒時(shí)，天然氣的溫度維持在187.8℃，一旦天然氣溫度超過(guò)193.3℃，性能加熱器就會(huì)為了防止其內(nèi)部局部過(guò)熱碳化自動(dòng)退出。（值得注意的是：當(dāng)機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中，性能加熱器常因超溫退出后，燃料氣溫度會(huì)快速下降，若此時(shí)運(yùn)行人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并重新投入加熱器，韋伯指數(shù)會(huì)超過(guò)43.867 n/d這個(gè)上限，為了使燃燒穩(wěn)定，機(jī)組內(nèi)部邏輯判斷，降負(fù)荷并且自動(dòng)退出預(yù)混燃燒模式，穩(wěn)定在先導(dǎo)預(yù)混燃燒模式）

具體案例分析：2007年3月，某燃機(jī)電廠1號(hào)、3號(hào)兩臺(tái)燃機(jī)正常運(yùn)行，2號(hào)剛進(jìn)入預(yù)混燃燒，投入電網(wǎng)控制（AGC）。突然三臺(tái)燃機(jī)同時(shí)發(fā)自動(dòng)減負(fù)荷指令，齊減負(fù)荷，并且都退出了預(yù)混燃燒模式，MARK VI報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出：“FUEL GAS SYS LOWER DUE TO WOBBE INDEX（L30FGWI_ALM）”報(bào)警，查看邏輯發(fā)現(xiàn)這是由于天然氣氣相色譜儀系統(tǒng)失電，造成色譜儀送到Mark VI的天然氣低位發(fā)熱量數(shù)值到零（該值正是生成華白指數(shù)的重要計(jì)算參數(shù)），韋伯指數(shù)（華白指數(shù)）急降所致，而三臺(tái)機(jī)組共用一套色譜分析儀，數(shù)值信號(hào)是公用的，這才會(huì)造成所有機(jī)組齊減負(fù)荷事故的發(fā)生。

事后，某燃機(jī)電廠熱工部總結(jié)經(jīng)驗(yàn)：基于氣相色譜儀發(fā)出的天然氣熱值信號(hào)無(wú)鎖存，并且天然氣組分穩(wěn)定，熱值信號(hào)不會(huì)發(fā)生大的變化這一情況，熱工檢修人員在MARK VI控制系統(tǒng)中增加了防信號(hào)突變邏輯，避免該類故障的再次發(fā)生。

案例二：2006年8月23日，2號(hào)機(jī)組在啟動(dòng)階段投用天然氣性能加熱器后，天然氣溫度逐漸上升。當(dāng)時(shí)天燃?xì)鉁囟?55℃，機(jī)組負(fù)荷150MW，TTRF1為1120℃。這時(shí)突降大雨，由于之前未碰到類似情況，性能加熱器及后部管道無(wú)保溫措施，天然氣溫度降至145℃以下，燃機(jī)退出預(yù)混燃燒模式，負(fù)荷從150MW降至115MW。后無(wú)論運(yùn)行如何調(diào)整，天然氣溫度一直徘徊在150℃附近，機(jī)組一直無(wú)法加負(fù)荷，直至雨停之后，管線內(nèi)溫度重新回復(fù)至187.8℃。啟機(jī)時(shí)間為此多延遲了45min。

事后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為防止今后同類事故的發(fā)生，事后在天然氣加熱器及后部管道上加裝保溫層。對(duì)于涉及燃機(jī)繼電保護(hù)的幾個(gè)重要測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)保溫驗(yàn)收工作。

具有相同韋伯指數(shù)的不同燃?xì)獬煞?，在相同的燃燒壓力下，能釋放出相同的熱?fù)荷。假設(shè)兩種燃?xì)獾臒嶂岛兔芏染幌嗤?，但只要它們的韋伯指數(shù)相等，就能在同一燃?xì)鈮毫ο潞屯粺峤粨Q器上獲得同一熱負(fù)荷，在互換時(shí)能使燃機(jī)保持相同的熱負(fù)荷和一次空氣系數(shù)。在不同類型燃料氣間互換時(shí)，要考慮衡量熱流量大小的特性指數(shù)。

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