某燃气轮机通风系统运行方式优化的技术改造

引言

某9E燃气轮机电厂采用GE公司生产的PG9171E型燃气轮机,于1996年投产,之后一直用作调峰发电。随着对该9E燃气轮机的深入了解,发现其透平间抽风机和负荷间送风机设计冗余不够,未设计在线备用切换风机,对机组的安全稳定运行构成一定威胁。虽然该电厂已制作了备用风机,但出现故障时更换风机所需要的时间较长,无法满足电网的应急需求。

1燃气轮机原通风系统概述

机组原通风系统布置如图1所示。

图1机组原通风系统布置图

燃气轮机通风系统由透平间和负荷间通风系统组成。燃气轮机需要全天候运行,其机组被安装在完全密闭的罩壳内部,辅机间、透平间还有负荷间的顶壁和四周均铺设了具有良好隔热性能的装配材料,以便控制这两个区域的空气温度并维持舱室的设计温度,为机组提供理想的运行环境。因此,无论是辅机间、透平间还是负荷间 ,舱室温度均需要进行24h控制。为达到这一要求,燃气轮机在各舱室顶部安装了通风系统,以保证舱室内部空气始终处于流通的状态。

2燃气轮机通风系统存在的问题

2. 1透平间抽风系统原理

透平间抽风机负责辅机间和透平间的通风冷却,设计使辅机间温度始终被控制在60℃以内,透平间温 度被控制在80℃以内,箱体内外将始终处于0.05～0.1 kPa 的微负压状态,使空气由辅机间流向透平间被抽风机抽走,解决透平间热量向辅机间传递的问题[1] 。就设备本身而言,一旦透平间抽风机88BT出现故障,将会导致辅机间和透平间冷却风量瞬时失去,使透平间内热通道部件工况发生变化,引起燃气轮机振动增大,同时高温还会威胁到透平间和辅机间内的热工元件以及辅机和油系统的安全运行。

2.2负荷间送风系统原理

负荷间通风冷却依靠负荷间送风机88VG来完成,其作用如下:其一,将负荷间温度控制在180℃左右:其二,将舱室内部空间维持在微正压状态。一旦负荷间送风机88VG出现故障,将直接导致负荷间温度升高,威胁到燃气轮机24个排烟热电偶,改变燃气轮机3#轴瓦的工作温度场,引起燃气轮机振动上升,并且一旦负荷间轴隧温度达到250℃,燃气轮机将会自动减负荷停机。2.3通风系统存在的问题

由此可见,燃气轮机通风系统具有十分重要的作用,一旦出现故障,将无法对处于运行状态的燃气轮机的透平间、负荷间温度加以控制,若透平间、负荷间温度超过规定值[2] ,将直接导致机组非计划停运。而该9E燃气轮机原仅有一台透平间抽风机和一台负荷间送风机,一旦出现故障,均无在线备用风机及时进行切换,存在很大的安全隐患。

3技术重难点和优化方案

3.1技术重难点

(1)燃气轮机通风系统优化的实质原因是原机组设计的冗余量不足,最常见的优化方法是增加一台同容量的风机作为备用风机。经过现场实地勘察,原机组的两台风机设置在燃气轮机排气出口顶部,受热辐射较为严重,而且机组设计之初并没有预留设置备用风机的场地和气流、动力电缆、控制电缆等通道,这和目前改造后的同机组设置有很大不同,缺乏相关的参考技术资料。

(2)该电厂燃气轮机已改为艾默生的0VAT10N控制系统,和GE原MarkV控制系统有一定的差别,改造后的系统启动控制、风机故障自动切换等程序的修改等关键技术环节,需要专业技术人员执行。

3.2 方案选择

燃气轮机通风系统设计布置如图2所示。

图2燃气轮机通风系统设计布置

该电厂依据原机组风机参数,各仿制了一台透平间抽风机和一台负荷间送风机,作为燃气轮机通风系统故障时的紧急应对措施,但更换时间较长,不能满足调峰电厂对机组的应急要求。目前部分9E同类型燃气轮机电厂对燃气轮机通风系统的优化改造,是基于其原风机位于机组箱体地面左右两侧,若将原风机移至左右两侧地面,虽然机组设置更加合理,但由于风机扬程的限制,原机组的风机以及风道等都将不再适配,代价较大。而且目前这种风机改造优化设计缺少大量理论数据支持,优化方案需要进行多次试验,周期长、成本高。

经过实地考察分析,从安全性、经济性方面考虑,最终选择扩容新增风机设计布置如下:在燃气轮机透平间右侧和烟道前方增加刚性风机平台,将原机组风机移出排气烟道上方,和新增风机一起置于该平台,以减少排气烟气热辐射,且获得更好的布置方式,还很好地满足了电厂日常巡检和检修要求。

3.3新增MCC小室方案

因新增多台备用风机等,而原控制室内没有配置多余MCC柜开关抽屉,需新增一个MCC小室,MCC小室内配置MCC柜 ,以满足新增设备的使用功能。

MCC小室供应项目清单如表1所示。

3.4具体组态配置

3.4. 1 透平间抽风机程序优化

原机组通风系统设计有一台透平间抽风机88BT和一台负荷间送风机88VG,88BT在燃气轮机启动零转速以上自动投运,停机熄焰后退出,60min后,88BT再次投入,在燃气轮机Co3灭火保护系统投入时88BT退出,透平间温度高开关36BT- 1高于149 ℃报警。增加一台 透平间抽风机88BT-3后的88BT- 1/3信号及逻辑联锁设计如下。

(1）88BT-1/3信号列表如表2所示。

(3）优化后88BT-1/3逻辑联锁实现功能如下:

1）两台风机具备预选功能 ,可以选择任一风机首先启动:

2）两台风机具备切换功能,机组运行状态下,可任意切换运行的风机:

3）在机组正常运行状态下 ,33BT- 1/53BT- 1联锁启 动88BT-3风机,任一条件动作则启动88BT-3风机:

4）在机组正常运行状态下,33BT-3/53BT-3联锁启动88BT- 1风机,任一条件动作则启动88BT- 1风机:

5）在机组正常运行状态下,30BT-1联锁启动88BT-3 风机 ,若出现88BT-1电气故障则启动88BT-3风机:

6）在机组正常运行状态下,30BT-3联锁启动88BT-1 风机,若出现88BT-3电气故障则启动88BT- 1风机。

3.4.3负荷间送风机程序优化

负荷间送风机88VG检测到火焰后,88VG投入,熄焰后直至负荷间温度低于35℃,88VG退出,在燃气轮机Co3灭火保护系统投入时88VG退出,负荷间温度高开关36VG-1高于304℃报警,轴隧温度高TT1B1达到350℃, 并网前会自动停机,并网后会自动减负荷。增加一台负荷间送风机88VG-3后的88VG-1/3信号及逻辑联锁设计如下。

(1）88VG-1/3信号列表如表3所示。

(3）优化后88VG- 1/3逻辑联锁实现功能如下:

1）两台风机具备预选功能 ,可以选择任一风机首先启动:

2）两台风机具备切换功能,机组运行状态下,可任意切换运行的风机:

3）在机组正常运行状态下 ,33VG- 1/52VG- 1联锁启动88VG-2风机,任一条件动作则启动88VG-2风机:

4）在机组正常运行状态下,33VG-2/52VG-2联锁启动88VG- 1风机,任一条件动作则启动88VG- 1风机:

5）在机组正常运行状态下,30VG-1联锁启动88VG-2 风机 ,若出现88VG-1电气故障则启动88VG-2风机:

6）在机组正常运行状态下,30VG-2联锁启动88VG- 1 风机 ,若出现88VG-2电气故障则启动88VG- 1风机。

3.4.3风机信号联络表

通风系统优化后的风机信号联络表如表4所示。

3.4.4画面修改

在燃气轮机"UNITCoNTRoL"下的"MoToRs"画面上增加了88TK-3的控制和状态显示 ,如图3所示。

3.5 静态、动态试验和调试

就地接线和逻辑修改完成后,接下来进行信号传动、静态逻辑测试、动态试验等工作,电气数据如表5所示。

4结语

综上所述,通过调试和试运行,燃气轮机通风系统优化后能在一台常用风机停用后迅速启动备用风机,并能保持辅机间、透平间和负荷间温度基本保持不变,维持燃气轮机的正常稳定运行。这表明机组在风机发生故障后 ,这个通风系统仍能保持正常运行 ,使运行可靠性得到了显著提高,从而有效消除了风机故障造成非计划停运和事故的隐患,系统优化改造达到了预期效果。