M251S型燃气轮机零值班燃料试验及研究
第24卷第2期
2011年6月
《燃气轮机技术》
GASTURBINETECHNOLOGY
Vo1.24N0.2
Jun.,2011
M251S型燃气轮机零值班燃料试验及研究
周小力,杨锐
(1.湖南涟源钢铁集团有限公司热电厂,湖南娄底417009;
2.浙江杭州汽轮机股份有限公司,杭州310022)
摘要:本文描述了涟钢应用日本三菱M251S型燃气轮机零值班燃料试验方法及取得的效果和亟待改进的
问题.
关键词:零值班燃料;试验;研究
中图分类号:TM611.24文献标识码:B文章编号:1009—2889(2011)02—0065～05
低热值高炉煤气燃气轮机为了点火和保安大多
采用值班燃料的方式.值班燃料的连续不断使用,
造成采购,使用,维护成本的增加,且因该部分的设
备故障导致停机在多个运行单位都有报道.以三菱
的M251s型燃气轮机为例:1台燃机必须采用2台
活塞式焦炉煤气(COG)压缩机或者1台螺杆式焦
炉煤气压缩机与之配套,该部分使用,维护成本较
高,且故障率也不低.为此,通过努力,涟钢与杭汽,
三菱在2010年3月15日至3月18日实施了关闭
值班焦炉煤气的零值班燃料试验.
1基本原理 1.1燃机燃烧室结构
M251S型燃机燃烧室主体构造由下列部件完成:
a.主喷嘴;b.值班喷嘴;c.燃烧筒;d.过渡段.见图1.
图1燃烧室结构图
其工作原理为:燃机具备条件时,点火栓启动高由于值班焦炉煤气点燃后火焰前温度高于600~C以
压点火装置点火,值班焦炉煤气经隔离阀和控制阀上,所以很容易直接将燃烧筒内的高炉煤气引燃,随
送入值班燃料喷嘴与压缩空气混合点燃,如果火检着高炉煤气量的提高燃机逐渐升速.
装置检测到火焰,则自动控制高炉煤气隔离阀和超1.2零值班燃料管道改进
速跳闸阀打开,高炉煤气经主喷嘴向燃烧筒供气.要实现燃机零值班燃料运行,就必须对燃料系
收稿日期:2010—07—29改稿日期:2010—10一o1
66燃气轮机技术第24卷
统进行改造,因为只是切断值班燃料供应,就会造成
燃料从喷嘴倒灌到值班燃料环形管道内燃烧,沙钢
就发生过因值班燃料管道堵塞,而烧坏了值班燃料
环形管道的实例.为此,对值班燃料管道进行了改
进(见图2),增加了高炉煤气吹扫及供阀,高炉煤气
吹扫切断阀,氮气密封阀及相关的节流装置(未在
图上标注).
氮气奄封阀放阀
嘉笏!{)一l『)禺扫切断阀上11隔离阎乐缩栅
燃烧室
\
涡轮
//
赢 乎景控制阀值班焦气'高炉煤气值班焦炉煤气一流—J———1—二i一髂蹴
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值班焦炉煤气环形管
2工艺管线
1.3零值班燃料控制逻辑的改进
在增加了相关阀门的同时,对燃料系统的控制
逻辑也进行了相应的修改,然后进行零值班燃料运
行的试验.燃机点火过程及投入高炉煤气也发生了
相应的变化.
当高炉煤气热值在2400kJ/m～3732kJ/rn
(标准状况下)之间时,其它辅助设备正常,燃机就
具备启动条件.启动电机运转带动燃机清吹(防止
燃烧室,余热锅炉内有煤气),此时高炉煤气吹扫及
供阀关闭,高炉煤气隔离阀打开,氮气密封阀关闭,
同时热值控制系统调整煤气热值到点火需求热值,
当清吹时间达到程序设定值时,燃机降速至610#
rain左右,值班焦炉煤气投人,点火栓进枪,COG流
量控制阀和值班焦炉煤气放散阀打开.然后打开值
班焦炉煤气隔离阀,4s后再关值班焦炉煤气放散
阀,点火,火检成功后,升速打开高炉煤气放散阀,高
炉煤气超速跳闸阀和高炉煤气隔离阀,吹扫4s后高
炉煤气放散阀关闭,主燃料投入,燃机升速,180s
后,氮气密封阀打开,燃机进入调速器控制模式.约
30min后,自动励磁系统和自动同期装置投入,开始
自动并网发电,带初始负荷1.5MW,燃机自动转入
负荷控制模式.
启动,清吹,点火,加速至3O00r/min并网燃机 转速与燃机排气温度曲线如图3.
速度曲线
/
/
——7
//温度曲线
燃火/,/
7
图3燃机转速,排气温度曲线圈
当高炉煤气热值和负荷达到试验所需的热值
和负荷时,进行零值班燃料试验:
启动"零值班燃料投入"开关,高炉煤气吹扫及
供阀打开,同时,焦炉煤气流量控制阀从原有的开度
向阀位开度25%方向关闭,然后氮气密封阀打开,
值班焦炉煤气隔离阀关闭,接着高炉煤气吹扫切断
阀关闭,值班焦炉煤气放散阀打开,至此,值班焦炉
煤气已退出,回流高炉煤气吹扫已投入.
如果需要退出零值班燃料,则只需启动"零值
班燃料退出",在焦炉煤气压力达到额定压力时,氮
气密封阀关闭,高炉煤气吹扫切断阀打开,同时,焦
炉煤气流量调节阀向对应负荷阀位开度推进,然后,
焦炉煤气放散阀关闭,焦炉煤气隔离阀打开,高炉煤
气吹扫及供阀关闭,零值班燃料退出,值班焦炉煤气
系统恢复运行.
事故状态零值班燃料燃机停机联锁的逻辑为:
高炉煤气吹扫及供阀切断,高炉煤气吹扫切断阀打
开,氮气密封阀打开4s后关闭.如果没有投零值班
燃料,由于高炉煤气吹扫及供阀切断,高炉煤气吹扫
切断阀打开,氮气密封阀关闭,则与没有实现零值班 燃料停机方式一致,关闭焦炉煤气隔离阀,焦炉煤气
流量控制阀,打开焦炉煤气放散阀.
2试验过程及数据
2.1试验数据
在燃气热值为高热值3090kJ/m一3600kJ/m
(标准状况下,文中燃气高热值数值都为标准状况
下)的范围之内,实施了从额定负荷到空负荷的零
值班煤气试验.其数据如下所示.
(1)100%负荷
在100%负荷下关闭值班焦炉煤气,将燃料热值
第2期M251S型燃气轮机零值班燃料试验及研究67
从3500kJ/m降到了3070kJ/m,低循环燃烧振动
以及BPT偏差(燃机各叶片通道温度与叶片通道温
度平均值的偏差)均在控制值以下,见图4,图5.
}3-30Hz一——Limit:2.2kPaL—c
lI
j;A1arm:i.5kPa
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{I{{
图4低循环燃烧振动(旁路阀开度0%)
Alarm+30"C(Trip+60~C)
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^aIⅢuLlI1pouL,——
图5BPT偏差
(2)75%负荷
在75%的负荷下关闭值班焦炉煤气,将燃料热
值从3400kJ/m.开始降低,当降至3200kJ/m以
下时,低循环燃烧振动的程度开始变大,见图6.
j{ ;830Hz+———～————Limit:2.2k
I
l}0i
盎l【A1arm:1.5k
_____二『￡
j{J
图6低循环燃烧振动(旁路阀开度18%)
因为加大燃烧器旁路阀开度有减少低循环燃烧
振动的趋势,所以在低热值侧打开旁路阀实施了试
验,并确认燃烧振动得到控制.在低热值侧调节燃
烧器旁路阀开度,见图7.
{I
;8瑚H…一0……1lLimit:2.2kPa-Ij
iT『I
}{rAlarm:1.5kPa
二鬻磷潮二304050
Combustorbypassvalvedemand(%)
图7相对于旁路阀开度的低循环燃烧振动(3090kJ/m)
(3)50%负荷
在50%负荷下关闭值班焦炉煤气的运行中,当
燃料热值为3400kJ/m以上时,燃烧振动和BPT
偏差均在控制值以下.在低热值侧,与75%负荷时
一
样,打开了燃烧器旁路阀进行了试验,确认燃烧振
动不存在问题.热值为3400kJ/m以及3090kJ/
m时,调节燃烧器旁路阀开度时的低循环燃烧振动
见图8,图9.
鲻
l
8-30HLimit:2.2kPa Alarm:.5kPa.
翻巍盔一r—岫穰
图8相对于旁路阀开度的低循环燃烧振动(3400kJ/m)
J=
;
Limit:2.2kPa8—3OHz
I
A1arm:.1
.5kPa
l
j醯鳝爵毳矗
l鞫
图9相对于旁路阀开度的低循环燃烧振动(3090kJ/m)
(4)25%负荷
在25%负荷下关闭值班焦炉煤气的运行中,燃
料热值为3400kJ/m以上时,燃烧振动和BFF偏
差均在控制值以下.在低热值侧,与75%负荷时一
样,打开了燃烧器旁路阀进行了试验,确认燃烧振动
不存在问题.热值为3400kJ/m以及3090kJ/m
时调节燃烧器旁路阀开度时的低循环燃烧振动见图
10,图l1.
(5)空负荷
在空负荷下关闭值班焦炉煤气的运行中,燃料
热值为3400kJ/m以上时,燃烧振动和BPT偏差
均在控制值以下.在低热值侧,与75%负荷时一
样,打开了燃烧器旁路阀进行了试验,确认燃烧振动
不存在问题.热值为3400kJ/m以及3090kJ/m
时调节燃烧器旁路阀开度时的低循环燃烧振动见图
12,图13.