GE9FB级燃气轮机出力受阻的影响因素研究

GE9FB级燃气轮机出力受阻的影响因素研究

王旭

大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂100041

摘要：燃气轮机在夏季工况下由于空气密度较低，导致压气机的进气量减少，形成机组实际出力达不到铭牌值的问题，这个是物理特性影响的客观因素，但技术人员可通过技术手段，通过研究影响燃气轮机带负荷能力的因素，来尽量减少机组出力受阻的情况，使机组的出力情况接近设计值。

关键词：燃气轮机；出力受阻；因素研究

自从2004年左右，国家采用打捆招标的方式，集中从国外引入先进的燃气轮机组开始，在火力发电领域，燃气轮机所占的比例正在日益增加。近年来，由于北京市对于环保的要求越来越高，所以2007-2009年之间，小型锅炉、燃煤机组陆续关停，并在西南、西北、东北、东南陆续建设了4个热电中心，采用国际先进的重型燃气轮机组，提供清洁稳定的电能与冬季供热。以某热电厂为例，总装机容量1380MW，装配有一套二拖一机组与一套一拖一机组。燃气轮机使用美国GE公司生产的PG9371FB.03重型燃机，配套的蒸汽轮机使用哈尔滨汽轮机厂生产的LNCB320/155-13.02/0.500/565/565型三压再热两缸两排汽，高中压转子与低压转子间设置SSS离合器，可纯凝、抽凝或背压供热运行。通过机组投产3年来的运行与维护经验来看，该型号机组的适应运行区间较窄，尤其是在夏季工况下，负荷受限的情况较为明显。

通过与GE公司协作，研究某热电厂燃气轮机出力受阻的情况，逐一分析可能引起燃气轮机性能下降的因素，并通过技术手段将加以控制，已减少机组出力受阻的程度。

总的来说，引起燃气轮机性能下降的，主要有以下四方面因素：

●燃气轮机主要部件随着运行时间累积的效率下降，主要体现在压气机脏污上，可以通过合理的安排离线水洗与在线水洗来提升压气机效率；

●燃气轮机主要部件随着运行时间的累积，会出现部件的寿命折损的情况，GE提供了F系列机组的典型老化曲线，可以通过该曲线推算出燃机在某个点火小时数状态下的性能衰减值；

●燃气轮机所处的外部工况，尤其涉及压气机进气的温度、压力、湿度，这些物理参数直接影响着燃烧的火焰温度，是影响燃机出力能力的外部客观因素；

●燃气轮机各部件由于安装质量不佳、系统缺陷等原因造成的系统内漏，若出现回流，会损失部门能量，间接的影响燃气轮机的带负荷能力。

一、燃气轮机主要部件的脏污

按照GE公司的指导与建议，燃气轮机需要进行离线水洗与在线水洗，离线水洗通过向压气机中喷射洗涤剂来清洁压气机叶片上的结垢，整个原理从预洗、浸泡、漂洗、甩干等步骤，类似于家用洗衣机。在机组长时间投运无法停备，且外部条件允许时，可以投入在线水洗程序，GE的操作指导文件GEK103623中已明确指出，压气机在线水洗是安全可靠的，不会对压气机前级叶片造成影响。

压气机的离线水洗与在线水洗的效果究竟有多大？通过实例进行说明：

1.离线水洗

取二拖一机组的1号燃机与2号燃机进行直观的比较。1号燃机于2017.08.13与2017.08.20连续的利用周末停备消缺的机会安排了两次离线水洗，取1号燃机离线水洗前后的性能参数对比，来说明离线水洗对于机组出力能力的影响。

2017.08.0815：30：001号燃机在进行连续的离线水洗之前

通过上表对比可以看出，在1号燃机进行压气机离线水洗前，其出力能力与2号燃机持平，在连续进行了两次压气机离线水洗后，1号燃机的压气机效率提升了1.8%，透平的效率基本不变，在同样处于基本负荷的状态下，1号燃机的出力比2号燃机高约16MW。

2.在线水洗

1号燃机于2017年08月07日进行了一次在线水洗，累积时间达到30分钟，通过对比，来查看此次在线水洗是否提升了燃机的带负荷能力。

通过上表对比可以看出，仅仅进行一次压气机在线水洗对于压气机的效率几乎没有改善，由于在机组正常运行中对于压气机在线水洗的强度与持续时间均有限制，且不能够使用洗涤剂，所以压气机在线水洗的效果有限，但是这也是在机组长时间连续运行不能停备进行离线水洗的前提下的有效的提升压气机效率的手段，建议可以在外部条件具备的条件下，安排进行在线水洗。

二、燃气轮机主要部件的寿命老化

GE公司提供了文档标号为553H1312的“F级燃机轮机预期的性能损失曲线”，并明确注明，该曲线是基于机组进行正常的维护与检修，并且在离线水洗的基础上进行参考的。

目前某热电厂的三台燃气轮机的点火小时数均为约20000小时，按照该曲线进行推算：

●负荷输出能力的衰减约为1.85%；

●热输出能力的衰减约为0.9%；

某热电厂的三台燃气轮机在基建期均没有进行单台燃机的初始性能试验，所以3台燃机没有基准的性能数据，如果按照铭牌容量301.258MW进行推算，目前单台燃机的负荷输出能力的衰减量约为5.6MW。

三、燃气轮机所处的外部工况对于燃机出力的影响

跟随燃气轮机基建终版材料，GE公司提供了标号为107T5557的性能曲线，该曲线根据燃气轮机实际运行工况下的环境温度、大气压力、大气相对湿度、网频、进气压损、燃料热值等因素来折算燃气轮机的实际出力能力。近期已再次与GE公司进行确认，该性能曲线适用于高井的燃机。

以1号燃机2017.08.2115：30：00所处的外部工况进行推算：

按照机组铭牌负荷出力能力进行计算：301.258MW╳0.826=248.84MW

即1号燃机在当时的工况下理论最大出力为248.84MW，叠加上机组老化折损的5.6MW，理论机组最大出力为242.2MW，机组的实际出力为245.6MW，优于设计值。

四、燃气轮机安装因素造成的回流能量损失

通过多次与GE公司的交流，GE公司的专家也提出了部分现场进行排查的建议，基本上已经完成了现场的响应，主要包含以下内容：

根据对以上影响燃机带负荷能力的四个因素的研究，可以得到以下结论：

1.燃气轮机运行所处的外部工况，是影响燃气轮机带负荷能力的主要原因，具体影响的程度请根据实时的环境条件，根据107T5557中的曲线进行推算折损系数。

2.燃气轮机压气机脏污是引起燃机性能下降的因素，可结合离线水洗与在线水洗进行清洁，来提升压气机的效率，从实际运行情况来看，有以下两方面规律：

●离线水洗后，压气机效率能够恢复到约88.2%-88.5%。每次离线水洗后，压气机的效率衰减较快，但是当压气机的效率低于86.5%后，衰减速度减慢；

●压气机在线水洗经过GE确认是安全的，但是单次在线水洗的效果有限，可以在外部条件允许的情况下连续开展，以研究长期在线水洗对于机组性能的影响，目前无可参考的资料。

3.燃气轮机主要部件随着运行寿命而造成的性能衰减，请参照553H1312进行折算。

4.燃气轮机外部部件的安装质量引起的机组性能损失的情况，目前暂无该问题，但需要各专业人员按照GE公司推荐的运行、维护与检修规范，持续的做好机组的维护工作，避免由于维护不当造成的机组寿命折损。

5.通过上述分析，以1号燃机为例，目前该机组在叠加上各类折算系数的基础上，实际带负荷能力与设计相符，不存在设备问题。

参考文献：

[1]103T9210DeviceSummaryRevD.

[2]MarkVIeControlSettingsSpecification108T1192.

[3]大型燃气-蒸汽联合循环发电技术-控制系统分册中国电力出版社中国华电集团公司编