联合循环氧器分析论文

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摘要：针对联合循环初期出现的除氧器超压、汽机超温等问题提出了用修改温控线方法予以解决，同时对修改温控线后燃气轮机运行情况作了简单的讨论。

关键词：燃气轮机联合循环控制调峰传热

龙湾燃机电站300MW联合循环发电设备，由2台100MW等级燃气轮机、2台额定蒸发量为177t／h的单压余热锅炉及1台100MW纯凝汽式汽轮机组成，其中燃气轮机及汽轮机由GE供货，控制系统为GEMARKV，2台余热锅炉由比利时CMT供货，公用1台除氧器。联合循环机组分别于1999年4月15日开始调试至5月13日止72h加24h满负荷试运结束，5月14日投入试生产。本文就联合循环调试中出现的除氧器超压问题进行讨论。

1问题的提出

龙湾电厂余热锅炉，为单压、强制循环锅炉，垂直布置。在锅炉尾部布置了低压蒸发器与除氧器构成低压强制循环，除氧器为内置除氧式，设计工作压力0．42MPa，最高0．5MPa，余热锅炉投入运行后发现除氧器压力不断升高，若对烟气档板进行调节，开度小时，虽能降低除氧器压力，但锅炉升压速度太慢；按正常的升压速度，即使全开除氧器至凝汽器进行泄压，除氧器压力仍然在0．5MPa左右，安全门经常动作，降低燃气轮机负荷亦无效，运行调整困难。当联合循环进入整套启动调试阶段，燃机负荷在35MW至75MW对应联合循环出力在220MW的范围内，除氧器压力仍然超限。当时包括外方在内的专家提出许多措施，如增加除氧器至凝汽器排放容量、减少低压循环泵流量（加节流孔）牺牲排烟温度以减少低压蒸发器吸热等措施，因种种原因未能实施，直到联合循环工程验收时仍作为遗留问题之一。

2原因分析

2．1余热锅炉的传热特性

传热特性就是燃机负荷（输入燃料量）不变情况下，燃机（改变进口导叶）排气温度变化时余热锅炉各受热面吸热变化情况。图1是工质温度随流程的变化规律，方框部分的大小表示各受热面的吸热量，D是窄点（pinchpoint），表示高压蒸发器出口烟温与汽包饱和温度之间的传热温差，工况变动时该传热温差基本不变，当燃机排气温度变化时燃气温度线挠D点转动。排气温度降低时（图中虚线所示），线越平坦，过热器吸热减少，省煤器及低压蒸发器吸增加，排烟温度升高，燃机排气热量利用程度低，反之亦然。运行经验表明，当燃机排气温度在426.7℃（800°F）以上时低压蒸发器的吸热能保证除氧器压力在设计范围内。

2．2燃气机的温控特性

图2是根据燃机实际运行数据绘出的温控特性，环境温度23．9℃（75°F）。图中O点为全速空载点，TTRX为燃机允许的最高排气温度（温控线），OABDF线表示单循环温控方式下排气温度的变化规律。OACEF线表示在投入联合循环温控方式下排气温度的变化规律。OACE线表示当时进口导叶在57°，BDF线表示当时的进口导叶在84°。

2．3除氧器压力升高原因

在联合循环调试初期，燃机仍然采用单循环的温控方式，由图2可以看出，在单循环方式下，当燃机排气温度达到371．1℃（700°F）时，燃机进口导叶开始开启，随着燃机负荷的增加，进口导叶直至开至84°的最大角度，对应燃机负荷在70MW，也就是说在此段负荷范围内燃机排气温度始终低于或等于371．1℃（700°F）。由前面的讨论可知，在此段负荷范围内燃机排气温度太低余热锅炉低压蒸发器吸热偏大是造成除氧器压力升高的根本原因。燃机负荷继续增加时排气温度上升沿DB线进入温控。

3解决的办法

根据前面的分析可知，除氧器压力升高的根本原因是因为燃机排气温度太低，但排气温度变化由GE的温控方式决定。当然可以直接将燃机投入联合循环温控以提高燃机部分负荷下的排气温度，实际上在调试初期燃机投过一次联合循环温控，当时燃机负荷接近85MW时排气温度达到545℃，余热锅炉侧出口主蒸汽温度已达到500℃，汽机侧进口温度超过487℃的额定温度，外方专家又改回单循环的温控方式。因此GE提供的二种温控方式都不能满足现场要求。也就是说，单循环的温控方式使除氧器超压；联合循环的温控方式使汽机超温。若能找到一种折中办法，使燃机排气温度处于高、低限之间，就必须对燃机的温控方式进行修改，但无论如何修改后的TTRX（允许温度）不应高于原始值，否则将引起燃机透平进口温度超限。

根据GE提供的温控线：TTRX＝110°F－1．735×（CPD－97．2），可供修改的常数有2个，即增加斜率（1．732）和左移拐点（97．2），但燃机的最高出力也因温控线左移而下降，显然是不足取的。然而可以通过修改单循环时温控常数来实现，改变单循环时温控常数相当于将图2中AB线上下平移，只要将AB线平移至426．7℃（800°F）温度以上就行，如移至CD位置。

修改后燃机温度的变化规律是OACDF线。这样避开了联合循环温控方式下排气温度的峰值，实际运行中是通过修改单循环温控常数（CSKGVSSR）来实现的，考虑到减温水的降幅、燃气与蒸汽的传热温差，将这个常数值定在510℃（950°F），对应的主汽温度在487℃。采用修改的温控方式后，解决了困扰已久的除氧器超压问题。

4结束语

龙湾电厂汽轮机与余热锅炉来自不同的供货商，当主参数不匹配时我们采取了修改控制方式予以解决。这种变通的温控方式对应的排气温度介于单循环与联合循环之间。其透平进口温度也介于这二者之间，而不会对燃机有任何的影响，相反由于进口透平温度的降低，延长了通流部分的寿命，直至2000年10月，2台燃机的累计运行时间已达12000h，对燃机进行了孔探仪检查，2号燃机一切正常，1号燃机一级喷嘴观察到一条很细的裂纹，相对于同类型机组出现裂纹的时间，至少延长了6000h。这种变通的方式也极大地方便了运行的并炉操作，缩短了并炉的时间，同时在较宽的负荷范围内排气温度（汽机汽温）变化少，汽机负荷完全可以跟随燃机，提高了负荷变动能力。缺点是这种变通的温控方式影响了联合循环的效率。由于这种影响只是在某一负荷段内才发生。因此必须更深入研究以找出燃机寿命与效率之间的平衡点。