苏里格燃气轮机的启动控制

近年来,随着国家对节能减排、能源综合利用的需要,依靠天燃气进行发电越来越受到社会的重视,特别是西部大开发进程中,燃气发电的装机容量逐日增加[1～2]。苏里格燃气电厂的1#和2#燃机是美国GE公司生产的PG9171E型燃气轮机。其控制系统是Mark VI控制系统。

Mark VI微机控制系统是美国GE公司开发的全数字控制系统,以微处理器为核心配置而成。主要的控制功能由三冗余的微机控制器,即三个独立的、并完全相同的控制器来完成。三个控制器输出的“连续”控制命令,如燃料流量命令,去三线圈电液伺服阀叠加平均。三个控制器输出的逻辑控制命令经2/3表决后执行。这就提高了控制系统的可靠性。运行中,当一个控制器发生故障时,另外两个完好的控制器可继续控制轮机连续运行。发生故障的控制器修复后、可再投入控制、轮机继续运行,几乎察觉不到什么大的波动。

1燃气轮机的启动过程

第一阶段:又称冷态加速阶段。在这个阶段中,起动机把燃气轮机的转子带动到向燃烧室中喷入燃料点火的转速。此时所需要的能量主要是用来加速机组的转子和克服轴承的摩擦功。点火转速大约等于额定转速的15%～20%。

第二阶段:这个阶段是从机组点火成功到起动机把机组转子增速到起动机脱扣转速为止。脱扣转速大约等于额定转速的45%～60%。当机组达到脱扣转速时,透平发出的功率不仅能够带动压气机工作,还能有剩余的功率,即:可以不再需要起动机的帮助而使转子继续加速了。此时,允许起动机与机组转子脱扣并停止工作。在这个阶段中,燃气初温迅速增高,机组从冷态逐渐被加热到一定程度,刚开始时一般有一暖机阶段,以减轻对机组的冲击。为了避免在机体中产生过大的热应力,应根据机组结构形式的不同,对第二阶段的持续时间加以必要的控制。

第三阶段:为继续热态加速阶段。在这个阶段中,起动机已经退出工作,机组完全靠透平发出的剩余功率来使转子继续升速,直到空载转速为止。此时机组将进一步被加热,为了避免发生过大的热应力,也应对这个阶段的持续时间进行必要的控制。燃气轮机的汽缸壁较厚,转子尺寸大,需要较长的时间加热,否则机体的温度常不均匀,会引起很大的热应力。

另外,在第一阶段中,要在起动机带动机组转子达到的最高转速下运行2或12分钟,以吹走燃气通道中可能存在的气体燃料,避免点火时发生爆燃,这称为“清吹”,是燃气轮机起动点火前不可缺少的程序。

2启动过程的程序控制

燃气轮机起动过程是在程序控制和起动控制系统共同作用下完成的。程序控制系统的控制要点是:通过操作接口指令下达起动命令后,程控系统(及有关保护系统)检查准备起动允许条件、遮断闭锁的复位、开动辅助设备(如液压油泵、燃料供给等),根据程序去开关相应的阀、马达、使起动机把燃气轮机带到点火转速、继而点火、再判断点火成功与否。随后进行暖机、关闭起动机等一系列动作,直到燃气轮机达到运行转速才完成起动程序。而起动控制仅控制从点火开始直到起动程序完成这一过程中燃料量。

起动程序控制也就是燃气轮机整个起动过程的顺序逻辑控制。从起动机88CR带动燃机转子转动、燃机点火、转子加速直至达到额定转速。起动程序安全地控制燃机从零转速加速到额定运行转速,在这个过程中要求燃机热通道部件的低周疲劳为最小,既保证较迅速的起动又不能产生太大的热应力。起动程序还涉及到一系列辅机、起动机和燃料控制系统的顺序控制命令。因为安全、迅速的起动还取决于燃气轮机各有关设备的适时运作,所以程序必须及时的查验各有关设备所处的状态。这些程序的顺序逻辑不仅与实施控制的设备有关还要和保护电路有关。起动程序发出的各控制指令首先要依赖于现时燃机转子的转动速度。当转速达到一系列关键值时将发出一系列控制指令使相应电磁阀和泵动作。启动控制程序流程图如图1所示。

3结语

本文对苏里格燃气电厂的燃气机组启动控制进行了研究。启动过程分三个阶段进行,而且启动控制功能由三冗余的微机控制器组成,三个控制器输出的逻辑控制命令经2/3表决后执行,提高了整个启动控制的可靠性,最后给出了简要的启动控制程序流程图

参考文献

[1] 高顶云,周大汉．微型燃气轮机在热电联供系统中的应用[J]．深圳:中国城市燃气论坛,2008:203～210．

[2] 凌晓波,刘蓓,李颖,等．上海电网燃气轮机调速系统建模与仿真研究[J]．华东电力,2009(37):1126～1128．