GE 9F燃氣輪機IBH系統經濟運行實踐

沈琦明

摘 要：美國通用公司（GE）9F燃氣輪機的進氣加熱系統（IBH）有防冰、預混燃燒等多種作用。IBH系統的合理開度，將直接影響壓氣機的效率，進而影響整個熱力系統的經濟性與安全性。尤其是在目前，我國電網裝機容量普遍過剩的情況下，如何在非滿負荷工況下，進行合理運行調節IBH系統，從而實現更高效的機組運行，成為了各大燃氣機組企業共同的研究方向。因此，本文結合江蘇華電望亭發電廠的運行實踐，對9F燃氣機組IBH的運行進行探討，為9F機組的進一步優化運行提供參考。

關鍵詞：GE 9F燃氣輪機 IBH 經濟性 安全性

中圖分類號：TK478 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0010-02

望亭發電廠是一家擁有歷史悠久的發電企業。2005年，配合國家“西氣東輸”工程建成2臺39萬kW9F級燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。其機型采用美國通用公司（下文簡稱GE）的PG9351FA型燃氣輪機、D10型蒸汽輪機和390H型發電機，單軸室內布置。GE 9F燃氣輪機是目前引進燃氣輪機機組中比較常見的類型。其進氣加熱系統（IBH）主要作用包括。

（1）在環境溫度較低時，將部分壓氣機排氣循環至壓氣機進口。從而防止由于低溫造成壓氣機進口處結冰。

（2）在帶有DLN2.0+燃料噴嘴的9F燃氣輪機中，IBH系統還具有防喘及擴展DLN2.0+燃燒室預混燃燒方式的作用[1]。這主要是因為GE生產的燃機，普遍設置了10%的通流余量以防止喘振發生。而再增加IBH的循環流量后，使機組的壓氣機喘振余量達12%。這就會影響燃機的在低符合運行時的功率和效率。此外，當IBH故障造成開度過大時，還可能影響機組的安全運行。

1 GE 9F機組抽氣加熱系統簡介

GE 9F級機組的抽氣加熱系統主要設備有：進氣加熱控制閥（IBH）、手動隔離閥、各類傳感器及控制回路組成。抽氣加熱系統的工作原理就是從壓氣機排氣缸中，抽出一部分高溫高壓空氣。引入安裝在進口消音器下游的加熱管道，對壓氣機進口空氣進行加熱，并通過一個手動隔離閥和氣控調節閥對引入流量進行控制，如圖1所示。

2 IBH經濟運行實踐

在實際機組運行中，為保證壓氣機的壓比不超過臨界極限值。GE 9F機組配套的MK VI控制系統，會自動計算出一個控制IBH開度的壓氣機運行保護基準；而為了擴展預混燃燒方式提高機組經濟性，MK VI系統會通過壓氣機流量及進口可轉導葉（IGV）開度另外計算出一個控制IBH開度的預混燃燒方式擴展基準。IBH實際的開度就是根據這兩個基準值進行比較，再取兩者中的較大值作為開度基準。以實現在保證機組安全的前提下盡量提高其運行經濟性。這也是運行中實現IBH經濟調節的基礎。

3 進氣加熱系統經濟性分析

根據IBH作用和開度設置機理，其在機組啟停過程中的具體動作如下。

（1）在機組啟動過程中，隨著IGV的角度逐漸增大，進氣加熱控制閥IBH在進口可轉導葉IGV開度大于42°時，且轉速大于95%時打開，到IGV開度大于63°時關閉，此時的機組負荷約為265MW（環境溫度23℃）。

（2）在機組停用過程中，隨著IGV的角度逐漸減小，IBH在IGV的角度為58.5°打開，此時的機組負荷約為285MW（環境溫度23℃），當轉速小于95%時關閉[2]。

但在機組日常運行中經常會發現，當負荷從滿負荷減至280MW時，隨著燃氣輪機出力的降低，蒸汽輪機出力隨著降低，而蒸汽輪機出力的減少滯后于燃氣輪機。但總負荷必然等于燃氣輪機負荷加上蒸汽輪機負荷，于是燃氣輪機的負荷會出現先減少再增加的特點。

這一特點表現在IGV上就是開度從88°關至57.5°，后開至60°，這就使IBH在IGV關至58.5°時開啟，而IGV未到過63°，IBH不關閉，只要負荷維持不變，IBH就會常開不關。

發現IBH開啟后不關閉的情況經常發生在負荷設定在280MW左右。而目前江蘇地區電網負荷普遍降低的情況下，280MW是江蘇電網確定的9F單軸聯合循環機組正常最低負荷。因此，本機組在投運后，約有55%左右的時間，都運行在這個負荷段上，這導致IBH開啟，再循環量增加從而造成壓氣機效率的下降。而眾所周知，對于燃氣機組來說，壓氣機的耗能約占整個機組耗能的2/3。因此，如何在低負荷階段防止IBH打開，直接關系到機組的經濟性。

為了防止以上情況的出現，通過反復實踐后形成以下的節能方法。具體是在夏季時，負荷減至300MW或者IGV開度小于59.5°后不要立即進行減負荷，先使負荷穩定5～15min，再減負荷至280MW，維持IGV開度不小于59°。當然在冬季時，由于環境溫度低，IBH開啟工作的最低負荷點還要上移。

總之，在265～295MW的負荷區間要注意監視IBH的工況，加負荷要快速，減負荷要緩慢。

4 結語

作為引進型機組，在原始設計上肯定是以引進國自身的國情工況設計的。在引進后，如何能夠發揮先進機組應有的經濟水平，則需要更多實踐的論證。本文通過不斷嘗試，找到了在低負荷運行時，通過運行調節的簡單變化實現IBH經濟運行，具有一定實踐意義，值得同類型機組學習。

參考文獻

[1] 趙麗娟.論PG9351FA燃氣輪機的進氣加熱系統[J].燃氣輪機技術，2006，19（4）：15-19.

[2] 俞立凡，馮宜.9F燃機進氣加熱系統的經濟性和安全性初探[J].電力建設，2008，29（9）：42-45.endprint