M701F4型燃氣輪機發電機組IGV控制及燃機溫控的研究

吳攀

摘 ?要：文章分析了燃氣輪機的效率與透平的初溫的關系，并介紹了M701F4型燃氣輪機IGV控制對燃機效率的作用和燃氣輪機溫控對燃機的保護。

關鍵詞：燃氣輪機發電機組;透平初溫;IGV;燃機效率;溫控

中圖分類號：TM311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0059-02

Abstract： This paper analyzes the relationship between the efficiency of gas turbine and the initial temperature of turbine， and introduces the effect of IGV control of M701E4 gas turbine on gas turbine efficiency and the protection of gas turbine by gas turbine temperature control.

Keywords： gas turbine generator set; turbine initial temperature; IGV; gas turbine efficiency; temperature control

1 概述

隨著電力系統發電裝備的不斷發展，燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環發電機組具有負荷調節響應速度快，容量大，啟停時間短，環境污染少等特點，因此這種清潔能源發電機組是電力網中的重要組成部分。

燃氣輪機的效率與透平的初溫T3有著緊密的聯系，而燃氣輪機壓氣機進口可轉導葉（簡稱IGV）的角度對燃氣輪機的透平初溫有著很大影響，因此燃氣輪機設置了IGV控制。同時透平的初溫也受到了燃機熱部件材料和冷卻系統的限制，為了保護燃機的熱部件和保證燃機，燃氣輪機在控制方面設置了燃機溫度控制，簡稱溫控，它將燃機燃料量合理范圍。

2 燃氣輪機透平初溫與效率的關系

3 M701F4型燃氣輪機IGV控制

燃氣輪機壓氣機入口可轉導葉可以控制壓氣機進口流量，從而控制燃氣輪機參與燃燒的空氣量，最終影響了透平的初溫[2]。在燃料量不變的情況下，關小IGV，減小壓氣機進口空氣量可以提高透平的初溫。因此通過合理調整IGV開度，具有改善機組效率的作用，同時也能提高燃氣輪機啟動加速性能和防止壓氣機喘振。

M701F4型燃氣輪機IGV邏輯是全開環控制，并分為兩部分組成：其中前半部分邏輯是機組正常運行時為了保證機組效率且保護燃機熱部件所得的經驗曲線;后半部分邏輯是機組啟停過程中的順控邏輯。

4 M701F4型燃氣輪機IGV跟隨

由于IGV控制時采用開環控制，要想根據經驗曲線來調節IGV使機組更加高效和安全并不容易，所以在一些負荷下燃機的透平初溫較低，機組效率較低[3]。

因此三菱IGV邏輯上增加了IGV跟隨技術。IGV跟隨的作用是：在部分負荷下，通過關小IGV降低進氣流量，維持高透平初溫，從而達到提升部分負荷下的機組效率、降低排放;同時，為了防止燃機進入溫控，當運行點接近溫控線時會提前打開IGV。

為了實現上述功能，主要邏輯變動如下：

（1）投入IGV跟隨時會將經驗曲線1切換成IGV跟隨曲線。如圖1所示，顯然在低負荷時，IGV開度變小。

（2）投入IGV跟隨時，為了防止燃機超溫，當燃機運行點接近溫控（無論是EXT溫控還是BPT溫控）時，在IGV邏輯主線上疊加一個開度值（IGV BIR），防止超溫。此外在燃機CSO接近LDCSO時，或者燃機轉速變化大時，也可能會疊加一個開度值。

5 M701F4型燃氣輪機溫控

（1）EXT溫控

M701F4型燃機EXT溫控稱為排氣溫控[4]，溫度測點設置在燃機排氣道，一共有6個溫度測點。

如圖2所示，燃機有三條EXT溫控線。溫控線是關于壓氣機壓比的函數。由于相同T3溫度下，壓比越高，排氣溫度越低，故溫控線是關于壓比單調遞減的曲線。

EXT溫控線1分為兩種情況：1.在燃機并網前，燃機EXT溫控線1是STUP曲線（排氣溫度關于壓比的曲線）經過大氣修正后形成;2.在燃機并網后，燃機EXT溫控線1是STUP曲線（排氣溫度關于壓比的曲線）經過大氣修正后再加上292.3℃形成即白色曲線向上平移292.3℃。

EXT溫控線2直接為關于壓比的CONT曲線得出。

燃機EXT溫控給定值是由上述溫控線1和溫控線2取小所得。當燃機排氣溫度上升并觸碰到溫控線給定值時，EXTCSO輸出變得很小，并通過小選門控制燃機負荷，通過PID調節器使燃機排氣溫度穩定在溫控線上。

（2）BPT溫控

M701F4型燃機BPT稱為葉片通道溫度[4]，是表征燃燒室燃燒情況的重要參數，在20個葉片通道溫度分別對應20個燃燒器。同時M701F4型燃機BPT也設置了溫控。

BPT有兩條溫控線，其中一條是燃機EXT溫控線1疊加一個關于壓比的函數形成的，而另一條才是關于壓比的BPT溫控線。與EXT溫控一樣，BPT溫控給定值是兩條溫控線取小所得。當燃機BPT平均溫度上升并觸碰到任意一條溫控線，BPTCSO輸出變得很小，并通過小選門控制燃機負荷，通過PID調節器使燃機BPT平均溫度穩定在溫控線上。

6 結束語

燃氣輪機的效率與透平初溫有很大關系，M701F4型燃氣輪機的IGV控制有效提高了燃氣輪機的運行透平初溫，提高燃氣輪機的效率。同時，M701F4型燃氣輪機設置了溫控，保證了透平初溫不超限，保護了燃機的熱部件。

參考文獻：

[1]清華大學熱能工程系動力機械與工程研究所，深圳南山熱電股份有限公司.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯合循環裝置（上下）[M].中國電力出版社，2007.

[2]方繼輝，王榮.重型F級燃氣輪機IGV開度對壓氣機效率的影響[J].發電技術，2018.

[3]陳昭.M701F4燃氣輪機組不同控制模式下的經濟性分析[J].華電技術，2017.

[4]呂祖浪.燃氣輪機的控制及其應用[J].石油化工自動化，2007.