某燃氣輪機通風系統運行方式優化的技術改造

摘要：某9E燃氣輪機電廠為調峰電廠，電網調度對其機組的及時性和安全性要求較高，原機組設計配置了一臺透平間抽風機88BT和一臺負荷間送風機88VG，這兩臺風機的作用是在燃氣輪機運行期間，將輔機間、透平間、負荷間艙室內的熱量帶走，保證燃氣輪機安全運行。而這兩臺風機均無冗余備用風機，一旦任何一臺風機出現故障，將使透平間和負荷間冷卻風量瞬時失去，由于燃氣輪機故障造成全廠聯合循環非計劃停運。鑒于此，通過對燃氣輪機通風系統和控制系統的深入研究，采取了透平間和負荷間各增加一臺在線備用風機的優化方案，消除了機組的安全隱患。

關鍵詞：通風系統;燃氣輪機;邏輯聯鎖;控制系統;風機

中圖分類號：TK473;TM611.31? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）03-0072-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.021

0? ? 引言

某9E燃氣輪機電廠采用GE公司生產的PG9171E型燃氣輪機，于1996年投產，之后一直用作調峰發電。隨著對該9E燃氣輪機的深入了解，發現其透平間抽風機和負荷間送風機設計冗余不夠，未設計在線備用切換風機，對機組的安全穩定運行構成一定威脅。雖然該電廠已制作了備用風機，但出現故障時更換風機所需要的時間較長，無法滿足電網的應急需求。

1? ? 燃氣輪機原通風系統概述

機組原通風系統布置如圖1所示。

燃氣輪機通風系統由透平間和負荷間通風系統組成。燃氣輪機需要全天候運行，其機組被安裝在完全密閉的罩殼內部，輔機間、透平間還有負荷間的頂壁和四周均鋪設了具有良好隔熱性能的裝配材料，以便控制這兩個區域的空氣溫度并維持艙室的設計溫度，為機組提供理想的運行環境。因此，無論是輔機間、透平間還是負荷間，艙室溫度均需要進行24 h控制。為達到這一要求，燃氣輪機在各艙室頂部安裝了通風系統，以保證艙室內部空氣始終處于流通的狀態。

2? ? 燃氣輪機通風系統存在的問題

2.1? ? 透平間抽風系統原理

透平間抽風機負責輔機間和透平間的通風冷卻，設計使輔機間溫度始終被控制在60 ℃以內，透平間溫度被控制在80 ℃以內，箱體內外將始終處于0.05～0.1 kPa的微負壓狀態，使空氣由輔機間流向透平間被抽風機抽走，解決透平間熱量向輔機間傳遞的問題[1]。就設備本身而言，一旦透平間抽風機88BT出現故障，將會導致輔機間和透平間冷卻風量瞬時失去，使透平間內熱通道部件工況發生變化，引起燃氣輪機振動增大，同時高溫還會威脅到透平間和輔機間內的熱工元件以及輔機和油系統的安全運行。

2.2? ? 負荷間送風系統原理

負荷間通風冷卻依靠負荷間送風機88VG來完成，其作用如下：其一，將負荷間溫度控制在180 ℃左右;其二，將艙室內部空間維持在微正壓狀態。一旦負荷間送風機88VG出現故障，將直接導致負荷間溫度升高，威脅到燃氣輪機24個排煙熱電偶，改變燃氣輪機3#軸瓦的工作溫度場，引起燃氣輪機振動上升，并且一旦負荷間軸隧溫度達到250 ℃，燃氣輪機將會自動減負荷停機。

2.3? ? 通風系統存在的問題

由此可見，燃氣輪機通風系統具有十分重要的作用，一旦出現故障，將無法對處于運行狀態的燃氣輪機的透平間、負荷間溫度加以控制，若透平間、負荷間溫度超過規定值[2]，將直接導致機組非計劃停運。而該9E燃氣輪機原僅有一臺透平間抽風機和一臺負荷間送風機，一旦出現故障，均無在線備用風機及時進行切換，存在很大的安全隱患。

3? ? 技術重難點和優化方案

3.1? ? 技術重難點

（1）燃氣輪機通風系統優化的實質原因是原機組設計的冗余量不足，最常見的優化方法是增加一臺同容量的風機作為備用風機。經過現場實地勘察，原機組的兩臺風機設置在燃氣輪機排氣出口頂部，受熱輻射較為嚴重，而且機組設計之初并沒有預留設置備用風機的場地和氣流、動力電纜、控制電纜等通道，這和目前改造后的同機組設置有很大不同，缺乏相關的參考技術資料。

（2）該電廠燃氣輪機已改為艾默生的OVATION控制系統，和GE原Mark V控制系統有一定的差別，改造后的系統啟動控制、風機故障自動切換等程序的修改等關鍵技術環節，需要專業技術人員執行。

3.2? ? 方案選擇

燃氣輪機通風系統設計布置如圖2所示。

該電廠依據原機組風機參數，各仿制了一臺透平間抽風機和一臺負荷間送風機，作為燃氣輪機通風系統故障時的緊急應對措施，但更換時間較長，不能滿足調峰電廠對機組的應急要求。目前部分9E同類型燃氣輪機電廠對燃氣輪機通風系統的優化改造，是基于其原風機位于機組箱體地面左右兩側，若將原風機移至左右兩側地面，雖然機組設置更加合理，但由于風機揚程的限制，原機組的風機以及風道等都將不再適配，代價較大。而且目前這種風機改造優化設計缺少大量理論數據支持，優化方案需要進行多次試驗，周期長、成本高。

經過實地考察分析，從安全性、經濟性方面考慮，最終選擇擴容新增風機設計布置如下：在燃氣輪機透平間右側和煙道前方增加剛性風機平臺，將原機組風機移出排氣煙道上方，和新增風機一起置于該平臺，以減少排氣煙氣熱輻射，且獲得更好的布置方式，還很好地滿足了電廠日常巡檢和檢修要求。

3.3? ? 新增MCC小室方案

因新增多臺備用風機等，而原控制室內沒有配置多余MCC柜開關抽屜，需新增一個MCC小室，MCC小室內配置MCC柜，以滿足新增設備的使用功能。

MCC小室供應項目清單如表1所示。

3.4? ? 具體組態配置

3.4.1? ? 透平間抽風機程序優化

原機組通風系統設計有一臺透平間抽風機88BT和一臺負荷間送風機88VG，88BT在燃氣輪機啟動零轉速以上自動投運，停機熄焰后退出，60 min后，88BT再次投入，在燃氣輪機CO2滅火保護系統投入時88BT退出，透平間溫度高開關26BT-1高于149 ℃報警[3]。增加一臺透平間抽風機88BT-2后的88BT-1/2信號及邏輯聯鎖設計如下。

（1）88BT-1/2信號列表如表2所示。

（2）優化后88BT-1/2邏輯聯鎖實現功能如下：

1）兩臺風機具備預選功能，可以選擇任一風機首先啟動;

2）兩臺風機具備切換功能，機組運行狀態下，可任意切換運行的風機;

3）在機組正常運行狀態下，33BT-1/52BT-1聯鎖啟動88BT-2風機，任一條件動作則啟動88BT-2風機;

4）在機組正常運行狀態下，33BT-2/52BT-2聯鎖啟動88BT-1風機，任一條件動作則啟動88BT-1風機;

5）在機組正常運行狀態下，30BT-1聯鎖啟動88BT-2風機，若出現88BT-1電氣故障則啟動88BT-2風機;

6）在機組正常運行狀態下，30BT-2聯鎖啟動88BT-1風機，若出現88BT-2電氣故障則啟動88BT-1風機。

3.4.2? ? 負荷間送風機程序優化

負荷間送風機88VG檢測到火焰后，88VG投入，熄焰后直至負荷間溫度低于35 ℃，88VG退出，在燃氣輪機CO2滅火保護系統投入時88VG退出，負荷間溫度高開關26VG-1高于204 ℃報警，軸隧溫度高TTIB1達到250 ℃，并網前會自動停機，并網后會自動減負荷[3]。增加一臺負荷間送風機88VG-2后的88VG-1/2信號及邏輯聯鎖設計如下。

（1）88VG-1/2信號列表如表3所示。

（2）優化后88VG-1/2邏輯聯鎖實現功能如下：

1）兩臺風機具備預選功能，可以選擇任一風機首先啟動;

2）兩臺風機具備切換功能，機組運行狀態下，可任意切換運行的風機;

3）在機組正常運行狀態下，33VG-1/52VG-1聯鎖啟動88VG-2風機，任一條件動作則啟動88VG-2風機;

4）在機組正常運行狀態下，33VG-2/52VG-2聯鎖啟動88VG-1風機，任一條件動作則啟動88VG-1風機;

5）在機組正常運行狀態下，30VG-1聯鎖啟動88VG-2風機，若出現88VG-1電氣故障則啟動88VG-2風機;

6）在機組正常運行狀態下，30VG-2聯鎖啟動88VG-1風機，若出現88VG-2電氣故障則啟動88VG-1風機。

3.4.3? ? 風機信號聯絡表

通風系統優化后的風機信號聯絡表如表4所示。

3.4.4? ? 畫面修改

在燃氣輪機“UNIT CONTROL”下的“MOTORS”畫面上增加了88TK-3的控制和狀態顯示，如圖3所示。

3.5? ? 靜態、動態試驗和調試

就地接線和邏輯修改完成后，接下來進行信號傳動、靜態邏輯測試、動態試驗等工作，電氣數據如表5所示。

4? ? 結語

綜上所述，通過調試和試運行，燃氣輪機通風系統優化后能在一臺常用風機停用后迅速啟動備用風機，并能保持輔機間、透平間和負荷間溫度基本保持不變，維持燃氣輪機的正常穩定運行。這表明機組在風機發生故障后，這個通風系統仍能保持正常運行，使運行可靠性得到了顯著提高，從而有效消除了風機故障造成非計劃停運和事故的隱患，系統優化改造達到了預期效果。

[參考文獻]

[1] 任磊.9E燃氣輪機先進熱通道升級改造及性能分析[J].內燃機與配件，2020（23）：200-201.

[2] 陸子龍，張超，錢儉，等.PG6111FA型燃氣輪機透平罩殼超溫原因分析及處理[J].燃氣輪機技術，2020，33（3）：69-72.

[3] 楊順虎.燃氣-蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.

收稿日期：2021-11-16

作者簡介：肖永兵（1978—），男，湖北武漢人，工程師，長期從事燃氣輪機電廠檢修管理工作。