阿尔斯通GT26燃机高雾技术应用及研究

阿尔斯通 GT26燃机高雾技术应用及研究

靖立兵 陈新宝 曾德成 王鑫

山东电力建设第三工程有限公司 山东省青岛市 266100

Ansaldo GT26 High fogging system technical study

JingLibin WangXin ChenXinbao ZengDecheng

摘要：社会经济发展和人民生活工作对于电力能源的依赖程度逐渐加深，如何节能增效成为我们持之以恒的课题。在阿尔斯通GT26燃机配置高雾系统，应用高雾技术冷却进气空气降低涡轮机的热耗率，还会降低燃烧室的NOx水平。

关键词：燃机高雾；燃机GT26；安装；调试

1.引言

高雾系统是一种基于燃机进气注水的增效装置。除盐水水滴通过高压喷嘴的多级(最多4级)喷入气流，高压喷嘴均匀地分布在膨胀节下游和压缩机上游的进气歧管中。现针对高雾系统的组成以及调试相关内容，做了简单的论述，总结了调试经验，共享给行业人员。

2.工程简介

阿曼苏赫独立发电站该项目采用两组二拖一联合循环配置，装机总容量为1714.9MW。燃机采用阿尔斯通GT26燃机，首次应用高压雾化（后面统一简称高雾）技术进行进气冷却来降低机组热耗率。

3.燃机高雾技术介绍

3.1 高雾系统的设计

3.2主要组成部分：

高雾系统由以下部分组成(见图1):

• 橇装泵包括:就地控制单元、泵组

• 高压水管

• 承载喷管的喷嘴架

• 疏水系统用于：进气总管、空腔和冷却空气管路

3.3高雾工作原理^[3]：

高雾系统是一种基于燃机进气注水的增效装置。除盐水水滴通过高压喷嘴的多级(最多4级)喷入气流，高压喷嘴均匀地分布在膨胀节下游和压缩机上游的进气歧管中。燃气轮机依靠空气流量的机器，所以出力是靠由过滤器直接进入的空气流量所决定的。如果进气空气温度升高，空气密度减小，因此空气流量减少。空气流量的减少意味着出力降低。冷却进气空气，必然能提升电厂的出力。

一般经验来看，每降低1℃，能增加0.6-1%的出力。所以雾系统的关键所在就是喷雾液滴的大小。只有当液滴完全蒸发才能发挥最大的冷却效果，从而提高燃机最大出力。雾化喷头是喷雾系统的核心，喷嘴的水由高压泵提供。

高雾系统产生的实际功率增益与高雾级数近似成正比。高雾度通常与传统的进气冷却系统(这里是蒸发冷却器)结合使用。进口直喷是一种采用特殊雾化喷嘴，在2000psi的高压下工作，图2是高压喷雾泵站的图片。将除盐水转化为雾状的冷却方式。水雾在燃气轮机进气管道内蒸发，达到100%相对湿度和100%蒸发效率，达到最低温度(湿球温度)。进口高压喷雾也可以将额外的水雾输送到压缩机内，在压缩机内形成中间冷却效果，从而大大提高了输出功率。图3显示燃气轮机进风口的喷嘴矩阵图。图4显示了一个典型喷嘴的雾帽结构。

（图2）高压喷雾泵站

（图3） 燃气轮机进风口的喷嘴矩阵图

（图4）典型喷嘴的雾帽结构

4.高雾系统调试（验证试验）

4.1启动联锁验证：本试验验证在满足全部启动条件后才能启动高雾

1. 燃机启动正在进行中(部分负载操作)。

2. 验证在VGV>-10之前在操作系统上选择fogging ON不能启动。

3. 当高雾启动失败操作系统上显示了警报。

4.2高雾启动及流量自动控制验证：验证自动级控制

1. 机组在基本负荷或接近基本负荷。

2. 打开高雾泵的手动阀门。

3. 启动高雾泵前的注水泵，确保高雾启动条件得到满足。

4. 当高雾系统处于运行状态时，将功率负荷设定值设置为高于预期功率输出值。

5. 通过操作系统启动高雾。

6. 高雾第一阶段应自动启动。验证所需的阶段（环境条件）投入运行（PLC面板比对）。

7. 稳定系统约30分钟，并记录排水量。将其与极限排水量进行比较。

4.3系统的EMSD急停测试

验证高雾跳闸后燃机的反应(包括TIT、TAT和功率输出)

1. 确保高雾系统在自动流量控制下运行。

2. 模拟高雾系统的发出EMSD急停检查状态：

• • 检查高雾指令变零

  • 检查就地控制器中的水量流量要求变为0kg/s

  • 检查高压泵失电

  • 检查级阀关闭，旁路阀打开。

3. 验证由就地控制器发出的EMSD急停指令信号有效。

4. 在燃机操作系统中急停指令输出到就地PLC并在约10秒后复位。

4.4全启动和EMSD急停后调整燃料前馈逻辑

高雾系统根据大气环境湿度来调节水体流量，在正常环境条件下，只有部分高雾阶段运行。为了更好地调整和验证燃料前馈逻辑，需要进行具有最大水质量流量(所有运行阶段)的启动和急停测试。

1. 确保高雾未投。

2. 确保高雾启动条件已满足。

3. 手动将环境温度和环境相对湿度信号(就地PLC)修改为TEMP_AMB_AVR=50 C和HUM_AMB_AVR=10%RH值。如果无法通过PLC逻辑修改，则模拟模拟输入。

4. 当雾滴系统处于投运状态时，将功率负荷设定值设置为高于预期功率输出值。

5. 通过燃机操作系统启动高雾。

6. 验证高雾所有级段都已投入运行。

7. 继续稳定高雾操作仅2分钟。

8. 强制EMSD急停指令，并检查“FOGGING ON”指令是否变为“零”，就地控制器的水质流量要求是否更改为0(零)kg/s，泵是否断电，级阀是否关闭，旁路阀是否打开。验证由就地控制器发出的急停指令信号是否有效。

9. 在燃机操作系统中发出EMSD急停命令约10秒复位。

10. 再次将信号TEMP_AMB_AVR和HUM_AMB_AVR设置为燃机操作系统的正确输入。并验证它们正确地显示了当前的环境温度和环境湿度。

将以上试验测试结果发主机厂技术支持部门进行分析。燃机进出口温度的过摆和欠摆必须在主机厂数据表规定的保护范围内。特别需要指出的是，随着延迟时间减少到80%(相对于保护逻辑中编程的时间)，温度偏差仍然保持在触发警报或保护动作的80%以内。

5.高雾系统的运行

高雾运行由三个阶段组成:

• 高雾启动阶段

• 高雾运行阶段

• 高雾停运阶段

在运行过程中，无论是负载控制模式还是频率响应控制模式，高雾级都是作为VIGV的函数进行开/关控制。高雾系统的关闭可以由燃机操作站手动启动，也可以由燃机控制系统或高雾就地PLC的保护信号自动启动。当高雾水泵不再运行，高压管道内水压低时，高雾系统停止运行。

5.1启动高雾系统

高雾系统的启动只能手动发起。操作人员需要执行以下操作:

5.1.1 在燃机操作员站选择“SELECT FOR OP”。若没有停运信号和急停报警信号，所有启动条件都已满足会显示“SELECTED”，则在VIGV调度功能可以进行高雾控制 (控制激活)。

5.1.2 将负载设定值设置为所需值。

• 一旦VIGV位置达到高雾投运点:-特定的高雾控制特性和保护被激活。

• 高雾组按VIGV位置功能开启。VIGV位置高于高雾度激活限制:当VIGV位置大于VIGV_startup_limit(例如在基本负载下)时，燃机需要先卸载。在VIGV VIGV_startup_limit之后，就可以通过将负载设定值设置为所需值来激活高雾。

5.2高雾运行阶段

5.2.1当高雾运行时,高雾系统的操作根据燃机负荷的变化而变化的方式,因为它会补偿气候条件的变化和实现目标设定的功率输出操作。

5.2.2高雾控制逻辑仅通过喷嘴组的逐个投运或退出来调节喷淋水的质量流量。这与VIGV位置有关(图5)，喷嘴的供水压力恒定于目标值pressure_watertarget，因此喷淋水的质量流量变化为有限制。

（图5）VIGV位置与高雾级投退

5.2.3根据VIGV位置控制有源高雾喷嘴组数量(图5)，蓝色曲线为上升时的投入喷嘴组数量，红色曲线为下降时的退出喷嘴组数量。余量用于避免喷嘴组的频繁投入和退出，避免损坏泵组变频器和电机设备。

5.3高雾停运阶段

高雾停运有正常停运和紧急停运两种。

5.3.1高雾系统的正常停运：

• 手动降低燃机负荷设定值，使所有高雾组按VIGV位置功能关闭。

• 如果不需要高雾系统的进一步运行，则燃机操作员站必须通过保护信号自动取消“SELECT FOR OP”

• 在这种情况下，通过每次关闭一个喷嘴组_step_nsd，可以逐渐减少喷淋的高雾水质量流量。

5.3.2高雾系统的紧急停机可由保护信号自动启动

在高雾系统的就地控制面板上，选择高雾系统EMSD，手动停运高雾系统。当紧急停机启动时，所有喷嘴组同时关闭。

6.调试过程问题及处理

6.1高雾系统流量指令与反馈偏差导致跳闸

现象：当燃机第一级泵单独运行时，实际流量1.5kg/s 与所需指令1.8kg/s 之间的出现偏差，当流量偏差超过 10%高雾第一级泵出现跳闸。附图为投运喷嘴组和流量指令对应关系。

处理：假设运行压力仍然是140bar，泵的质量流量变小，可能的原因有以下几种：

• 过滤器堵塞，检查滤网差压，若差压高更换滤网。

• 喷嘴出现堵塞，若喷嘴堵塞需要利用停机的时候进入进气端进行排查和分析。

• 改变泵的顺序，让其它泵先启动，检查运行参数是否恢复。

最终检查更换过滤器滤网，投运后系统正常。

6.2高雾系统就地急停信号误发

现象：燃机高雾正常运行，在燃机操作员站和就地PLC没有任何操作情况下，燃机高雾全部退出，显示就地EMSD急停报警。

处理：检查发现就地PLC急停回路继电器触点无法闭合导致回路断开误发信号。更换继电器后投运系统正常。

7.高雾投运后数据

上表数据为燃机高雾泵顺序投入后对应的机组负荷。高雾投运根据环境温度、湿度变化而变化，正常情况下高雾投运能增加负荷20~30MW。

8.结语

综上所述，燃机高雾系统调试各种试验要根据调试措施进行有效把控，运行操作要坚持规范化和细致化等原则。全面把控高雾系统调试要点，做好常见问题的把控，保证高雾系统运行正常，确保机组的热耗率及排放指标。

参考文献

[1]High Fogging Operation Concept for the Ansaldo Energia Gas Turbine GT26-AD00003709

[2]Commissioning Specification for ALSTOM ALFog Fogging System-HTCT607635

[3]Mustapha Chaker，ph.D燃气轮机进气喷雾冷却----细分析世界各地气象数据与燃机进气蒸发式冷却潜能，ASME涡轮动力展会

[4]

【作者简介】

姓名：靖立兵 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：高级工程师

姓名：陈新宝 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司，职务：工程师

姓名：曾德成 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：苏赫调试部经理

姓名：王鑫  工作单位：山东电力建设第三工程有限公司，职务：工程师