9FA燃机启机过程热悬挂现象的分析

9FA燃机启机过程热悬挂现象的分析

奚凌峰

杭州华电半山发电有限公司  浙江省杭州市  310015

摘要：本文主要通过对某9FA燃机机组启机升速中热悬挂现象进行相应的研究和分析，探讨热悬挂产生的原因，并提供预防及处理建议，旨在为9FA燃机夏季启动时的安全生产工作提供可供参考的建议。

关键词：9FA燃机；热悬挂；分析；

引言

杭州华电半山发电有限公司燃机一期由三台390MW级9FA燃气-蒸汽联合循环机组组成。由于为调峰电厂，机组根据电网安排的运行方式一般为日开夜停顶峰运行，启停频繁。夏季以来，机组午间启动时多次发生热悬挂现象，导致启机过程中升速失败触发机组自动停机。本文借此探讨分析有关原因及预防措施，为9FA燃机夏季启动时的安全生产工作提供思路和参考。

1.燃气轮机燃料行程基准FSR（Fuel Stroke Reference）控制及热悬挂现象介绍

燃料行程基准 FSR控制可分为启动控制 FSRSU、加速控制 FSRACC、温度控制 FSRT、转速控制 FSRN、停机控制 FSRSD、手动控制 FSRMAN、压比控制 FSRCP 和输出功率控制 FSRDWCK，最终参与控制的 FSR 按最小 FSR 原则输出，而该FSR输出值控制着此刻机组的燃料供给量。正常启机过程中机组点火后暖机期间输出最小FSR为FSRSU，机组升速期间输出最小FSR为 FSRACC，达到额定转速后输出最小FSR为FSRN。

图1 燃料行程基准FSR控制示意图

热悬挂是指燃气轮机点火暖机后，机组在升转速过程中（此时FSRACC控制，ACC限制着燃机的升速率，以避免升速过快产生大的热应力），随着机组转速上升，燃料量增加，燃气排气温度也不断上升，当升高到568℃时，进入温度控制(FSRT)，如果排气温度居高不下，一直保持在568℃，燃机始终处于温度控制下，FSR将不断减小,使得燃机没有足够的燃料来升速，燃机将停止升速的现象。

2.问题描述

夏季某日午间12点，3号机接令启动，在升速过程中，当转速TNH达到额定转速的85.5%(2565r/min)附近时，转速停滞无法继续升速，随后MK6发出“L60PSNA_ALM(TURBINE FAILED TO ACCELE AT PART SPEED)报警，由于触发自动停机逻辑：机组在部分转速时TNH <95%，机组升速率小于0.05%/S并维持60秒，机组部分转速时升速失败自动停机。

图2 当日机组启动曲线

燃气轮机正常启动过程为：机组点火成功后，燃气轮机在启动设备和透平的共同作用下升速（同时适当增加燃料量）。到一定转速，透平发出的功率和压力机消耗的功率相等，这时达到“自持转速”。在机组升速到85.5%额定转速（即2565rpm），透平发出的功率除了拖动压气机外，还有足够的功率供燃气轮机升速，这时启动设备脱扣，此后燃气轮机靠自身动力继续升速至95%额定转速附近，调节系统开始动作，程序启动系统任务完成。在之后调节系统控制机组升速到额定转速、同期、并网、带负荷、升负荷等。

从上图中可以较直观的看到，在机组升速至85.5%额定转速附近LCI退出后，机组转速并未继续上升，而是在短暂停留后呈快速下降趋势。

3.热悬挂产生原因探究

在转速达到78%左右，IGV角度由29°下降至23°，这是由于逻辑改造后，增加了STARSS功能（关键防失速计划），能减少启动和停机压气机气流冲击力，特别是R0和R4叶片在部分转速的失速状态，增强机组部分转速下压气机工作的稳定性，降低发生喘振的概率。

图3 STARSS功能中TNHCOR动作节点

①TNHCOR:是实际转速TNH相对于压气机进气温度的修正值。

CTIM:压气机进气温度（-80℉

②CSRGVPS=(TNHCOR-CSKGVPS1)*CSKGVPS2

CSRGVPS:部分转速IGV控制指令（控制IGV角度变化）

CSKGVPS1：部分转速偏置量，为常数81.06%

CSKGVPS2:为IGV打开的速率，常数6.42°/%

通过公式，说明温度越高，TNHCOR越小，切换点越靠后。

当天午间启机，环境温度高，这种高温环境下，空气密度下降，导致相同IGV角度下进入压气机的空气量减少，由于高温下TNHCOR较TNH小更多，IGV从最小23°重新打开时间延后至LCI退出后，机组出力无法满足升速要求。

由燃料控制分析，当空气质量流量不足，空燃比降低，排烟温度TTXM升高。根据温度控制原理，TTXM对FSRT 的影响为负反馈，TTXM 增大时FSRT 减小。当TTXM增大，FSRT小于FSRACC成为最小值，机组进入FSR温度控制。而FSR温控是通过调节燃料控制阀来改变进入燃烧室的燃料量以保证机组不超温，避免热通道的高温部件超温烧毁，保证机组安全运行的，因此在FSR温控状态下，若燃料量减小至启动所需燃料量下限，就会导致机组转速下降。上图在转速超过60%后，温控FSRT快速下降，随后FSR在FSRACC和FSRT模式间频繁切换，机组转速停滞，温控模式下燃料量减少不足以提供机组继续升速的动能，机组升速率小于0.05%/S并维持60秒，触发自动停机。

STARSS功能的增加，降低了发生喘振的概率，增强了压气机运行的安全性，但同时也降低了启动阶段燃烧对温度的适应范围，高温天气下升速过程容易进入温控模式。

4.预防及处理

1、运行人员在夏季开机过程中，加强FSR模式切换、IGV、CTIM、等参数监视，特别是对燃机升速率TNHALAG参数需要在每次开机票中记录下来，观察其走势，发现TNHALAG有变小的趋势，且持续时间变长，需要特别重视，汇报给专工。

2、压气机进气量不足除了环境温度和湿度高导致外，也可能是由压气机内件表面积垢引起，可通过安排压气机水洗和滤网清理，去除结垢，有效增加空气流通量，恢复压气机性能，提高压气机出口压力与压比。

3、检修部门在夏季中午开机，需要在现场观察并及时做相应处理。通过观察开机过程中的转速TNH，FSR模式变化，排气温度TTXM，燃机升速率TNHALAG相关参数的曲线趋势，如果发现升速上升异常，需要调整参数CSKGVPS1: 81.06% （原则上参数调整幅度不易过大，最大不超过1%），待升速正常后，恢复该值至81.06% 。

参考文献

[1] 大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书（设备及系统分册），北京：中国电力出版社，2012.

[2] 燃机二期燃气-蒸汽联合循环发电机组运行规程，杭州：杭州华电半山发电有限公司，2012.