关于燃气轮机的优化改造技术探究

摘要：随着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升和燃气轮机燃煤的技术成熟之后，燃气轮机在我国发电设备中的比例将会愈来愈大。文章重点针对燃气轮机的优化与改造进行了研究与分析。

关键词：燃气轮机；优化改造；设备更新

目前我国燃气轮机在现有发电设备装机容量中，占有量很小，只有700 万kW 左右，且绝大部分为进口的。但发展速度很快，正在建设和计划的就超过800 万kW，正在建设的一批大型35 万kW 级燃用天然气的联合循环电站。研究表明，由于燃气轮机在效率，环保和成本方面的优势，我国在电站基本负荷发电、老电站技术更新改造、洁净煤发电技术、石油与天然气的输运和高效利用以及舰船、机车交通动力等领域对燃气轮机都将有较大的需求。许多专家还强调燃气轮机在西部大开发中的重要性，国家构想实施的新世纪四大工程：西气东输，西电东送，青藏铁路，南水北调，前三个都与燃气轮机有关。总之，以燃气轮机为核心的总能系统也将成为我国跨世纪火电动力的主要发展方向，我国将是世界最大的燃气轮机潜在市场。

1 燃机控制系统的现状

MKII系统是某公司早期的燃气轮机控制系统，经过长期投运该控制系统存在以下诸多问题：控制模块的安全可靠性存在问题，测值误差大，易引发停车事故。系统不够开放，为保护程序不让外界干涉，采用黑匣子屏蔽进行保护，程序无法修改和读取，更无法了解其控制的方式及原理，更不要说进行重新组态。基于淘汰型产品系统，售后服务难以满足工厂生产的要求。控制系统已经不能满足复杂的工艺要求。为了解决这一问题，我厂于2007年进行了一次技术改造，引进由康吉森公司提供的TS3000综合透平压缩机控制系统。用TS3000控制系统取代来原来的MKII控制系统。TS3000是目前在机组控制领域中应用最广泛的一种控制系统，其先进性和适用性是毋庸置疑的，而且该系统在稳定性和可靠性上都比MKII要高，技术上也更成熟。改造后，燃气轮机运转良好，并在2008年取得了历史上的首个百日长周期。

2 燃机控制系统改造的特点

公司燃机为双轴燃机，而康吉森公司涉足的改造项目均为单轴燃机，没有相同的改造经验，且我公司燃机控制系统因软件不开放，无法提供软件的组态内容，所以改造成功与否，最为重要的是技术方案的确定。围绕技术方案，双方均派出了最强的技术人员消化原始资料，总结多年来的开车经验和控制方式，结合燃机控制的标准模式和设计方案，经双方5个月的共同努力，最终形成了较为成熟和成功的软件设计。本次燃机控制系统改造最显著的特点就是软件的全开放性，使我公司彻底摆脱了长期受外国专利技术封锁的厄运。软件方面的具体功能改变主要表现在：燃机快速升速通过喘振区，CT和PT在进入某转速后，采用闭环控制，克服了原来开环控制的弱点；简化了原来的报警、联锁点设置，减少了不必要的联锁跳车因素，有效保障机组的控制；将原来用盘装仪表实现的压缩机控制直接引入新系统中，实现了燃机与空压机的联合控制；成功进行了原有的电器控制盘与新的控制系统——T3000系统的成功连接和安全控制。

3 燃机控制系统的改造内容及方法

3.1 系统改造内容。 本次技术方案采用TS3000 TMR燃机控制系统替换RUSTRONIC控制系统。本次改动范围包括燃机本身的控制，振动监视、工艺空气压缩机的控制(段间压力显示、振动显示、联锁保护)。涉及到燃机控制室原1个压缩机柜和燃机2个机柜的拆除，3个新TS3000机柜的安装接线工作，以及燃机控制系统的软件／硬件测试、投用工作。用TS3000系统替代Mark II系统，实现对燃机和空气压缩机组的控制。该系统为全开放型系统，用户可方便地进行燃机和空气压缩机的运行控制、事故诊断、安全保护。主要功能包括：启机和停机，顺序控制，联锁和报警，燃料阀控制，数据采集、显示和历史数据功能。主要进行了一些特殊模拟量信号的处理(压气机进气温度，压气机出口温度，TMAX的计算方法，燃料阀的开度基准，可调静叶片位置反馈信号与可调静叶片信号等)，将燃机升速过程设置为1O个模式，每个模式均规定了相应的转速和动作程序。

3.2 具体的实施工作。 因该工作涉及到对原控制系统开车曲线的掌握，故我们对系统中最重要的数据采集点和录入方式作了明确确定，在装置停车后安排了一次热态启机和一次冷态启机。为TS3000系统提供了一路临时电源；将开车过程的FVA、VGV反馈、VGV、火焰筒温度点、CT、PT转速等信号数据从原制系统中引出并进行分析，进一步印证控制设计方案的完整性和正确性，为控制系统的成功改造打下了重要基础。完成DC润滑油泵的控制等16项单项逻辑测试；进行润滑油泵、启动电机、IBV控制空气／密封空气电磁阀SOL79的控制、FVA爬坡斜率等综合功能测试。在经过2O多次的燃机启动试车过程和程序调试过程后，燃机最终试车成功。燃机试车中(使用我公司二化来天然气，天然气热值含量稍低)，从CT转速2700r／min至CT转速8 300 r／min／PT转速7000 r／min，共计耗时1min44S；后使用一化102-J机组来天然气，共耗时1min 36S，均较原来开车前时间缩短(原为1min50 S)。在CT转速／PT转速达到正常工作转速时，进行热清洗，热清洗后TMAX温度值仅有1～2℃的变化。

4 结束语

从2007年12月改造以来，TS3000系统运行一切正常，对现场的控制准确到位，反应及时，偶尔有些之前组态时没有考虑到的小细节也可以通过相应的程序修改来进行完善，确保了控制系统的适用性。 经过1年的运行，发现系统改造后要比改造前更合理、更人性化，操作起来也更方便，比如说，对有些不影响生产的小问题，可以将其强制，待大修时一并处理；或是有些急需处理的问题，也可以将需要处理的信号强制起来，在不影响燃气轮机正常运行的状态下进行处理。这样便大大的提高了检修的效率，这是改造前不能办到的。因此，这次改造无论是从技术上、生产上还是经济上来说，都是非常成功的。

参考文献

［1］ 焦树建．整体合成气化燃气-蒸汽联合循环［M］.北京：中国电力出版杜，2009

［2］ 杨顺虎．蒸汽联合循环发电设备及运行［M］.北京：中国电力出版社，2010

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