V94.3A型燃汽輪機(jī)壓氣機(jī)離線水洗及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

熊少軍 宋 馨 劉雄飛 賈 琳

（鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 鄭州 450001）

1 引言

V94.3A 型燃?xì)廨啓C(jī)由西門子KWU 公司研究制造，采用單缸單軸、軸向排氣結(jié)構(gòu)。 壓氣機(jī)有15 級，壓比17，設(shè)有2 級防喘放氣，采用壓氣機(jī)抽氣進(jìn)行密封冷卻。 燃燒室為環(huán)形燃燒室，燃燒室裝有24 個(gè)干式低NOx 混合型燃燒器，透平動(dòng)葉進(jìn)口初溫1230℃。 進(jìn)氣系統(tǒng)采用自清潔過濾系統(tǒng)，進(jìn)口導(dǎo)葉角度范圍（由開到關(guān)）45°，燃燒器數(shù)量24 個(gè)。每臺燃燒器燃料噴嘴的種類包括擴(kuò)散燃燒器、預(yù)混燃燒器、值班擴(kuò)散燃燒器，火焰信號監(jiān)測器2 個(gè)。 軸向流動(dòng)透平級數(shù)4 級[1]。

本文結(jié)合聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行特性及V94.3A 型燃機(jī)壓氣機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化， 分析了水洗后機(jī)組相關(guān)參數(shù)的變化，為該型機(jī)組壓氣機(jī)離線水洗提供了理論與經(jīng)驗(yàn)。由于壓氣機(jī)在線水洗運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少，文中不進(jìn)行討論。

2 燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)水洗方法

2.1 根據(jù)西門子公司提供的技術(shù)資料要求， 壓氣機(jī)離線水洗要求如下：

2.1.1 燃機(jī)停運(yùn)后盤車6 小時(shí)， 使燃機(jī)各部件充分冷卻。

2.1.2 使用德國生產(chǎn)的愛爾克令清洗液， 按照1：10的比例配好約500L 清洗液。

2.1.3 全開燃機(jī)IGV 進(jìn)氣導(dǎo)葉， 全開進(jìn)氣擋板和鍋爐煙囪擋板， 有利于清洗液更好地到達(dá)壓氣機(jī)后幾級葉片。

2.1.4 啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)水洗程序， 升速至300rpm/min時(shí)噴入清洗液。當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速降至低于800rpm/min 時(shí)，停止噴入清洗液，并打開壓氣機(jī)和透平底部排污閥進(jìn)行排污。按此程序反復(fù)操作2 次，直至清洗液用完。

2.1.5 將燃機(jī)葉片及熱通道浸泡一段時(shí)間， 根據(jù)廢液排出情況判斷水洗效果，達(dá)到要求后進(jìn)行漂洗。

2.1.6 按照水洗液清洗操作過程， 用除鹽水對壓氣機(jī)葉片漂洗3 次。

2.1.7 漂洗結(jié)束后，開啟各排污閥至無水流出，啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行干燥。

2.1.8 啟動(dòng)燃機(jī)至滿速，根據(jù)電網(wǎng)要求接帶負(fù)荷（在30%的基本負(fù)荷停留一段時(shí)間進(jìn)行烘干）或者滿速運(yùn)行一段時(shí)間后停機(jī)備用。

2.2 V94.3A 型機(jī)組在國內(nèi)屬新技術(shù)機(jī)組，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少，如何更有效地進(jìn)行水洗操作還處于摸索階段。 為了盡量提高水洗清潔度，生產(chǎn)人員結(jié)合目前國內(nèi)2 臺V94.2型機(jī)組的水洗經(jīng)驗(yàn)，對水洗理論和操作過程進(jìn)行了分析，通過改進(jìn)部分操作取得了顯著效果。

2.2.1 噴入清洗液的過程中將帶狀及霧化水洗噴嘴閥全開。 由于帶狀水柱較長，溶劑能夠與更多的壓氣機(jī)葉片接觸。 在燃?xì)舛枳哌^程中，隨轉(zhuǎn)速逐漸下降帶狀水柱到達(dá)后級葉片，有利于溶液充分浸潤各級葉片，使水洗更加有效。 水洗后燃機(jī)排氣擴(kuò)散段排污管道中留出的溶液泡沫證實(shí)了我們的判斷，水洗液成功到達(dá)末級壓氣機(jī)葉片。

2.2.2 每次清洗液噴入后將壓氣機(jī)葉片浸泡10 分鐘，讓溶液和葉片污垢充分浸潤再進(jìn)行排污。

3 壓氣機(jī)水洗前后工況變化及經(jīng)濟(jì)性分析

結(jié)合2年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們選取一次V94.3A 型機(jī)組的典型離線水洗作為參照， 分析水洗前后機(jī)組的工況變化，然后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

3.1 水洗前后機(jī)組工況變化情況

我們均選取連續(xù)幾日內(nèi)機(jī)組聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行的工況，采用IGV 全開、燃機(jī)OTC 模式下運(yùn)行兩個(gè)半小時(shí)以上記錄的數(shù)據(jù)，達(dá)到了西門子機(jī)組性能試驗(yàn)對穩(wěn)定性的要求。我們通過查閱西門子燃?xì)廨啓C(jī)功率和熱耗率修正曲線，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正。

以下為壓氣機(jī)水洗前后的部分運(yùn)行參數(shù)。

表1

經(jīng)對比我們可以得出如下結(jié)論：

3.1.1 燃機(jī)進(jìn)氣溫度作為對聯(lián)合循環(huán)機(jī)組出力影響最大的因素表現(xiàn)的最為直接。 4 天中以“運(yùn)行工況2”進(jìn)氣溫度最低，其機(jī)組總出力表現(xiàn)為最高。 這種結(jié)果有2 個(gè)原因：一是燃?xì)廨啓C(jī)出力直接受進(jìn)氣溫度影響。 二是氣溫對機(jī)組真空影響較大，造成汽輪機(jī)出力高低發(fā)生變化。

3.1.2 燃機(jī)壓氣機(jī)水洗使機(jī)組效率有效提高。 在以上4 天工況中， 水洗后機(jī)組氣耗率為0.177716Nm3/KWh，優(yōu)于水洗前工況。

3.2 壓氣機(jī)水洗效果的量化分析

我們知道燃?xì)廨啓C(jī)是由壓氣機(jī)、 燃燒器、 透平組成的，其整體效率受到3 方面效率作用：壓氣機(jī)效率、燃燒效率、透平效率。 軸流式壓氣機(jī)的性能理論上可由空氣流量Ma、壓縮比ε*、等熵壓縮效率ηy*這些參數(shù)來描述。在轉(zhuǎn)速恒定的條件下，ε* 和ηy* 隨空氣流量的改變而變化的關(guān)系曲線稱為壓氣機(jī)特性曲線。 其關(guān)系為：

壓縮比越大， 壓氣機(jī)級數(shù)越多， 則壓氣機(jī)的效率越高。 我們可以理解為，在進(jìn)氣參數(shù)一致的情況下，壓氣機(jī)實(shí)現(xiàn)的壓縮比越高，則壓氣機(jī)的工作效率越高，即燃?xì)廨啓C(jī)的效率越高。

3.3 燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)水洗經(jīng)濟(jì)性分析

我們特意選擇表1 中2 次環(huán)境因素接近的工況單獨(dú)分析，其最大相似點(diǎn)是環(huán)境溫度及大氣壓力基本相同，排除了折合流量和折合轉(zhuǎn)速對我們分析的干擾， 其運(yùn)行曲線如圖1、圖2 所示。

圖1 壓氣機(jī)水洗前機(jī)組運(yùn)行工況

圖2 壓氣機(jī)水洗后機(jī)組運(yùn)行工況

我們將圖中數(shù)據(jù)制表比較：

表2

不難看出， 壓氣機(jī)水洗后壓氣機(jī)出口壓力和壓比的增加直觀地反映在燃機(jī)負(fù)荷和機(jī)組總出力的提升上，也可以理解為燃機(jī)效率提升， 直接引起機(jī)組天然氣耗率下降。另外我們可以看出隨著壓氣機(jī)出口壓力的增大，透平冷卻空氣壓力相應(yīng)地增大了，保證了透平葉片的合理冷卻以及機(jī)組的運(yùn)行的穩(wěn)定性，這也與壓氣機(jī)水洗使聯(lián)合循環(huán)效率提升的實(shí)際情況吻合。 壓氣機(jī)水洗后，機(jī)組負(fù)荷的提升及燃?xì)庀穆实慕档蛯﹄姀S經(jīng)濟(jì)性具有顯著意義。

4 電網(wǎng)運(yùn)行方式對聯(lián)合循環(huán)機(jī)組水洗方式的要求

作為電網(wǎng)的調(diào)峰電站， 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的負(fù)荷隨網(wǎng)調(diào)指令調(diào)整頻繁，具有負(fù)荷變化快，啟停頻繁的特點(diǎn)。 壓氣機(jī)離線水洗一般安排在機(jī)組停備期間， 而停機(jī)時(shí)間短則成了影響燃機(jī)水洗操作的制約點(diǎn)。 往往是在進(jìn)行水洗時(shí)，電網(wǎng)已經(jīng)要求機(jī)組啟動(dòng)調(diào)峰，而在水洗結(jié)束后，電網(wǎng)高峰結(jié)束影響機(jī)組啟動(dòng)[2]。

根據(jù)西門子公司操作手冊要求， 燃機(jī)冷卻盤車6 小時(shí)，充分冷卻后才能進(jìn)行壓氣機(jī)離線水洗操作。 而電網(wǎng)要求聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在停備時(shí)間較短的情況下完成再次啟動(dòng)，6 個(gè)小時(shí)的冷卻時(shí)間對聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行方式極為不利。 為了能夠減少燃機(jī)的冷卻時(shí)間， 及時(shí)恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行，提高發(fā)電量，生產(chǎn)人員制定了如下技術(shù)措施：

4.1 停機(jī)時(shí)燃機(jī)在50MW 以下低負(fù)荷保持運(yùn)行數(shù)分鐘，燃機(jī)各部件進(jìn)行初步冷卻。

4.2 停機(jī)后保持進(jìn)氣擋板及排煙擋板常開狀態(tài)，加快燃機(jī)熱通道的冷卻。燃機(jī)盤車投入后IGV 保持全開，增加通流質(zhì)量。 經(jīng)多次操作對比，采取上述操作后，燃機(jī)冷卻4.2 小時(shí)即可滿足水洗要求。

4.3 燃機(jī)投入盤車4 小時(shí)后，在水洗操作前，將機(jī)組以鍋爐清吹方式進(jìn)行冷拖。

執(zhí)行以上幾項(xiàng)措施后，能夠?qū)⑷紮C(jī)冷卻時(shí)間控制在4個(gè)小時(shí)之內(nèi)。 實(shí)現(xiàn)燃機(jī)停運(yùn)4 小時(shí)后進(jìn)行壓氣機(jī)離線水洗，對于優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式非常有利。 當(dāng)然，這樣做的影響可能是對鍋爐的冷卻較大，造成再次啟動(dòng)時(shí)參數(shù)變低，但是該影響是非常小的。

5 壓氣機(jī)水洗應(yīng)該注意的問題

通過分析多次水洗后機(jī)組的啟動(dòng)情況， 生產(chǎn)人員發(fā)現(xiàn)燃機(jī)水洗后的排污相當(dāng)重要。 在V94.2 型燃機(jī)的技術(shù)資料中要求， 燃機(jī)水洗后初次啟動(dòng)滿速時(shí)應(yīng)打開防喘放氣門5 分鐘進(jìn)行帶壓排污。 而某廠V94.3A 型機(jī)組曾經(jīng)有一次因水洗后排污時(shí)間短， 機(jī)組啟動(dòng)后防喘放氣管道震動(dòng)大，造成燃機(jī)底部5 級防喘閥位置開關(guān)狀態(tài)消失。 事后分析為防喘放氣閥關(guān)閉后，閥前有積水，在氣流沖擊下造成管道及閥門振動(dòng)所致[3]。 另外，對水洗后排污水進(jìn)行化驗(yàn)，證明燃機(jī)水洗的浸泡過程值得重視。 在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行相同的等效小時(shí)后， 水洗中采用水洗液浸泡方式與不浸泡的方式相比，排污水質(zhì)差別較大。 水洗溶液浸泡時(shí)間和排污時(shí)間， 前者影響水洗的效果， 后者影響運(yùn)行的穩(wěn)定性。

由于該型燃?xì)廨啓C(jī)組的設(shè)計(jì)燃料為西氣東輸天然氣，燃?xì)馄焚|(zhì)較好，雜質(zhì)含量在西門子公司要求的控制范圍內(nèi)， 天然氣中雜質(zhì)的含量對燃?xì)廨啓C(jī)透平的積垢影響不大。 V94.3A 型燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到對透平葉片進(jìn)行清洗， 認(rèn)為透平葉片的積垢對機(jī)組的影響可忽略不計(jì)。

以上分析均來自于日常運(yùn)行參數(shù)的記錄分析。 對壓氣機(jī)葉片、 透平葉片結(jié)垢及流通截面積的分析還應(yīng)參考定期使用先進(jìn)的探測儀器拍攝的實(shí)際照片， 當(dāng)然水洗效果的評價(jià)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際照片。

［1］BASF Antwerp CCPU1，Siemens AG.

［2］楊順虎. 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行 ［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［3］焦樹劍，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，2.