MS9001E型燃气轮机

MS9001E型燃气轮机作者：燃气轮机2007-12-25 21:58:47标签：杂谈9E型燃气轮机启动过程分析Analysis on the start of MS9001E gas turbine摘要：近年来，燃气轮机及其联合循环在国内外发展十分迅速。

本文以深圳南山电厂投运的MS9001E型燃气轮机为依据对燃气轮机的起动过程进行分析。

首先，对燃气轮机的结构、性能、工作原理及一些辅助系统进行介绍，并对其Mark V 控制系统的结构、系统特点进行了说明，并指出起动过程中常见的问题。

然后，对起动的每一阶段及其投入的相应控制进行说明并分析，且分析了转速控制算法和加速控算法的给出。

最后对起动的实际操作过程进行介绍，并采集了起动过程的相关数据，画出了起动特性曲线，并对其进行分析。

关键词：燃气轮机；Mark V 控制系统；程序控制系统；燃料行程基准Abstract：Recent years，gas turbine and its combine cycle power plant developed so quickly both in China and foreign countries. This paper analyzes the start of MS9001E gas turbine base on Shenzhen Nanshan Gas Turbine Power Plant .It first introduces construction , feature ,working principle of gas turbine and some auxiliary systems , and also proceeding the structure and the special of the Mark V control system . it also points out some accidents may happen in the start . second , analyzes the each step of start and describes the sequence control traced by the steps ,and also analyzes how the FSRN and FSRACC get out . then it specifies the practice of how to start the gas turbine and collects some data of the start , processed by drawing characteristic lines .Keywords：gas turbine ; Mark V control system ; sequence control system ; FSR前言燃气轮机是继汽轮机和内燃机问世以后，吸取了二者之长而设计出来的。

但由于燃气轮机对空气动力学和高温材料的要求超过其他动力机械，因此，发展燃气轮机并使之实用化，人们为之奋斗了很长时间。

近十多年来，燃气轮机在电站中得到了迅速的发展。

1987年，美国燃气轮机产量首次超过了汽轮机的产量。

目前全世界年装机容量正以约20000MW的速率增长。

现在世界上已有二十多个国家，一百多个企业生产近千种型号的燃气轮机，以GE，PW，GEC—RR，ABB，KWU，WH六家大公司为中心形成若干跨国生产集团，其产量占世界大中型燃气轮机的绝大部分。

1999年日本气电装机占火电装机比例的28%，东京电力公司的天然气电厂已占其石化燃料的45%；美国2000~2004年新建电厂中，天然气电厂约占93%,英国天然气电厂占全英装机容量的30%；德国气电装机占23%；而我国1995年天然气燃轮机电厂比例为1.4%，预计到2006年仅达2.7%，远低于发达国家水平。

国家“十五”纲要提出：“能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用率，加强环境保护”。

随着国家能源政策的战略改变和能源结构的调整，要求使用清洁能源，燃气轮机组的发电比例将会逐年提高，预测到2010年利用清洁能源发电比例将由现在的0.5%提高到6.39%（增加12倍）。

2000年2010年2020年2030年天然气利用比例6%8.5%7.5%天然气发电占天然气消费比重5%40%60%60%天然气发电在电源结构中比例0.35%6.39%11.31%8.45%燃气轮机是以连续流动的气体为工质的内燃式旋转机械，由压气机、燃烧室、透平三部分及相应辅助设备组成。

它用于发电有下特点：1、重量轻、体积小。

2、厂用水和用电极少，甚至可做到无电源起启动，可用于缺水缺电地区。

3、燃料适应性强，能燃用多种燃料。

4、启停快，有利于调峰。

5、排放物低污染，有利于环保。

6、安装周期短，造价低，效率高。

7、自动化程度高。

目前，燃气轮机用于发电，主要与蒸汽轮机组成联合循环系统，此时可以获得较高的联合效率，燃用天然气的联合循环效率达50～58%，新一代的联合循环效率达60%。

总之，建设9E燃气蒸汽联合循环电站是实现安全、快捷、高效、可靠地发展清洁能源电力、满足地区调峰负荷需要的最佳途径和最现实的手段。

深圳南山热电股份有限公司自1989年成立以来经过十多年的高速发展，公司形成了以燃机发电为核心，涵盖燃机工程项目建设与管理，专业人才培训，电力投资及油品贸易等相关领域的综合业务体系。

公司拥有全国最大的燃气轮机发电厂——深圳南山热电厂，中山最大规模的电力招商引资项目——深南电（中山）电力有限公司、深南电(东莞)唯美电力有限公司以及深圳市先进技术企业——深圳新电力实业有限公司，总装机容量达162万千瓦。

坐落在深圳月亮湾畔的深圳南山热电厂，是隶属于深圳南山热电股份有限公司的燃机联合循环电厂。

占地面积10万平方米，总装机容量达90万千瓦。

电厂拥有三台PG5001P燃气轮发电机组和一套S602B、四套S109E燃气蒸汽联合循环发电机组.电厂两班制运行,目前已投产营运16年.深南电下属的南山电厂从建厂伊始就一直致力于燃机余热利用的系统设计和设备配套的最优化工作。

1994年即对MS6000B 和MS9000E 型燃机进行燃气——蒸汽联合循环系统改造的初步尝试。

在2001年至2003年的3年间，南山热电厂积极进行“以大代小”技术改造，以一年投产一台套机的速度及不断的优化设计建成了三套高效的S109E 燃机联合循环机组。

在燃机烧重油工况下，联合循环实际发电热效率和运行可靠性达到了目前国内最好水平。

本论文正是以深圳南山热电厂的9E型燃气轮机为研究和实践的对象，对启动过程进行研究和分析。

1、9E型燃气轮机原理及运行1.1 9E型燃气轮机本体结构介绍简单循环燃气轮机发电装置一般由压气机、燃烧室、透平、控制系统、发电机和其它基本的辅助设备组成。

燃气轮机将气体压缩，加热后在透平中膨胀做功、驱动发电机输出电能，实现热电转换的循环过程。

9E型燃气轮机本体结构剖面图如图2-1所示。

图2-1 MS9001E燃气轮机纵剖面图MS9001 E型燃气轮机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机；它是在GE的MS5001，6001，和7001燃机运行经验的基础上设计出来的产品。

GE在它的设计中使用了最新的材料和冷却技术方面的成就，以及汇集了GE发展的先进的压气机、燃烧室和透平等方面的设计成就。

MS9001E型1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%,排气温度539度，排气量1476´103公斤/小时,压比为12.3，燃气温度为1124度。

MS9001E型燃机由17级压气机，14个回流式分管燃烧室，3级燃气透平组成，机组全自动化及遥控。

从起动到满负荷时间约为20分钟，机组使用MARK V控制和保护系统。

燃机发电机是被一个单轴式燃机驱动，并产生50HZ频率的电能。

它的输出功率为120MW（在基本负荷下运行）。

燃机在燃烧室内燃烧燃油并传送能量，使发电机、压气机和几个辅助设备旋转。

燃机由一个启动马达（额定功率1000W），一个17级的轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子组成。

轴流式压气机转子和透平转子由法兰连接，并有3个支撑轴承。

在压气机出口，空气进入燃烧室并和来自喷嘴的燃油相混合。

两个火花塞点火。

高温燃气从燃烧室进入与燃烧室内衬的尾部相连的过渡段，再经过过渡段流向透平。

高温燃烧使空气热膨胀。

注入到空气中的燃料越多，燃气的温度越高，气体的体积就越大。

增加的空气容量能使透平前的压力升高，其结果是使通过透平的速度更高。

这种现象允许通过不同的燃油流量来控制燃气的速度和它输出的能量。

在透平区，每一级是由一排静叶和安装在转动轴承上的一排动叶组成。

在每一排静叶上，气流的动能在上升，而压力减少。

燃气进入到透平动叶，部分的动能转变为机械能带动透平转动。

通过透平的压降越多，产生的电能越大。

燃气通过三级透平后，排出的气体通过排气缸、排气烟道并进入排气消音器排出大气。

燃机安装有消音墙，以减少噪声的扩散。

也要确保燃机内有正确的通风。

燃气轮机发电机是空冷、三相、二极、3000rpm转速、50HZ频率的交流电、实心铸铁转子的同步发电机。

空气/水交换器确保发电机的热量由封闭冷却水循环系统带走。

轴承安装了顶轴油设备。

有一个中压框安装在发电机内。

它有一些必要的设备完成电压、频率和电流测量功能。

1.2燃气轮机辅助设备及系统介绍1.2.1 燃气轮机的启动和盘车系统在燃气轮机启动过程中，启动系统的主要功能有：（1）将燃气轮机从静止状态启动到盘车转速；（2）将燃气轮机转速加速到点火转速并保持到点火成功；（3）将燃气轮机加速到自持转速（在该转速下燃气轮机输出净的正功率）。

燃气轮机在启动时必须先利用外界动力源（启动机）带动转子达到一定转速，因为燃气轮机的转子不转动时，空气不往燃气轮机中流动，燃烧室中空气未经过压缩，在这种情况下，如果在燃烧室中喷油燃烧并不能使透平产生功率，转子不会转动，而燃气轮机将被烧毁。

当启动机带动转子但转速很低时，即使在燃烧室中喷油燃烧并保持燃气温度为启动过程最大允许值，燃气轮机还是不能启动，因为转速很低时，压气机增压比，压气机和透平的效率都很低，透平产生的功率小于压气机所需要的功率。

只有当燃气轮机的转速达到某一定转速时，透平前燃气温度保持启动过程最大允许值时可以使燃气轮机稳定地工作，这个转速称为最小稳定工作转速或自持转速。

起动系统主要由起动机，液力变扭器，盘车装置，SSS离合器，辅助齿轮箱等设备组成。

下面分别做简单介绍。

1、起动机起动机的种类有柴油机和电动机。