内蒙古苏里格PG9171E燃气轮机运行说明书解读

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内蒙古苏里格PG9171E燃气轮机
机组运行说明
南京汽轮电机（集团）有限责任公司
2005年6月9日
目录1．电厂
2．主要系统的说明
2.1燃气轮机
2.2燃气轮发电机
2.3燃气轮机辅助设备
2.3.1 起动系统与盘车系统
2.3.2 可调进口导叶系统
2.3.3 CO2消防
2.3.4 润滑系统
2.3.5 油雾分离器
2.3.6 液压油系统
2.3.7 机组振动监测系统
2.3.8 转轴附加监测系统
2.3.9 气体燃料设备
2.3.10 干式低NO X燃烧室
2.3.11 可燃气检测系统
2.3.12 空气进气系统与抽气加热系统
2.3.13 排气系统
2.3.14 排气压力监测系统
2.3.15 罩壳通风与加热系统
2.3.16 压气机的在线与离线清洗
2.3.17 冷却水系统
2.4 控制系统
2.4.1 燃气轮机控制系统
2.4.2 燃气轮机的发电机控制系统
2.4.3 马达控制中心
3．控制系统构成
4．操作方法
4.1 当地操作方式
4.1.1 燃气轮机的起动与同期
4.1.2 燃气轮机带负荷
4.1.3 燃气轮机的停机
4.1.4 燃气轮机的跳机命令4.2 远程操作方式
5．系统运行
5.1 备用
5.2 起动
5.3 同期
5.4 加负荷
5.5 正常停机
6．仪器仪表和控制回路的说明6.1 机组控制
6.2 组合控制
6.3 单个控制
1. 电厂
苏里格电厂由两台9E型燃气轮发电机组组成。

本文件包含该燃气轮发电机组和其辅助设备的说明，且陈述了燃气轮机的主要运行程序。

2.主要系统的说明
燃气轮发电机组是由一台燃气轮机、一只联轴节、一台发电机构成，燃机通过联轴节拖动发电机产生50Hz的电力。

额定输出功率约为120MW（在正常基本负荷运行下）。

2.1燃气轮机
苏里格燃气轮机是采用干式低NO X燃烧系统的烧单一气体燃料的9E
燃气轮机。

空气与燃料的混合物在燃气轮机燃烧室内燃烧，向发电机、压气机及几个辅助设备输送必要的功率，使其转动。

该燃气轮机具有一台起动马达（名义额定功率1000kW）、一台17级轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子及辅助设备。

轴流式压气机转子与透平转子藉法兰装配到一起，且由3个轴承支持。

该装置起动时，起动马达通过变扭器和辅助齿轮将其扭矩传递给燃机主轴，它带动诸如轴驱动泵的相关辅助设备。

当主传动轴旋转时，空气通过空气过滤器、管道和空气进口消音器并进入轴流式压气机。

在压气机出口处，空气进入燃烧室并与来自喷嘴的燃料混合。

两个火花塞实现点火。

来自燃烧室的高温燃气进入与燃烧室火焰筒末端相连接的过渡段，且从那里流向透平段。

高的燃烧温度致使空气显著膨胀。

注入到空气流中的燃料愈多，空气温度升得愈高，其体积变得愈大，空气体积的增加造成透平前的压力升高，从而致使空气以较高速度通过透平。

这样可以允许通过改变燃料流量去控制燃气速度和透平的输出功率。

在透平段中，每个级由一列静叶片和跟随其后安装在旋转轴上的一排动叶片组成。

在每列静叶片中，燃气流的动能增加，而压力则降低。

在进入到随后的一排动叶片中后，部分动能转换为使透平轴旋转的机械功。

通过透平的压力降愈大，功率输出愈大。

燃气在通过3个透平级后，通过排气室和烟道排出。

为减低噪声水平，将燃气轮机安装在消声罩壳中。

它还确保燃气轮机环境空气的正确通风。

2.2燃气轮机的发电机（另外专门说明）
对苏里格项目来说，燃气轮机的发电机由南京汽轮电机（集团）有限
责任公司（NTC）制造。

下面的发电机说明限于主要特性，请参阅发电机文件以获得更多信息。

该发电机为闭式通风、空冷、三相、两极、3000 r/min、50Hz交流、具有实心锻造转子的同步发电机。

空气/水换热器通过闭式冷却水回路确保带走发电机的热量。

轴承配有顶轴油装置。

为获得下述功能，中压附属设备包括必要的装置：
●电压、频率及电流的测量；
●发电机中性点的接地。

在起动过程中，给发电机轴承提供辅助的顶轴油系统（不由GE提供），以便将轴顶起，从而对起动摩擦力给予补偿。

2.3燃气轮机辅助设备
2.3.1 起动系统与盘车系统
起动系统包括为把机组在起动期间带至自持转速的驱动设备。

该设备主要包括一台“拖动马达”（3000r/min、额定功率1000kW）和一个液力变扭器。

变扭器具有控制点火转速和转子盘车转速（120 r/min）的可调静子。

盘车系统的设计为的是在冷机过程中盘动转子，在停机后使转子均匀冷却。

它包括一个被称为“盘车马达”的电动马达（750 r/min，30kW），该马达通过拖动马达和变扭器的转子驱动燃气轮机。

燃气轮机转子的起动总是由拖动马达进行的。

在压气机清洗程序进行中还将利用起动系统使燃气轮机以要求的转速运转。

在冷机过程中机组作好按照信号进行起动的准备。

2.3.2可调进口导叶系统
为了在起动和停机过程中提供压气机的喘振保护，在燃气轮机上安装了压气机可调进口导叶（IGV），而且在部分负荷工况下也要使用它。

可调进口导叶的执行机构是一个液压动作组件，具有控制导叶角度的闭式反馈控制回路。

叶片在其工作范围内自动定位，以便对正常带负荷运行下的控制系统的排气温度限值，或起动和停机程序进行中的控制系统的喘振保护限值给以响应。

2.3.3 CO2消防
消防系统的职能是向被保护区自动注入要求数量的CO2进行灭火，和在金属表面的冷却阶段为防止再着火使上述这些区域内CO2浓度保持在较高水平。

该系统的动作使机组遮断、提供报警、使通风机跳闸及关闭通风口。

着火检测系统由数个恒温检测器组成。

对于被考虑区域的每个部分，这些检测器按2回路设置。

如果同一个轮机间内的两个回路都被起动，则系统的动作得到执行。

有三个分开的检测/灭火区域：
●轮机间和辅机间
●负荷间
●干低NO X（DLN）间。

2.3.4润滑系统
润滑系统为燃气轮机和发电机的轴承产生冷的、经过过滤的滑油。

燃气
轮机、发电机、变扭器及辅机齿轮的润滑设施包含在一个公用的润滑系统中，该系统包含一台主滑油泵、一台由交流马达驱动的100%容量辅助滑油泵、一台由直流马达驱动的应急滑油泵及一个带油一水换热器、过滤器、轴承母管调压器和减压阀的油箱。

在机组的正常运行期间由（利用辅助齿轮的转轴驱动的）主滑油泵提供滑油，在起动、盘车、惰走和冷机阶段由交流马达驱动的辅助泵提供滑油，而在某些情况下由作为交流泵后备的直流马达驱动的泵提供滑油。

这些泵装在油箱内，而马达在油箱上方。

为了对滑油系统进行控制、显示和保护，提供温度开关、压力开关及压力表。

发电机具有顶轴油装置，以使其转子起动易于进行。

2.3.5油雾分离器
油雾分离器对滑油箱的通风口油雾进行过滤，并将滑油排回到油箱。

风机抽吸来自燃气轮机油箱的油雾，并通过去雾筒将非常细小油滴聚合起来。

然后，油藉重力经油的缓冲箱返回到燃气轮机油箱。

借助对油箱真空压力的监视，控制直接依靠燃气轮机控制系统。

2.3.6液压油系统
为了确保燃气轮机的正常运行，液压供油系统给各种截止和控制的执行机构供给高压流体和低压遮断油：
—在燃气轮机模块中有压气机可调进口导叶（IGV）；
—在气体和液体燃料系统中有燃料截止阀和控制阀。

液压系统的目的是当液压油压力过高时允许安全阀执行机构动作。

当流体油压力降低太多时，这些执行机构应自动返回其“安全”位置（IGV关闭、液体燃料与气体燃料的安全阀关闭）且机组遮断。

这些系统是这样进行设计的：为了驱动执行机构它们能非常迅速地对油的需求作出响应。

在每条液压供油管路上安装了蓄能器，以确保IGV和气体燃料的模块中有连续高压。

2.3.7机组振动监测系统
燃气轮机机组的振动保护系统是由几个独立的振动通道组成的。

每条通
道藉安装在燃气轮机或被驱动负荷的给定轴承座上的振动检测器检测过大的振动。

如果超过给定的振动值，振动保护系统将燃气轮机遮断，并显示遮断的原因。

当燃气轮机是用SPEEDTRONIC控制盘运行时，可以对每条通道的振动值进行监测。

2.3.8转轴的附加监测系统
除了用标准的地震式保护外，将提供一个利用接近式探头的轴位移监测系统。

并将在燃气轮机和发电机的每个轴承上安装非接触式探头。

上面所述的所有检测器将由一个监测系统进行处理，该系统装有适用插件和显示设备，位在燃气轮机辅助设备盘处。

2.3.9气体燃料设备
可燃气系统的设计要确保以适当的使用参数给燃气轮机供应燃料。

它在规定的压力范围内输送无任何固体或液体杂质颗粒的可燃气。

以100%的效能去除尺寸大于10μm的所有颗粒。

燃气轮机可燃气管路包含一个最终的可燃气分离器、一条用于性能计算的测量管线及一个伴有一只放气阀的切断阀。

如果发生下述情况则系统切断可燃气流：
—可燃气进口处压力过高；
—燃气轮机着火；
—燃气轮机每次停机。

可燃气控制是藉SPEEDTRONIC Mark VI盘，外加两个阀门，即截止速比阀和可燃气控制阀实现的。

每次停机时要将切断阀与截止速比阀之间的容积抽真空，以防止可燃气进入燃气轮机。

在重新起动机组前，对上述的阀门进行自动泄漏试验。

还提供涡流式气体流量计和相伴的计算器。

2.3.10 干式低NO X燃烧室
将干式低NO X燃烧室设计成能够防止在进入燃烧区以前已经与空气予
混的可燃气的自然燃烧。

这种予混的目的是：为了减低NO X生成速率，要获得非常均匀的贫燃料的空气—燃料混合物。

2.3.11 可燃气检测系统
为检测燃气轮机罩壳中和可燃气体小室内的气体燃料的漏失提供可燃气检测系统。

该系统内使用的可燃气检测器适用于天然气。

燃气轮机罩壳内有六个检测器：三个在罩壳空气出口通风通道中，三个在燃气轮机底盘构架中。

另有三个检测器位在DLN外壳中。

在燃气轮机控制间的辅助柜中安装可燃气检测器监测装置。

2.3.12空气进气系统与放气加热系统
对苏里格项目来说，整个空气进气系统由NTC供货。

这里作的说明限于基本信息。

有关进一步的信息，参阅NTC文件。

、
为实现想得到的机组性能，对进入的大气，必需在其进入燃气轮机前进行处理。

燃气轮机空气进气系统是对环境空气流进行接收、过滤并将其引到压气进气口的手段。

该系统由一个进气过滤器、导管、消音弯头及进气室组成。

放气加热功能：该功能的主要目的是：
—在使用气体燃料的部分负荷情况下，为进行NO X含量的控制，
要扩大予混模式工作范围。

—在比较低的环境温度下保护压气机，避免喘振。

通过用于进口空气加热和降低压气机出口压力的压缩空气再循环，可以执行该功能。

该系统包括一个放气流量控制阀、一个带装有消音器的空气喷嘴的热空气总管。

2.3.13 排气系统
排气系统是燃气轮机的一个部分，它将驱动透平后的燃气再引入到大气中。

该系统可将高温排气经过排气道装置送到余热锅炉（HRSG）。

2.3.14 排气压力监测系统
为防止由燃气轮机排气通道中的节流而产生的排气道机械损坏和人身事故，燃气轮机排气烟道超压保护是必要的。

过高的背压可以由排气烟道的破坏或隔离挡板/烟囱关闭的误动作而产生。

该保护功能涉及到在任何潜在的节流出现前燃气轮机排气烟道中的压力探测。

该压力感测装置包括三个器件、一个变送器及三个压力开关，在万一出现排气烟道中的背压过高时它们可使燃气轮机遮断。

2.3.15 轮机间通风与加热系统
除了减低噪声外，已将加热与通风能力包括在轮机间与辅机间（罩壳）的考虑中，以保持可容许的温度。

受可调节的恒温器控制的加热器对这两个区域提供温度控制，它们安装在前隔壁上。

四个机间、辅机与燃机、负荷轴及DLN小室是藉风机独立通风的。

当着火保护系统被起动时，该系统利用重力动作的挡板去自动提供气密罩壳。

2.3.16压气机的在线与离线清洗
作为压气机内部元件上沉积物的结果，燃气轮机运行过程中的性能会降低。

压气机沉积物随吸入的空气产生。

透平段积垢的出现是由所烧燃料的种类和处理引起的。

这些部件的积污将降低燃气轮机的热耗率和输出功率。

压气机清洗
为保持压气机的清洁度采用两种清洗方法：
—在线清洗，在动力装置的正常运行中，当压气机积污时对其进行清洗，以恢复清洁状态性能。

这种清洗的进行方式是，当燃气轮机以全速运行且不在停机过程中时，在压气机进口注入水溶液。

必须使进口导叶叶片处在81°或者更大的开启位置。

清洗水的温度必须高于10℃，且CTM（压气机进口温度）必须高于10℃（取决于使用抗结水装置与否的可调设定）。

清洗水流量过藉SPEEDTRONIC控制盘可自动调节的控制阀（20TW-3）。

清洗溶液流入压气机喷雾总管并通过喷雾喷嘴进入压气机实现清洗。

—离线清洗，当予见到有长的备用期，或者与压气机性能降低10%时，在动力装置停机后进行。

这种清洗的进行方式是在较低的“拖动”运行方式转速下，在压气机进口处注入含洗涤剂的水溶液，并进行漂洗。

洗涤剂含有防止叶片在备用期发生腐蚀的成分。

如果CTM低于4℃，离线清洗不可能进行。

清洗水溶液以适合于燃气轮机供应要求的适当压力、温度和流量输送到压气机喷雾喷嘴。

清洗水溶液通过一个电动阀门（20TW-1）并藉压气机喷雾总管喷出。

该电动阀门利用当地按钮以手动方式使其动作（20TW-1/PB）。

必须使清洗水与透平轮间的温差不超过67℃。

这是为了使热燃气通道的热冲击减至最小。

对上述情况来说，“在线”清洗的有利之处是它可以在机组不予先停机的情况下实现。

然而，其效果较“离线”清洗要差。

因此，仅将其考虑作为“离线”清洗的补充。

2.3.17冷却水系统
利用一个完整的底盘外闭式回路增压冷却水系统去冷却来自燃机和发电机润滑系统、雾化空气换热器及透平支撑、发电机空气冷却系统。

外部的开式冷却水系统由他方供货。

2.4 控制系统
燃气轮机机组可从燃气轮机控制间（TTC）通过SPEEDTRONIC Mark VI 的当地操作员接口PC“HMI”进行当地控制，和从SPEEDTRONIC Mark VI 的远程操作员接口PC“HMI”或通过（远程HMI与DCS之间的）Modbus链接从分布式控制系统（DCS）进行远程控制。

TCC包括专用的现场自动化设施和相关的低电压配电装置。

2.4.1 燃气轮机控制系统
一台燃气轮机和其辅助设备的控制将由通用电气公司制造的一个以PLC命名的“SPEEDTRONIC Mark VI”执行。

该设备提供一个为控制燃气轮机专门设计的基于微处理机的燃气轮机控制系统。

通过采用三冗余控制处理机，机组可靠性得到提高。

该控制系统主要保证在起动、升速、加速及加负荷程序执行中燃气轮机所需要的燃料流量调节。

被执行的主要职能如下：
—燃气轮机的起动与停机；
—温度、转速、加速度及负荷控制；
—燃机冷机；
—燃机与辅助设备的保护；
—辅助设备顺序运行；
—燃机发电机同期与电压匠配；
—振动测量。

该盘可以以当地方式或远程方式操作：
—当地方式：从TCC中的人机接口（HMI）执行，向操作员提供关于
当前运行状态的反馈。

—远程方式：从远程HMI或DCS执行。

2.4.2 燃气轮机的发电机控制系统
该控制系统通过仅在TCC内的一块主屏，即“发电机保护与励磁柜”实现。

该系统的组成如下：
—一个操作员接口；
—一个数字电压调节系统；
—一台发电机保护中心设备；
—进行发电机到高压网同期连接所需要的设备。

该系统执行下述职能：
—来自与发电机伴随的传感器的逻辑、保护与模拟信号的采集、处理与显示；
—发电机与发电机断路器驱动器的主控制器（通过SPEEDTRONIC Mark VI柜执行自动和手动同期）；
—发电机异常运行状态的检测与报警和跳闸命令的产生；
—藉发电机保护继电器履行发电机保护；
—发电机励磁设备；
—包括自动和手动通道的数字电压调节器；
—利用同燃气轮机控制盘的公用协议与DCS联络的通信系统。

2.4.3 马达控制中心
马达控制中心（MCC）增强了诸如马达的动力传动装置和执行机构的自动化的控制并包括局部分配电装置。

将该屏设置在燃气轮机控制间（TCC），且由下述部分组成：
—交流/直流马达控制中心交流400V，三相，50Hz
—交流配电盘115/230V，50Hz
—直流配电盘125V
—低压/低压变压器交流400/115-230V
—UPS（不间断电源）直流电125V/交流230V
—蓄电池与两台充电机。

3．控制系统层次
机组的开动方法受制于人的管理和自动化管理。

事实上存在三个控制层次。

对每台单个机组来说，机组层对处在限界内的整台机组进行驱动和监测，且向专用层产生控制命令和进行监测。

机组层是通过位在当地控制室内的分布式控制系统（DCS）得到保证的，该层涉及燃气轮机机组设备。

专用层是单个监测和控制的集合，这层是人机接口的最低层，对且用包含在现场层内的诸如传动装置、仪器等现场设备起作用。

专用层藉当地控制室内的柜子执行。

详情参考图纸E0465100-DM001
4．操作方法
可以获得几种可能作法进行燃气轮机控制。

可以从被称为“当地操作方式”的SPEEDTRONIC HMIs之一，或从被称为“远程操作方式”的DCS驱动燃气轮机。

关于其他操作方法，参考同期原理文件N O E0465100 IAODM 001
4.1当地操作方式
从SPEEDTRONIC HMIs之一选择当地操作方式，该方式允许仅从SPEEDTRONIC Mark VI屏进行燃气轮机控制。

操作员有几个屏幕视图供其选用去控制和监测燃气轮机和其辅助设备的状态。

操作员的所有请求和设定点藉键盘和一跟踪球执行。

主要命令由操作员用通用屏幕视图下达。

为了给燃气轮机机组加负荷，向操作员提出不同运行方式的建议：
—基本负荷；
—予置负荷；
—手动设定点。

4.1.1 燃气轮机的起动和同期
操作员将检查下述方面的报警是否显示在报警屏上：
—燃气轮机与其辅助设备；
—发电机；
—燃气轮机高电压间。

如果显示出“作好起动准备”信息，他将在通用屏幕视图上选择“自动”和“起动”。

“起动选择”信息将显示在屏幕上。

在达到17%额定时转速时，将燃气轮机点火。

在达到100%额定转速时，显示“全速空载”信息。

如果无报警出现，将按程序的连续性实现燃气轮机机组的同期。

“同期”信息出现在屏幕。

同期自动进行。

4.1.2 燃气轮机带负荷
一旦将燃气轮机并网，操作员可选择下列三个方式之一：
基本负荷
在通用屏幕视图的负荷控制区操作员将选择“基本负荷”。

负荷将自动增加到额定值。

一旦燃气轮机达到基本负荷，将出现“温度控制”信息。

注意该性能取决于环境条件。

在基本负荷运行情形，若环境温度降低，
负荷将自动增加。

达到基本负荷的时间大约为20分钟。

●予置负荷
操作员将在通用屏幕视图的负荷控制区选择“予置负荷”。

操作员可通过“降低”和“升高”触屏调节予置负荷设定点。

在这种情况下，予置负荷被激活，且藉SPEEDTRONIC屏将负荷自动控制在予置负荷设定点。

●手动“兆瓦设定点”
操作员可通过“降低”和“升高”触屏自动调节负荷。

4.1.3 燃气轮机停机
操作员将在通用屏幕视图的“主选择”区内选择“停机”触屏。

在这种情况下，“停机选择”出现在屏幕上。

于是负荷降低。

显示运行后停机“信息。

在额定转速为0 r/min时，棘轮自动起动且产生”在冷机中“信息。

在燃气轮机停机后的14小时中滑油系统和棘轮不断在工作。

4.1.4 燃气轮机遮断命令
如果出现紧急情况，这种方式在出现严重过程报警时以手动或自动方式产生。

在紧急停机后，燃气轮机将关闭燃料阀门。

火焰将熄灭，断路器将打开。

负荷立即降低到0。

4.2远程操作方式
如果操作员想从DCS（分布式控制系统）控制燃气轮机，他必须在HMI （人机接口）上选择远程操作方式。

4.1章中所述的燃气轮机控制的所有功能应从DCS完成。

应将这些功能与开动联合循环操作组合在一起。

5．系统运行
5.1备用
操作员必须检查燃气轮机、发电机及其辅助设备与处于良好状态的它们
所有的组件和回路的连接正确。

为了能起动机组，必须使动力装置的所有辅助设备处于适当状态：
—整个设备处在令人满意的清洁状态。

—必须检查液位：
滑油箱，
燃气轮机和发电机的冷却水，
蓄电池溶液，
燃料，
凝结物。

—过滤器必须处于正常状态。

—必须使所有指示计处于工作状态。

—应当给辅助电路供电，且使其作好起动准备。

—消防系统作好准备。

—所有保护系统作了设置。

—必须检查蓄电池的负荷高低和滑油温度。

如果对上述这些情况作了检查，则燃气轮机作好起准备。

5.2 起动
藉辅助设备的起动自动起动程序开始执行。

滑油泵起动，且顶起发电机转轴。

拖动马达起动，随后离合器合上。

如果被选择的燃料是燃油，燃油前置泵起动。

借助于变扭器主轴旋转。

点火转速为17%额定转速。

将燃气轮机带动到点火转速，且清吹计时器起动。

在清吹计时结束时，设置点火燃料值，火花塞得电。

燃料回路打开，燃料行程基准信号（FSR）控制可燃气流量。

火焰检测器设置暖机燃料值，并将暖机计时器起动（约一分）。

为避免产生热冲击将燃料流量降低。

在暖机结束时，可燃气流量增加，使燃气轮机加速，直至达到65%额定转速。

在达到自持转速时，离合器与拖动马达脱开，该马达停运。

在达到最小工作转速95%额定转速时，起动程序将辅助泵停运，打开进口导叶（IGV）以获得最大空气流量。

关闭压气机放气阀，且排气室风机起动。

5.3 同期
为改善发电机同期，燃气轮机转速处在100.3%下。

基本原则是闭合线路断路器。

可获得两种同期方式：
—自动同期方式
—手动同期方式。

●自动同期方式提供当地和远程可实现作法（从DCS或远程HMI
执行的远程可实现作法）。

●手动同期方式操作员具有一整套允许监视诸如频率、电压、相位
角等参数的仪器和按钮去控制燃气轮机转速和发电机电压。

藉
SPEEDTRONIC避免操作员的任何误操作，如果测得值不包含在予
置窗口内，它禁止同期。

一旦燃气轮机以手动或自动方式实现同期，可通过几种加负荷程序对其加负荷。

但若起动时未选择负荷，则将机组负荷自动加到旋转备用值，如6到7MW，刚够上防止不真实的逆功率。

5.4 加负荷
在机组的正常运行中，起动与停机定序程序处于停顿状态，但没有较多影响。

操作员可选择共用电网频率或保持不变的负荷设定点。

存在三个负荷等级：
—旋转备用负荷等级，在6到7MW之间；
—基本负荷等级；
—予置负荷等级，可在旋转备用与基本负荷等级之间进行调节。

基本负荷是燃气轮机连续运行的正常加负荷方式，由燃气轮机环境温度的数值确定。

基本负荷运行的特征是在额定功率附近长时间连续运行。