机组保养时燃气轮机IGV运作方式选择

PG9171E燃机机组余热部分保养时燃气轮机IGV控

制方式的合理选择

赵光锋毛建国

（浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，浙江金华321025）摘要：本文从控制原理出发重点分析了燃气轮机带部分负荷时IGV投入与撤出两种控制方式的特点,提出了余热部分保养时采用燃气轮机IGV温控撤出的运作方式，使机组运行更具经济性,可供同类型机组参考、借鉴。

关键词：燃气轮机；IGV控制方式；选择

0 前言

浙江浙能金华燃机发电有限责任公司5号机为GE公司生产的PG9171E型燃气轮机，锅炉为杭州锅炉厂提供的Q1153/526-173.6(33.3)-5.9(0.67)/500(257)型余热锅炉，汽轮机采用了上海汽轮机厂生产的LZN55-5.6/0.65型55MW联合循环双压凝汽式汽轮机，燃机控制系统为机组出厂配置的MARKV系统。目前，受社会用电需求下降影响，机组发电小时数大幅降低，大部分时间处于备用状态，因此，在进行机炉保养过程中合理选择IGV控制方式对提高联合循环发电经济性更具有积极意义。

1燃气轮机IGV两种控制方式的原理对比

压气机进口导叶IGV控制就是通过IGV叶片转角的变化限制进入压气机的空气流量，这样就可以根据燃气轮机运行的各种需要改变IGV角度。燃气轮机通过人工手动控制模式或自动控制模式实现IGV角度的改变，一般情况下都选择自动控制模式。在自动控制模式下燃气轮机IGV运作方式有IGV温控撤出（单循环方式）和IGV温控投入（联合循环方式）之分，但是从控制逻辑计算上分析可知，两种运作方式既有共同点也有不同之处。

﹙1﹚IGV两种控制方式共同点

CSRGVX

CSKGVMN

CSRGVP

CSKGVMAX

CSRGVOUT 最

大

值

选

择

最

小

值

选

择

图1 IGV控制基准

CSRGVX：IGV温度控制和手动控制基准 CSKGVMN：IGV最小全速角﹙57°﹚CSRGVP：部分转速IGV控制基准 CSKGVMAX：IGV全开角﹙86°﹚

CSRGVOUT：IGV的伺服输出基准

燃气轮机为了降低机组启动功率和扩大压气机的稳定工作范围，正常启动时IGV保持在全关位置﹙34°﹚，CSRGVOUT输出值刚开始由CSRGVP赋予，如图1所示。部分转速IGV控制基准CSRGVP在燃气轮机转速低于TNHCOR值﹙转速标准校正值）时一直为34°，与此对应IGV开度为34°。当燃气轮机转速高于TNHCOR值并逐步上升到全速时，CSRGVP由34°逐步上升到86°，与此同时IGV开度由34°逐步上升到57°但不会达到86°。这是因为CSRGVP＞57°时，CSRGVOUT值由原来CSRGVP赋予让位于CSRGVX 与CSKGVMN中的最大值赋予。由图2可知，只有当TTXM与最小选择门输出温度值之差大于零摄氏度情况下才能使

L60GVERR 逻辑置“1”，允许 CSRGVX 值逐步上升。但是燃气轮机启动过程中，特别是启动马达脱扣后TTXM 值并不高，CSRGVX 值不会超过CSKGVMN ﹙57°﹚，因此，燃气轮机到达全速时其IGV 开度维持在最小全速角57°。为满足热力系统不同运行工况的要求，燃气轮机设置有IGV 温控，IGV 温控是通过对IGV 角度的控制实现对燃气轮机排气温度的控制。随着机组并网，负荷上升，排气温度升高到IGV 温控点时CSRGVX 值就超过CSKGVMN ﹙57°﹚，IGV 开度从57°逐步开大，以维持排气温度与IGV 温度控制点的一致，直到IGV 开全。

TTXM TTRX CSKGVDB L83GVDB TTRXGVB 371℃1120℃l83GVSS TXGVERR

L60GVERR A A>B B

MIN SEL

+

-+-++

++-7X

++

+

--1

TNGV CSKGVTPG CSKGVTC CSRGV

RESET:OUT=V

CSRGV_TEMP

CSRGVX

CSKGVR1CSKGVR2L83GVR2CSRGV

X min 0

CSRGV_TEMP

L60GVMAX L60GVERR

AND

AND

L60GVMIN

OR

MRATE

T

V V 1+Ts

=OUT

CLAMP

0℃

max

图2 IGV 自动控制方式时CSRGVX 计算简图

TTXM ：燃气轮机平均排气温度修正值 TTRX ：排气温度控制基准 TTRXGVB ：保护偏置IGV 排气温度命令 L83GVSS ：单循环运行选择 CSRGV ：IGV 基准角度 CSRGV_TEMP ：IGV 温度控制基准

L60GVERR：通过排气温度和IGV温度基准“开∕关”IGV

L60GVMAX：IGV在最大位置﹙CSRGV≥86°，逻辑置“1”﹚

L60GVMIN：IGV在最小位置﹙CSRGV≤57°，逻辑置“1”﹚

﹙2﹚IGV两种控制方式异同点

燃气轮机基本排气温控线和IGV温控投入时的联合循环IGV温控线有各自的等温线、拐点、斜率，而且都和压气机排气压力CPD有关系。由图2可知，IGV温控撤出和IGV温控投入两种运作方式下IGV排气温度控制点是不一样的。选择IGV温控撤出时最小选择门的输出值是371℃，排气温度超过371℃就开大IGV角度，排气温度控制始终以371℃为目标，直到IGV开全。而IGV温控投入时的IGV排气温度控制点高于IGV温控撤出时的IGV排气温度控制值﹙371℃﹚，在燃气轮机带部分负荷为维持给定点排气温度，IGV开大起始时间上IGV 温控投入运作方式要比IGV温控撤出运作方式迟的多，导致进气流量前者比后者小，排气温度却要比后者高。因此，IGV温控撤出运作方式由于燃机排气温度低，适合应用于热力系统的全冷态启动，有利于压力、温度按照规定控制缓慢上升，使热力系统各部分受热均匀，避免了热应力过大情况的出现；而IGV温控投入运作方式适合应用于热力系统的热态启动，达到热力系统快速启动的目的。同时，燃气轮机在带部分负荷运行时IGV角度的改变对燃气轮机本身效率的影响不大，主要影响的是燃气轮机压气机进气流量，进而影响排气温度的高低，从而对热力系统的效率有着重大影响。为此，下表实测的一些运行参数可以说明：在燃气轮机带同等负荷下，IGV温控投入控制方式能提高热力系统的效率和运行经济性，具体实测数据如下：

2机炉保养时燃气轮机IGV两种控制方式经济性对比

目前，我们公司机炉保养采用的是加胺成膜胺保护法，当热力系统压力、温度降至合适条件时，在热力系统中加入十八胺，具体操作控制是：停机前4小时开始加药，确保加药到停机有2小时以上的时间循环。为满足加药条件，燃气轮机只能带部分负荷以控制热力系统的运行参数在规定范围内。由于加药的总时间比较长，机组带部分负荷，这种情况下燃气轮机IGV控制方式的合理选择，会影响到整个联合循环运行的经济性，以下是部分实测运行

十八胺具有在高温下分解的特性，因此，实际运行中一般将过热蒸汽温度控制在440℃左右。由上表实测数据中可以分析得到：在环境温度、过热蒸汽温度接近的情况下, 燃气轮机IGV控制方式的不同,对燃机和汽机的负荷影响比较大，联合循环运行经济性存在很大的差异。造成这一差异的主要原因是：IGV温控投入时，由于IGV开度小，压气机进气流量小,排气温度较高,机组只能带低负荷,而且因为燃气轮机烟气流量小，供给热力系统的总能量少,致使余热部分参数低,汽机补气不具备投入条件,最终导致汽机负荷也低,运行经济性差；IGV温控撤出运作时,由于燃气轮机IGV开度大,压气机进气流量大,排气温度相对低,机组有