霧霾天氣對聯(lián)合循環(huán)機組運行影響的分析

李聰聰

【摘要】廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司（簡稱惠州LNG電廠）位于廣東省惠州市大亞灣經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)石化工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是國內(nèi)最大的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目之一，目前3臺39萬千瓦燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組已經(jīng)于2007年6月18日全部投產(chǎn)發(fā)電，燃氣輪機為三菱M701F3型。

2014年3月19日下午至20日上午，大亞灣出現(xiàn)較為嚴重的霧霾天氣，當時運行機組的壓氣機進氣濾總壓差顯著上升，對我廠聯(lián)合循環(huán)運行機組造成了一定影響。下面以#3機組為例，就霧霾天氣對機組運行的影響進行簡單的分析。

【關鍵詞】機組運行； 霧霾天氣；機組安全性

一、現(xiàn)象：壓氣機進氣濾壓差增大

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)繪制霧霾天氣前后的#3機負荷及進氣濾壓差趨勢圖（見圖1），由該圖可知，相同負荷下，霧霾天氣使壓氣機進氣濾壓差顯著增大，具體情況如下：一）一級進氣濾（粗濾）壓差略有上升，幅度在0.1kpa以下；二）二級進氣濾（精濾）壓差持續(xù)大幅上升，幅度最大達0.4kpa左右；三）壓氣機進氣濾總壓差持續(xù)大幅上升，相同滿負荷下，進氣濾總壓差最大值達1.1kpa，上升幅度達0.5kpa左右。根據(jù)三菱要求，當壓氣機進氣濾壓差達1.1kpa時，為避免防爆門動作，機組應降負荷運行。同時為了防止過濾器總壓差突然增大，危機壓氣機穩(wěn)定運行，在壓氣機進氣室設置有四個防爆門，當總壓差>1.25Kpa時，一個防爆門打開；當總壓差>2.85Kpa時，其余三個防爆門打開，此時應手動停機。

二、對機組經(jīng)濟性的影響

（一）機組最大出力略微下降

壓氣機進氣壓損增大將導致燃機進口空氣流量減小，這類似于大氣壓力減小產(chǎn)生的效果，在小幅度范圍內(nèi)，二者對燃機性能的影響可以近似認為相同。根據(jù)燃氣輪機基本理論及三菱提供的M701聯(lián)合循環(huán)機組大氣壓力—機組出力/效率修正曲線（見圖2），在其它參數(shù)不變的條件下，壓氣機進氣壓損增大0.5kpa將導致機組最大出力下降約1.8MW。另外，根據(jù)滿負荷時的燃機比功數(shù)值也可推導出相同結(jié)果。

（二）機組各負荷效率略有上升

霧霾天氣期間，壓氣機進氣濾壓損增大，壓氣機進口空氣流量減小，機組在滿負荷時的效率基本不變，而部分負荷時效率甚至略有提高，幅度在0.5%以下，見表1、圖3，簡單解釋如下：

1、根據(jù)燃機控制原理，隨機組負荷升高，燃氣初溫將隨之升高，當燃氣初溫達到限定值時，機組即達到滿負荷。

2、當燃機空氣流量小幅度變小時，由于滿負荷時的燃機溫比和壓比不變，機組滿負荷效率理論上將維持不變，而實際上滿負荷燃氣初溫的控制是有一定裕度的，燃氣初溫將略有上升，機組效率也將隨之小幅度提高。

3、當燃機空氣流量變小時，部分負荷下的燃機溫比是上升的，且由于余熱鍋爐進口煙溫的提高，蒸汽循環(huán)效率也將上升，故機組部分負荷效率將略有上升。

三、對機組安全性的影響

（一）防爆門未打開前機組安全性基本無影響

霧霾天氣期間，壓氣機進氣濾壓損增大，在防爆門未打開前，壓氣機進口空氣流量減小。理論上來說，當轉(zhuǎn)速一定而空氣量減少時，會引起壓氣機轉(zhuǎn)子動葉攻角的增加，當空氣量減少而使動葉攻角增大到臨界攻角附近時，動葉排中的某幾個葉片可能發(fā)生分離導致旋轉(zhuǎn)失速，嚴重的情況下可能導致發(fā)生壓氣機喘振，嚴重威脅機組的運行安全。

使用Gasturb軟件對三菱M701F燃氣輪機進行建模計算后發(fā)現(xiàn)在99kPa～101kPa的進口壓力下壓氣機的運行工況點比較穩(wěn)定，喘振裕度還較大，也就是說霧霾天氣，壓氣機進氣濾壓損雖增大，在四個防爆門打開前，進口空氣流量雖然減小，但燃氣輪機壓氣機穩(wěn)定運行的裕度還很大。

（二）防爆門打開后機組需停機

根據(jù)三菱規(guī)定，當總壓差>1.25Kpa時，一個防爆門打開，此時能保證機組安全運行，但考慮到有部分臟空氣直接進入壓氣機，為防止臟空氣對IGV和壓氣機葉片造成損壞，此時需盡快停機；當總壓差>2.85Kpa時，其余三個防爆門打開，防爆門全開時可保證機組50%的空氣流量（防止壓氣機喘振），此時應手動停機。

由于進氣濾網(wǎng)的過濾特性，當長時間使用流通間隙變小后，空氣中的細小雜質(zhì)更容易堵塞在濾網(wǎng)上，所以一旦濾網(wǎng)壓差較高后，會在較短的時間內(nèi)快速上升。因此在實際運行中，為了避免進氣濾網(wǎng)壓差快速上升，防止防爆門動作，當壓氣機進氣濾壓差達1.1kpa時，機組應降負荷運行。

四、結(jié)論和建議

（一）分析結(jié)論

通過對霧霾天氣前后#3機組負荷及進氣濾壓差實際數(shù)據(jù)的分析和性能計算，以及對壓氣機進行建模分析，并結(jié)合三菱的相關規(guī)定，可以得出：霧霾天氣主要導致燃機二級進氣濾（精濾）壓差大幅上升，導致機組最大出力略微下降，但機組效率基本不變，部分負荷甚至略有提高。只要防爆門不動作，進氣濾壓差稍微偏高對機組的安全性也無太大影響，但應該及早采取降負荷等措施防止防爆門動作。

（二）運行建議

霧霾天氣需加強對運行機組的監(jiān)控：霧霾天氣會導致機組進氣濾壓差升高，雖然對機組經(jīng)濟性和安全性影響不大，但需避免由于進氣濾壓差高導致防爆門動作而影響機組安全運行，同時還可能存在未發(fā)現(xiàn)的其它影響，因此在霧霾天氣需加強對運行機組，特別是燃機的運行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時分析處理。

發(fā)現(xiàn)進氣濾壓差高后及時降負荷運行：發(fā)現(xiàn)機組進氣濾壓差高后，及時降低機組負荷，減少進入燃機的空氣總量，這是降低進氣濾壓差，避免濾網(wǎng)工作條件進一步惡化，防止濾網(wǎng)壓差突升，避免防爆門動作最有效的方法之一。

（三）改進措施

可適當提高第一個防爆門的動作值：按照前面的分析結(jié)論和三菱的規(guī)定，第一個防爆門主要起到警示作用，只有當濾網(wǎng)壓差更高后所有防爆門打開才是為了避免壓氣機可能出現(xiàn)的喘振，所以可以適當提高第一個防爆門的動作值，避免其動作后需要盡快。