当前位置：文档之家 › M701F4型燃气发电机组TCA系统的优化

M701F4型燃气发电机组TCA系统的优化

  • 格式：pdf
  • 大小：807.49 KB
  • 文档页数：4

64浙江电力ZHEJIANG ELECTRIC POWER2017 年第36卷第4期DOI: 10.19585/j.zjdl.201704016 文章编号院1007-1881(2017)04-0064-04中图分类号：TK264.1 文献标志码：B 经验交流M701F4型燃气发电机组T C A系统的优化徐忆恩(华电江苏能源有限公司，南京210019)摘要：东方三菱F3及F4重型燃气轮机机组特有的T C A系统，将冷却透平叶片后产生的热量加以利用，提高了整个联合循环的效率。

通过对比空气冷却式T C A与水冷式T C A的优缺点，着重分析了水冷式T C A的系统配置情况。

根据东方三菱的典型系统配置，水冷式T C A系统对高压给水栗的压头要求较高，使得机组运行的电耗增加。

为了在确保机组联合循环效率的同时尽可能地降低电耗，对比了几个优化方案，最终得出较优的方案。

关键词：TCA;水冷式；能耗对比；效率O p tim iza tio n o f T C A System o f M701F4 G a s T u rb in e G en erato rsX U Y ie n(HuadianJiangsu Energy Co.，Ltd.，N an jing210019，China)A b s tr a c t:TCA system of F3 and F4 heavy-duty gas turbine generators designed by Dongfang Electric Corpo­ration (Mitsubishi) utilize heat from turbine blade cooling to improve the efficiency of the whole combined cy­cle. By comparing the advantages and disadvantages of air-cooled TCA and water-cooled TCA，the paper pri­marily analyzes system configuration of water-cooled. According to the typical configuration of Dongfang Elec­tric Corporation (Mitsubishi )，the water-cooled TCA system has stringent requirement on pressure head of high-pressure feed pump，which increases the power consumption for units operation. In order to ensure com­bined cycle efficiency of units and reduce power consumption，the paper compares some optimization pro­grams and ultimately comes to a better one.K e y w o rd s:TCA；water-cooled；energy consumption comparison；efficiency1燃气发电机组的现状2003年以来，重型燃气发电机组作为国内传统燃煤机组的重要补充，在环境保护、节能降耗、电网调峰等方面起到了不可替代的作用。

第一批F级重型燃气机组主要是G E公司的9F A、三菱公司的M701F3和S I E M E N S公司的V94.3。

近几年，随着燃气机组技术的不断发展和引进，东方电气引进的三菱M701F4机型占据了国内F级燃气机组较大的市场份额。

2 T C A系统介绍2.1 T C A系统定义T C A系统即透平冷却空气系统。

燃机在正常运行时，透平转子和暴露在高温燃气下的透平叶片必须经过透平冷却空气进行冷却。

冷却空气由压气机抽气口抽出，通过T C A冷却器冷却后送至透平转子和叶片前。

T C A系统是三菱机组的特色技术。

2.2水冷式T C A冷却器要求水冷式T C A冷却器对给水系统和透平冷却空气供应温度有如下要求：(1) T C A冷却器出口温度：燃机启动阶段(从燃机启动至全速空负荷)的透平冷却空气温度应低于100益，因此T C A冷却器进口给水温度需维持在60益以下。

(2) T C A冷却器出口温度：达到全速空负荷后，该温度值在试运行阶段将作调整。

若空气温2017 年第36卷第4期浙江电力65度低于90益袁因为空气露点的原因，将有水产生并出现积水。

(3) TCA 出口给水温度院TCA 出口给水温度应 始终至少低于TCA 出口给水压力所对应的饱和温度15益。

(4) TCA 冷却器给水流量：燃机运行状态(燃 机负荷、环境温度等冤将影响TCA 冷却器进口空气流量和温度。

需要确定TCA 冷却器的给水流 量，使其出口空气温度维持在某个特定值以下。

水冷式TCA 系统如图1所示。

-T至凝汽器图1水冷式T C A 系统2.3水冷式T C A 系统的缺点TCA 出口给水进入余热锅炉高压汽包，因此 TC A 出口的温度需接近高压汽包内蒸汽饱和温 度。

另外，由于TCA 水侧出口水温高，容易在 TCA 出口管道中发生汽化，损坏管道和阀门，威 胁TCA 设备安全和机组的安全稳定运行。

为了避 免汽化，需将TCA 水侧出口管道的给水压力稳 定在比TCA 出口水温度高15益的温度所对应的 饱和压力以上。

根据东方电气(三菱)的经验，为了保证管道 和设备在机组的各种运行工况下都不发生汽化， 通常需将高压给水泵的出口压力稳定在16.5MPa 左右。

比正常高压给水压力12.5〜14MPa 高了不 少，从而增大了给水泵的功耗。

因此TCA 系统优化非常有必要。

3T C A系统优化方案为了解决以上问题，对该系统提出以下优化方案。

(1冤方案一：改变TCA 换热器的设计，保证 TCA 气侧出口的设计温度不变，仅降低TCA 水 侧出口的设计温度(暂按降低10益计算)。

降低TCA 出口给水温度后，防止TC A 内给 水汽化的最小给水压力也随之下降。

但是采用该方案后，余热锅炉高压汽包的接近点温差也会随之增加。

为了保证余热锅炉的产汽量不发生变 化，需要增加其换热面积。

同时，为了避免换热 面积增加导致的烟气阻力增加，余热锅炉需要增 加高度。

但这样设计以后，会造成余热锅炉的成 本大大增加。

另外，采用该方案后，TCA 的冷却面积会发 生明显变化，高压给水流量也会增加。

需要TCA冷却器的制造商进行相应的技术配合，对各种工 况进行核算，以便确认采用上述方案后TCA 冷 却器是否能够在各种工况下均安全稳定运行。

(2冤方案二：TCA 冷却器的设计不变，仅增 加冷却水流量。

采用这种方案，机组运行时，TCA 冷却器的 冷却水流量增加，确实可以降低TCA 冷却器的出口水温，使得给水泵的压力降低。

但同时也会 降低TCA 冷却器出口的空气温度。

燃机转子冷 却空气的温度对转子间隙等运行参数起着至关重 要的作用。

冷却空气温度降低后，会导致燃机的 功率和效率下降。

(3冤方案三：单独设置TCA 给水泵。

采用分泵方案后，给水泵系统的整体效率会 有所下降，其主要原因是由于其流量小、压力高， 很难选到合适的设备。

单独配置TCA 给水泵后还 需要为其配套相应的管道、阀门等一系列设备， 不仅会使投资成本和占地面积增加，同时会使得 TCA 系统的控制等方面变得更加复杂，增加了设 备维护的成本和工作量。

(4)方案四：低负荷下用TCA 温度闭环控制 TCA 冷却水量。

该方案利用实际的TC A 出口水温作为输入 信号去计算水侧饱和压力，根据计算所得对给水 泵的频率进行相应地调节。

由于TCS 对冷却水调节阀的控制和DCS (分 散控制系统)对高压给水泵变频的控制，2个控制 信号会对冷却水量调节产生相互影响，导致TCA66徐忆恩院M 701F 4型燃气发电机组T C A 系统的优化2017 年第36卷第4期气侧出口温度无法稳定，从而影响整个机组的安 全可靠运行。

对上述4种方案进行比较得出以下结论：方 案一安全运行受到余热锅炉、TCA 冷却器的多方 面制约，可靠性不强，且余热锅炉成本将增加； 方案二导致整个机组效率降低，得不偿失；方案 三增加一定的投资，但对系统影响较小；方案 四：控制非常困难，运行可靠性差。

因此推荐采 用方案三。

4T C A给水泵改造方案4.1单独设置T C A 给水泵方案原始方案：TCA 冷却水来自高压给水泵出口， 即TCA 供水与高压给水泵合并设置。

来自凝结水泵(以下简称凝泵)的凝结水通过 低压省煤器加热进入低压汽包进行除氧，除氧后 的给水通过高压给水泵分别供至高压省煤器和 TCA 冷却器，以满足高压锅炉给水和TCA 冷却 水的要求，经过高压省煤器加热的高压给水与经 过TCA 冷却器加热后的TCA 冷却水合并后进入 高压汽包。

改造方案：TCA 冷却水单独设置给水泵，TCA 给水泵的水来自低压汽包。

来自凝泵的凝结水通过低压省煤器加热进入 低压汽包进行除氧，除氧后的给水各自通过高压 给水泵和TCA 给水泵进入高压省煤器和TCA 冷 却器，以满足高压锅炉给水和TCA 冷却水的要 求，经过高压省煤器加热的高压给水与经过TCA 冷却器加热后的TCA 冷却水各自单独进入高压 汽包，系统结构如图2所示。

4.2方案对比(1) 水泵设备的组成：原始方案为高压给水 泵含TCA 供水+变频电机，改造方案为高压给水 泵+变频电机及TCA 给水泵+齿轮箱+工频电机。

(2) 水泵设备的成本：原始方案成本较低，而 改造方案相对原始方案约增加30%设备成本。

(3) 节能效果：原始方案中，高压给水泵需 要同时满足高压系统给水和TCA 供水的要求， 水压比较高且比较固定，因此在运行时能耗较高。

而改造方案的高压给水泵及TCA 给水泵分开设 置，给水泵变频调节，TCA 给水泵为定速泵，运 行压力用调节阀调节即可，节能效果较好。

能耗凝泵图2改造方案系统结构对比详见表1。

(4) 设备维护、检修成本及占地：原始方案的 设备数量少，维护、检修成本较低，占地面积小。

改造方案则设备数量多，维护、检修成本较高， 泵区占地面积较大。

(5) 系统设备配置：原始方案中每台锅炉配 置2套高压给水泵系统，相对简单；改造方案中 每台锅炉需配置2套高压给水泵系统+2套TCA 给水泵系统，比较复杂。

(6) 给水泵的转速：原始方案为2 742〜2 980 r /min ;改造方案为 2 147〜2 980 r /min 。

合集下载

浅析M701F燃机冷却空气系统运行优化

浅析M701F燃机冷却空气系统运行优化

浅析M701F燃机冷却空气系统运行优化摘要伴随国民经济与社会经济的快速增长，我国的科学技术也呈现出不断增长的趋势，其中M701F型燃机设备也在逐步发生变化，而它的冷却空气系统设计与运行状况一直深受广大技术人员的关注，在综合运用联合循环理论知识、运行经验以及运行历史数据的基础之上，展开了对燃机冷却空气系统运行的优化调整与升级，为了更好地提高机组的运行效率，推动节能降耗。

关键词燃机冷却；系统；优化针对燃机冷却空气的运行优化，以下就是从两个部分展开的探讨。

最初，是对转子冷却空气运行方式展开优化；再次，主要是针对燃机停机后通入冷却吹扫空气质量和通入冷却空气时间长短展开合理的优化。

1 转子冷却空气优化1.1 TCA冷却器控制的优化燃气轮机冷却系统的主要作用就是给燃气轮机热通道部件比如像静叶片、叶片持环、叶顶叶根、排气框架等部件提供冷却空气的，它的一方面是为了将热通道部件和高温烟气进行合理的隔离，其另外一方面则是为了将热通道部件吸收的热量带走或者是降低部件的温度，因而使得燃气轮机冷却系统可以为燃气轮机提供安全可靠的运行，因为燃气轮机的安全平稳是最基本、最关键的前提条件之一。

冷却系统包含透明静叶冷却系统与转子冷却空气系统。

其中热通道部件中的部分设备冷却不是通过冷却空气系统提供的冷却空气进行的冷却，而是通过其自身的设备构造进行的，它运用压差让空气可以在热通道的内部与表面流动展开冷却。

当然对燃气轮机冷却空气系统的优化实质上就是对TCA冷却器冷却水方面的优化。

燃气轮机的TCA在机组开始时，通过高压省煤器给水引出一部分用于TCA 的冷却，在机组整个运转过程中高中压给水泵都保持额定压力的运转的状态。

高负荷除外，尤其是在低温环境状况下，燃气轮机转子冷却空气温度都要远远低于235摄氏度的控制值。

在TCA冷却器的位置处，大量热量没有经过运用就直接排入空气中，存在极为浪费的现象。

因而，在确保燃气轮机转子冷却温度满足规定前提条件下，就可以通过调节高中压给水泵控制逻辑调节勺管来调节给泵压力，并将TCA回凝汽器侧调节阀、TCA回高压汽包侧调节阀的控制逻辑改为由机组负荷与转子冷却空气温度、TCA流量三者修正条件来决定的，就可以适当的提高转子冷却空气温度的控制值，为此来有效减少TCA冷却器位置的热量损失，以便更好地提升机组的运转效率[1]。

M701F4燃气轮机TCA系统冷却水流量异常分析

M701F4燃气轮机TCA系统冷却水流量异常分析

M701F4燃气轮机TCA系统冷却水流量异常分析【摘要】透平冷却空气( TCA) 系统是三菱 M701F4 燃气轮机所采用的冷却系统，以实现对汽轮机转子高温部件的冷却处理。

在TCA系统冷却运行过程中，存在冷却水流量减少的状况，就会诱发TCA 冷却器出却空气气温的升高，进而对转子高温部件的冷却处理造成了影响，严重威胁到了高温部件的正常工作运行。

基于此，本文以实际案例作为分析依据，对 M701F4 燃气轮机 TCA 冷却器水流量异常现象进行探究分析，着力找出诱发 TCA 系统冷却水流量异常的真正原因，及时给予相应的技术措施处理，以供参考。

【关键词】M701F4 燃机；TCA 系统; 冷却水; 流量异常; 措施处理所谓燃气轮机透平就是燃气轮机中把高温高压燃气的能量转变为机械功的部件，在燃气轮机运作过程中，燃气轮机透平进口温度会出现不断升高的现象，此时，必须要给予及时的冷却降温处理，因此，采用有效的冷却措施十分必要。

三菱M701F4燃气轮机就采用了透平冷却空气(TCA)系统来实现对转子高温部件的冷却处理，燃气轮机运行过程中，从压气机出口腔室引一路高温、高压空气，然后经TCA冷却器冷却降温，冷却处理后，再经过滤后通过特定通道送到燃气轮机转子内部，冷却燃汽轮机透平转子和叶片等部件，并设有转子冷却空气温度高机组快速减负荷及停机保护。

1、M701燃气轮机TCA系统冷却水流量控制分析1.1余热锅炉侧冷却水流量控制分析M701F 燃气轮机机组在正常运行过程中，TCA 冷却器冷却水经 TCA回余热锅炉侧( 炉侧) 冷却水流量调阀至余热锅炉高压省煤器出口。

TCA 回余热锅炉侧冷却水流量调阀流量设定需经 TCA 冷却水回余热锅炉侧调阀 FCV－2 前后差压、TCA 出口冷却水温度对应的密度运算控制，见图1 ，控制指令 CV 计算公式为:CV=()×S×0.366（1）S=（2）其中，列式中：（1）W表示：所对应的燃机负荷函数对应的 TCA 冷却水流量设定值，并需经压气机入口空气温度修正;（2）S表示： TCA 回余热锅炉侧冷却水流量调阀前后压差修正;（3）ΔP表示：TCA 回余热锅炉侧冷却水流量调阀FCV－2 前后压差;（4）D 表示：TCA 出口冷却水温度对应的密度。

三菱M701F4型单轴燃气蒸汽联合循环机组冷态启动暖机负荷期间高旁调节控制优化

三菱M701F4型单轴燃气蒸汽联合循环机组冷态启动暖机负荷期间高旁调节控制优化

为保证冷态启动时余热锅炉及高、中、低压主 蒸汽管路的暖炉暖机效果，同时不改变热态启机和 温态启机的逻辑，保留高旁最小压力模式下的函数， 新增切换模块 T 和以下逻辑条件 ：
2018.8 EPEM 69
发电运维 Power Operation
2.2 备用压力控制模式 最小压力控制模式与备用压力控制模式的切换
是以主蒸汽阀门的开合或燃气轮机组的运转功率为 判据。当旁路阀处于全关闭状态，且运行功率达到 230MW 以上或机组的主蒸汽阀开启，此时旁路系 统的控制模式从最小压力控制模式向备用压力控制 模式进行转换。备用压力控制模式保证了旁路阀全 关状态下系统压力的快速上升，当压力大于阀门设 定值后，又能够有效泄压，确保整个机组的运行安 全，即系统高效且保证安全。 2.3 实际压力跟踪模式
0 引言 气蒸汽联合循环发电机组具有效率高、
燃启停快、环保等优点，不仅可以用作 紧急备用电源和尖峰负荷机组，而且 还能带基本负荷和中间负荷，适合用 于调峰。
某电厂2套460MW燃气蒸汽联合循环发电机组 为三菱 M701F4型燃气蒸汽联合循环发电机组，日 常作为调峰机组，启动方式基本为热态启动，早起 晚停。但随着运行方式的改变以及受天然气短缺等 因素影响，冷态启动的次数逐渐增多。该型机组在 冷态启动中存在暖机时间长、启动速度慢、经济性 差的特点，需要对旁路系统进行逻辑优化，以提高 机组启动的经济性。
③中压主汽阀前蒸汽温度与中压缸叶片环金属 温度之差在 +110℃～-56℃间。
在冷态启动过程中，汽轮机和余热锅炉的温度 均比较低，为保证余热锅炉加热的最小温度，燃气 轮机以50MW 的负荷进行暖机，燃气轮机的排气温 度大致控制在402℃。余热锅炉经过较长时间暖炉 后，汽包压力提高，而高旁处于最小压力模式下， 高旁阀前压力设定值一直较低，导致高旁阀长时间 大开度开启，大量较高温度和压力的蒸汽通过冷再 管道经加热后返回中压汽包，中压缸进汽蒸汽品质 能较快满足要求，而高压缸进汽蒸汽品质迟迟不能 达到需求值，使得汽轮机进汽条件一直不能满足， 暖机时间延长。
M701F4型燃机“一拖一”多轴联合循环机组闭式水系统节能分析及优化措施

M701F4型燃机“一拖一”多轴联合循环机组闭式水系统节能分析及优化措施

M701F4型燃机“一拖一”多轴联合循环机组闭式水系统节能分析及优化措施作者：杨翔胜朱贺徐振谊来源：《科学与财富》2017年第24期摘要：本文针对M701F4型燃机“一拖一”多轴联合循环机组闭式水系统能耗较大的问题，对闭式水系统进行节能分析，并提出优化措施，以供大家一同探讨。

关键词：联合循环；闭式水；节能；优化1 引言某电厂现有两套额定功率为460MW的M701F4型燃机“一拖一”多轴联合循环机组，每套机组配置1台燃气轮机、1台汽轮机、1台余热锅炉和2台发电机。

燃气轮机、蒸汽轮机与发电机布置形式为双轴，额定转速3000r/min。

该厂两套机组自2014年9月建投产以来，闭式水系统一直存在能耗较高的问题，影响厂用电率。

因为投产时机组为新型机组，国内并没有更多先进运行经验可以借鉴，所以在投产后两年多的运行时间里，该厂技术人员一直对闭式水系统进行节能分析，积累了较多有效的节能措施，现将节能分析及优化措施进行总结梳理，对今后的同类型机组的运行具有一定的借鉴意义。

2 设备概况该厂两套机组闭式水系统均采用水质较好的除盐水或者凝结水补水，经闭式水泵升压，水水热交换器换热后，供水至燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及发电机各辅助设备，直接或者间接带走各辅助设备产生的热量，保证辅助设备安全运行。

冷却辅助设备后的闭式水回到闭式水泵进口，形成一个循环。

两套机组的闭式水系统之间设置有两个联络电动阀。

每套机组闭式水系统分别配置一台变频器，两台闭式水泵，运行方式为：一用一备。

闭式水泵为单级双吸水平中分卧式离心泵，其参数如下：流量：1980 m3/h，扬程 53m，机械密封转速：1245 r/min，电动机端看为顺时针转向，必须汽蚀余量：5m，效率：90% 。

闭式水泵电机参数如下：400kW，6000V， 1486 r/min，额定电流：46.3A。

3 节能分析及优化措施3.1 单套机组运行，另一套机组备用时，闭式水系统母管制运行在两套机组正常运行时，每套机组闭式水系统彼此单独运行。