三菱M701F4型燃机透平冷却空气系统TCA回水阀快开功能的实现

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]。

三菱M701F4型燃机透平冷却空气系统TCA回水阀快开功能的实现【摘要】本文介绍三菱F701F4型452MW燃气轮机透平冷却空气系统冷却介质控制系统在控制失效的情况下如何达到工艺流程的要求。

论述了原系统存在问题并提出了改造方案，设计并实现了气源控制系统。

改造后的系统运行情况良好，满足三菱F701F4型燃机的工艺要求的目标。

【关键词】燃气轮机；气源；气动执行器；透平；流量[Abstract] This article describes how to achieve the requirements of the process the Mitsubishi F701F4-452MW gas turbine turbine cooling air system cooling medium control system in the case of control failure. Discusses the problems of the original system and rehabilitation programs，the gas source control system is designed and implemented. After transformation，the system is running well，the target to meet the Mitsubishi F701F4 combustion process requirements.[Keyword] Gas turbine；Gas source；Pneumatic actuators；Turbine；Flow一、概述浙江大唐国际绍兴江滨热电有限公司建设规模为两套400MW等级、“F”系列高效单轴联合循环热电联产机组。

配置有两台M701F4燃气轮机。

每台燃气轮机与一台蒸汽轮机和一台发电机同轴联接。

用于支持燃气轮机运行的辅助设备包括：进气系统，排气系统，润滑油系统，控制油系统，压气机抽气和透平冷却空气系统，消防系统，燃气控制系统和燃气轮机控制系统。

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。

三菱M701F4燃机透平冷却系统优化方案的探究摘要：三菱M701F4在机组增大改型中对燃气轮机透平冷却空气系统进行了改进，在对燃机透平冷却系统布置方案进行优化后，节省了设备投资，在燃机项目建设中具有较为普遍的推广价值。

关键词：燃气轮机透平冷却节能优化方案引言日本三菱重工是国内燃气轮机的供货商之一，三菱公司M701F4型燃气轮机是当今世界容量最大、效率最高的机型之一，东方电气是三菱燃机设备的国内技术合作方。

M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组的配置型式为：一台燃汽轮机，一台蒸汽轮机，一台发电机，一台余热锅炉，机组频率为50Hz，机组性能保证条件下出力为452.07MW。

燃机燃烧室的高温燃气为1400℃，燃机透平静叶及叶片暴露在高温燃气中，为保证燃机透平的正常工作和使用寿命，必须保证燃机透平冷却系统的可靠运行。

M701F4燃气透平为4级，采用空气冷却。

冷却空气取自压气机抽气口，经燃机空气冷却器（TCA）冷却后送至燃机对透平叶片和静叶等部件进行冷却。

冷却空气系统执行着燃气轮机可靠运行必需的基本的功能，其功能在于引导冷却空气进入热通道构件，冷却回路包括动叶片冷却回路和静叶片冷却回路。

动叶片冷却空气是由从燃气轮机燃烧器外壳抽出的压气机出口空气。

1 M701F4型透平冷却系统的优化三菱M701F4型机组中，对燃机空气冷却系统进行了改进，采用余热锅炉给水对压气机来的空气进行冷却后送至透平对静叶和叶片进行冷却，能够达到更好的冷却效果。

系统采用TCA换热器，利用余热锅炉高压给水对透平冷却空气进行冷却，冷却后空气温度能够由330℃左右的高温冷却到要求的230℃，冷却效果得到了改善，系统的可靠性得到了提高。

压气机出口的高温空气在得到冷却的同时，加热了余热锅炉高压给水，回收了大量的热能，提高了联合循环机组运行的经济性。

1.1 原透平冷却系统的设置图1为三菱重工燃机透平冷却器TCA的冷却水系统图。

如图所示，由高压给水泵来的给水分成两个支路，一路去高压省煤器在余热锅炉受热面中进行换热，一路去TCA冷却器，对燃机透平冷却空气冷却后，给水温度上升后分成两路，一路经调节阀汇入高压省煤器出口管道后经汽包水位调节阀排入高压汽包，在正常运行中投入使用；一路经凝汽器调节阀排入凝汽器，在机组启停机中投入使用。

37一、前言燃气轮机静叶、动叶的冷却技术一直以来都被各大生产商对外进行技术封锁。

而各大燃机生产厂商的冷却方式又有各自的技术特点，三菱燃机转子冷却空气不是由压气机排气直接引入到转子冷却通道进行冷却的，而是将压气机排气通过管道引出，之后经过转子冷却空气冷却器（TCA）进行冷却，再送至转子冷却通道对转子及叶片进行冷却，此种方案优点就是可以弥补转子冷却通道设计及金属材料本身的不足。

转子冷却空气是有高压给水泵出口的炉水进行冷却的，正常运行时高压给水泵同时为TCA和高压汽包供水，当高压汽包调门大幅打开时，便会导致TCA流量低跳闸，某燃机电厂在投产初期，因TCA流量低导致跳闸的，一个月内遍发生了10次之多，对机组的稳定运行造成了很大威胁，同时对电厂的经济效益产生了较大影响。

二、转子冷却器（TCA）工作流程及阀门配置三、流量控制设定1.TCA回水至凝汽器调整门的流量控制设定值（1）满转速前TCA回水至凝汽器调整门的流量控制设定值SV(CON)=M-D352_FX02+ M-D352_FX03×M-D352_FX04×M-D352_FX05其中：SV(CON)：TCA回水至凝汽器调整门的流量控制设定值M-D352_FX01为M-D352逻辑图中#1函数，此函数为分段线性函数，其表达式为Y=F(X)，X：燃机发电机输出功率。

M-D352_FX02为M-D352逻辑图中#2函数，此函数为分段线性函数，其表达式为Y=F(X)，X：燃机空气冷却器给水温度。

M-D352_FX03为M-D352逻辑图中#3函数，此函数为分段线性函数，其表达式为Y=F(X)，X：压气机进气温度。

M-D352_FX04为M-D352逻辑图中#4函数，此函数为分段线性函数，其表达式为Y=F(X)，X：燃机发电机输出功率与燃机发电机输出功率（延时30）之差。

M-D352_FX05为M-D352逻辑图中#5函数，此函数为分段线性函数，其表达式为Y=F(X)，X：燃机发电机输出功率。

三菱M701F4燃机TCA控制原理解析及防故障跳机措施摘要：主要介绍三菱M701F4机组TCA控制系统基本原理及主要控制构成；通过对TCA系统的逻辑控制理论进行研究，并针对在系统运行中的常见的事故原因进行分析，进而提出了相应的处理措施，有效地保障机组安全运行。

关键字：三菱M701F4；TCA系统，TCA跳机事故前言三菱M701F4燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机透平转子冷却空气系统（TCA系统）采用水冷式系统。

该系统通过管壳式空气冷却器的换热功能，利用余热锅炉高压给水系统的水来冷却燃气轮机压气机出口的空气，吸收了热量的水直接进入高压汽包。

由于热量在整个循环过程中基本上没有损耗，因此大大提高了整个联合循环的效率。

因此针对三菱M701F4联合循环机组TCA系统运行分析显得尤为重要。

1、TCA系统简介TCA系统是由高压给泵出口来的水冷却压气机排气，被冷却过的排气作为转子冷却空气通入转子，冷却水回水有两路，一路回凝汽器，一路去高压汽包。

作用：为燃机透平转子及叶片提供适宜温度足够流量的转子冷却空气。

2、TCA控制系统2.1控制系统组成（如图1）图1 TCA控制系统组成TCA控制系统主要由TCA温度控制器、TCA温度控制阀、TCA流量控制器、TCA流量控制阀、温度变送器、流量变送器等组成。

2.2控制原理TCA冷却空气的气源取自压气机排气，满负荷运行时温度有440℃以上。

而转子冷却空气的设定值为230℃，因此必须提供一定量的冷却水，冷却水量的需求与冷却水温度有关。

满足冷却水需求则是通过两个回水阀调节：回水至高压汽包调阀控制冷却空气温度；回水至凝汽器调阀监视和控制回水流量。

2.2.1 TCA冷却器回水至高压汽包调阀控制系统（如图2）图2 TCA冷却器回水至高压汽包调阀控制框图TCA回水至高压汽包流量控制阀是一个前馈反馈控制系统。

其被控量是TCA 出口空气温度，前馈信号是燃机功率。

燃机输出功率经过放大后的前馈信号经给水温度和压力修正，TCA出口温度和温度设定值230通过计算在经过PID输出，两个输出信号求和来控制TCA出口温度，控制中PID输出仅作为微调，前馈信号为主要控制信号。

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。

能够 有助 于 矿产 的 回收利 用 。本 文 从笔 者 的工作 实 践 出发 ，对 也 对金 属矿 山 的地下 开采 产 生 了非 常 大 的影 响 。以前 都 用崩 落
充 填 采矿 法及 充填 技术 的应 用 与改进 进 行探讨 。
１ 水冷 式冷 却 空气 冷却器 （下称 ＴＣＡ）系统简 介 三菱 Ｍ７０１Ｆ４燃机透平转子冷却空气来 自压气机出 口的空 气经 ＴＣＡ冷却 、过滤器 过 滤后 通过 四根挠 性 软管 传送 到 冷却 通
一 回
道 。ＴＣＡ水侧 采用 高 压给 水泵 出 口的 给水 作 为冷 源 ，经 过 ＴＣＡ
“ＴＣＡ流 量低 ”报 警 的原 因进行 分析 ，提 出相应 的 处理措 施 。
～ 关键 词 ：Ｍ７０１Ｆ４燃机 ；ＴＣＡ 系统 ；ＴＣＡ凝 汽 器侧 流 量控 制 阀 ；ＴＣＡ锅 炉侧 流量控 制 阀
中图分 类号 ：ＴＭ６２１

文献 标识 码 ：Ａ
文章 编号 ：２０９６—４３９０（ ２０１８）２２—００３５—０２
动 关闭 。
在一 次启 动燃 机 时 ，并 网后 升 负荷 至 １２０ＭＷ 过 程 中 ＴＣＳ控
制 系统 报 ＴＣＡ流 量低 报 警 ，运 行人 员立 即手动 干 预 ＴＣＡ凝 汽
器 侧流量 控制 阀 ，提 高 ＴＣＡ流 量 ，待燃 机 负荷稳 定 ，重 新将 ＴＣＡ
凝汽器侧流量控制阀投 自动 ，查取历史曲线发现 ＴＣＡ流量最低
文章 编号 ：２０９６—４３９０（２０１８）２２—００３６—０２
１ 概 述
填 采矿 法 的 比重 已经 达 到 了百 分 之 四 十之 上 ，如 若再 加 上 空场
所谓充填法指的是对地下由于采矿而形成的采空区，使用 嗣 后 的充填 ，那 么 ，使用 充 填采 矿法 的 比重则 已经 占到 了百分 之

总700期第二期2020年1月河南科技Henan Science and TechnologyM701F4燃气蒸汽联合循环机组TCA 至余热锅炉回水流量自动调节系统优化杜凯（江苏华电戚墅堰发电有限公司电控分部，江苏常州213011）摘要：某电厂2台M701F4燃气轮机运行过程中，TCA 至余热锅炉回水流量自动调节系统无法投入自动控制。

本文分析了该调节系统无法投入自动的原因及相关自动控制系统优化方案，希望能为同类型机组相关故障处理提供一定的参考。

关键词：燃气轮机；TCA 至余热锅炉回水流量调门；自动调节系统优化中图分类号：TM621.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0046-03Optimization of Automatic Adjustment System for the Return Water Flowfrom TCA to Waste Heat Boiler of M701F4Gas-Steam Combined Cycle UnitDU Kai（Electrical Control Division of Jiangsu Huadian Qishuyan Power Generation Co.,Ltd.，Changzhou Jiangsu 213011）Abstract:During the operation of two M701F4gas turbines in a power plant,the automatic control system of return water flow from TCA to HRSG can not be put into operation automatically.This paper analyzed the reason why the control system can not be put into operation automatically and the optimization scheme of related automatic control system,hoping to provide some reference for the treatment of related failures of the same type of units.Keywords:gas turbine ；return water flow control valve from TCA to HRSG ；optimization of automatic regulation sys⁃tem某电厂3号、4号机组为东方电气公司与三菱重工合作生产的M701F4燃气-蒸汽联合循环发电机组。

M701F4型燃气轮机启动过程分析之——点火前TCA入口给水温度控制摘要：燃气轮机启动是一个复杂的过程，相比较GE燃气轮机启动，三菱M701F4机组在GAS ON 之前增加了四个点火条件，并且在启动前会严格控制点火条件的满足与否。

其中TCA进口给水温度最难控制，其中相关联的系统复杂涉及到高中压给水泵系统、凝结水系统、FGH加热系统等。

本文就如何控制TCA进口给水温度进行了详尽阐述。

关键词：M701F4；点火条件；TCA给水温度；凝结水系统；FGH一、概述常山#1机型号为三菱M701F4机组,自动化程度较高,燃机启动过程:盘车脱口、加速、清吹、降速至点火转速、点火等环节。

燃机点火之前要满足四个条件方能进入点火程序，四个条件分别为：1)TCA给水温度大于60℃、流量大于32.3t/h2)FGH进水流量大于13.5t/h3)汽机冷却蒸汽压力大于0.3Mpa、温度大于160℃4)GT缸体冷却空气关断阀在关位所以机组每次启动对这四个点火条件的控制极为关键。

任一条件不满足都会造成机组启动失败遮断。

其中TCA入口给水温度小于60℃较难控制，曾经多次出现温度突然的升高，较难控制。

而其他三个条件较为容易满足，只有汽轮机冷却蒸汽压力偶尔会存在小幅波动，但影响不大。

所以本文经过对于与TCA入口给水温度相关的系统进行了量化的分析讨论，并且结合历史曲线分析、以及多次启动过程的验证使得这一问题得到了进一步解决。

二、目前现状通过查找历史曲线发现具体数据如下：TCA给水温度在机组点火前有上涨趋势在今年的开机过程中出现过8次左右，在机组开机次数总量为50次左右的情况下已经占据了较大比重约为20%，所以彻底解决分析此问题较为重要。

（机组07月25日开机曲线图）某次启动点火前TCA入口给水温度升高趋势出现，随即为了避免TCA给水温度大于60度，造成点火失败，运行人员采取了增大TCA掺冷水调节阀、提高高中压给水泵出力等措施。

运行人员手动开大冷却水调节门至100%全开，而后TCA 给水温度开始有所下降，避免了一次点火失败。

三菱M701F4燃气轮机联合循环机组TCA冷却系统水侧的优化策略探析发表时间：2019-07-08T09:58:59.633Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：阳飞[导读] 摘要：TCA系统是三菱M701F4燃气轮机组独有的，是将冷却水系统中产生的热量进行利用，以此做到对全部联合循环效率的提高。

（杭州华电江东热电有限公司311228）摘要：TCA系统是三菱M701F4燃气轮机组独有的，是将冷却水系统中产生的热量进行利用，以此做到对全部联合循环效率的提高。

本文通过对TCA系统的配置情况进行分析，同时结合三菱M701F4的系统实际配置情况，对TCA冷却水侧系统的优化措施进行研究，希望可以最大程度的提高系统在进行联合循环时的工作效率，同时降低系统的电能消耗。

达到对三菱M701F4燃气轮机的冷却水TCA系统的优化目的。

关键词：三菱M701F4燃气轮机；循环机组；TCA冷却系统水侧；优化策略在现阶段燃气机轮的透平转子的使用中往往会产生较高的热量，因此需要用相应的降温冷却技术使其的工作寿命得以延长。

TCA冷却水侧系统是现阶段三菱公司销售较多的一种M701F4燃气轮机组中国使用的冷却系统，三菱公司在冷却系统一方面的研究成果和研究经验均较为成熟，同时，三菱公司使用的TCA冷却水侧系统均使用这一典型设计[1]。

一、TCA冷却水侧系统的典型设计三菱公司使用的TCA冷却水侧系统均采用一种经典款式的系统设计方法，具体示意图如下图1所示。

此种TCA冷却水侧系统设计方式上有两个特点：第一点为，三菱公司的TCA冷却水侧系统的冷却水和高压省煤器的进水使用的是同一高压给水泵[2]。

第二点为，TCA冷却水侧系统的冷却水在TCA冷却系统中先与高压省煤器的出水口汇合，之后通过LCV控制阀让其进入高压汽包中。

同时高压给水泵的进口处有分别来自凝结水和低压汽包的二路水，这两路水中间设有调节门，以便在有机组预热的状态或者温态状态时，将低压汽包中水温较高的凝结水作为TCA的冷却水，保障高压泵的进水口温度小于60摄氏度。

M701F4型燃气轮机TCA冷却系统优化方案及应用研究王文阳;李敬豪;任磊
【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(29)1
【摘要】文章对比了空冷冷却器、高压给水泵合泵水冷冷却器及独立TCA泵水冷冷却器三种冷却方案的优缺点。

从节能角度对三菱M701F4型燃气轮机联合循环机组TCA冷却系统冷端进行了分析,并根据某电厂独立TCA泵的实际应用情况从运行方式及经济性方面进行了分析和总结,对后续同类型机组的设计、安装、调试以及运行均有一定的指导意义。

【总页数】6页(P89-94)
【作者】王文阳;李敬豪;任磊
【作者单位】中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TK473
【相关文献】
1.三菱M701F4燃气轮机联合循环机组TCA冷却系统水侧的优化
2.M701F4燃气-蒸汽联合循环机组TCA系统优化方案
3.M701F4型燃气轮机TCA冷却水系统及给水泵配置对比分析
4.M701F4燃气轮机TCA系统冷却水流量异常分析
5.M701F4型燃机TCA系统冷却水流量控制优化
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πψ　热力发电・2006(10)收稿日期:　2006207220作者简介:　黄力森(1966-),男,大专,一直从事电厂运行工作,现任深圳前湾燃机电厂运行值长,曾组织并主编《燃气蒸汽联合循环运行规程》以及相关燃机方面的技术资料。

M701F 型燃气轮机冷却空气系统黄力森,陈红英(前湾燃机电厂,广东深圳　518054)[摘　要]　提高燃气透平进口温度是提高燃气轮机热效率的有效措施,但这在很大程度上受到燃气透平热部件结构强度的限制,而采用先进的冷却技术是提高燃气透平进口温度的有效措施之一。

根据实际设备,介绍了日本三菱公司M701F 型燃气轮机冷却空气系统的冷却原理和运行方式。

[关键词]　燃气轮机;燃气透平;M701F ;冷却空气[中图分类号]T K471 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2006)10005403 日本三菱公司生产的M701F 型燃气轮机(燃机)采用4级叶片,级的平均焓降值较低,因而燃气透平热效率高。

但是,在燃气透平入口温度较高的情况下,叶片冷却的难度更大。

静叶环套和动叶顶部的阻气环,将高温燃气与外缸隔开,形成双层缸结构,外缸承载,静叶环套形成的内缸受热,在内外缸夹层中通冷却空气,夹层具有隔热和充当冷却空气通道的双重功能。

具有一定压力、温度的冷却空气,对燃气透平各级动、静叶栅进行冷却后,掺入做功主气流。

由于燃气透平各级冷却通道的阻力和最后掺入主气流处的压力各有不同,因此需选择压气机中不同压力的抽气点来供应冷却空气。

图1所示为M701F 型燃气轮机冷却空气系统,燃气透平转动部分是采用从压气机出口抽出的一股冷却空气,通过一台用天然气来冷却压缩空气的透平冷却空气(TCA )的冷却器,再经过一台外置的过滤器过滤,然后送回到燃气透平的转子中去冷却前3级的叶轮和动叶片。

第1级静叶的冷却空气从压气机出口,经燃烧室的火焰筒周围空腔引出,流过第1级静叶环套,再流入第1级空心静叶内部冷却通道,冷却静叶后从静叶出气边小孔排至主燃气流中。

三菱M701F4燃机转子冷却空气系统优化方法[摘要]针对三菱M701F4型号燃机而言，冷却空气此项系统属于整个装置内部重要构成部分，对燃机总体可靠运行有着直接影响。

故本文主要探讨三菱M701F4型号燃机转子冷却空气综合系统相关优化方法，仅供业内相关人士参考。

[关键词]三菱燃机；冷却空气；系统优化；转子；优化方法前言：三菱M701F4型号燃机，其属于单轴燃气蒸汽联合循环类型机组，呈较大的单机容量及高热效率。

那么，为确保其能够高效经济性地运行，则对三菱M701F4型号燃机转子冷却空气综合系统相关优化方法开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、三菱M701F4型号燃机及其内部冷却空气综合系统的概述三菱M701F4型号燃机透平的进口初温为1400℃，透平进口较高初温环境当中，机组可维持可靠且安全的运行状态，除结构设计先进、采用各种新材料及技术手段之外，高温部件当中引入先进性冷却技术手段也较为关键。

三菱M701F4型号燃机当中，选定4级的透平叶片，它的静叶持环及动叶顶部位置设动叶环，有效隔离了高温燃气和外缸，促使双层的缸结构得以形成，外缸和内缸分别负责承载及受热，内外部缸的夹层内部通入相应的冷却空气，而中间夹层部分设隔热及充当着冷却的空气通道这一双重功能。

针对透平动及静叶冷却，需借助温度、压力等与冷却空气相匹配，待冷却后，会进入至做功状态下的相应主燃气流，之后各路通道内部产生阻力[1]。

因考虑到进入至主气流部位压力存在差异性，故选定不同压力想要抽气点，负责实施冷却空气的持续供应。

系统流程，即少量抽取压气装置出口空气和外部的冷却介质之后，经由TCA冷却装置换热，对透平第1级的静叶、叶轮、主轴及动叶片予以冷却；冷却空气自压气装置出口位置抽出之后，经由燃烧室内部火焰筒四周的空腔引来，再流过1级的静叶持环及1级静叶当中的冷却通道，静叶冷却后由静叶的出气边相应小孔处逐渐排入主燃气流内部；再有压气装置从各级抽气口位置分别将空气抽出，经由冷却透平的第2-4级的静叶片，使得冷却空气进至内外缸相应夹层，再到静叶相应冷却通道，自静叶的出气边相应小孔排入主燃气流内。

TCA冷却系统1.概述燃机透平冷却空气用于冷却透平转子和动叶片。

冷却空气来自于压气机排气，并通过TCA冷却后供给透平转子和动叶片。

TCA的冷却水来自高压给水泵出口。

本文的主要内容为：TCA冷却器给水系统的控制方法，管道、控制阀、仪表和其他相关设备的设计方法。

注意：为了确定TCA冷却器给水控制阀门的整定值，在最后的设计阶段，控制阀、仪表、各个设备的压力值（高压省煤器、流量计、控制阀）都是由三菱提出的。

2.TCA冷却要求TCA冷却器冷却水系统和透平冷却空气供给温度的要求如下：a：TCA冷却空气出口温度（透平冷却空气入口温度）：在燃机启动期间应小于100℃。

(从燃机点火到全速空载期间)在这个阶段，TCA冷却器的入口水温应小于60℃。

b：TCA冷却空气出口温度：在燃机全速空载后，温度值应根据需求不断调整。

如果空气温度小于90℃，由于小于空气的露点温度，空气会产生结露。

c：TCA冷却器出口水温：TCA出口水温应维持在不小于15℃，低于TCA出口的饱和温度。

d：TCA给水流量变化率：TCA入口空气流量和温度需要根据燃机的工作状态进行调整（燃机负荷，周围环境温度）。

TCA冷却器给水流量的控制是为了保持TCA冷却器出口空气温度在规定值以下。

3.TCA冷却器给水系统如图所示，为TCA给水流程图。

由于这个给水系统是EPC设计的。

并且为了使操作更加简单顺利，我们需要确认这个系统是否满足第2部分提到的要求。

需要注意的是TCA冷却系统的流量控制阀是燃机控制系统GTC控制而不是DCS。

1）TCA冷却器给水流量控制阀（凝汽器侧）FCV-1FCV-1是通过燃气轮机GTC控制，并与压气机入口空气温度所对应的燃机负荷和TCA冷却水流量相一致。

给水流量的控制目标是冷却空气温度，并且可以避免TCA冷却器给水管路中的水出现汽化现象。

FCV-1的主要作用如下：a）TCA冷却器给水流量随燃机负荷变化：在燃机低负荷时，保持足够的冷却水通过冷却器和FCV-2是非常困难的。

M701F 型燃气轮机中的冷却技术蔡青春(广东惠州天然气发电有限公司,广东 惠州 516082)摘 要:本文介绍了M701F 型燃气轮机冷却系统的组成、日本三菱公司在F 系列或G 系列燃气轮机上所采用的冷却技术及其应用情况,阐明了三菱公司研发的大型燃气轮机之所以能够安全稳定运行并具有很高的可靠性和热效率,采用先进的冷却技术是其成功的重要因素之一。

关 键 词:燃气轮机;冷却;技术中图分类号:TK474.2 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2009)04-0009-04透平入口初温对燃气轮机循环热效率的影响至关重要,为了不断提高燃气轮机及其联合循环的热效率,各燃气轮机发电机组制造商将提高燃机透平入口初温作为进行新机型开发的重要课题之一进行研究。

随着燃气初温的不断提高,如何使燃气轮机保持长期安全可靠运行也是需要同步解决的一个关键问题。

为了解决这些问题,除了在叶片材料上使用新型具有良好抗高温腐蚀、抗低周热疲劳及抗叶片蠕变的镍基合金材料外,同时在透平叶片等高温部件上使用了先进的冷却技术和TBC 涂层。

日本三菱公司生产的M701F 燃气轮机就是成功解决了效率和安全两方面问题的一款燃机机型。

该型机组自投入商业运行以来,运行稳定可靠,启停快速、灵活,具有优越的调峰性能,受到运行人员及电网的肯定。

该机型透平入口温度T *3高达1400 ,组成的燃气-蒸汽联合循环机组热效率达56.7%,平均运行可靠性达99.6%。

在如此高的透平入口初温下机组能够安全可靠地运行,除了其先进的结构设计以及采用新材料、新技术以外,其在燃机高温部件中运用了先进的冷却技术也是成功的原因之一。

本文通过对所掌握的资料进行解读,介绍其冷却系统及所采用的冷却技术。

1 M701F 型燃气轮机冷却系统组成M701F 型燃气轮机冷却空气系统见图1。

(1)抽取少量压气机出口的空气与天然气进行热交换降低温度后去冷却透平一级静叶、主轴、叶轮和动叶片。

M701F4燃气—蒸汽联合循环机组TCA系统优化方案对M701F4机组的TCA典型设计进行优化，达到提高运行可靠性以及运行设备节能的效果。

标签：优化；节能；TCA系统1 水冷式TCA系统的简易流程三菱M701F4燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机透平转子冷却空气系统（TCA系统）采用水冷式系统。

该系统通过管壳式空气冷却器的换热功能，利用余热锅炉高压给水系统的水来冷却燃气轮机压气机出口的空气，吸收了热量的水直接进入高压汽包。

由于热量在整个循环过程中基本上没有损耗，因此大大提高了整个联合循环的效率。

水冷式TCA系统的简易流程图如图1：从图1可看出，TCA出口给水进入余热锅炉高压汽包，因此TCA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TCA出口水温度高15℃的温度所对应的饱和压力以上。

2 水冷式TCA系统优化方案根据东方现有执行项目的情况，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。

目前，国内电厂为了有效降低机组在启动、停机以及部分负荷时的能耗，通常会考虑将锅炉给水泵配置为变频泵或者液力耦合型式的给水泵。

但是，采用水冷式TCA 系统后，为了避免TCA水侧出口管道以及后端设备发生汽蚀，在部分负荷时也需要维持较高的给水压力，因此，采用变频给水泵的变频范围缩小，基本无法采用变频设备。

为了解决以上问题，结合各项目的需求和想法，现对该系统提出了以下一些优化方案：2.1 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℃计算）。

降低TCA出口给水温度后，防止TCA内给水汽化的最小给水压力也随之下降，压力为14.1MPa。

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。