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劉建平 （1976-）

男，湖北武漢人，工程師，畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)（今武漢大學(xué)）熱動(dòng)系，研究方向：熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣儀表裝置，現(xiàn)任武漢漢能電力發(fā)展有限公司熱能控制專工。

摘要：針對(duì)調(diào)峰性質(zhì)的9E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停機(jī)頻繁，可能在部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行的特點(diǎn)，探討當(dāng)燃機(jī)處于部分負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，通過(guò)改變?nèi)紮C(jī)IGV控制方式來(lái)提高排煙溫度，進(jìn)而提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的整體熱效率的一種方法。本方法不同于IGV溫控，而是通過(guò)修改常數(shù)CSKGVSSR來(lái)推遲IGV從最小全速角57 ?開(kāi)啟到84?角這一動(dòng)作到來(lái)的時(shí)間，從而使燃機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)，能夠獲得較高的排煙溫度，便于余熱鍋爐快速地升溫、升壓，以提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的整體熱效率。相比IGV溫控，這種方法對(duì)燃機(jī)排煙溫度的控制更加靈活、有效。

關(guān)鍵詞：IGV溫控；常數(shù)CSKGVSSR；溫控線；燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱效率

Abstract: The start and stop of 9E gas and steam combined cycle generation with the nature
 of peak modulation is frequent, which may cause the long time operation of units working
 under the part load condition. In view of this characteristic, by changing the control 
way of IGV we propose a method to enhance the discharging fume temperature, and further 
improve the overall thermal efficiency of the combinedcycle gas turbine when the unit 
operates under the part load condition .  This method is different with IGV Temperature 
Control, and it postpones the time of IGV from the smallest full speed angle 57°to 84°by revising the constant CSKGVSSR so that the gas turbine can obtain high discharges fume
 temperature when the unit works under the part load condition. Based on this method, the
 heat boiler can obtain high temperature and pressure very fast, and the overall thermal 
efficiency of the combinedcycle gas turbine can therefore be improved.  Compared with IGV
 Temperature Control, our method is more flexible and effective in aspect of temperature 
control to the discharging fume of the gas turbine.

Key words: IGV Temperature Control; Constant CSKGVSSR; Temperature Control Line; The gas
 and steam combined cycle thermal efficiency

1 概述

    該廠燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由阿爾斯通（ALSTOM）生產(chǎn)的9E型燃?xì)廨啓C(jī)與哈汽生產(chǎn)的汽輪機(jī)構(gòu)成，燃機(jī)控制系統(tǒng)為GE公司的MARKV系統(tǒng)。由于該廠為調(diào)峰性質(zhì)聯(lián)合循環(huán)電廠，負(fù)荷狀態(tài)可能由于電網(wǎng)調(diào)度的需求而變化，有時(shí)燃機(jī)可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于部分負(fù)荷的工況下，這時(shí)候機(jī)組的熱效率就會(huì)降低。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，可以在冷態(tài)啟機(jī)過(guò)程和部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)投入IGV溫控，但投入IGV溫控后有以下問(wèn)題：

    （1）IGV溫控下可能導(dǎo)致排煙溫度很高，危及到鍋爐過(guò)熱器管排的安全。

    （2）解除IGV溫控時(shí)會(huì)導(dǎo)致排煙溫度驟變，影響主蒸汽品質(zhì)，同時(shí)增加了過(guò)熱器管排金屬的熱疲勞程度。

    為了能避免產(chǎn)生以上不良影響，同時(shí)又能提高經(jīng)濟(jì)效益，可以考慮適當(dāng)修改常數(shù)CSKGVSSR。但修改常數(shù)前要充分的考慮到修改常數(shù)后所產(chǎn)生的后果，修改后能不能達(dá)到預(yù)期的效果，會(huì)不會(huì)有不良后果，這些都是我們要考慮的。以下是對(duì)修改常數(shù)CSKGVSSR提高聯(lián)合循環(huán)效率的可行性分析。

2 IGV控制分析

    IGV未投入溫控狀態(tài)，機(jī)組升速過(guò)程中，當(dāng)TNH到達(dá)約80%之前，CSRGVPSV1算法不會(huì)對(duì)IGV控制起作用，此時(shí)IGV開(kāi)度在最小開(kāi)度34?；隨著轉(zhuǎn)速的升高，當(dāng)TNH到達(dá)約80%之后，CSRGVPSV1算法開(kāi)始起作用，計(jì)算出來(lái)的CSRGVPS>34?，并隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，此時(shí)CSRGVPS被選出作為IGV控制輸出，使IGV開(kāi)大角度，直到CSRGVPS=57?；轉(zhuǎn)速大約到達(dá)85%,此時(shí)隨著TNH的升高，CSRGVPS計(jì)算值大于57?，小值選擇器將57?（最小全速角）選出作為當(dāng)前的IGV輸出，CSRCVPS從IGV的控制中退出。之后IGV由大值選擇器選出的值控制。隨著負(fù)荷增加，燃料量增大，排煙溫度升高，當(dāng)TTXM>CSKGVSSR=700?F時(shí)，IGV在慣性器與加法器的作用下，逐漸開(kāi)大IGV，以維持TTXM=CSKGVSSR，直到開(kāi)到最大角度84?。

    如果投入IGV溫控，則CSKGVSSR=700?F被屏蔽，IGV溫控參考TTRXGV可能被最小值選擇器選出作為排煙溫度目標(biāo)值，TTXM與目標(biāo)值比較，差值經(jīng)過(guò)增益、慣性器與加法器等的共同作用，計(jì)算出當(dāng)前所需IGV開(kāi)度，作為IGV輸出給定。由于低負(fù)荷時(shí)，CPD值較小，IGV處于溫控線的等溫線部分控制，此時(shí)，TTRXGV=1100?F，TTXM低于1100?F時(shí)，IGV會(huì)維持在57?，直到排煙溫度達(dá)到溫控線。為維持TTXM不超過(guò)TTRXGV，IGV會(huì)逐漸開(kāi)大直至到達(dá)84?，排煙溫度則沿著IGV溫控線變化。

3 修改CSKGVSSR常數(shù)值對(duì)IGV控制及排煙溫度的影響

    CPD偏置溫控線計(jì)算式為：

    TTRXP= TTKn_I-TTKn_S×(CPD-TTKn_C)

    IGV溫控線計(jì)算式為：

    TTRXGV=TTKGVI-TTKGVS×(CPD-TTKGVC)-CSKGVDB

    說(shuō)明：當(dāng)IGV全開(kāi)到84時(shí)，上式的CSKGVDB才會(huì)被減去，否則：

    TTRXGV=TTKGVI-TTKGVS×(CPD-TTKGVC)

    同時(shí)有:TTK0_I=TTKGVI=1100 F

    TTK0_S=TTKGVS=1.714 F/PSI

    TTK0_C=TTKGVC=116.1PSI

    CSKGVDB=2℉

    因此，CPD偏置溫控線與IGV溫控線在有效控制區(qū)間內(nèi)是完全重合的，如圖1所示。

    圖1所示，在未投入IGV溫控的模式下，排煙溫度與燃機(jī)負(fù)荷的關(guān)系曲線為簡(jiǎn)單循環(huán)溫度控制線（圖中粗虛線）。A點(diǎn)為最小全速角工作點(diǎn)，此時(shí)IGV開(kāi)度為57，若增加燃機(jī)功率，IGV可以維持在最小全速角，直至到達(dá)B′點(diǎn)；排煙溫度到達(dá)700 F，此時(shí)IGV開(kāi)度受常數(shù)CSKGVSSR控制；隨著燃機(jī)功率的繼續(xù)增加，IGV必須增加開(kāi)度以維持給定點(diǎn)的排煙溫度，使排煙溫度維持在700 F,直到到達(dá)C點(diǎn)，IGV全開(kāi)到84 ；隨著燃機(jī)功率的進(jìn)一步增加，燃機(jī)排煙溫度會(huì)從C點(diǎn)上升到基本負(fù)荷溫控線的極限值D點(diǎn)。

    若投入IGV溫控，排煙溫度與燃機(jī)負(fù)荷的關(guān)系曲線為圖中粗實(shí)線所示。A點(diǎn)為最小全速角工作點(diǎn)，此時(shí)IGV開(kāi)度為57 ，若增加燃機(jī)功率，IGV可以維持在最小全速角，直至到達(dá)B點(diǎn)，排煙溫度到達(dá)等溫線1100 F，此時(shí)IGV開(kāi)度受TTRXGV控制，要保證排煙溫度不高于TTRXGV，隨著功率繼續(xù)增加，IGV必須增加開(kāi)度以維持給定點(diǎn)的排煙溫度，使排煙溫度一直沿著IGV溫控線前進(jìn)到D點(diǎn)，IGV全開(kāi)到84 。在到達(dá)D點(diǎn)之前，IGV溫控線與CPD偏置溫控線是重合的，到達(dá)D點(diǎn)后，IGV全開(kāi)到84 ，TTRXGV在計(jì)算上減去了常數(shù)CSKGVDB=2 F，使得D點(diǎn)之后的IGV溫控線與CPD偏置溫控線有2 F的差值。

    TTRXB是IGV溫控投入時(shí)排煙溫度的最高控制線，它在IGV全開(kāi)之前一直位于CPD偏置溫控線之上，IGV開(kāi)度為84 時(shí)與CPD偏置溫控線相交，之后與CPD偏置溫控線重合，它是用來(lái)限制排煙溫度的上限值的，當(dāng)排煙溫度到達(dá)該控制線值時(shí)，功率再無(wú)法增加，此處即為機(jī)組的基荷點(diǎn)。

    若不投入IGV溫控，而修改常數(shù)CSKGVSSR值，則有三種可能的情況出現(xiàn)：

    （1）若CSKGVSSR<D點(diǎn)排煙溫度，則排煙溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線為A→K1→C′→D，到達(dá)C′點(diǎn)時(shí)，IGV全開(kāi)。（圖中綠線）

    （2）若CSKGVSSR=D點(diǎn)排煙溫度，則排煙溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線為A→K2→D，到達(dá)D點(diǎn)時(shí)，IGV全開(kāi)。（圖中紅線）

    （3）若CSKGVSSR>D點(diǎn)排煙溫度，則排煙溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線為A→K3→D′→D，到達(dá)D點(diǎn)時(shí)，IGV全開(kāi)。（圖中藍(lán)線）

    由圖1可知，最理想的情況為以上第二種情況，這樣能保證負(fù)荷變化時(shí)，排煙溫度的變化最小。由于D點(diǎn)排煙溫度隨環(huán)境溫度的不同有差異，像武漢冬天與夏天的環(huán)境溫度有30℃～40℃的差值。根據(jù)該機(jī)組的具體情況，夏天基荷時(shí)，排煙溫度約560℃；冬天基荷時(shí)，排煙溫度約520℃，如果要使常數(shù)CSKGVSSR的定值盡量靠近D點(diǎn)排煙溫度值，則常數(shù)CSKGVSSR的定值最好也根據(jù)季節(jié)來(lái)定，夏天定值常數(shù)CSKGVSSR要比冬天定值常數(shù)高30℃～40℃。

    另外，常數(shù)CSKGVSSR的定值也可以根據(jù)需要在線實(shí)時(shí)修改，修改的原則是采用漸進(jìn)的方法使其盡量靠近D點(diǎn)排煙溫度值。

4 IGV溫控與修改常數(shù)CSKGVSSR兩種方式改變排煙溫度對(duì)機(jī)組影響的比較

    若部分負(fù)荷時(shí)采用IGV溫控，當(dāng)排煙溫度升到較高時(shí)，比如570℃以上時(shí)，此時(shí)排煙溫度還未達(dá)到IGV溫控線，要繼續(xù)升負(fù)荷，排煙溫度還會(huì)繼續(xù)升高，為了不再升高排煙溫度只能解除IGV溫控。一旦解除IGV溫控，受常數(shù)CSKGVSSR=700℉的控制，IGV會(huì)很快從57℃開(kāi)大到84℃，此過(guò)程排煙溫度會(huì)有較大的變化，對(duì)主蒸汽的品質(zhì)有不良的影響，同時(shí)以上過(guò)程無(wú)法人為加以控制。

    如果采用修改常數(shù)CSKGVSSR的方法，則不會(huì)引起排煙溫度的快速變化，即使常數(shù)CSKGVSSR定值較高（如圖1中藍(lán)線所示），也不會(huì)使煙溫迅速變化，排煙溫度只會(huì)隨負(fù)荷的增加沿溫控線下降，人為控制好燃機(jī)升負(fù)荷的速度，即可控制排煙溫度的變化速度。

    因此，比較而言，修改常數(shù)的方式較IGV溫控方式對(duì)排煙溫度的可控性要好，在實(shí)際使用中要更為靈活。

    簡(jiǎn)單循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)、改變CSKGVSSR常數(shù)三種不同情況下，IGV的開(kāi)啟的過(guò)程是不同的，如圖2所示。

    綜上所述，在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)過(guò)程中和燃機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過(guò)改變常數(shù)CSKGVSSR,使其滿足接近于燃機(jī)最大負(fù)荷出力時(shí)的溫控線溫度的條件，就既能保證機(jī)組的安全，又能保證在負(fù)荷變化過(guò)程中，排煙溫度的變化較為平穩(wěn)，同時(shí)又能獲得足夠高的排煙溫度，從而有利于聯(lián)合循環(huán)效率的提高。

    其它作者：

    江    磊（1976-），男，湖北孝感人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)楹四軣峁ぷ詣?dòng)控制及電氣儀表裝置。

    張繼軍（1976-），男，湖北洪湖人，工程師，碩士學(xué)位，研究方向?yàn)闊峁ぷ詣?dòng)控制及電氣儀表裝置。

參考文獻(xiàn)

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