主燃氣輪機組

典型聯合循環電站是由燃氣輪機、餘熱鍋爐和 蒸汽輪機三大子系統組成的，燃氣輪機的控制是聯合循環電站控制的重點，所以簡稱主燃氣輪機組。

基本介紹

• 中文名：主燃氣輪機組
• 外文名：The main gas turbine units
• 背景：單機設備效率提高越來越困難
• 作用：提高熱力系統的效率
• 組成：燃氣輪機、餘熱鍋爐
• 定義：燃氣輪機控制是聯合循環的重點

概述

單機設備效率提高越來越困難的情況下，要提高熱力系統的效率，就必須做到能源梯級利用，以充分利用各品位的熱能，提高整個系統的效率。在這種背景下就開始出現了各種聯合循環方案。典型聯合循環電站是由燃氣輪機、餘熱鍋爐和蒸汽輪機三大子系統組成的，無補燃的餘熱鍋爐型聯合循環是目前最為常見的聯合循環類型之一。在無補燃的餘熱鍋爐型燃氣－蒸汽聯合循環系統中，只有燃氣輪機是主動的，餘熱鍋爐隨動於燃氣輪機，為了最大限度的利用燃氣餘熱，蒸汽輪機一般較多的採用滑壓運行方式，此時汽機進汽閥門全開，不做調節。因此可以近似認為，無補燃型聯合循環的輸出功率可以通過僅改變單個燃氣輪機功率控制的給定值來進行調節。顯然，燃氣輪機的控制是聯合循環電站控制的重點，所以簡稱主燃氣輪機組。

聯合循環的控制策略

常規的燃油或燃氣，蒸汽聯合循環有三種基本方案：①不補燃的餘熱鍋爐型方案；②有補燃的餘熱鍋爐型方案；③增壓鍋爐型方案。

頻率和負荷的控制

由多台燃氣輪機和一台汽輪機組成的聯合循環發電裝置，有兩種調節其功率的方式：①只調節燃氣輪機的功率輸出；②同時調節燃氣輪機和汽輪機的功率輸出。

燃氣輪機的功率通常採取改變燃料的供給量來控制，在高負荷範圍內，有時通過改變吸入壓氣機的空氣流量來進行調整。在後一種方法中。可以在80%～100%的負荷範圍內，使燃氣輪機的進氣溫度保持恆定不變，負荷低於80%之後，為防止燃氣輪機的末級溫度太高，必須將燃氣輪機的進氣溫度極限值降低。

在有補燃的餘熱鍋爐的聯合循環中，蒸汽的壓力和溫度都比較高，汽輪機不採用滑壓運行方式，而採用定壓運行方式。主蒸汽壓力保持恆定，通過調節汽輪機進汽閥開度，控制汽輪機輸出功率。主蒸汽流量的變化則是通過對餘熱鍋爐補燃的燃料量的控制來進行調節。此種控制方式能適應機組負荷有相當大的突然變化的工況需求，因為，可以讓汽輪機來承擔一部分的負荷波動，以減少燃氣輪機負荷的大幅度波動，也就是說。可以減少燃氣輪機初溫的變化幅度，以利於延長燃氣輪機的使用壽命。

從理論上講，負荷控制與頻率控制是等效的。但在高負荷情況下，燃氣輪機往往可以被切換到溫度控制的運行方式之中，那時，不論頻率的變化或負荷的波動都不會影響機組的運行工況(以控制燃氣輪機進氣溫度不越限)。

汽包水位控制

採用三衝量水位控制系統。低壓汽包一般只配備單衝量汽包水位控制系統。

主蒸汽溫度控制

不補燃的餘熱鍋爐，煙氣溫度比較低，汽溫控制不是絕對必要的，只是在尖峰負荷工況下，採取溫度限制。對於有補燃的餘熱鍋爐，一般採用過熱器二段或三段噴水減溫調節。

主蒸汽壓力控制

在不補燃的餘熱鍋爐中。汽輪機按滑壓方式運行，無需對主蒸汽壓力進行控制。對於汽輪機按定壓方式運行時，主蒸汽壓力控制系統必須始終運行。根據機組系統配置，改變：汽輪機調節閥開度、汽輪機旁路閥開度、啟動閥及煙氣旁路閥開度等。

給水溫度控制

為保持餘熱鍋爐的低溫腐蝕在允許的範圍之內，應將維持給水溫度在酸露點溫度附近，作為給水溫度的控制指標。

燃氣輪機和所屬輔機控制

燃氣輪機和所屬輔機的控制有三大部分組成：順控系統、主控系統和保護系統。

順控系統

一是啟動準備及判據檢查。包括在自動啟動前，全面檢查設備是否都已處於可以啟動的準備狀態。二是根據預先確定的邏輯條件，控制所有二位式作用的輔助設備，如：啟動離合器、各類泵、各種開關型閥門等，以保證機組的自動啟動和停止。

主控系統

主控系統主要是調節進入燃氣輪機燃燒室的燃料流量，相應調節壓氣機的進口可調導葉。主控系統含下列主要控制系統：

(1)啟動控制系統。在順控系統和啟動控制系統的共同作用下完成啟動過程。啟動控制系統則是在從點火開始，直到啟動程式完成這個階段內，根據判據，適時和適量地向燃燒室供應燃料。

(2)轉速控制系統。轉速控制系統屬燃氣輪機的頻率/負荷的控制系統。有“有差轉速”和“無差轉速”兩種控制算法供選。當機組帶動交流發電機時，應該選擇“有差轉速”控制方式。

(3)加速度控制系統。轉子角加速度的信號值與設定值進行比較，該控制系統可以在燃氣輪機突然甩負荷後，幫助抑制動態超速；也可在啟動過程中限制燃氣輪機的加速率；提供增、減燃料流量信號。

(4)溫度控制系統。是把燃氣輪機排汽溫度的信號與溫控基準值進行比較，以便提供增、減燃料流量的信號，為實現燃氣輪機最高(進氣)溫度的限制提供保證。

(5)同期控制系統。同期控制系統自動地測量發電機以及電網的電壓、頻率和相位，使之相互比較，以便提供增、減燃料流量信號，去調整燃氣輪機的轉速和發電機的電壓，為自動併網提供保證。

(6)手動控制系統。在控制系統處理器故障或調試時，通過操作接口的軟開關，給出增、減燃料流量的信號，以便完成手動控制功能。

保護系統

設有超速、超溫、熄火、振動、燃燒監測五項複雜的保護系統；還有潤滑油壓力、溫度，液壓系統壓力，燃料源壓力，電動機電源電壓，啟動故障，以及熱電偶開路等保護。

用DClS系統示例

DCIS(Distributed Control and Information System)是分散式控制和信息系統。實例：擁有兩套燃氣蒸汽聯合循環發電機組，系統共有三級：

(1)0功能級。用於對單一設備控制。0功能級上相應設備，其中以燃氣輪機最為突出，幾乎皆由製造商提供專用控制裝置進行控制。例如：GE公司提供的MARK一Ⅳ型及以後改進型MARK—V控制系統，其主功能控制器採取三重冗餘配置，以提高可靠性。

(2)1功能級。兩套燃氣-蒸汽聯合循環發電機組協調控制，並對輔助設備進行控制與信息採集。

(3)2功能級。實現人機接口功能。

控制系統中所有控制、採集和監視功能都是通過計算機和子系統的微機(冗餘配置)來實現的。保護功能則是用常規的邏輯電路來完成。