[发明专利]一种维持燃机联合循环机组免清吹信用证装置及方法

说明书

本发明涉及一种维持燃机联合循环机组免清吹信用证装置及方法，所述装置包括天然气燃料系统、排气烟道；所述天然气燃料系统包含辅助安全截止阀、速度比例截止阀、燃料控制阀，所述辅助安全截止阀与速度比例截止阀之间连接有第一排空管路并在内设有第一天然气监测探头组；所述速度比例截止阀与燃料控制阀之间连接有第二排空管路并在内设有第二天然气监测探头组；所述排气烟道设有第三天然气监测探头组。所述方法包括分别在第一和第二排空管路内增加天然气监测探头组监测阀门隔离状况及严密性；在排气烟道增加天然气监测探头组验证隔离效果。本发明可以有效缩短燃气‑蒸汽联合循环机组的启动时间，可大幅提升机组的灵活性和经济性。

技术领域

本发明涉及燃机控制领域，具体涉及一种维持燃气-蒸汽联合循环机组免清吹信用证装置及方法。

背景技术

燃气轮机联合循环电厂因其高效清洁，启动灵活快速在电力市场中占据着重要地位，尤其在快速启动负荷响应方面有着不可替代的作用。对于使用天然气作为燃料的燃气轮机，因为担心天然气在燃机后的排气烟道内聚集而在机组启动时发生燃烧爆炸的恶性事故，会在燃机启动前进行清吹，清吹为至少五倍容积置换（燃机后至余热锅炉最末级蒸发器），持续时间不少于5分钟，清吹流量不能小于燃机全功率质量流量的8%。

典型的燃机联合循环机组启动步骤分为三个阶段：1、燃机启动阶段，包括燃机启动和并网，冷凝器建立真空，汽机旁路运行；2、联合循环启动阶段，包括汽水化学品质确认，汽机冲转及并网，汽机暖机；3、燃机和汽机带负荷阶段，燃机汽机按升负荷率加负荷。

在不同的温度状态下，典型的燃机启动各阶段所需时间如下：

1、冷启动状态：燃机启动阶段用时20-25min，联合循环启动阶段用时80min，燃机和汽机带负荷阶段用时45min；

2、暖启动状态：燃机启动阶段用时20-25min，联合循环启动阶段用时50min，燃机和汽机带负荷阶段用时45min；

3、热启动状态：燃机启动阶段用时15-20min，联合循环启动阶段用时10min，燃机和汽机带负荷阶段用时20-25min；

目前燃机典型清吹时间从5分钟到18分钟不等，在暖态和热态启动时，燃机清吹延长了燃机启动并网时间的同时，对燃机热端部件产生热冲击，余热锅炉受热面因被清吹空气冷却而使各级蒸汽有更多的凝结水产生，汽水参数降低，余热锅炉和汽机启动和并网时间延长且效率下降。以现有技术中某类型F级燃机电厂机组热启动实测数据为例，燃气轮机轮间盘温度(DCT)230℃、燃气轮机叶片通道温度(BPT)298℃、燃气轮机排气温度(EXT)265℃，300s清吹后DCT 180℃、BPT 130℃、EXT172℃，550s清吹后DCT 177℃、BPT116℃、EXT152°℃, 余热锅炉在启动前、清吹300s后、清吹550s后热通道金属管壁温度变化情况:再热器2入口温度279℃\210℃\173℃;再热器2出口温度280℃\247℃\210℃; 高压过热器2出口温度282℃\263℃\244℃;再热器1号再热出口温度282℃\ 279℃\269℃。

免清吹可以减少清吹时间的厂用电消耗，上述机组启动变频装置SFC的额定功率是6600kVA，辅机设备中最大负荷循环水泵额定功率2200kW。以一次启停减少10分钟清吹时间为例，可以节电1200千瓦时，年启动300次计，节约厂用电36万千瓦时，节省厂用电费超过二十万。

由以上案例可见燃机免清吹可以使暖态和热态启动时机组启动时间明显缩短，节省厂用电，经济性提升显著，燃机热端部件和余热锅炉受热面及汽水循环部件可靠性增加，尤其是对于日启停的调峰机组，因热态启动占绝大多数，受益尤为明显。

伴随着燃气轮机工业的迅速发展，余热锅炉的清吹问题一直在行业内得到广泛讨论，一大部分联合循环供应商和运营商建议取消对日起停联合循环机组的清吹要求。美国国家消防协会余热锅炉技术委员会在2003年首次提出了一个概念：“联合循环免清吹信用证”。NFPA锅炉和燃烧系统危害标准委员会在2006年成立了一个工作组来研究和落实这个概念，为联合循环电厂提供指引来加强快速启动能力。