[科普中国]-主燃气轮机组

概述

单机设备效率提高越来越困难的情况下，要提高热力系统的效率，就必须做到能源梯级利用，以充分利用各品位的热能，提高整个系统的效率。在这种背景下就开始出现了各种联合循环方案。典型联合循环电站是由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机三大子系统组成的，无补燃的余热锅炉型联合循环是目前最为常见的联合循环类型之一。在无补燃的余热锅炉型燃气－蒸汽联合循环系统中，只有燃气轮机是主动的，余热锅炉随动于燃气轮机，为了最大限度的利用燃气余热，蒸汽轮机一般较多的采用滑压运行方式，此时汽机进汽阀门全开，不做调节。因此可以近似认为，无补燃型联合循环的输出功率可以通过仅改变单个燃气轮机功率控制的给定值来进行调节。显然，燃气轮机的控制是联合循环电站控制的重点，所以简称主燃气轮机组。

联合循环的控制策略常规的燃油或燃气，蒸汽联合循环有三种基本方案：①不补燃的余热锅炉型方案；②有补燃的余热锅炉型方案；③增压锅炉型方案。

频率和负荷的控制由多台燃气轮机和一台汽轮机组成的联合循环发电装置，有两种调节其功率的方式：①只调节燃气轮机的功率输出；②同时调节燃气轮机和汽轮机的功率输出。

燃气轮机的功率通常采取改变燃料的供给量来控制，在高负荷范围内，有时通过改变吸入压气机的空气流量来进行调整。在后一种方法中。可以在80%～100%的负荷范围内，使燃气轮机的进气温度保持恒定不变，负荷低于80%之后，为防止燃气轮机的末级温度太高，必须将燃气轮机的进气温度极限值降低。

在有补燃的余热锅炉的联合循环中，蒸汽的压力和温度都比较高，汽轮机不采用滑压运行方式，而采用定压运行方式。主蒸汽压力保持恒定，通过调节汽轮机进汽阀开度，控制汽轮机输出功率。主蒸汽流量的变化则是通过对余热锅炉补燃的燃料量的控制来进行调节。此种控制方式能适应机组负荷有相当大的突然变化的工况需求，因为，可以让汽轮机来承担一部分的负荷波动，以减少燃气轮机负荷的大幅度波动，也就是说。可以减少燃气轮机初温的变化幅度，以利于延长燃气轮机的使用寿命。

从理论上讲，负荷控制与频率控制是等效的。但在高负荷情况下，燃气轮机往往可以被切换到温度控制的运行方式之中，那时，不论频率的变化或负荷的波动都不会影响机组的运行工况(以控制燃气轮机进气温度不越限)。

汽包水位控制采用三冲量水位控制系统。低压汽包一般只配备单冲量汽包水位控制系统。

主蒸汽温度控制不补燃的余热锅炉，烟气温度比较低，汽温控制不是绝对必要的，只是在尖峰负荷工况下，采取温度限制。对于有补燃的余热锅炉，一般采用过热器二段或三段喷水减温调节。

主蒸汽压力控制在不补燃的余热锅炉中。汽轮机按滑压方式运行，无需对主蒸汽压力进行控制。对于汽轮机按定压方式运行时，主蒸汽压力控制系统必须始终运行。根据机组系统配置，改变：汽轮机调节阀开度、汽轮机旁路阀开度、启动阀及烟气旁路阀开度等。

给水温度控制为保持余热锅炉的低温腐蚀在允许的范围之内，应将维持给水温度在酸露点温度附近，作为给水温度的控制指标。1

燃气轮机和所属辅机控制燃气轮机和所属辅机的控制有三大部分组成：顺控系统、主控系统和保护系统。

顺控系统一是启动准备及判据检查。包括在自动启动前，全面检查设备是否都已处于可以启动的准备状态。二是根据预先确定的逻辑条件，控制所有二位式作用的辅助设备，如：启动离合器、各类泵、各种开关型阀门等，以保证机组的自动启动和停止。

主控系统主控系统主要是调节进入燃气轮机燃烧室的燃料流量，相应调节压气机的进口可调导叶。主控系统含下列主要控制系统：

(1)启动控制系统。在顺控系统和启动控制系统的共同作用下完成启动过程。启动控制系统则是在从点火开始，直到启动程序完成这个阶段内，根据判据，适时和适量地向燃烧室供应燃料。

(2)转速控制系统。转速控制系统属燃气轮机的频率/负荷的控制系统。有“有差转速”和“无差转速”两种控制算法供选。当机组带动交流发电机时，应该选择“有差转速”控制方式。

(3)加速度控制系统。转子角加速度的信号值与设定值进行比较，该控制系统可以在燃气轮机突然甩负荷后，帮助抑制动态超速；也可在启动过程中限制燃气轮机的加速率；提供增、减燃料流量信号。

(4)温度控制系统。是把燃气轮机排汽温度的信号与温控基准值进行比较，以便提供增、减燃料流量的信号，为实现燃气轮机最高(进气)温度的限制提供保证。

(5)同期控制系统。同期控制系统自动地测量发电机以及电网的电压、频率和相位，使之相互比较，以便提供增、减燃料流量信号，去调整燃气轮机的转速和发电机的电压，为自动并网提供保证。

(6)手动控制系统。在控制系统处理器故障或调试时，通过操作接口的软开关，给出增、减燃料流量的信号，以便完成手动控制功能。

保护系统设有超速、超温、熄火、振动、燃烧监测五项复杂的保护系统；还有润滑油压力、温度，液压系统压力，燃料源压力，电动机电源电压，启动故障，以及热电偶开路等保护。1

用DClS系统示例DCIS(Distributed Control and Information System)是分散式控制和信息系统。实例：拥有两套燃气蒸汽联合循环发电机组，系统共有三级：

(1)0功能级。用于对单一设备控制。0功能级上相应设备，其中以燃气轮机最为突出，几乎皆由制造商提供专用控制装置进行控制。例如：GE公司提供的MARK一Ⅳ型及以后改进型MARK—V控制系统，其主功能控制器采取三重冗余配置，以提高可靠性。

(2)1功能级。两套燃气-蒸汽联合循环发电机组协调控制，并对辅助设备进行控制与信息采集。

(3)2功能级。实现人机接口功能。

控制系统中所有控制、采集和监视功能都是通过计算机和子系统的微机(冗余配置)来实现的。保护功能则是用常规的逻辑电路来完成。1