markvi系统及维护技术

markvi系统及维护技术内容摘要：

时，如果燃料供应系统的气压较低，则需利用燃气增压机来提高燃气轮机燃 烧器入口的压力至要求范围内。 如果燃气供应压力高于燃机燃烧器入口的燃气要求压力，则需要设置减压装置降低压力。 气体燃料加热装置 燃气轮机燃烧器不仅对入口燃料的压力有要求，而且对入口燃料的温度也有要求，一般为露点温度加 28～ 30℃左右。 在寒冷地区，如我国新疆有的地区冬季最低气温达 39℃左右，在这种地区，燃气供应系统配备燃料加热装置（如蒸汽加热器等）来提高燃烧器入口的燃气温度。 气体燃料主控系统 气体燃料主控系统主要包括： ○ 1 气体燃料过滤器； ○ 2 气体速度 /比例截止阀和气体控制阀组件； ○ 3 气体燃料控制系统； ○ 4 通向各燃烧室的气体燃料分配母管等。 图 1－ 6中给出了气体燃料的系统图。 气体燃料在流过过滤器时，可以除去其中夹带的杂物，以免影响气体控制阀和气体速度比例截止阀的工作。 过滤器下方装有排污阀，要求定期开启，以保持滤网清洁。 在运行过程中过滤器也必须定期清洗，清洗周期的长短，则取决于气体燃料的质量。 气体速度比例截止阀和气体控制阀串联在一起，安装在同一个壳体中，气体控制阀的作用是，根据透平转速和外界负 荷变化的要求，不断地改变气体控制阀的开度（即气阀的通流面积），调整送入燃烧室的天然气流量，气体控制阀的阀芯是一个设计成为带有裙边的碟形体，阀座则设计成为渐缩渐扩型的拉伐尔管。 由于在设计时已经确保气体控制阀前后的天然气压力比总是满足小于临界压比的条件，因而流过气体控制阀的天然气流量与阀门前后的压力降无关，它只是气体控制阀开度以及阀体前天然气压力 P2 的函数（当天然气的温度变化不大时）。 气体控制阀为一个渐缩渐扩形的拉法尔喷管： 流体在喷管内流动，流速增加，压力降低。 基本方程组 连续性方程式： 式中： 0 vdvcdcAdAff（ 1－ 1） 2mA 喷管截面积、 7 过程方程式： 式中： 声速方程式： 马赫数定义式： 由流动能量方程式、热力学第一定律解析式、以及上述基本方程式，得： 若气流通过喷管，此时气体因绝热膨胀，压力降低、流速增加，所以气流截面的变化规律是： 相应地，对喷管的要求是：对亚声速气流要做成渐缩喷管；对超声速气流要做成渐扩喷管；对气流由亚声速连续增加至超声速时要做成渐缩渐扩喷管（缩放喷管），或叫做拉法尔喷管。 各种喷管的形状如图 1－ 8 所示。 气体流经喷管做充分膨胀时，各参数的变化关系如图 1－ 9 所示。 ffcdcMaAdA )1( 2 气流截面扩张。 ，超声速流动，气流截面缩至最小；＝，声速流动，＝气流截面收缩；，亚声速流动，,01,01,01dAMadAMadAMasmc f /流体流速、 kgmv /3流体比容、0 vdvkpdp （ 1－ 2） pa压力、p定熵指数kkpvcccMa f（ 1－ 3） （ 1－ 4） （ 1－ 5） 图 1－ 8 8 假定工质为理想气体并取定值比热容，喷管中流量随工作条件的关系如下式： 由上式可知，当 2A 及 0p 、 0v 保持不变，也即 2A 和进口截面参数保持不变时，流量仅随出口截面压力与进口截面压力之比而变，见图 1－ 10 对于收缩喷管，当背压 bp （喷 管出口截面外压力）从大于临界压力 crp 逐渐降低时，出口截面上的压力 2p 也逐渐下降且数值上与 bp 相等，此时 mq 则逐渐增大；到背压等于临界压力时， 2p 仍等于 bp 等于 crp ， mq 达到最大 值，如图中曲线 ab 所示。 若 bp 继续下降， 2p 不随之下降，而仍维持等于 crp ， mq 也保持不变，为 b 点的值。 因为，若气流继续膨胀，气流的速度要增至超声速，气流的截面要逐渐扩大，而渐缩喷管不能提供气流展开所需的空间，故气流在渐缩喷管中只能膨胀到 2p = crp 为止，出口截面 上的流速也只能达到当地声速 ： 故而流量 mq 维持达临界时的值不变。 将此时之压力比，即临界压力比代人式 (1— 6)，即得 图 1－ 9 kkm ppvpkkAq 112020 11200cr,2 12 vpk kcc ff （ 1－ 6） （ 1－ 6） 9 如喷管为缩放喷管，在正常工作条件下 bp crp ，在喷管最小截面处压力为 crp ，流速为当地声速 crfc,。 尽管在喷管最小截面以后气流速度达超声速，喷管截面面积扩大，但据质量守恒原理其 截面上的质量流量与最小截面处相等。 降低背压，最小截面处压力及流速不变，所以虽然出口截面的压力下降，出口截面面积增大，出口流速也增大，但流量保持不变，如图中曲线 bc 所示。 但若出口截面面积 2A 是定值，随 2p 降低，实际需要的喉部流通面积会减小，则会出现流量减小，如图中虚线所示。 在设计工况下，渐缩渐放喷管的喉部截面处的气流达到临界状态，气流速度在收缩段是亚声速的，到最小截面处等于当地声速，在扩张段达到超声速。 设计工况下气体在喷管内的压力变化如图 1－ 12 中曲线 ABC 所示。 若降低背压 bp ，使之小于原出口截面设计压力 2p ，此时喉部截面处的气流仍为临界状态，故喷管流量不变。 但按喷管内气体实现完全膨胀的情况，通过相同的流量要求更大的出口截面面积，故喷管内气体只能膨胀到原设计出口截面压力 2p ，而不能继续膨胀到 bp。 气体流出喷管后，在管外自由膨胀，降压至 bp ，情况与渐缩喷管相似，也称为膨胀不足。 图 1－ 10 喷管流量随出口压力变化示意图 11122m a x 1212 vpkkkAm k   10 气体速度 /比例截止阀的作用有两个： ○ 1 调整进入气体控制阀的天然气压力 P2，使P2 成为透平转速的函数。 也就是说，当气体速度 /比例截止阀与气体控制阀串联在一起工作时，可以适应机组转速和外界负荷变化的需要，来共同调整供向燃烧室的天然气流量。 ○ 2 保证机组在正常停机或事故停机时，能够既迅速又严密地切断供向燃烧室的天然气。 气体控制阀的开度（即通 流面积）是由气体控制阀的控制伺服阀 65GC 通过一个油动机来操纵的。 当然，气体控制阀的开度（也就是油动机活塞的位置）应该根据伺服阀65GC、透平转速以及外界负荷之间的关系来确定。 当机组转速和外界负荷确定不变时，就要求向燃烧室供给一定数量的气体燃料，也就是说，在转速电子调节系统中，就有一个标准的燃料输入信号。 而气体控制阀的开度大小，则可以通过两个线性可变差动变压器 96GC 2，来感受出一个反馈信号。 当这个反馈信号在机组的控制系统中与标准的燃料输入信号作比较后，就能够产生一个偏差信号 ，这个信号在经过伺服阀驱 动放大器的放大后，将传送给 65GC，通过它去操纵油动机动作，最后使气体控制阀的开度定位。 气体速度比例截止阀的动作原理与气体控制阀基本上是相似的，它是由一个气体速度比例截止阀的控制伺服阀 90SR 通过油动机来操纵的，当气体速度比例截止阀的开度改变时，可以使气体控制阀前的天然气压力 P2 相应地发生变化。 这个阀门的开度大小则可以通过一个线性可变动变压器 96SR 来感受出一个反馈信号。 这个反馈信号将与天然气压力 P2 发生的反馈信号（它是由气体压力传感器 96FG 产生的）一起输送给转速电子调节系统中的压力控制环路。 当它们 在其中与标准的燃料输入信号进行比较后，也能够产生一个偏差信号。 这个信号在经过伺服阀驱动放图 1－ 13 图 1－ 11 渐缩喷管中的压力变化曲线 图 1－ 12 缩放喷管中的压力变化曲线 11 大器的放大后，将传送给 90SR，通过它去操纵油动机动作，最后使气体速度比例截止阀的开度定位。 气体速度比例截止阀与气体控制阀的动作，可以满足整台机组在启动和正常运行时，气体燃料流量的控制和调节特性的需要。 从图 1－ 13 中可以看出，在气体速度比例截止阀的控制阀 90SR 及其油动机之间，还装有一个液压泄油阀，这个阀门的动作是由跳闸控制油系统来控制的。 当机组在正常情况下运行时（那时跳闸控制油系统中液压油的油压正常），液压泄油 阀所处的位置能够允许控制伺服阀 90SR 把液压油输送给油动机，以此去控制气体速度比例截止阀的开度大小。 当机组进行正常停机或事故停机时，跳闸控制油系统中的液压油将迅速泄压。 液压泄油阀中的弹簧将会使套筒升起，从而把油动机中的液压油泄到机组的润滑油箱中去。 这样就能使气体速度比例截止阀立即关闭，由此达到切断天然气供给的目的。 为防止燃气轮机停机后，有一定数量的天然气泄漏到燃烧室中去，在启动过程中没有排尽，而致使点火后引起爆炸，当机组停运时，上述两道阀门后的天然气管道应立即自动地旁通大气（见图 1－ 14），即使有泄漏现 象，也只允许把漏气排向高空，从而严防排入燃烧室。 燃机主控制系统确定的燃料基准 FSR ,会按比例分配给燃气和燃油系统。 当只燃用天天然气时 ,其燃料量就等于 FSR 决定的总燃料量。 燃烧控制系统的任务就是合理组合和分配燃料量 ,保证燃烧效率和稳定性 ,抑制环境污染物的生成。 传统的燃烧室采用的是扩散燃烧方式 ,即将燃气直接喷入燃烧区域 ,和助燃空气边扩散掺混边燃烧。 扩散燃烧的过量空气系数近似为 1 ,燃烧温度非常高 ,通常高于空气中 N2 和 O2 化学反应的起始温度 1650℃ ,因而会产生大量的 NOx 污染物 ,而采用预混燃烧方式则可以有效地抑制 NOx 的生成。 预混燃烧是预先将燃气和空气混和成均相、稀释的可燃混和体 ,使燃烧在较高的过量空气系数下进行 , 降低燃烧温度 , 从而抑制 NOx 的生成。 但正因为预热燃烧在燃烧前进行了均匀混和 ,它的可燃范围有限 ,在低负荷时燃烧稳定性和效率都比较差。 针对两种燃烧方式的不同特点 , GE 公司先后开发了几代干式低 NOX (DLN) 燃烧室 :DLN 1 ,DLN 2 ,DLN 2 + ,DLN 2. 6 以及 DLN 2. 5H 等。 9FA 燃机的燃烧室为DLN 2 + 型 ,是两级串 联式燃烧室 ,每个燃烧室中有 5 个燃烧筒 ,每个燃烧筒有两级喷嘴 ,燃烧室喷嘴布置如图 1－ 8 所示。 其中 ,D5 为位于燃烧筒后端的扩散喷嘴 ,PM1 和 PM4 是位于前端的预混喷嘴。 DLN 燃烧控制系统的作用就是根据运行工况 ,调节 D5 、 PM1 和 PM4 的燃气量 ,使燃烧系统的热效率和排放量达到最佳 ,在任意负荷下都能稳定运行。 因此 ,燃烧控制系统是整个燃机控制系统中的关键和核心。 燃气系统的结构如图 1－ 9 所示 ,由燃气截止阀ASV ,燃气速比阀 SRV 和 3 个燃气控制阀 GCV1 、 GCV2 、 GCV3 组成 ,这些阀门 都是液压伺服阀。 其中燃气速比阀采用 PI 调节来控制阀后燃气压力 P2 ,3 个燃气控制阀图 1－ 6 图 1－ 14 12 分别控制进入 18 个燃烧室的 D5 、 PM1 和 PM4 的流量。 图 1－ 15 DLN 2 + 燃烧室喷嘴布置 图 1－ 16 燃气系统结构 图 1－ 17 燃料控制系统操作画面 13 第 2章 燃气轮机的控制系统 燃气轮机控制系统使机组盘车把机组带动到清吹转速、点火，再把机组转速提升到额定工作转速，还要控制同期并网，然后把燃气轮机加负荷到适当的工作点。 这一系列过程必须自动发生和完成，同时要减小燃气轮机热通道部件和辅助部件中的热应力。 燃气轮机控制系统通常可分为 4 个功能 子系统，即：①主控制系统；②顺序（程序）控制系统；③保护系统；④电源系统。 在上述各功能系统中主控制系统是主要的，它必须完成 4 项基本控制：①设定启动和正常的燃料极限；②控制燃气轮机转子的加速；③控制燃气轮机转子的转速；④限制燃气轮机的透平进口温度。 每个时刻只有一个控制功能或系统能控制送到燃气轮机的燃料流量。 这几个控制系统都输入到“最小值选择门”，该选择门的输出作为燃料控制系统的输入。 采用最小值可给燃气轮机提供最安全的运行。 顺序（程序）控制系统提供了在启动、运行、停机和冷机期间轮机、发电机、启动装置和辅机的 顺序控制。 顺序控制系统监测保护系统和其他主要系统，如燃料系统、液压油系统，并发出燃气轮机按预定方式启停的逻辑信号。 这些逻辑信号包括转速级信号、转速。