并聯(lián)運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)并聯(lián)運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃?xì)夤庀到y(tǒng)進(jìn)行分析，針對(duì)原供氣方案的不足之處，提出了改進(jìn)方案。關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組；分布式能源系統(tǒng)；供氣系統(tǒng)Design of Gas
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)并聯(lián)運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃?xì)夤庀到y(tǒng)進(jìn)行分析，針對(duì)原供氣方案的不足之處，提出了改進(jìn)方案。
關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組；分布式能源系統(tǒng)；供氣系統(tǒng)
Design of Gas Supply System for Gas Turbine Generator Set in Parallel Operation
DOU Lianwang
Abstract：Combined with an engineering ease，the gas supply system for gas turbine generator set in parallel operation is analyzed.Aimed at the deficiency of the original gas supply scheme，the improvement scheme is proposed.
Key words：gas turbine generator set；distributed energy system；gas supply system
1 工程概況
   本工程為某燃?xì)夤窘ㄔO(shè)的一套小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，由4臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱燃機(jī))組成，4臺(tái)燃機(jī)總發(fā)電功率為260kW。系統(tǒng)可根據(jù)用戶電力負(fù)荷變化，自動(dòng)確定投運(yùn)機(jī)組的數(shù)量。當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，4臺(tái)燃機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，負(fù)荷降低時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)減少運(yùn)行機(jī)組，使系統(tǒng)的電力輸出與用戶電力特性相匹配。
   單臺(tái)燃機(jī)的供氣要求見表1。
表1 燃機(jī)的供氣要求
燃?xì)夥N類
天然氣
進(jìn)氣壓力/MPa
0.52～0.57
壓力波動(dòng)/(MPa·s-1)
0.0069
進(jìn)氣流量/(m3·h-1)
21.5
進(jìn)氣溫度/℃
≥水露點(diǎn)+10
含油體積分?jǐn)?shù)/10-6
≤2
燃?xì)膺^濾效率
過濾10μm粒徑微粒的效率≥99.9%
啟動(dòng)時(shí)耗氣量
正常耗氣量的2倍
    燃?xì)夤局袎喝細(xì)夤艿缐毫?.15MPa，無法滿足燃機(jī)的進(jìn)氣要求，需要對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行增壓處理。
    針對(duì)本工程中燃機(jī)對(duì)燃料的要求，筆者參考相關(guān)資料[1～3]，設(shè)計(jì)了一套燃機(jī)供氣系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，該供氣系統(tǒng)存在某些不足之處，通過對(duì)故障診斷，提出了改進(jìn)供氣方案。
2 原供氣方案
    為滿足燃機(jī)的進(jìn)氣要求，需要對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行增壓。在壓縮機(jī)后設(shè)計(jì)了一臺(tái)精密過濾器，除去壓縮后氣體中攜帶的潤(rùn)滑油液滴，為保證過濾器更換濾芯時(shí)不影響供氣，設(shè)置了過濾器旁通管路。為保證能向4臺(tái)壓縮機(jī)平穩(wěn)供氣，同時(shí)考慮到機(jī)組啟動(dòng)時(shí)耗氣量的急速增加，在4臺(tái)燃機(jī)前設(shè)置1臺(tái)不銹鋼燃?xì)鈨?chǔ)氣罐，容積為2.5m3。在供氣系統(tǒng)中設(shè)置壓力表(PI)、壓力變送器(PT)、溫度計(jì)(TI)、溫度變送器(TT)、壓差變送器(PDT)，對(duì)燃?xì)夤庀到y(tǒng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見表2，燃機(jī)供氣系統(tǒng)工藝流程見圖1。
表2 各設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
螺桿
設(shè)計(jì)壓力/MPa
1.O
壓縮機(jī)
標(biāo)況下最大排氣量/(m3·h-1)
250
精密
過濾效率
過濾10μm粒徑的
微粒效率≥99.9%
過濾器
設(shè)計(jì)壓力/MPa
1.0
標(biāo)況下最大流量/(m3·h-1)
250
渦輪
設(shè)計(jì)壓力/MPa
1.0
流量計(jì)
標(biāo)況下最大流量/(m3·h-1)
250
不銹鋼
設(shè)計(jì)壓力/MPa
1.0
儲(chǔ)氣罐
容積/m3
2.5
    系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)向儲(chǔ)氣罐充氣，然后通過儲(chǔ)氣罐分配給各臺(tái)燃機(jī)。通過對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行編程，當(dāng)壓縮機(jī)的出口壓力達(dá)到0.57MPa時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)停機(jī)，處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)出口壓力低于0.5MPa時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，給儲(chǔ)氣罐增壓。
    在本工程試運(yùn)行期間，出現(xiàn)以下情況：壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)；燃機(jī)不斷報(bào)警提示燃?xì)夤?yīng)壓力不足。經(jīng)筆者仔細(xì)分析供氣系統(tǒng)方案，認(rèn)為有以下幾種情況可能造成上述故障。
    ① 壓縮機(jī)設(shè)定的啟停范圍過窄
    壓縮機(jī)設(shè)定的啟停壓力上下限之差過小(只有0.07MPa)，而排氣量很大，壓縮機(jī)啟動(dòng)后幾分鐘即可使儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定壓力(0.57MPa)，而燃機(jī)在不斷耗氣，很快壓力降低至壓縮機(jī)的啟動(dòng)設(shè)定下限，造成壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)。
向壓縮機(jī)提供商咨詢后得知，螺桿壓縮機(jī)的啟停設(shè)定壓力范圍至少要達(dá)到0.1MPa，為避免頻繁啟動(dòng)造成壓縮機(jī)損壞，必須擴(kuò)大壓縮機(jī)的啟停設(shè)定壓力范圍。在本項(xiàng)目中，無法再調(diào)整壓縮機(jī)排氣壓力上限，否則將超出燃機(jī)的進(jìn)氣壓力范圍。雖然下限可以適當(dāng)調(diào)整，將啟動(dòng)壓力調(diào)整到0.47MPa以下，但此時(shí)燃機(jī)的發(fā)電效率將大幅降低?？梢娊档蛦?dòng)壓力也不可取。
② 燃機(jī)前未設(shè)調(diào)壓裝置
燃機(jī)的進(jìn)氣壓力范圍很窄，當(dāng)多臺(tái)燃機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，燃機(jī)對(duì)管道的抽氣造成燃機(jī)前壓力波動(dòng)太大，導(dǎo)致燃機(jī)進(jìn)氣壓力波動(dòng)超過允許的波動(dòng)值，從而引起燃機(jī)報(bào)警。為消除該故障，必須采取措施穩(wěn)定燃機(jī)前壓力。
3 改進(jìn)方案
方案一：保持壓縮機(jī)的啟停設(shè)定壓力不變，增大儲(chǔ)氣罐的容積或者擴(kuò)大燃機(jī)前燃?xì)饪偣芄軓?。一旦壓縮機(jī)出口壓力達(dá)到設(shè)定值停機(jī)后，儲(chǔ)氣罐及出口管道的壓力在0.52～0.57MPa范圍波動(dòng)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)壓縮機(jī)的啟停間隔。同時(shí)，較大的儲(chǔ)氣罐或者大口徑燃?xì)夤艿酪彩且粋€(gè)穩(wěn)定的壓力源，燃機(jī)前的進(jìn)氣壓力波動(dòng)會(huì)相應(yīng)減小，從而可以有效解決原供氣系統(tǒng)的問題。
    方案二：保持壓縮機(jī)啟動(dòng)設(shè)定壓力不變，提高停機(jī)壓力設(shè)定點(diǎn)到0.6MPa，滿足壓縮機(jī)廠家對(duì)壓縮機(jī)啟停設(shè)定壓力范圍要求(壓力上下限帶寬≥0.1MPa)。然后在儲(chǔ)氣罐的出口增加一套燃?xì)庹{(diào)壓器系統(tǒng)，來自儲(chǔ)氣罐的較高壓力燃?xì)饨?jīng)調(diào)壓后，達(dá)到0.57MPa。為避免類似故障發(fā)生，對(duì)所選擇的調(diào)壓器調(diào)壓精度提出要求，使調(diào)壓后管道壓力波動(dòng)范圍滿足燃機(jī)的進(jìn)氣波動(dòng)要求。改進(jìn)方案的工藝流程見圖2。
    方案三：改進(jìn)思路與方案二相同，即在原系統(tǒng)中增加燃?xì)庹{(diào)壓器。本方案中調(diào)壓器不是設(shè)在儲(chǔ)氣罐之后，而是設(shè)在每臺(tái)燃機(jī)的燃料進(jìn)口處，壓縮機(jī)的設(shè)定壓力與方案二相同。本方案的工藝流程見圖3。
4 改進(jìn)方案比選
   方案一：需要更換儲(chǔ)氣罐或者燃機(jī)前燃?xì)饪偣?，拆除的?chǔ)氣罐或管道將無法利用，勢(shì)必造成工程造價(jià)增加和設(shè)備浪費(fèi)。
    方案二與方案一相比，只需增加一套調(diào)壓系統(tǒng)，雖然造價(jià)增加，但沒有設(shè)備浪費(fèi)。
   方案三中，在燃機(jī)前調(diào)壓更加合理，更能保證燃機(jī)苛刻的供氣條件(即壓力波動(dòng)要求)。
    這3種方案中，方案3的可行性更大。筆者對(duì)方案3進(jìn)行了可行性調(diào)研并與燃機(jī)設(shè)備商溝通，燃機(jī)設(shè)備商也很認(rèn)同該方案，并給出了一個(gè)參考意見，即在燃機(jī)前設(shè)置調(diào)壓器和過濾器，這種設(shè)計(jì)方案在國(guó)外應(yīng)用比較廣泛，見圖4。
 

5 結(jié)論
   ① 為滿足多臺(tái)燃機(jī)啟動(dòng)階段燃?xì)庀牡募眲≡黾樱紮C(jī)供氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)儲(chǔ)氣罐，作為緩
    ② 為避免燃?xì)鈮嚎s機(jī)的頻繁啟動(dòng)，燃?xì)鈮嚎s機(jī)的啟停設(shè)定壓力范圍盡量提高到0.1MPa以上。
    ③ 為滿足燃機(jī)對(duì)燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)的要求，燃機(jī)前應(yīng)設(shè)置調(diào)壓裝置。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：豆連旺 上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司 上海 200070)