雾霾天气对联合循环机组运行影响的分析
李聪聪
【摘要】广东惠州天然气发电有限公司（简称惠州LNG电厂）位于广东省惠州市大亚湾经济技术开发区石化工业园区内，是国内最大的联合循环发电项目之一，目前3台39万千瓦燃气-蒸汽联合循环机组已经于2007年6月18日全部投产发电，燃气轮机为三菱M701F3型。
2014年3月19日下午至20日上午，大亚湾出现较为严重的雾霾天气，当时运行机组的压气机进气滤总压差显著上升，对我厂联合循环运行机组造成了一定影响。下面以#3机组为例，就雾霾天气对机组运行的影响进行简单的分析。
【关键词】机组运行； 雾霾天气；机组安全性
一、现象：压气机进气滤压差增大
根据历史数据绘制雾霾天气前后的#3机负荷及进气滤压差趋势图（见图1），由该图可知，相同负荷下，雾霾天气使压气机进气滤压差显著增大，具体情况如下：一）一级进气滤（粗滤）压差略有上升，幅度在0.1kpa以下；二）二级进气滤（精滤）压差持续大幅上升，幅度最大达0.4kpa左右；三）压气机进气滤总压差持续大幅上升，相同满负荷下，进气滤总压差最大值达1.1kpa，上升幅度达0.5kpa左右。根据三菱要求，当压气机进气滤压差达1.1kpa时，为避免防爆门动作，机组应降负荷运行。同时为了防止过滤器总压差突然增大，危机压气机稳定运行，在压气机进气室设置有四个防爆门，当总压差>1.25Kpa时，一个防爆门打开；当总压差>2.85Kpa时，其余三个防爆门打开，此时应手动停机。
二、对机组经济性的影响
（一）机组最大出力略微下降
压气机进气压损增大将导致燃机进口空气流量减小，这类似于大气压力减小产生的效果，在小幅度范围内，二者对燃机性能的影响可以近似认为相同。根据燃气轮机基本理论及三菱提供的M701联合循环机组大气压力—机组出力/效率修正曲线（见图2），在其它参数不变的条件下，压气机进气压损增大0.5kpa将导致机组最大出力下降约1.8MW。另外，根据满负荷时的燃机比功数值也可推导出相同结果。
（二）机组各负荷效率略有上升
雾霾天气期间，压气机进气滤压损增大，压气机进口空气流量减小，机组在满负荷时的效率基本不变，而部分负荷时效率甚至略有提高，幅度在0.5%以下，见表1、图3，简单解释如下：
1、根据燃机控制原理，随机组负荷升高，燃气初温将随之升高，当燃气初温达到限定值时，机组即达到满负荷。
2、当燃机空气流量小幅度变小时，由于满负荷时的燃机温比和压比不变，机组满负荷效率理论上将维持不变，而实际上满负荷燃气初温的控制是有一定裕度的，燃气初温将略有上升，机组效率也将随之小幅度提高。
3、当燃机空气流量变小时，部分负荷下的燃机温比是上升的，且由于余热锅炉进口烟温的提高，蒸汽循环效率也将上升，故机组部分负荷效率将略有上升。
三、对机组安全性的影响
（一）防爆门未打开前机组安全性基本无影响
雾霾天气期间，压气机进气滤压损增大，在防爆门未打开前，压气机进口空气流量减小。理论上来说，当转速一定而空气量减少时，会引起压气机转子动叶攻角的增加，当空气量减少而使动叶攻角增大到临界攻角附近时，动叶排中的某几个叶片可能发生分离导致旋转失速，严重的情况下可能导致发生压气机喘振，严重威胁机组的运行安全。
使用Gasturb软件对三菱M701F燃气轮机进行建模计算后发现在99kPa～101kPa的进口压力下压气机的运行工况点比较稳定，喘振裕度还较大，也就是说雾霾天气，压气机进气滤压损虽增大，在四个防爆门打开前，进口空气流量虽然减小，但燃气轮机压气机稳定运行的裕度还很大。
（二）防爆门打开后机组需停机
根据三菱规定，当总压差>1.25Kpa时，一个防爆门打开，此时能保证机组安全运行，但考虑到有部分脏空气直接进入压气机，为防止脏空气对IGV和压气机叶片造成损坏，此时需尽快停机；当总压差>2.85Kpa时，其余三个防爆门打开，防爆门全开时可保证机组50%的空气流量（防止压气机喘振），此时应手动停机。
由于进气滤网的过滤特性，当长时间使用流通间隙变小后，空气中的细小杂质更容易堵塞在滤网上，所以一旦滤网压差较高后，会在较短的时间内快速上升。因此在实际运行中，为了避免进气滤网压差快速上升，防止防爆门动作，当压气机进气滤压差达1.1kpa时，机组应降负荷运行。
四、结论和建议
（一）分析结论
通过对雾霾天气前后#3机组负荷及进气滤压差实际数据的分析和性能计算，以及对压气机进行建模分析，并结合三菱的相关规定，可以得出：雾霾天气主要导致燃机二级进气滤（精滤）压差大幅上升，导致机组最大出力略微下降，但机组效率基本不变，部分负荷甚至略有提高。只要防爆门不动作，进气滤压差稍微偏高对机组的安全性也无太大影响，但应该及早采取降负荷等措施防止防爆门动作。
（二）运行建议
雾霾天气需加强对运行机组的监控：雾霾天气会导致机组进气滤压差升高，虽然对机组经济性和安全性影响不大，但需避免由于进气滤压差高导致防爆门动作而影响机组安全运行，同时还可能存在未发现的其它影响，因此在雾霾天气需加强对运行机组，特别是燃机的运行监控，发现异常及时分析处理。
发现进气滤压差高后及时降负荷运行：发现机组进气滤压差高后，及时降低机组负荷，减少进入燃机的空气总量，这是降低进气滤压差，避免滤网工作条件进一步恶化，防止滤网压差突升，避免防爆门动作最有效的方法之一。
（三）改进措施
可适当提高第一个防爆门的动作值：按照前面的分析结论和三菱的规定，第一个防爆门主要起到警示作用，只有当滤网压差更高后所有防爆门打开才是为了避免压气机可能出现的喘振，所以可以适当提高第一个防爆门的动作值，避免其动作后需要尽快。
