熊少军 宋 馨 刘雄飞 贾 琳

（郑州燃气发电有限公司，河南 郑州 450001）

1 引言

V94.3A 型燃气轮机由西门子KWU 公司研究制造，采用单缸单轴、轴向排气结构。 压气机有15 级，压比17，设有2 级防喘放气，采用压气机抽气进行密封冷却。 燃烧室为环形燃烧室，燃烧室装有24 个干式低NOx 混合型燃烧器，透平动叶进口初温1230℃。 进气系统采用自清洁过滤系统，进口导叶角度范围（由开到关）45°，燃烧器数量24 个。每台燃烧器燃料喷嘴的种类包括扩散燃烧器、预混燃烧器、值班扩散燃烧器，火焰信号监测器2 个。 轴向流动透平级数4 级[1]。

本文结合联合循环机组的运行特性及V94.3A 型燃机压气机运行参数的变化， 分析了水洗后机组相关参数的变化，为该型机组压气机离线水洗提供了理论与经验。由于压气机在线水洗运行经验较少，文中不进行讨论。

2 燃气轮机压气机水洗方法

2.1 根据西门子公司提供的技术资料要求， 压气机离线水洗要求如下：

2.1.1 燃机停运后盘车6 小时， 使燃机各部件充分冷却。

2.1.2 使用德国生产的爱尔克令清洗液， 按照1：10的比例配好约500L 清洗液。

2.1.3 全开燃机IGV 进气导叶， 全开进气挡板和锅炉烟囱挡板， 有利于清洗液更好地到达压气机后几级叶片。

2.1.4 启动燃气轮机水洗程序， 升速至300rpm/min时喷入清洗液。当燃机转速降至低于800rpm/min 时，停止喷入清洗液，并打开压气机和透平底部排污阀进行排污。按此程序反复操作2 次，直至清洗液用完。

2.1.5 将燃机叶片及热通道浸泡一段时间， 根据废液排出情况判断水洗效果，达到要求后进行漂洗。

2.1.6 按照水洗液清洗操作过程， 用除盐水对压气机叶片漂洗3 次。

2.1.7 漂洗结束后，开启各排污阀至无水流出，启动机组进行干燥。

2.1.8 启动燃机至满速，根据电网要求接带负荷（在30%的基本负荷停留一段时间进行烘干）或者满速运行一段时间后停机备用。

2.2 V94.3A 型机组在国内属新技术机组，运行经验较少，如何更有效地进行水洗操作还处于摸索阶段。 为了尽量提高水洗清洁度，生产人员结合目前国内2 台V94.2型机组的水洗经验，对水洗理论和操作过程进行了分析，通过改进部分操作取得了显著效果。

2.2.1 喷入清洗液的过程中将带状及雾化水洗喷嘴阀全开。 由于带状水柱较长，溶剂能够与更多的压气机叶片接触。 在燃气惰走过程中，随转速逐渐下降带状水柱到达后级叶片，有利于溶液充分浸润各级叶片，使水洗更加有效。 水洗后燃机排气扩散段排污管道中留出的溶液泡沫证实了我们的判断，水洗液成功到达末级压气机叶片。

2.2.2 每次清洗液喷入后将压气机叶片浸泡10 分钟，让溶液和叶片污垢充分浸润再进行排污。

3 压气机水洗前后工况变化及经济性分析

结合2年来的运行经验，我们选取一次V94.3A 型机组的典型离线水洗作为参照， 分析水洗前后机组的工况变化，然后进行经济性分析。

3.1 水洗前后机组工况变化情况

我们均选取连续几日内机组联合循环运行的工况，采用IGV 全开、燃机OTC 模式下运行两个半小时以上记录的数据，达到了西门子机组性能试验对稳定性的要求。我们通过查阅西门子燃气轮机功率和热耗率修正曲线，对数据进行了修正。

以下为压气机水洗前后的部分运行参数。

表1

经对比我们可以得出如下结论：

3.1.1 燃机进气温度作为对联合循环机组出力影响最大的因素表现的最为直接。 4 天中以“运行工况2”进气温度最低，其机组总出力表现为最高。 这种结果有2 个原因：一是燃气轮机出力直接受进气温度影响。 二是气温对机组真空影响较大，造成汽轮机出力高低发生变化。

3.1.2 燃机压气机水洗使机组效率有效提高。 在以上4 天工况中， 水洗后机组气耗率为0.177716Nm3/KWh，优于水洗前工况。

3.2 压气机水洗效果的量化分析

我们知道燃气轮机是由压气机、 燃烧器、 透平组成的，其整体效率受到3 方面效率作用：压气机效率、燃烧效率、透平效率。 轴流式压气机的性能理论上可由空气流量Ma、压缩比ε*、等熵压缩效率ηy*这些参数来描述。在转速恒定的条件下，ε* 和ηy* 随空气流量的改变而变化的关系曲线称为压气机特性曲线。 其关系为：

压缩比越大， 压气机级数越多， 则压气机的效率越高。 我们可以理解为，在进气参数一致的情况下，压气机实现的压缩比越高，则压气机的工作效率越高，即燃气轮机的效率越高。

3.3 燃气轮机压气机水洗经济性分析

我们特意选择表1 中2 次环境因素接近的工况单独分析，其最大相似点是环境温度及大气压力基本相同，排除了折合流量和折合转速对我们分析的干扰， 其运行曲线如图1、图2 所示。

图1 压气机水洗前机组运行工况

图2 压气机水洗后机组运行工况

我们将图中数据制表比较：

表2

不难看出， 压气机水洗后压气机出口压力和压比的增加直观地反映在燃机负荷和机组总出力的提升上，也可以理解为燃机效率提升， 直接引起机组天然气耗率下降。另外我们可以看出随着压气机出口压力的增大，透平冷却空气压力相应地增大了，保证了透平叶片的合理冷却以及机组的运行的稳定性，这也与压气机水洗使联合循环效率提升的实际情况吻合。 压气机水洗后，机组负荷的提升及燃气消耗率的降低对电厂经济性具有显著意义。

4 电网运行方式对联合循环机组水洗方式的要求

作为电网的调峰电站， 联合循环机组的负荷随网调指令调整频繁，具有负荷变化快，启停频繁的特点。 压气机离线水洗一般安排在机组停备期间， 而停机时间短则成了影响燃机水洗操作的制约点。 往往是在进行水洗时，电网已经要求机组启动调峰，而在水洗结束后，电网高峰结束影响机组启动[2]。

根据西门子公司操作手册要求， 燃机冷却盘车6 小时，充分冷却后才能进行压气机离线水洗操作。 而电网要求联合循环机组在停备时间较短的情况下完成再次启动，6 个小时的冷却时间对联合循环机组的运行方式极为不利。 为了能够减少燃机的冷却时间， 及时恢复机组运行，提高发电量，生产人员制定了如下技术措施：

4.1 停机时燃机在50MW 以下低负荷保持运行数分钟，燃机各部件进行初步冷却。

4.2 停机后保持进气挡板及排烟挡板常开状态，加快燃机热通道的冷却。燃机盘车投入后IGV 保持全开，增加通流质量。 经多次操作对比，采取上述操作后，燃机冷却4.2 小时即可满足水洗要求。

4.3 燃机投入盘车4 小时后，在水洗操作前，将机组以锅炉清吹方式进行冷拖。

执行以上几项措施后，能够将燃机冷却时间控制在4个小时之内。 实现燃机停运4 小时后进行压气机离线水洗，对于优化机组运行方式非常有利。 当然，这样做的影响可能是对锅炉的冷却较大，造成再次启动时参数变低，但是该影响是非常小的。

5 压气机水洗应该注意的问题

通过分析多次水洗后机组的启动情况， 生产人员发现燃机水洗后的排污相当重要。 在V94.2 型燃机的技术资料中要求， 燃机水洗后初次启动满速时应打开防喘放气门5 分钟进行带压排污。 而某厂V94.3A 型机组曾经有一次因水洗后排污时间短， 机组启动后防喘放气管道震动大，造成燃机底部5 级防喘阀位置开关状态消失。 事后分析为防喘放气阀关闭后，阀前有积水，在气流冲击下造成管道及阀门振动所致[3]。 另外，对水洗后排污水进行化验，证明燃机水洗的浸泡过程值得重视。 在燃气轮机运行相同的等效小时后， 水洗中采用水洗液浸泡方式与不浸泡的方式相比，排污水质差别较大。 水洗溶液浸泡时间和排污时间， 前者影响水洗的效果， 后者影响运行的稳定性。

由于该型燃气轮机组的设计燃料为西气东输天然气，燃气品质较好，杂质含量在西门子公司要求的控制范围内， 天然气中杂质的含量对燃气轮机透平的积垢影响不大。 V94.3A 型燃气轮机在设计时没有考虑到对透平叶片进行清洗， 认为透平叶片的积垢对机组的影响可忽略不计。

以上分析均来自于日常运行参数的记录分析。 对压气机叶片、 透平叶片结垢及流通截面积的分析还应参考定期使用先进的探测仪器拍摄的实际照片， 当然水洗效果的评价也应该根据实际照片。

［1］BASF Antwerp CCPU1，Siemens AG.

［2］杨顺虎. 燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行 ［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［3］焦树剑，燃气-蒸汽联合循环［M］.北京：机械工业出版社，2000，2.