燃气轮机电厂天然气增压站压缩机变频调速技术的应用

徐 明

(湖北华电武昌热电有限公司，湖北 武汉 430062)

燃气轮机电厂天然气增压站压缩机变频调速技术的应用

徐 明

(湖北华电武昌热电有限公司，湖北 武汉 430062)

针对燃气轮机电厂天然气压缩机能耗高、采用节流调节方式效率低的问题，阐述了压缩机变频调速技术的工作原理、调节过程以及设备选型应注意的事项，并对其节能效益进行了分析。运行实践表明，压缩机应用变频调速技术后，使其轴功率下降20.5%，节能效果明显，可供同类型电厂的节能改造参考。

燃气轮机;增压站;压缩机;变频调速;节能

0 引言

某燃气轮机电厂已建成两套9E燃气轮机联合循环机组，其燃气轮机入口天然气压力为2.5～2.8MPa，而天然气管网输入的天然气压力仅0.4～0.7MPa，故该厂天然气供应系统为增压机系统，即在燃气轮机的上游设置天然气增压站[1]。

增压站的关键设备是压缩机，这是因为一方面天然气要满足燃气轮机进气对压力等相关参数的要求，必须安全可靠[2]；另一方面轴功率大，耗电量约占机组厂用电的52%，运行经济性直接影响电厂经济技术效益。该厂第一期1×185MW的9E燃气轮机联合循环机组天然气增压站的增压机，是引进德国生产的离心式三级串联压缩机。该型机虽然具有结构紧凑、体积小、质量轻、占地少、操作灵活、安全可靠等优点，但采用节流调节方式，在机组随着季节及昼、夜变化、启停调峰频繁、流量(天然气)变动幅度大的情况下，节流损失大，造成很大的电能浪费。因此，优化压缩机调节方式，降低耗电率，是电厂节能的有效途径。

鉴于上述情况，该厂第二期的一套9E燃气轮机联合循环机组建设过程中，经调研、论证，确定其增压站的压缩机采用变频调节。机组于2015年4月投产，变频技术在压缩机上应用的节电效果显著。

1 压缩机变频调速技术及应用实践

压缩机调速节能是基于离心泵或风机的比例定律，也就是压缩机的流量与转速的一次方成正比，扬程(压头)与转速的二次方成正比，功率与转速的三次方成正比。若压缩机效率一定，当燃气轮机负荷下降，亦要求压缩机所输送的天然气流量通过变频调速使之相应减少，即Q1=Q0(n1/n0)，而此时因转速由n0下降至n1，亦即N1=N0(n1/n0)3。

Q0、N0、n0分别为变频调速前压缩机的天然气流量、轴功率和转速；Q1、N1、n1分别为变频调速后压缩机的天然气流量、轴功率和转速。

此外，采用变频调速，压缩机的转速随燃气轮机负荷的高低而增减，从而避免了用节流调节装置而产生的节流损失，节约厂用电[2-3]。

变频调节技术，经过不断发展，现已相当成熟。考虑到天然气压缩机的可靠性直接关系到下游燃气轮机联合循环机组的安全经济运行，确定压缩机变频调速采用“一拖一”的方式，即1套变频器带1台压缩机电动机。为提高设备的可靠性，另设置备用工频电源，在变频器故障时，压缩机电动机可切换至“工频”模式，继续运行。

2 变频调速压缩机组选择

根据天然气管网输入的天然气压力的变化采用不同的调节方式，但在经常运行的0.4MPa～0.7MPa压力段，必须采用变频调节；根据工艺要求，压缩机组采用等压力及等流控制[4]。其流量调节器给定值和流量计的实测值比较，将差值信号送给ITCC控制系统，由ITCC控制输出控制信号对电机变频器进行控制，以控制其转速，从而调节机组的天然气流量，达到运行要求，同样也实现等压操作，保障压缩机出口天然气压力满足燃气轮机的要求。据此，压缩机选用EBZ35-4+4离心压缩机，即第一段为4级叶轮，第二段为4级叶轮，共8级叶轮。

该型压缩机主要参数：天然气额定流量Qe为40627～43678m3/h，出口天然气压力Pe2为2.841MPa，额定转速ne为13920r/min，额定轴功率Ne为3735kW。

根据进入压缩机天然气压力所采用的调节方式有：当进气压力为0.441～0.8MPa时，将进行变速调节(8级运行),这是目前该厂主要采用的运行方式；当进气压力为0.8～1MPa时，作入口节流调节(8级运行)；当进气压力为1～1.6MPa时，作变速调节(第二段4级运行)。

由于该项目处于城市中心区域，城市天然气供气压力属于次高压供气状态，受燃气安全规范要求，供气压力不得超过1MPa，因此，第二段4级运行模式暂时不会实现[5]。

3 压缩机变频调速节能分析

运行情况表明，两套燃气轮机联合循环机组增压站压缩机，在天然气进气流量和出口天然气压力相同的工况下，第1套燃气轮机联合循环机组采用节流调节的压缩机匹配的电动机电流为390A，实际输出轴功率为4043kW；而第2套燃气轮机联合循环机组采用变频调速的压缩机匹配的电动机电流为310A，实际输出轴功率为3214kW，较之前者，轴功率下降幅度达20.5 %，即输出功率减少829kW。如以年运行4500h计，则年节约厂用电达373万(kW·h)，采用变频调节技术的节能效果是很显著的，能方便协调生产，改善生产调节方式，提高自动化水平，提高设备运行可靠性，延长使用寿命，降低设备运行维护费用。调节和自动投入能力强，减轻检修人员的劳动强度，减少维护时间和工作量，节省运行维护费用，提高了经济效益[6-9]。

4 结语

由于变频调速在较宽的调速范围内具有很高的调速效率，如何获取使用中的最佳效率还要在实践中不断完善。实践表明，第2套燃气轮机联合循环机组的天然气压缩机采用变频调速技术后比第1套燃气轮机联合循环机组的采用节流调节的天然气压缩机节电20.5%，节能效益环保效益更好。

[1]徐 明.燃机联合循环电厂天然气增压站的组成与功能分析[J].华电技术,2009,2(8):56-58.

[2]徐文渊.天然气利用手册[M].北京:中国石化出版社,2002.

[3]吴民强.泵与风机节能技术[M].北京:水利电力出版社,1994.

[4]GB50251-2003,输气管道工程设计规范[S].

[5]李 青,潘焰平,宋淑娜,等.火力发电厂节能减排手册[M].北京:中国电力出版社,2010.

[6]陈招妹,郦建国,王贤明,等.旋转电极式电除尘器技术研究[J].电力科技与环保,2010,26(5):18-20.

[7]李 娜.天然气分布式能源系统的发展[J].电力科技与环保,2013,29(4):57-59.

[8]魏泽国.可控硅串级调速原理及应用[M].北京:冶金工业出版社,2004.

[9]叶国华.电动机调速在电厂节能中的应用[J].山东电力技术,2008,15(1):24-29.

Application of variable-frequency regulating speed technology in compressor at natural gas booster station of gas turbine power plant

Specifictotheproblemslikethehighenergyconsumptionofnaturalgascompressorandthelowefficiencyinusingthrottlinggoverningingasturbinepowerplant,inthisstudy,theworkingprinciple,theregulatingprocessandthemattersneedingattentionofvariable-frequencyregulatingspeedtechnologyincompressorwereexpoundedandanalysiswasmadeonitsenergyefficiency.Theoperationpracticeshowedthattheshaftpowerofthecompressorcouldreduceby20.5%afterthevariable-frequencyregulatingspeedtechnologywasappliedinthecompressor,whichpresentedsignificantenergy-savingefficiency.Itcanbeusedasthereferencefortheenergy-savingtransformationforsimilarpowerplants.

gasturbine;boosterstation;compressor;variable-frequencyregulatingspeedtechnology;energysaving

TK471

B

1674-8069(2017)06-061-02

2017-06-27；

2017-08-09

徐 明(1971-)，男，湖北武汉人，本科(工学学士)，高级工程师，主要从事燃气轮机电厂生产技术管理工作。E-mail:Wcrdc-xuming@163.com