9E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組節(jié)能運(yùn)行

金 亮

(上海閘北發(fā)電廠,上海 200438)

近年來,隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和天然氣應(yīng)用的不斷發(fā)展,越來越多的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組投入使用。這些機(jī)組由于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、清潔高效、啟動(dòng)快和調(diào)峰功能強(qiáng)等特點(diǎn),擔(dān)當(dāng)著電網(wǎng)安全的頂峰與調(diào)峰重任。

上海奉賢燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠目前建有4套9E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,全廠總裝機(jī)容量為720 MW,是國內(nèi)較為先進(jìn)的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)機(jī)組。4套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組自投產(chǎn)以來,結(jié)合機(jī)組和上海電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn),通過技術(shù)改進(jìn),優(yōu)化運(yùn)行,在節(jié)能降耗、減本增效方面做了積極探索,取得了明顯的成效。

19 E聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的配置及運(yùn)行

9E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組由1臺(tái)PG 9l71E型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)蒸汽輪機(jī)組成。運(yùn)行方式為1臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)1臺(tái)余熱鍋爐及蒸汽輪發(fā)電機(jī)組的單元聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。輸入PG 9171E型燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣溫度為1050℃,做功后的排氣溫度為540℃;排氣進(jìn)入余熱鍋爐生產(chǎn)過壓、過熱蒸汽,供汽輪機(jī)做功;進(jìn)入汽輪機(jī)做功的高壓蒸汽約為502℃。

從卡諾循環(huán)原理不難推得,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能量轉(zhuǎn)換過程中的熱能被合理梯級(jí)利用,因此其熱效率比較高。例如:9E聯(lián)合循環(huán)的熱效率,在將輕油作燃料運(yùn)行時(shí)可達(dá)46.0%～49.2%;在將氣體作燃料運(yùn)行時(shí)可達(dá)51.0%～53.5%,其熱效率水平遠(yuǎn)高于亞臨界火力機(jī)組的38.0%～41.9%、超臨界火力機(jī)組的40.0%～44.5%。聯(lián)合循環(huán)的總廠用電耗率為3.02%,與國內(nèi)先進(jìn)火力機(jī)組水平的3.54%相比,節(jié)省14.7%。在能耗方面,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供電能耗折算成標(biāo)煤為286.53 g/kWh,與國內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組折算成標(biāo)準(zhǔn)煤先進(jìn)水平319.7 g/kWh相比,節(jié)省10.4%。

圖19 E燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)設(shè)備制造廠家的設(shè)計(jì)參數(shù),燃?xì)廨啓C(jī)的熱耗為11275 k J/kWh,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱耗為7700 kJ/kWh。實(shí)際性能檢測結(jié)果為:1～4號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合循環(huán)熱耗均與設(shè)計(jì)參數(shù)相近略低,總體情況良好,與國內(nèi)同類型PG 9171E型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組對(duì)比,能耗相當(dāng)。

盡管4套9E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的能耗屬于比較先進(jìn)的水平,但從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行方式來看,仍有優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整的潛力,例如通過局部技改(如增加煙氣擋板)完全可以提高熱效率,從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2 燃?xì)廨啓C(jī)的節(jié)能運(yùn)行

2.1 天然氣的預(yù)熱

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在我國主要用于調(diào)峰運(yùn)行,機(jī)組啟停頻繁,改造工作要求機(jī)組在不影響安全運(yùn)行的前提下,盡量減少開停機(jī)次數(shù)。

天然氣溫度的變化對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒和燃燒室動(dòng)態(tài)特性有著很大的影響,根據(jù)9E機(jī)組的燃燒要求,天然氣溫度應(yīng)穩(wěn)定在20℃左右最為理想。天然氣的溫度是通過熱水鍋爐加熱來控制的,熱水鍋爐由溫控單元自動(dòng)執(zhí)行低溫啟動(dòng),高溫停用程序,確保天然氣溫度始終處于較為理想狀態(tài),從而提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

熱水鍋爐內(nèi)的爐水是除鹽水,可較長時(shí)間反復(fù)利用,這就避免了除鹽水的浪費(fèi)。熱水鍋爐采用天然氣燃燒加熱,由溫控單元自動(dòng)執(zhí)行啟停,使機(jī)組處于較為經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。

2.2 優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間

根據(jù)機(jī)組實(shí)際啟動(dòng)情況的數(shù)據(jù)分析,機(jī)組主要以冷態(tài)啟動(dòng)為主,從啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)至聯(lián)合循環(huán)機(jī)組帶滿負(fù)荷運(yùn)行,大約需花4 h。作為調(diào)峰電廠,啟動(dòng)時(shí)間緩慢,既不符合調(diào)峰機(jī)組快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的要求,也使機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性受到了影響。雖然,燃?xì)廨啓C(jī)本身具有啟動(dòng)迅速、運(yùn)行穩(wěn)定、負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)勢,但是,考慮到蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐厚壁金屬受熱后的應(yīng)力變形等方面問題,聯(lián)合循環(huán)的整組配置使啟動(dòng)時(shí)間受到限制。

在燃?xì)廨啓C(jī)快速啟動(dòng)的前提下,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)目為:①對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)與鍋爐,燃?xì)廨啓C(jī)與汽機(jī)之間的優(yōu)化以及疏水系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化;②縮短余熱鍋爐側(cè)生成滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求的蒸汽參數(shù)的等待時(shí)間;③縮短汽機(jī)側(cè)蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求的等待時(shí)間;④縮短汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)及加負(fù)荷的時(shí)間。

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試,燃?xì)廨啓C(jī)從啟動(dòng)至汽機(jī)沖轉(zhuǎn),比優(yōu)化前啟動(dòng)方式縮短了近20 min,可以節(jié)省天然氣2000m3。有效縮短了機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間,降低了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的天然氣耗氣量。

2.3 優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)離線水洗周期

燃?xì)廨啓C(jī)長期運(yùn)行后熱效率會(huì)逐漸下降。為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率,每過一個(gè)周期段即對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行性能測算,將采集的參數(shù)運(yùn)用GE公司的折算公式,對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際氣耗、真實(shí)效率、周期負(fù)荷下降值等重要參數(shù)作統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,合理制定出燃?xì)廨啓C(jī)的離線水洗周期。采取該措施后可控制燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷下降率減低1%～2%,使得發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益得以相應(yīng)提高。

2.4 優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)后的冷卻循環(huán)方式

燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)盤車時(shí),燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)中的油溫較高,需要循環(huán)水進(jìn)行冷卻。按照原定規(guī)程要求,需要長時(shí)間開啟1臺(tái)功率為30 kW燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)冷卻。通過分析數(shù)據(jù),制定出環(huán)境溫度在1～10℃的情況下,可用內(nèi)冷水冷卻油溫,不用投運(yùn)循環(huán)泵,用以減少燃?xì)廨啓C(jī)在低溫環(huán)境下處于備用的耗電量。若按冬季燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)盤車投運(yùn)總時(shí)間計(jì)算,可以減少大約16200 kWh廠用電量(2臺(tái)循泵×30 kWh ×90 d×3 h)。

3 鍋爐和蒸汽輪機(jī)的節(jié)能運(yùn)行

3.1 余熱鍋爐開機(jī)與熱風(fēng)干燥器保養(yǎng)相結(jié)合

熱力設(shè)備停運(yùn)期間受到的腐蝕要比運(yùn)行期間嚴(yán)重得多,調(diào)峰機(jī)組啟停頻繁,機(jī)組中的熱力設(shè)備停運(yùn)期間的腐蝕保護(hù)就更為突出。

為了防止熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)在停備用期間受到腐蝕,需要采取一些保養(yǎng)保護(hù)措施。日常使用的方法中,大多存在著能耗大、效果不佳、操作不便或保護(hù)時(shí)間短等缺點(diǎn),因此采用余熱鍋爐開機(jī)保養(yǎng)與熱風(fēng)干燥裝置保養(yǎng)相結(jié)合的停用保養(yǎng)方法,即遵循每月一次鍋爐開機(jī)保養(yǎng),鍋爐帶壓放水后一周啟用熱風(fēng)干燥裝置,直至下次鍋爐開機(jī)保養(yǎng)。

熱風(fēng)干燥裝置的作用是從降低金屬表面的濕度入手,通過向系統(tǒng)內(nèi)送入干燥、潔凈的壓縮空氣,吸干金屬表面的水膜、沉積物中的水分和有些部位的積水。同時(shí),系統(tǒng)內(nèi)保持一定的壓力還可以防止大氣的進(jìn)入,達(dá)到抑制腐蝕的目的。

1)操作流程 從過熱器出口聯(lián)箱吹入壓縮空氣,從入口聯(lián)箱、各疏水門或低位放水門、底部排污門排出。吹入的壓縮空氣在鍋爐系統(tǒng)內(nèi)與水的蒸發(fā)過程形成對(duì)流。為防止保護(hù)期間的爐管外壁發(fā)生結(jié)露,要保證壓縮空氣的入口風(fēng)溫與爐管所處的環(huán)境溫度相近。如果水汽系統(tǒng)內(nèi)的空氣相對(duì)濕度小于20%而且保持1周以上,可以將此干燥裝置的進(jìn)出口閥門關(guān)閉、空壓機(jī)停運(yùn),系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài),直至下一次進(jìn)行熱風(fēng)干燥保養(yǎng)。

2)單純開機(jī)保養(yǎng) 單套機(jī)組每月開機(jī)2次要消耗天然氣4萬m3,消耗工業(yè)水3000 t,消耗除鹽水300 t,耗電40MWh。結(jié)合使用熱風(fēng)干燥裝置保養(yǎng),每月僅需開機(jī)保養(yǎng)1次。熱風(fēng)裝置運(yùn)行電耗每月運(yùn)行3周共24 h,平均每次所需能耗折合電能約為3 MWh,節(jié)能優(yōu)勢顯而易見。因此,采用兩者結(jié)合的保養(yǎng)方式,不僅解決了余熱鍋爐常規(guī)停運(yùn)保護(hù)措施的薄弱環(huán)節(jié),更具有操作靈活、保養(yǎng)方便和耗能較低的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)的優(yōu)化

奉賢燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行啟停頻繁。余熱鍋爐在升溫升壓過程中,特別是在即將達(dá)到汽機(jī)啟動(dòng)參數(shù)前的時(shí)段中,汽機(jī)電動(dòng)主汽門前及汽機(jī)高、低壓旁閥前疏水經(jīng)全廠疏擴(kuò)進(jìn)入鍋爐排污降溫池,因?yàn)槭杷髁枯^大且溫度很高,造成排污降溫池內(nèi)大量冒起蒸汽并有翻滾出2 m多高的水柱。即使排污降溫池內(nèi)循環(huán)冷卻水開至最大,流量也只是稍微緩減。此現(xiàn)象在汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)過程中尤為明顯?？紤]到燃?xì)廨啓C(jī)封閉母線架設(shè)在排污降溫池正上方,這種不安全情況嚴(yán)重威脅著燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)封閉母線的安全運(yùn)行,不僅熱能浪費(fèi)較大而且加大了循環(huán)冷卻水的消耗。為此,對(duì)汽機(jī)疏水系統(tǒng)的疏水操作方法進(jìn)行了改進(jìn)及優(yōu)化。

1)操作流程 汽機(jī)高、低旁閥開啟后,當(dāng)高旁閥前氣溫升高到150℃以上時(shí),手動(dòng)強(qiáng)制關(guān)閉汽機(jī)高、低旁閥前疏水至全廠疏擴(kuò)氣動(dòng)門。電動(dòng)主汽門前、后疏水至全廠疏擴(kuò)氣動(dòng)門在汽機(jī)掛閘后,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速至600 r/min時(shí)關(guān)閉。當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷升至15%額定負(fù)荷時(shí),檢查汽機(jī)本體所有疏水應(yīng)關(guān)閉。而正常停機(jī)過程中,當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷減至15%額定負(fù)荷時(shí),汽機(jī)高、低旁閥前疏水至全廠疏擴(kuò)氣動(dòng)門強(qiáng)制關(guān)閉,其余疏水氣動(dòng)門應(yīng)開啟。汽機(jī)高、低旁閥前疏水至全廠疏擴(kuò)氣動(dòng)門的開啟應(yīng)推遲至汽機(jī)高、低旁閥門關(guān)閉后。按照這種操作,可以避免高溫疏水連續(xù)大量的涌進(jìn)至排污降溫池,同時(shí)也能夠保證疏水的連續(xù)穩(wěn)定。

2)節(jié)能效果 經(jīng)過改進(jìn)及優(yōu)化,已經(jīng)大為緩減前述不安全情況,并適當(dāng)提高了機(jī)組熱能效率,同時(shí)也減少了排污降溫池內(nèi)的循環(huán)冷卻水供給量。僅計(jì)工業(yè)循環(huán)水流量啟停這一項(xiàng),每次即能節(jié)約工業(yè)循環(huán)水200 t。

3.3 工業(yè)循環(huán)水的利用

余熱鍋爐和汽輪機(jī)的部分輔助設(shè)備由工業(yè)循環(huán)水進(jìn)行冷卻,化學(xué)的取水泵和公用系統(tǒng)的空壓機(jī)也由工業(yè)水進(jìn)行冷卻。所以,在非機(jī)組運(yùn)行期間有些輔助設(shè)備的開啟,也必須提供工業(yè)水。另外,冬季防寒防凍期間,為確保工業(yè)水系統(tǒng)的不凍結(jié),需要工業(yè)水泵在環(huán)境溫度2℃以下連續(xù)運(yùn)行。

工業(yè)水泵的功率為35 kW,若長期運(yùn)行累積消耗的電能還是比較大的。為此,在3號(hào)工業(yè)水泵處單獨(dú)裝設(shè)變頻裝置一臺(tái)。當(dāng)不需要大量工業(yè)水進(jìn)行做功時(shí),僅開啟3號(hào)工業(yè)水泵運(yùn)行。通過變頻消耗的電能可以減少50%。經(jīng)統(tǒng)計(jì),技改后全年約能節(jié)省廠用電量19162.5 kWh。

4 電氣運(yùn)行方式的優(yōu)化

電氣方面的節(jié)能主要通過400 V廠用電運(yùn)行方式調(diào)整。將每套機(jī)組廠用A段400 V母線和廠用B段400 V母線分別由1臺(tái)6 kV廠用變的供電方式。改為由其中1臺(tái)6 kV廠用變壓器供電。A段和B段通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)絡(luò)。公用段和水工段的電氣運(yùn)行方式也是如此調(diào)整。這樣可以減少機(jī)組停機(jī)期間廠用變壓器不必要的空載損耗,約能節(jié)省廠用電8.1 MWh。

5 結(jié)語

通過對(duì)9E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在節(jié)能降耗、減排方面的系統(tǒng)性分析和研究,采取一系列針對(duì)性措施,進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn),并在運(yùn)行實(shí)踐中不斷完善和提高,在確保機(jī)組頂峰發(fā)電安全運(yùn)行不受影響的前提下取得了良好的效果。事實(shí)證明,面對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較先進(jìn)而且在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)頂峰、調(diào)峰特殊任務(wù)的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備,通過不斷加強(qiáng)和完善節(jié)能管理,提高其能源利用水平,減少排放,盡可能地降低機(jī)組能耗,為提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的社會(huì)效益做出積極貢獻(xiàn)。