9E燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組節(jié)能降耗的探討

張章軍，陳式平，徐金雷，鄭冰林

（臺州發(fā)電廠溫州燃氣輪機項目部，浙江 溫州 325013）

溫州燃氣輪機發(fā)電有限公司的300 MW燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（簡稱聯(lián)合循環(huán)機組）由2臺110 MW的PG9171E燃氣輪機發(fā)電機組（簡稱燃機）、2臺額定蒸發(fā)量為177 t/h的單壓余熱鍋爐及1臺103 MW純凝汽式汽輪機發(fā)電機組（簡稱汽機）組成，于1999年全部建成投產(chǎn)，燃氣輪機使用原油燃料（2006年底開始燒重油），至今已運行了約52 000 h。簡單循環(huán)設計燃油耗率為295 g/kWh（折合標煤421 g/kWh），聯(lián)合循環(huán)設計燃油耗率為201 g/kWh（折合標煤287 g/kWh）。

聯(lián)合循環(huán)機組一般作為調(diào)峰和緊急備用，機組啟停頻繁，而燃油價格居高不下，燃機發(fā)電成本不斷增加。如何降低發(fā)電成本，是每個發(fā)電廠必須解決的難題?，F(xiàn)介紹所采取的一些節(jié)能降耗、運行操作優(yōu)化的措施，以供探討。

1 運行操作優(yōu)化

近幾年浙江電網(wǎng)發(fā)展較快，峰谷負荷差很大，聯(lián)合循環(huán)機組主要作為調(diào)峰運行，機組啟停頻繁，通常情況下，機組在當天晚上23點左右開始停運，第2天早上7點左右要求重新并網(wǎng)。汽機的啟動時間，特別是從第1臺燃機并網(wǎng)到汽機并網(wǎng)的時間長短，對整套聯(lián)合循環(huán)機組的發(fā)電油耗影響較大。據(jù)統(tǒng)計，聯(lián)合循環(huán)機組溫態(tài)啟動過程中，從燃機并網(wǎng)到汽機并網(wǎng)的平均時間約為70 min，最長時間約90 min。對此進行了聯(lián)合循環(huán)機組溫態(tài)啟動優(yōu)化工作，并取得了很好的成效。

1.1 啟動優(yōu)化

1.1.1 操作優(yōu)化

聯(lián)合循環(huán)機組的啟動操作優(yōu)化著重于5個方面：余熱鍋爐的停運；燃機與汽機啟動統(tǒng)籌安排；燃機的啟動；余熱鍋爐的啟動和汽機的啟動。

（1）在余熱鍋爐停運時，盡量保持汽包有較高的壓力并控制較低的水位，以利于余熱鍋爐的快速啟動。

（2）為縮短從燃機并網(wǎng)到汽機并網(wǎng)的時間，在汽輪機及余熱鍋爐準備工作做好后，再啟動燃機。

（3）燃機點火后當排氣溫度達到規(guī)程要求時，立即開啟余熱鍋爐的煙氣擋板進行熱爐，通過修改控制參數(shù)CSKGVSSR以達到快速升爐的目的。

（4）針對聯(lián)合主汽閥前的主蒸汽溫度上升較慢問題，采取汽輪機低轉(zhuǎn)速暖機措施以增加暖管流量，加快了暖管速度。

1.1.2 程序優(yōu)化

根據(jù)實際運行需要，在保證設備安全的基礎上，對集散控制系統(tǒng)（DCS）程序作了一些修改：

（1）取消了每臺余熱鍋爐啟動前必須先啟動1臺給水泵的限制條件。2臺余熱鍋爐公用1套給水除氧系統(tǒng)，由1臺除氧器加3臺給水泵組成。一般給水調(diào)節(jié)閥都稍有內(nèi)漏，如2臺給水泵同時投運進行余熱鍋爐的啟動，汽包水位上升較快而被迫進行放水，這樣既延誤了余熱鍋爐的啟動時間，也浪費了工質(zhì)和熱量。

（2）對凝汽器低真空限制余熱鍋爐擋板開啟的條件進行了修改。在凝汽器真空低于76 kPa時，允許余熱鍋爐煙氣擋板開啟至40%，只有當凝汽器真空高于76 kPa時，才允許全開余熱鍋爐煙氣擋板。凝汽器真空低于76 kPa時，還對主蒸汽管路電動疏水閥和主蒸汽旁路氣動閥進行程序閉鎖，以保證凝汽器和汽輪機的安全。

程序修改后，既可以減少循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等重要輔機的運行時間15 min，也縮短了整套聯(lián)合循環(huán)機組的溫態(tài)啟動時間5 min。

1.1.3 優(yōu)化成效

經(jīng)過上述操作和程序的改進后，聯(lián)合循環(huán)機組的溫態(tài)啟動耗時在燃機并網(wǎng)到汽機并網(wǎng)的時間段，由原來的70 min縮短到了50 min左右，效果非常明顯。對汽機溫態(tài)啟動曲線進行了多次檢查分析，從余熱鍋爐啟動到汽機并網(wǎng)期間，主蒸汽管路的溫升率小于8℃/min，汽缸溫升率小于2.5℃/min，汽包升壓率小于0.25 MPa/min，汽輪機的差脹、軸承振動、軸承溫度、軸向位移等各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。

聯(lián)合循環(huán)機組啟動操作優(yōu)化后，最大的經(jīng)濟效益來自汽機，溫態(tài)啟動時間縮短了約20 min。燃機在汽機啟動期間負荷均在60 MW以上，汽機跟隨方式能帶到30 MW負荷以上，則汽機20 min的發(fā)電量有1萬kWh。根據(jù)近期的情況，汽機每月啟動次數(shù)在18次左右，每次縮短20 min，汽機每個月就能多發(fā)電18萬kWh。

1.2 縮短停機時簡單循環(huán)運行時間

聯(lián)合循環(huán)機組停運時，為了降低汽輪機缸溫，都是先降低燃機負荷以便降低主蒸汽溫度，當汽缸溫度降到規(guī)程規(guī)定值后，汽輪機打閘停機。燃機在汽機停運后切至輕油燃燒10 min，減負荷停運。如果按照上述常規(guī)的停機方法，燃機在汽機停運后簡單循環(huán)的時間往往要達到15 min以上，其他同類型的燃機在停機時簡單循環(huán)運行時間約22 min。在保證機組設備安全運行的前提下，把停機過程中燃機簡單循環(huán)運行時間縮短到了5 min以內(nèi)。以汽機每月平均停機18次，每次縮短10 min計，每月共計縮短3 h簡單循環(huán)運行時間，降低了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電油耗。

1.3 降低廠用電率

1.3.1 減少機組啟停時的廠用電量

修改DCS程序，允許1臺給水泵帶2臺余熱鍋爐運行。給水泵為定速泵，在帶部分負荷時效率非常低。由于給水泵的功率較大，減少1臺給水泵運行1 h，就可節(jié)約廠用電約600 kWh。

另外，聯(lián)合循環(huán)機組停運時，及時關閉余熱鍋爐過熱蒸汽手動隔離閥。這樣當汽機惰走結(jié)束時就可以停運循環(huán)水泵，減少了循環(huán)水泵的運行時間，每次停機也可節(jié)約廠用電250 kWh左右。

1.3.2 合理安排輔機的運行方式

凝汽器真空值能滿足機組安全經(jīng)濟運行時，保持1臺循環(huán)水泵運行。由于汽輪機末級葉片高度只有660 mm且排汽流量大，汽輪機的極限真空較低，冬季1臺循環(huán)水泵已能保證凝汽器真空值在98 kPa左右。循環(huán)水泵的功率為1 000 kW，減少1臺循環(huán)水泵運行可降低廠用電0.33%。冬季時，投運2臺板式換熱器，停運開式冷卻水泵。開式冷卻泵的功率為75 kW，這樣每個月可節(jié)約廠用電量5萬kWh左右。

燃機在能夠保證合理的冷卻水溫前提下，停運1～2臺冷卻模塊冷卻風扇。每臺冷卻風扇的功率為15 kW，2臺燃機停運4臺冷卻風扇，總功率達60 kW，每個月可節(jié)約廠用電量4萬kWh左右。

2 技術改造

雖然GE公司9E型燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組在設計理念和技術上比較先進，但機組生產(chǎn)時間較早（1996年出廠），存在一些缺陷，有進一步優(yōu)化的必要。另一方面隨著科學技術的發(fā)展，一些設備和控制系統(tǒng)技術相對滯后，特別經(jīng)過多年運行以后，設備老化，影響機組運行的經(jīng)濟性和可靠性。對影響經(jīng)濟指標的主要輔機設備有必要進行相應的技術改造，以達到節(jié)能降耗的目標。

2.1 疏水管路改造

因主蒸汽管道的疏水管路較細（通徑25 mm），管道又較長，疏水暖管時間長，嚴重制約了聯(lián)合循環(huán)機組的快速啟動。據(jù)測算，熱態(tài)啟動主蒸汽管道的疏水時間約20 min左右。為此把主蒸汽管路疏水管路更換為通徑50 mm的合金鋼管，通流面積擴大4倍，加快了疏水暖管速度，聯(lián)合循環(huán)機組啟動時間有效縮短了5 min。

2.2 過熱蒸汽手動隔離閥改造

過熱蒸汽隔離總閥為美國DRESSER公司生產(chǎn)的DN350/6.3MPa/515℃的手動閘閥，通過齒輪傳動，由于齒輪較大，運行操作時間很長，全關至全開需30 min左右，影響聯(lián)合循環(huán)機組投入的速度及不利于運行人員處理事故且影響機組啟停。經(jīng)過改造后，去掉操作手輪和齒輪傳動機構(gòu)，在閘閥閥桿上安裝電動執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)就地和遠方操作，既方便又快捷。

改造后，該過熱蒸汽隔離閥全關至全開只需2 min，有利于縮短聯(lián)合循環(huán)機組啟動操作時間，減少操作的人力，使汽機并網(wǎng)時間提前了5 min，帶來了明顯的經(jīng)濟效益。

2.3 吹灰器系統(tǒng)改造

余熱鍋爐原各配有英國HOPKINSONS有限公司生產(chǎn)的型號為M786004半伸縮型吹灰器21套，分上下7層布置，每層3套。吹灰蒸汽由吹灰蒸汽供汽閥選自1號或2號余熱鍋爐的過熱蒸汽，并通過1臺壓力調(diào)節(jié)閥和1臺減溫水調(diào)節(jié)閥調(diào)整到設計參數(shù)后，到達各吹灰器進口提升閥前，控制系統(tǒng)按順序逐個打開進口蒸汽閥，進行吹灰。

經(jīng)過多年的運行，這些吹灰器出現(xiàn)了以下一些主要問題：槍管不同程度彎曲變形，槍管吊環(huán)磨損，導致槍管伸縮過程中卡死和驅(qū)動馬達過載；傳動鏈及鏈輪磨損，傳動不好，經(jīng)常斷鏈；2臺余熱鍋爐公用1套PLC（程序控制系統(tǒng)），當一臺爐的吹灰蒸汽系統(tǒng)出故障時，另一臺爐就不能進行吹灰，可靠性低；吹灰器的蒸汽閥內(nèi)漏現(xiàn)象普遍，吹灰蒸汽壓力偏低，吹灰效果較差。

對吹灰器進行更換改型，將單梁、鏈條傳動、開式傳動的吹灰器，更改為箱式梁、雙齒條結(jié)構(gòu)的吹灰器，以解決卡澀、內(nèi)漏、冒灰故障。1臺爐配1套吹灰控制系統(tǒng)，可以提高吹灰器的運行可靠性，提高吹灰效果，降低余熱鍋爐排煙溫度3℃，提高余熱鍋爐效率。

3 結(jié)語

從運行方式改變、程序修改、技術改造等方面對GE公司9E燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組進行優(yōu)化，縮短了機組啟停時間，大大提高了設備運行的可靠性，而且?guī)砻黠@的節(jié)能經(jīng)濟效益。

當然運行優(yōu)化的潛力還很大，需要去挖掘。特別是隨著自動化技術的發(fā)展，可以對機組進行最優(yōu)化控制。如果燃氣輪機發(fā)電機組作為主力機組發(fā)電，可以進行熱電聯(lián)產(chǎn)改造，實現(xiàn)能量的梯級利用。目前，9E級燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組額定工況的發(fā)電效率為53%左右，而燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總熱效率一般可達70%以上。

[1]臺州發(fā)電廠龍灣發(fā)電部.燃氣輪機運行與維護論文匯編[G].2007.

[2]焦樹建.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.