M701F型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組兩班制運行定期工作優(yōu)化研究

何帝文

摘要：深圳前灣燃機電廠作為兩班制運行燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰電廠，機組每天需要調(diào)峰啟停。本文主要介紹在兩班制調(diào)峰機組中如何優(yōu)化有關項目的定期工作，可及時發(fā)現(xiàn)設備的故障和隱患，及時處理或制定防范措施，從而保證備用設備的正常備用和運行設備的長期安全可靠運行。

關鍵詞：兩班制；定期；優(yōu)化；燃氣輪機；壓氣機；水洗；AOH

1 引言

M701F型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于具備啟動快、負荷加減速率快的特點，因此適合作為電力調(diào)峰用。其結(jié)構(gòu)采用冷端驅(qū)動發(fā)電機方式，余熱鍋爐+燃氣輪機+蒸汽輪機+發(fā)電機的布置。

圖1.1燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組流程圖

2 兩班制運行機組的定期工作

作為兩班制運行的機組，為使機組能夠在良好工況下及時啟動、運行，保證系統(tǒng)運行的連續(xù)性，必須制定一套完善的設備定期工作方案，以保證機組安全、經(jīng)濟運行。

燃機的壓氣機及透平葉片的臟污程度對燃氣輪機組效率影響尤為顯著，我們的定期工作主要針對壓氣機進行定期水洗。

3 壓氣機定期水洗優(yōu)化

燃氣輪機組運行一段時間后，壓氣機會形成結(jié)垢，主要有以下幾方面的危害：

燃機的運行過程中，空氣中的灰塵、油污、泥土、承溶性物質(zhì)及不溶于水的各種雜質(zhì)都會沉積在壓氣機的葉片表面上，形成積垢層，明顯降低壓氣機的內(nèi)效率，引起燃氣輪機組出力的降低和熱耗率的上升。

積垢層的形成也會使壓氣機和透平通流能力降低，會使壓氣機的壓比降低、排氣量減少，使機組提前進入溫控，無法帶更多負荷，影響機組出力。

積垢層還會加速葉片表面的腐蝕，在葉片的表面上形成凹坑。這不僅增加了葉片表面的摩擦阻力，這樣不僅降低機組效率，更嚴重的是會造成應力集中，使葉片的使用壽命降低。

當壓氣機葉片結(jié)垢嚴重時還會使壓氣機的運行點向喘振邊界靠近，影響機組安全運行。

為了解決上述問題，除了必須在壓氣機的入口處加裝空氣過濾器之外，壓氣機還可定期進行在線水洗和離線水洗。然而由于在線水洗的實際清洗效果不明顯，且存在導致機組熄火跳閘甚至磨損壓氣機葉片等風險。因此，根據(jù)兩班制的運行方式進行優(yōu)化，一般采取離線水洗的方式。本文只對離線水洗進行研究。

3.1壓氣機離線水洗周期的優(yōu)化

本文通過計算研究燃機功率隨燃機等效運行小時數(shù)（AOH）變化的規(guī)律，結(jié)合我廠機組運行以來的經(jīng)驗判據(jù)，總結(jié)出壓氣機水洗的最優(yōu)化周期，并制定一系列的定期工作計劃，確保機組安全經(jīng)濟運行。

壓氣機葉片積垢后的性能參數(shù)會下降，其中燃機功率及壓氣機壓比受到的影響最重，因此，主要選取的參數(shù)對象為：壓氣機折合壓比gt,s、燃機折合功率Pgt,s。燃機功率為估算值，而壓氣機壓比為測算值，壓比參數(shù)相對較準確，因此，壓氣機葉片積垢及水洗的經(jīng)濟性判據(jù)，重點考察壓氣機壓比的變化。

3.1.1 壓氣機可恢復壓比

以#3燃機為例，將AOH時間變換為：

（3-1）

式（3-1）中：下標0表示壓氣機水洗后的AOH（燃機等效運行小時數(shù)）時間，可將該時間后延37h左右；下標i表示壓氣機水洗后的第i個實際運行小時。

將壓氣機折算壓比平均值變換為相對值的形式：，其中，下標0表示AOH0時間所對應的壓氣機平均折算壓比。則，壓氣機壓比損失為：。

在1個水洗周期內(nèi)，壓氣機折算壓比的相對值隨AOH0的變化曲線如圖3.1所示。

圖3.1 隨AOH0的變化曲線

為便于分析，將圖3.1中隨AOH0的變化趨勢擬合為：

(3-2)

式(3-2)說明：壓氣機通道水洗后，機組運行300個AOH小時，壓氣機壓比下降約2.07%。

燃氣輪機可恢復功率的估算

這里，燃機可恢復功率僅針對壓氣機積垢的影響。燃機折算功率隨AOH時間的數(shù)據(jù)序列因誤差、數(shù)據(jù)樣本不足等原因，其不易真實反映壓氣機積垢的影響，因此，采用燃機可恢復功率估算的另一種方法。

以#3燃機為例，在燃機變工況運行時，功率相對值隨壓氣機壓比相對值的關系曲線如圖3.2所示，兩者幾呈線性關系，即：

(3-3)

上式說明，壓氣機壓比每下降1%，燃機功率則下降1.35%。

圖3.2 #3燃氣輪機功率－壓比實測關系曲線

定義燃機折算功率相對值，其中，下標0表示AOH0時間所對應的燃機平均折算功率。則，燃機功率損失為：。將壓比相對值隨AOH0的關系式代入式(3-3)，有：

(3-4)

燃機折算功率相對值隨AOH0的變化曲線如圖3.3所示?？梢姡瑝簹鈾C通道水洗后，機組運行300個AOH小時，燃機功率下降約2.8%；運行540個AOH小時后，燃機功率下降5%。

圖3.3及隨AOH0的變化曲線

離線水洗的經(jīng)驗判據(jù)

壓氣機離線水洗周期，一般經(jīng)驗是以燃機功率下降5%為依據(jù)。若按此經(jīng)驗，對我廠M701F燃氣輪機，壓氣機壓比下降3.7%，壓氣機水洗周期基本上為540AOH運行小時。

實際的離線水洗周期

雖然定期進行壓氣機水洗能提高燃氣輪機組的功率和效率，但是過于頻繁的進行水洗操作對于兩班制燃機電廠來說也是存在諸多不利的。

離線水洗要求機組燃機的輪間溫度冷卻到小于95℃，因此機組停機后必須用高盤強制冷卻的方式使機組降溫以達到水洗條件，在這一過程中，機組的一次水洗就有5次從0轉(zhuǎn)速到700rpm，再從700rpm到0轉(zhuǎn)速這一過程。對于燃機轉(zhuǎn)子造成多次交變應力的沖擊。而且，當燃機的輪間溫度冷卻到小于95℃這一條件時，實際上其轉(zhuǎn)子溫度仍可能在100℃以上，這時進行水洗也可能對轉(zhuǎn)子造成傷害。

水洗前進行高盤冷卻，也會造成余熱鍋爐換熱器急速冷卻，高、中、低壓汽包上、下壁溫差快速增大以及鍋爐其他高溫部件的溫差增大，導致這些部件承受著極大的應力作用。

壓氣機水洗后，如果機組干燥、甩水不夠充分，或者壓氣機排水不完全導致壓氣機、燃燒室或者燃機透平內(nèi)殘留有積水，可引起部件腐蝕、損壞。

綜上所述，前灣電廠根據(jù)實際情況，對燃機的水洗周期和安排進行了優(yōu)化：

按600AOH運行小時的周期進行離線水洗安排（當然，在實際上由于電網(wǎng)方面的原因，有時有推遲到800AOH運行小時，此時一般還沒有惡化到提前進入溫控）。一般不安排在線水洗。

離線水洗的操作，則盡量選擇機組自然冷卻（有計劃地安排停運三天以上的機組進行。避免采用快速強制冷卻的高盤冷卻操作。還要根據(jù)機組的啟動計劃，選擇在機組啟動前進行離洗水洗，這樣在機組完成水洗后，盡快進行啟動干燥，減小于腐蝕的機會。

4 其他定期工作的優(yōu)化

兩班制運行機組是指機組在電網(wǎng)負荷高峰期啟動運行，在負荷低谷期停運，作為電力系統(tǒng)調(diào)峰用。因此，對于定期工作的優(yōu)化，原則上對機組、設備系統(tǒng)運行影響較大的試驗、切換工作，盡量安排在晚上機組停運后進行，以降低運行風險。

定期試驗的優(yōu)化

需安排在停機后進行的定期工作

針對兩班制運行的機組，原則上對機組安全運行可能產(chǎn)生威脅的定期試驗，如：潤滑油、密封油、控制油等聯(lián)鎖保護試驗，一律安排在晚上機組停運后進行，以降低運行風險。

對于要求機組帶負荷狀態(tài)下進行的定期試驗，如：真空嚴密性試驗，則安排在機組停運前進行。即便是在試驗過程中出現(xiàn)異常情況也可以立即進行停機操作，從而使風險降到最低。

可以取消的定期試驗

兩制運行機組的一些閥門，在每次啟停時都會動作，因此，一些常規(guī)電廠必須執(zhí)行的項目，在我廠反而可以取消，如主汽門和調(diào)門活動試驗就不需要在日常進行此項定期試驗。

定期輪換工作的優(yōu)化

兩班制運行的機組，原則上對機組運行影響較大的設備倒換工作則需安排在晚上機組停運后進行，以降低運行風險。

#1、#2、#3機6KV廠用電切換試驗潛在風險較大，有可能導致機組廠用電中斷。因此經(jīng)過我們的優(yōu)化，將試驗安排在機組停運后，這樣盡管切換試驗過程中出現(xiàn)機組廠用電中斷也不會造成機組跳閘，影響電網(wǎng)安全運行。

同樣，給水泵定期切換過程中也存在機組跳閘的風險。而鑒于燃機機組屬于兩班制運行，我們只要機組每日啟動前，按照單雙日對應啟動A、B給水泵就能達到定期切換的目的了。

定期維護工作的優(yōu)化

機組兩班制運行，有較多的停機機會，可利用停機時對設備進行定期維護工作。如：我廠建廠所在地的海水垃圾較多，循環(huán)水二次濾網(wǎng)極易堵塞，使凝汽器真空降低，直接影響汽輪機運行的效率。每周在停機后安排進行三次二次濾網(wǎng)的反沖洗，以保證機組運行時良好的真空度，提高汽輪機的效率。

5 結(jié)論

通過這幾年的運行經(jīng)驗，我廠針對兩班制運行方式機組的定期工作進行了優(yōu)化，具體特點：

對于一些工作量較大的定期工作如離線水洗，則需要由管理部門要統(tǒng)一安排，根據(jù)機組的運行計劃，選擇合理的周期并選擇合適的時機進行水洗。

機組兩班制運行方式，基本上每天都有停機時間。因此，一些有風險的定期工作可安排在機組停運后進行。一些只能在機組運行中才能實施的工作也可選擇快要停機前進行，盡量減小風險。

對于每次停機都會停運的設備，可以采用單雙號分別啟動互為備用設備的做法，在啟動操作票中予以體現(xiàn)，不需要單獨安排定期輪換工作。

每次啟停都會動作的閥門、設備，不必另外安排定期活動性試驗。

優(yōu)化后的定期工作經(jīng)過了三年多的實踐檢驗，一方面，它繼承了現(xiàn)有成熟的定期工作計劃；另一方面，它也適應了機組兩班制運行的模式，對機組的安全性和經(jīng)濟性作出了更好地保障。

參考文獻：

[1] 姚秀平．燃氣輪機與聯(lián)合循環(huán)．北京：中國電力出版社，2010．

[2] 朱行健，王雪瑜．燃氣輪機工作原理及性能．北京：科學出版社，1992．

[3] 佐藤豪．燃氣輪機循環(huán)理論．王仁譯．北京：機械工業(yè)出版社，1983．

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。