S109FA聯(lián)合循環(huán)機組在電網(wǎng)的調(diào)峰運行

摘要：文章再簡要闡述S109FA燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組勢力系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，分析了適合調(diào)峰運行的基本特性，并對適用于該機組的幾種不同調(diào)峰方式進行了論述和比較。

關(guān)鍵詞：S109FA聯(lián)合循環(huán)機組；調(diào)峰

中圖分類號：TM611.31文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0097-02

國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，在電網(wǎng)裝機容量不斷擴大的同時，用電結(jié)構(gòu)也在不斷變化，市政用電比重逐年上升，工業(yè)用電比重相對下降，電網(wǎng)峰谷差日趨增大，電網(wǎng)的調(diào)峰問題越來越突出。

S109FA燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有啟停時間短、負荷變化快、部分負荷下熱經(jīng)濟性高、耗水量低、NOX排放低等特點，在參與電網(wǎng)調(diào)峰方面具有燃煤機組所不具備的獨特優(yōu)勢。本文詳細闡述了該類型機組適于調(diào)峰運行的基本特性，并對適用于該機組的幾種不同調(diào)峰方式進行了比較和探討。

1熱力系統(tǒng)組成

#1、#2燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組屬STAG109FASS（S109FA）系列。每臺機組由1臺燃氣輪機、1臺蒸汽輪機、1臺發(fā)電機和1臺HRSG余熱鍋爐組成。燃氣調(diào)壓站有兩臺的過濾器（2×100%），正常兩臺機組運行時一臺過濾器運行，另一臺備用。每臺燃機各有兩組調(diào)壓閥，一組運行一組備用。每臺機組有兩臺100%燃氣絕對分離器（一臺運行一臺備用）、一套燃氣性能加熱器，一臺燃氣電加熱器、一臺燃氣洗氣器。絕對分離器用于清除燃料流中的液體和固體顆粒。燃氣性能加熱器用于加熱氣體燃料。當給水系統(tǒng)停運時，性能加熱器的進出水門自動關(guān)閉，進出水至開放水箱閥門自動打開。燃機起動時電加熱器自動投入，并調(diào)整加熱量使出氣溫度在規(guī)定值，當燃氣性能加熱器投運后電加熱器進氣溫度達到一定值時電加熱器自動停用。燃氣洗氣器設(shè)計成可以清除燃氣流中夾帶的液體和顆粒。

汽輪機型號為D10，為三壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、純凝式機組。汽輪機高中壓缸為高中壓合缸，低壓缸為雙流程向下排汽形式。汽機缸體、軸承箱及護套采用水平中分面型，以便于維護。汽缸設(shè)有檢查孔，以便定期用內(nèi)窺鏡檢查葉片的狀況。本機具備不揭缸進行軸系動平衡的能力。汽機轉(zhuǎn)子為鍛造結(jié)構(gòu)，由四個徑向軸承支撐，徑向軸承為可傾瓦形式，可自對中。汽機采用全周進汽，不設(shè)調(diào)節(jié)級。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電子液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于汽輪機、燃氣輪機和發(fā)電機同軸布置，燃氣輪機啟動時，汽輪機也跟隨一起轉(zhuǎn)動，這時余熱鍋爐還沒有產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的蒸汽進入汽輪機。隨著轉(zhuǎn)速的提高，汽輪機鼓風熱量增加，汽輪機需要引入輔助蒸汽冷卻低壓通流部分。本機配備高壓，中壓和低壓蒸汽旁路。

2燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組適合調(diào)峰運行的基本

特性

#1、#2常規(guī)余熱鍋爐（HRSG）是引進ALSTOM公司技術(shù)由哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的三壓、一次中間再熱、臥式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐，具有良好的調(diào)峰性能。

2.1余熱鍋爐簡介及主要參數(shù)

余熱鍋爐簡介及主要參數(shù)如表1、表2所示。

2.2啟?？焖佟㈧`活

在電網(wǎng)需要緊急調(diào)峰的情況下，不帶煙氣旁路的燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組把燃機、余熱鍋爐、蒸汽輪機組成了一個整體，需要整體啟動運行。

按汽機劃分：

①冷態(tài)啟動：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204℃（400℉）以下。

②溫態(tài)啟動：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204℃（400℉）～371℃（700℉）。

熱態(tài)啟動：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在371℃（700℉）以上。

機組的啟動時間如表3所示。

機組的正常停機時間（從100%負荷到停機）：50min。

理論上，燃氣發(fā)電機組幾乎沒有最低出力的限制，可以在0～100％的范圍內(nèi)進行調(diào)峰運行。具有燃煤機組不可比擬的優(yōu)勢。由于燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組這種快速啟停的特性，常使其作為電網(wǎng)緊急事件或極端峰谷工況時的首選調(diào)峰手段。

眾所周知，燃煤機組由于受到苛刻的啟動條件和啟動速度的限制，機組參與電網(wǎng)調(diào)峰大多采取深度降負荷調(diào)峰的方式，機組經(jīng)濟性明顯下降。運行經(jīng)驗表明，200 MW、300 MW機組在50％深度調(diào)峰工況下，煤耗增加20～30 g/kWh，效率下降2％～3％。燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站利用自身效率高、機組啟停方便的特點，往往采取增減機組運行臺數(shù)的方式來滿足負荷變化的要求

3S109FA燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組調(diào)峰方式探

討

以下從不停機深度調(diào)峰與啟停調(diào)峰兩個方面來探討 #1、#2機組的調(diào)峰運行方式。其中，“不停機深度調(diào)峰”是指只通過調(diào)整運行機組的負荷來滿足全廠負荷變化的調(diào)峰方式，以下簡稱“深度調(diào)峰”；“啟停調(diào)峰”是指通過增減運行機組臺數(shù)的方式來滿足全廠負荷變化的調(diào)峰方式。

3.1深度調(diào)峰運行方式

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求。 #1、#2聯(lián)合循環(huán)機組燃機主動下調(diào)負荷，此時汽機采用滑壓方式運行。燃機負荷下降。帶動余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機下調(diào)負荷。調(diào)峰深度最大可至30％左右，即燃機負荷80 MW，汽機空載全速。此時燃機已經(jīng)接近燃燒模式切換工況點，如果調(diào)度要求繼續(xù)下調(diào)全廠負荷，則可保持燃機負荷不變，通過汽機調(diào)門與主蒸汽旁路配合，對 #1、#2機組的汽機進行快降負荷操作。當全廠調(diào)峰深度要求達到50％左右時，可停運#1號聯(lián)合循環(huán)機組，保持其熱備用狀態(tài)（燃機、汽機盤車運行，汽機悶缸，余熱鍋爐保溫保壓）。同時將2號聯(lián)合循環(huán)機組帶滿負荷，以保持全廠較高的熱效率。

根據(jù)設(shè)備實際情況，機組在深度調(diào)峰過程中，需注意以下幾點：

①由于燃機加裝了DLN燃燒控制模式，燃機60％基本負荷（235 MW）處于燃燒模式切換工況點附近，對于DLN燃燒系統(tǒng)來說是1個不穩(wěn)定工況。如果燃機長期運行在該臨界工況以下，將會由于噴嘴流量分配不均，而導致火焰筒局部過熱而損壞。因此，9FA型燃機不適合長期深度低負荷工況運行，燃機深度調(diào)峰不應(yīng)低于其基本負荷的60％，即235 MW。

②#1 #2聯(lián)合循環(huán)機組的蒸汽輪機都安裝有100％主蒸汽旁路系統(tǒng)，整套聯(lián)合循環(huán)機組調(diào)峰達到一定深度后（燃機由基本負荷降至235 MW），保持燃機負荷不變，可以通過汽機調(diào)門與主蒸汽旁路配合，對汽機進行降負荷操作。

③在全廠負荷低于50％額定負荷的工況下，應(yīng)該停運#1套聯(lián)合循環(huán)機組，以保證部分負荷下機組具有較高的熱經(jīng)濟性。

3.2啟停調(diào)峰

燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的整套啟動受汽輪機金屬溫度變化速率的限制，冷態(tài)、溫態(tài)啟動時往往不能發(fā)揮燃機啟動快速、靈活的調(diào)峰特性，而汽機在熱態(tài)、極熱態(tài)時則能夠與燃機的啟動速度相匹配。所以，盡力將汽機保持在熱態(tài)或極熱態(tài)，是提高聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組調(diào)峰特性的要點之一。

啟停調(diào)峰具體運行方式如下：當機組被要求參與調(diào)峰時，汽輪機關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)門、開啟主蒸汽旁路，進行快降負荷、機組解列等操作。此過程中，應(yīng)該避免汽輪機在低負荷區(qū)域停留，以保持汽機缸溫熱態(tài)或極熱態(tài)，為下一次快速啟動創(chuàng)造條件。

4兩種調(diào)峰方式對比

4.1深度調(diào)峰優(yōu)點及局限性

優(yōu)點：采用深度調(diào)峰，減少了機組啟停次數(shù)，相應(yīng)減少了燃機由于啟停折合的運行小時數(shù)，延長了設(shè)備使用壽命，減少了維護工作量。

局限性：由于汽機滑參數(shù)降負荷運行，對汽缸起到了冷卻作用，不利于機組重新快速啟動；如果燃機低負荷運行時間過長，容易導致火焰簡局部過熱而損壞；在保持燃機負荷不變，汽輪發(fā)電機降負荷的情況下，系統(tǒng)大量熱能通過主蒸汽旁路及凝汽器消耗掉，造成能源浪費；機組進行深度調(diào)峰，對于參與調(diào)峰的機組來說，熱經(jīng)濟性明顯降低。

4.2啟停調(diào)峰優(yōu)點及局限性

優(yōu)點：調(diào)峰速度快。燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組啟?？焖?、方便的特點；調(diào)峰深度大，若兩套機組參與啟停調(diào)峰，調(diào)峰深度可達100％；避免了燃機在低負荷工況下運行、符合DLN燃燒控制模式的特性。

局限性：增加了機組啟停次數(shù)，相應(yīng)增加了燃機由于啟停折合的運行小時數(shù)，縮短了主、輔設(shè)備使用壽命．增加了維護工作量。

5結(jié)論及建議

從以上分析可以看出，與燃煤機組相比，燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組參與電網(wǎng)調(diào)峰運行具有方式靈活、適應(yīng)速度快、調(diào)峰深度大和運行經(jīng)濟性高等優(yōu)勢。#1、#2機組由于容量不大（2×390 MW），且燃機由于設(shè)備原因不允許進行低負荷深度調(diào)峰（不低于70 MW），綜合考慮，建議#1、#2機組采用啟停調(diào)峰運行方式較合適，調(diào)峰深度可達100％，且調(diào)峰運行的經(jīng)濟性較高。

參考文獻：

[1] 楊順虎.燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運行[M].北京:中

國電力出版社，2003.