燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰方式優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)性分析

徐明

（湖北華電武昌熱電有限公司，武漢 430062）

0 引言

某燃?xì)怆姀S裝有2套S109E型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，總?cè)萘繛?70MW，對(duì)外供熱能力為320 t／h（930GJ／h），從而實(shí)現(xiàn)了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)和能源深度梯級(jí)利用。由于燃?xì)廨啓C(jī)具有啟動(dòng)時(shí)間短、升負(fù)荷速度快、能靈活跟蹤以及響應(yīng)負(fù)荷變化迅速等優(yōu)勢(shì)，因此，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組已成為電網(wǎng)調(diào)峰的首選機(jī)組［1-3］。本文結(jié)合該廠的運(yùn)行實(shí)踐，著重就此類機(jī)組的調(diào)峰方式及其對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響進(jìn)行分析探討。

1 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰方式優(yōu)化［4-6］

眾所周知，燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性會(huì)隨負(fù)荷的變化而變化，負(fù)荷降低時(shí)，熱效率亦隨之下降，因此機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最好。

1.1 2套機(jī)組并列運(yùn)行的調(diào)峰方式

在2套機(jī)組平均負(fù)荷大于80%額定負(fù)荷時(shí)，可采取一套機(jī)組在額定負(fù)荷下運(yùn)行，另一套機(jī)組帶剩余負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行措施，此時(shí)的熱經(jīng)濟(jì)性較好。當(dāng)機(jī)組平均負(fù)荷小于80%額定負(fù)荷時(shí)，2套機(jī)組綜合運(yùn)行比單套機(jī)組低于70%額定負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性好。例如，9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組平均帶70%額定負(fù)荷，其整體熱效率約下降6%；而采用一套機(jī)組帶額定負(fù)荷，另一套帶40%額定負(fù)荷的運(yùn)行措施，則整體熱效率下降8%左右，只多下降了2百分點(diǎn)，很不劃算。當(dāng)機(jī)組所帶負(fù)荷更低時(shí)，則應(yīng)采取一套機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行，而另一套機(jī)組停機(jī)備用的運(yùn)行措施。

1.2 供熱工況下的機(jī)組調(diào)峰方式

對(duì)于熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的燃?xì)怆姀S，當(dāng)機(jī)組承擔(dān)對(duì)外供熱任務(wù)時(shí)，則應(yīng)“以熱定電”，此時(shí)機(jī)組參與調(diào)峰的情況大致有3種：一是只有單套機(jī)組對(duì)外供熱，另一套機(jī)組凝汽工況運(yùn)行時(shí)，為保證供熱量和供熱參數(shù)，供熱機(jī)組宜維持在額定負(fù)荷附近運(yùn)行，不宜參與電網(wǎng)調(diào)峰，而凝汽工況運(yùn)行的機(jī)組則可調(diào)峰運(yùn)行；二是對(duì)外供熱量大，需要2套機(jī)組同時(shí)在供熱工況下運(yùn)行時(shí)，則均不適合調(diào)峰；三是夏季供熱（制冷）時(shí)段，在確保機(jī)組供熱量的前提下，根據(jù)電網(wǎng)的要求，機(jī)組可在80%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)作變負(fù)荷調(diào)峰。

1.3 兩班制啟停調(diào)峰方式

對(duì)于凝汽工況下運(yùn)行的機(jī)組，為保證其熱經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)使機(jī)組在80%以上額定負(fù)荷運(yùn)行；若要求全廠有更低的調(diào)峰負(fù)荷，則采用兩班制調(diào)峰方式較合理，原因如下。

（1）燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)快捷、耗時(shí)短。如9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中的燃?xì)廨啓C(jī)從點(diǎn)火到滿速3000 r／min約需10min，整個(gè)啟動(dòng)過程所消耗的燃料僅相當(dāng)于機(jī)組在50%額定負(fù)荷下低負(fù)荷調(diào)峰2 h的損失；同時(shí)，電網(wǎng)一般要求機(jī)組調(diào)峰時(shí)間不少于8 h（22：00—次日 06：00），此時(shí)，以兩班制啟停調(diào)峰替代低負(fù)荷調(diào)峰，所減少的燃料損失更為可觀。

（2）選擇兩班制調(diào)峰，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)大多為熱態(tài)，調(diào)峰的損失更小。這里需要指出的是，兩班制調(diào)峰應(yīng)采取有效的技術(shù)措施，使機(jī)組在停機(jī)過夜后保持熱態(tài)，以克服熱慣性的影響，確保聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能快速啟動(dòng)和快速帶負(fù)荷。

（3）國內(nèi)峰谷電價(jià)比一般為3∶1，低負(fù)荷調(diào)峰經(jīng)濟(jì)損失很大，選擇兩班制調(diào)峰優(yōu)勢(shì)更突出。

2 低負(fù)荷與兩班制調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析［7］

2.1 兩種調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性比較

對(duì)9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組而言，采用兩班制調(diào)峰，機(jī)組啟、停1次消耗的天然氣（實(shí)測(cè)天然氣低位熱值為33287 kJ／m3）量 qV0約為 11 300m3。如果以低負(fù)荷運(yùn)行方式替代兩班制調(diào)峰，則消耗的天然氣量

式中：qV為50%額定負(fù)荷下低負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行所損失的天然氣量，m3；Q為機(jī)組在電網(wǎng)低谷時(shí)段低負(fù)荷（P=92 500 kW）運(yùn)行8 h的發(fā)電量，Q=740 000 kW·h；ef為50%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的氣耗率，ef=0.285m3／（kW·h）；e0為凝汽工況下額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的氣耗率，e0=0.214m3／（kW·h）。

將已知數(shù)據(jù)代入式（1）可得qV=52 540m3。計(jì)算結(jié)果表明，低負(fù)荷調(diào)峰的燃料損失是兩班制啟停調(diào)峰的4倍多。

需要指出的是，對(duì)比2種調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，首先需提供低谷持續(xù)時(shí)間，然后再根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算求得一個(gè)“臨界時(shí)間”，當(dāng)電網(wǎng)低谷時(shí)間超過此時(shí)間時(shí)，采用兩班制較經(jīng)濟(jì)。“臨界時(shí)間”可由下式求得。

將已知數(shù)據(jù)代入上式可得te=1.72 h。因此，只要夜間低谷時(shí)間超過1.72 h，兩班制啟停調(diào)峰方式就比低谷運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)。

2.2 兩種調(diào)峰方式對(duì)機(jī)組壽命的影響

就機(jī)組壽命損耗而言，低負(fù)荷運(yùn)行比兩班制運(yùn)行小。采用晚停早啟的調(diào)峰運(yùn)行方式時(shí)，設(shè)備啟、停頻繁：一方面燃?xì)廨啓C(jī)透平熱通道部件經(jīng)常在很短的時(shí)間內(nèi)受熱負(fù)荷沖擊，加快了這些部件的損壞；另一方面，這種運(yùn)行方式對(duì)汽輪機(jī)的壽命也會(huì)造成很大的影響，其重點(diǎn)是控制好轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，即可控制好轉(zhuǎn)子的壽命。

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，通常使用如下公式來計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)的壽命損耗。

式中：tc為壽命損耗，h；ta為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，h；n為啟動(dòng)次數(shù)；t為每次啟動(dòng)折算時(shí)間，對(duì)汽輪機(jī)而言，t的取值范圍為20～30 h。

正確的操作方法、合理的運(yùn)行方式、精準(zhǔn)的維修水平是提高設(shè)備可靠性、減少壽命損耗的重要手段。燃?xì)廨啓C(jī)及其部件的檢修間隔對(duì)機(jī)組的利用率有重要影響，制造廠提出3個(gè)檢修間隔：運(yùn)行8000 h后，檢查燃燒室；運(yùn)行24 000 h后，對(duì)熱通道進(jìn)行檢查（即中修）；運(yùn)行48000 h后，機(jī)組揭蓋大修。對(duì)于所配套的汽輪機(jī)，則按燃?xì)廨啓C(jī)的檢修間隔及檢修時(shí)間適時(shí)安排檢查、檢修，保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行以及使用壽命不少于預(yù)計(jì)的30年。

3 結(jié)論

（1）為提高電網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性和安全性，用占電網(wǎng)15%～20%總?cè)萘?、調(diào)峰性能好的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組作為應(yīng)急備用電源或進(jìn)行電網(wǎng)低谷調(diào)峰，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

（2）降負(fù)荷調(diào)峰時(shí)，應(yīng)采取同步調(diào)減負(fù)荷的運(yùn)行方式；當(dāng)負(fù)荷率更低時(shí)，則采取單套機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行，另一套機(jī)組停機(jī)備用的方式較為經(jīng)濟(jì)。

（3）對(duì)于承擔(dān)供熱任務(wù)的機(jī)組，冬季時(shí)為保證熱用戶所需的熱量和供熱參數(shù)，最好不參與電網(wǎng)調(diào)峰；而在夏季的供熱（制冷）時(shí)段，在確保供熱量的前提下，燃?xì)廨啓C(jī)在電網(wǎng)的要求下可在80%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)作變負(fù)荷調(diào)峰。

（4）機(jī)組以兩班制運(yùn)行方式參與電網(wǎng)調(diào)峰比低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)峰的損失小，經(jīng)濟(jì)性好，但比連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行的壽命短。為兼顧經(jīng)濟(jì)性和安全性，對(duì)于參與兩班制調(diào)峰的機(jī)組，應(yīng)做好運(yùn)行檢查和檢修維護(hù)工作，盡可能減少損耗。

［1］楊順虎.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行［M］.北京：中國電力出版社，2002.

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