提高6FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)性的分析

湯明峰，吳敏杰

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州　310018)

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提高6FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)性的分析

湯明峰，吳敏杰

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州310018)

摘要:為降低聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中天然氣的用氣量，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)臎_轉(zhuǎn)參數(shù)與參考基準(zhǔn)、降低汽缸溫度等措施，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)營(yíng)成本的降低。優(yōu)化后，熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的用氣量大幅下降，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:6FA燃?xì)廨啓C(jī);聯(lián)合循環(huán);熱態(tài)啟動(dòng);經(jīng)濟(jì)性

0　引言

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以其效率高、污染少、啟動(dòng)快、調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已在世界上被廣泛使用，且往往在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰的任務(wù)，因此日開(kāi)夜停成了目前燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行常態(tài)［1］。

某2×100 MW級(jí)多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，采用“2 + 2 + 1”方式，即由2臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、2臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組組成。#11，#12燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組分別由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)與1臺(tái)發(fā)電機(jī)單軸串聯(lián)運(yùn)行，2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排氣經(jīng)2臺(tái)余熱鍋爐后，再帶動(dòng)1臺(tái)#10汽輪發(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)出口不設(shè)置旁通煙道，余熱爐進(jìn)口煙道膨脹節(jié)直接與燃?xì)廨啓C(jī)擴(kuò)散段法蘭相連。燃?xì)廨啓C(jī)是GE公司生產(chǎn)的PG 6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)，采用18級(jí)軸流式壓氣機(jī)，DLN 2.6燃燒器和3級(jí)透平［2］。汽輪機(jī)為L(zhǎng)CZ 75－7.1/1.27/0.59型蒸汽輪機(jī)，為雙壓、沖動(dòng)、單排汽、單軸、可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)。

通常機(jī)組采用“一拖一”形式運(yùn)行，即由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)1臺(tái)汽輪機(jī)運(yùn)行，一般在01: 00: 00左右停機(jī)，在06: 00: 00左右啟動(dòng)。通過(guò)一段時(shí)間的觀察與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，排除設(shè)備故障原因，燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)并網(wǎng)時(shí)用氣量偏差較大。由于在日開(kāi)夜停期間，每日的用氣量有明顯限制，如果通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式達(dá)到降低“一拖一”機(jī)組熱態(tài)并網(wǎng)間隔用氣量，也就意味著用同樣的天然氣可以多發(fā)電，降低運(yùn)營(yíng)成本，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

到目前為止，國(guó)內(nèi)尚未對(duì)6FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)進(jìn)行過(guò)專(zhuān)業(yè)化、系統(tǒng)化的研究，為了降低熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的用氣量，本文經(jīng)過(guò)一系列的熱態(tài)啟動(dòng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，分析、總結(jié)出一些熱態(tài)啟動(dòng)節(jié)能措施。

1　現(xiàn)狀調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

1.1燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷與排氣溫度及天然氣用量

燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的排氣溫度及天然氣用量關(guān)系如圖1所示。

圖1　燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的排氣溫度及天然氣用量

由圖1可知，負(fù)荷越高，每立方米天然氣產(chǎn)生的電量越大，即氣電比越?。?］，經(jīng)濟(jì)性越好。因此，為節(jié)約并網(wǎng)時(shí)間段內(nèi)的天然氣消耗量，在天然氣總量一定的前提下，啟動(dòng)時(shí)所帶的負(fù)荷越低，基本負(fù)荷時(shí)所能用的天然氣量就越多，能發(fā)的電量就越多，經(jīng)濟(jì)性也就越好。

1.2熱態(tài)沖轉(zhuǎn)前汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度及保溫措施

汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度及是否采取保溫措施調(diào)查見(jiàn)表1。

由表1可知，開(kāi)啟本體疏水后，缸溫可降到420～430℃，而采取保溫措施后，缸溫達(dá)到445～455℃。主蒸汽溫度必須高于缸溫50℃以上方可沖轉(zhuǎn)［1］，且燃?xì)廨啓C(jī)煙氣與主蒸汽存在60℃左右的溫差。從圖1可以看出，燃?xì)廨啓C(jī)15 MW負(fù)荷下的排煙溫度在540℃左右，如汽輪機(jī)不采取保溫措施，則滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)要求;反之，則可能需要更高的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，相對(duì)的能量損失也會(huì)增加，經(jīng)濟(jì)性降低。

表1　汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度及保溫措施

1.3熱態(tài)啟動(dòng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況

該機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表2，從表2可知。

(1)并網(wǎng)時(shí)間間隔段用氣量存在較大差異。熱態(tài)啟動(dòng)最大用氣量為13070 m3，最小用氣量為6610 m3，計(jì)算得出平均值為9124 m3。

(2)汽輪機(jī)全速至并網(wǎng)時(shí)間段長(zhǎng)短有差異。最長(zhǎng)用時(shí)為22.00 min，最短用時(shí)為4.00 min，計(jì)算得出平均值為7.56 min。

(3)主蒸汽閥前溫度與旁路溫度存在差異。由于蒸汽流通狀況的不同，主蒸汽閥前溫度與旁路溫度差異較大。熱態(tài)沖轉(zhuǎn)要求主蒸汽溫度高于內(nèi)上缸溫度50℃以上，閥前溫度與旁路溫度測(cè)點(diǎn)空間距離相差不足8 m，但由于主蒸汽閥前疏水量較小，旁路的蒸汽流通量明顯更大，因此，旁路溫度更能反映實(shí)際的主蒸汽參數(shù)狀態(tài)。

2　對(duì)策與措施

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況看，引起熱態(tài)并網(wǎng)間隔耗氣量較大差異主要包括2方面原因:主蒸汽溫度及汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度，分別對(duì)其采取相應(yīng)的對(duì)策與措施。

2.1主蒸汽溫度參數(shù)的選擇

旁路溫度受熱條件優(yōu)于主蒸汽閥前溫度，更能反映熱態(tài)沖轉(zhuǎn)時(shí)主蒸汽溫度的真實(shí)情況，有利于縮短并網(wǎng)間隔時(shí)間。因此，工作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)了解真實(shí)參數(shù)，以旁路溫度作為沖轉(zhuǎn)依據(jù)，加快沖轉(zhuǎn)時(shí)間。具體工作包括由專(zhuān)工負(fù)責(zé)對(duì)熱態(tài)開(kāi)機(jī)票進(jìn)行修改，確立以旁路溫度作為是否沖轉(zhuǎn)的依據(jù);主值負(fù)責(zé)在熱態(tài)啟動(dòng)中保持旁路開(kāi)度在30％以上，確保溫度真實(shí);對(duì)比采用不同主蒸汽溫度參考點(diǎn)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)時(shí)的低壓缸差脹，了解取點(diǎn)不同對(duì)整個(gè)熱態(tài)沖轉(zhuǎn)的影響。

表2　熱態(tài)啟動(dòng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2為以主蒸汽閥前參數(shù)作為基準(zhǔn)的熱態(tài)沖轉(zhuǎn)曲線，圖3為以旁路參數(shù)作為基準(zhǔn)的熱態(tài)沖轉(zhuǎn)曲線，由圖2和圖3比較可知，不論是以主蒸汽閥前參數(shù)為基準(zhǔn)，還是以旁路參數(shù)為基準(zhǔn)，即不論是當(dāng)主蒸汽閥前溫度高于上缸溫度50℃以上開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，還是當(dāng)旁路溫度高于上缸溫度50℃以上開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，由于調(diào)門(mén)開(kāi)度不大(5％～10％)，均會(huì)出現(xiàn)降低上缸溫度，導(dǎo)致差脹減小的現(xiàn)象，但均在允許范圍內(nèi)。由于調(diào)門(mén)開(kāi)度不大，導(dǎo)致進(jìn)入主蒸汽管路蒸汽的流通量不足，進(jìn)而影響換熱效果，而旁路的設(shè)計(jì)容量為100％，流通量足夠，因此，主蒸汽閥前溫度測(cè)點(diǎn)不能準(zhǔn)確反映主汽參數(shù)，而旁路上的溫度測(cè)點(diǎn)因?yàn)榱魍孔銐蚨軌驕?zhǔn)確反映主汽參數(shù)，且在對(duì)汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)基本無(wú)影響的前提下，以旁路溫度作為基準(zhǔn)可以大大縮短熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間，繼而減少熱態(tài)啟動(dòng)中的耗氣量，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，所以應(yīng)以旁路參數(shù)作為基準(zhǔn)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。

圖2　以主蒸汽閥前參數(shù)為基準(zhǔn)的熱態(tài)沖轉(zhuǎn)曲線

圖3　以旁路參數(shù)為基準(zhǔn)的熱態(tài)沖轉(zhuǎn)曲線

2.2汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度的狀況

在不影響轉(zhuǎn)子狀況的前提下，適當(dāng)使內(nèi)上缸溫度保持一個(gè)較低的狀態(tài)，有利于選擇較低燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，避免損耗過(guò)多能量。因此，在確保動(dòng)、靜部件不受影響的前提下，降低汽缸溫度，確保熱態(tài)開(kāi)機(jī)時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)上缸溫度在較低水平。具體包括停機(jī)后開(kāi)啟本體相關(guān)疏水閥，及時(shí)抄錄內(nèi)缸上、下溫差變化，注意差脹變化等。在機(jī)組停運(yùn)后及時(shí)開(kāi)啟汽輪機(jī)本體疏水，整個(gè)停運(yùn)期間，對(duì)上、下缸溫差及差脹等進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)降低汽缸溫度對(duì)機(jī)組基本無(wú)影響，如圖4所示。

圖4　停機(jī)參數(shù)曲線

3　效果檢查

優(yōu)化后機(jī)組2014年4月1至3日、5月24至25日的各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表3。

從表3可知，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)間隔用氣量從之前的9124m3降至5570m3，節(jié)約了大量天然氣。以燃?xì)廨啓C(jī)60 MW負(fù)荷下的氣電比［3］為4.2 (kW·h) /m3計(jì)算，優(yōu)化后每次熱態(tài)啟機(jī)所節(jié)省的天然氣量折合發(fā)電量為(9124－5570)×4.2 =14.93 (kW·h)，按上網(wǎng)電價(jià)為0.96元/(kW·h)［4］計(jì)算，每次啟動(dòng)可節(jié)約14332.8元。

表3　優(yōu)化后機(jī)組參數(shù)　2014

4　結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的調(diào)查與分析，將旁路溫度作為沖轉(zhuǎn)參數(shù)的參考基準(zhǔn)，適當(dāng)降低缸溫，從而降低沖轉(zhuǎn)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷，使用氣量從之前的9 124 m3降至5570m3，降低了6FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中天然氣的用量，折合每次啟動(dòng)可節(jié)約14 332.8元，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于提高6FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的熱態(tài)啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性具有參考價(jià)值。

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(本文責(zé)編:弋洋)

湯明峰(1977—)，男，浙江杭州人，技師，從事發(fā)電廠運(yùn)行方面的工作(E-mail:103591602@ qq.com)。

吳敏杰(1990—)，男，浙江紹興人，助理工程師，從事發(fā)電廠運(yùn)行方面的工作(E-mail:470969449@ qq.com)。

作者簡(jiǎn)介:

收稿日期:2015－05－12;修回日期:2015－10－20

中圖分類(lèi)號(hào):TM 621.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號(hào):1674－1951(2016)01－0051－03