蘆利生
(中海海南發(fā)電有限公司,海南 洋浦 578201)
某廠裝設有兩套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組,單套容量220MW,其中燃氣輪機容量140MW,蒸汽輪機容量80MW。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組和常規(guī)燃煤電廠機組相比,具有啟??臁⒄{(diào)峰能力強等特點。然而目前該區(qū)域電網(wǎng)機組裝機容量出現(xiàn)過飽和狀態(tài),電網(wǎng)負荷低谷時,只能保證燃氣電廠一套組用于調(diào)峰運行,即每天一套機組早上開機、晚上停機,而另一套機組當天一直處于備用狀態(tài),這樣就產(chǎn)生了一個問題,每天應該選擇哪一套機組運行,備用機組停機間隔時間多久才算合適。
某廠兩套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組:一套機組是GT11+ST13機組,這套機組之前一直帶基本負荷,運行時間多,運行當量小時已達98000小時;另一套機組是GT12+ST14機組,這套機組一直調(diào)峰運行,運行時間少,但啟機次數(shù)多,啟機次數(shù)已達2900次。西門子規(guī)定:該型號機組的壽命周期是運行當量小時達100000小時或啟機次數(shù)達3000次,也是說如果機組達到這兩個條件任何一條,必須進行延壽大修處理。
由于冷態(tài)啟機影響機組的經(jīng)濟效率,電網(wǎng)會對電廠進行一定的經(jīng)濟補償費用,具體規(guī)定是:停機冷備用機組額定容量與冷備用時間的乘積,按照2.5(元/兆瓦時)的標準補償。冷備用時間為火力發(fā)電機組解列至再次并網(wǎng)的時間減去72小時。也就是如果機組備用時間超出3天后中調(diào)會給一定的補償費用,時間越長補償費用越多。
公司決定兩個月后準備對GT11+ST13機組進行延壽大修,因而目前考慮主要的問題是GT12+ST14機組啟機次數(shù)差100次就達到3000次的壽命周期了,所以應該減少GT12+ST14機組的啟機次數(shù)。那么如果單從經(jīng)濟方面考慮,GT12+ST14機組間隔多久啟一次才算合適?
圖1 中調(diào)補償費用和啟機經(jīng)濟性示意圖
中調(diào)的冷備用補償費用是停機備用時間越長補償費用越多。但備用時間不能超過7天,因為如果超過7天,機組停機前必須進行鍋爐保養(yǎng)。此外,停機備用時間長短對下次機組啟動時有影響的。機組啟機過程是經(jīng)濟性最差的時候,因為啟機時需要消耗一定量的天然氣燃料,然而此時機組帶的負荷是很低的。停機備用時間短,中調(diào)的冷備用補償費用少,但機組啟動快,啟機過程經(jīng)濟性好;停機備用時間長,中調(diào)的冷備用補償費用多,可是啟機過程經(jīng)濟性差了。在中調(diào)的冷備用補償費用和機組啟機過程經(jīng)濟性這兩者之間必定存在一個臨界值(如圖1)。如果通過各項數(shù)據(jù)能計算出這個臨界值,就能確定GT12+ST14機組的停機間隔時間。這也就解決了“單從經(jīng)濟方面考慮,GT12+ST14機組間隔多久啟一次才算合適?”這一問題。
中調(diào)的冷備用時間是按機組解列和機組下次并網(wǎng)的時間差值來計算,而冷備用補償費用是冷備用時間乘以機組容量再乘以2.5,這樣就可以得出具體的冷備用補償費用,非常明確。
啟機開始節(jié)點的選擇:燃氣輪機組啟機開始節(jié)點的選擇爭議不大,以燃氣輪機并網(wǎng)發(fā)電這一時間點作為啟機開始節(jié)點。
啟機結(jié)束節(jié)點的選擇:啟機過程的結(jié)束節(jié)點的選擇存在爭議,因為蒸汽輪機要達到正常加載負荷要求參數(shù)比較多,對脹差值、左右缸脹值、軸向位移都有要求,只有這些條件達到允許值時,燃氣輪機才能繼續(xù)加負荷,才算啟機過程結(jié)束。正常情況下燃氣輪機負荷達到60MW后,蒸汽輪機的各項參數(shù)已經(jīng)在正常范圍內(nèi)了。最后經(jīng)過綜合對比分析,決定將燃氣輪機負荷到60MW這一時間點作為啟機結(jié)束節(jié)點。
燃氣輪機啟機經(jīng)濟性的影響因素:由于燃氣輪機的自動化程度比較高,一般情況下燃氣輪機由程序自動控制依次完成停盤車、升速、定速、并網(wǎng)、切換廠用電、帶初始負荷的啟機全過程,每次啟機在這一環(huán)節(jié)差別不大,可以忽略不計。此外還有壓氣機、燃燒室、透平的裝置效率,環(huán)境溫度對燃氣輪機效率的影響,這些影響因素短時間內(nèi)相對較小,為了使問題簡單化和具有可計算性,以上影響因素均可忽略不計。我們只考慮燃氣輪機在啟機開始節(jié)點到結(jié)束節(jié)點所產(chǎn)生的發(fā)電量和消耗的天然氣,再將發(fā)電量、天然氣折算成費用,在加上中調(diào)冷備用補償費用進行比較。
蒸汽輪機啟機經(jīng)濟性的影響因素:蒸汽輪機自動化程度低,啟機過程的操作都是手動操作,由于人員操作存在差異,在汽機步驟的時間也略有不同,當然也有一些人為不可控因素,如蒸汽管道疏水時間的長短要根據(jù)具體情況決定,但相對蒸汽輪機的冷態(tài)、熱態(tài)而言,這種差異較小,可以忽略不計。我們只考慮蒸汽輪機并網(wǎng)至啟機結(jié)束節(jié)點這段時間內(nèi)的發(fā)電量,當然這段時間燃氣輪機加負荷要根據(jù)蒸汽輪機的脹差值、左右缸脹值來決定加負荷的快慢,最終將燃氣輪機負荷加到60MW,即完成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的整個啟機過程。
圖2 停機間隔時間與蒸汽輪機高壓內(nèi)缸金屬溫度關(guān)系
雖然停機間隔時間對燃氣輪機啟機基本沒有影響,但燃氣輪機加負荷是受蒸汽輪機啟機影響的,蒸汽輪機脹差值、左右缸脹值不允許時,燃氣輪機不能隨意加負荷,也就是說蒸汽輪機的啟機時間越長,燃氣輪機負荷加到60MW所需的時間就越長。查詢歷史參數(shù)得出GT12+ST14機組停機間隔時間與蒸汽輪機高壓內(nèi)缸金屬溫度的關(guān)系(如圖2)。
所以停機間隔時間對蒸汽輪機的影響較大,主要是因為停機間隔時間的長短對蒸汽輪機高壓內(nèi)缸金屬溫度的影響,而高壓內(nèi)缸金屬溫度又是決定蒸汽輪機冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)的參數(shù),也就是說決定蒸汽輪機啟機過程的長短(如表 1)。
表1 內(nèi)缸溫度、啟機狀態(tài)、啟機時間三者關(guān)系
根據(jù)停機間隔時間分別對燃氣輪機在啟機開始節(jié)點到結(jié)束節(jié)點所消耗的天然氣量、發(fā)電量以及蒸汽輪機的發(fā)電量、還有在此期間從中調(diào)所獲得的冷備用補償費用,目前用的天然氣是 LNG,單價是 2.2元/m3,電價按0.6元/kW·h計算,最后得出了合計費用,然后根據(jù)各個數(shù)據(jù)繪制出了圖3,清楚的得到了停機間隔時間與下次啟機過程中合計虧損費用的走勢,便于合理安排GT12+ST14機組的停機間隔時間。
圖3 停機間隔時間與合計虧損費用關(guān)系
根據(jù)圖3得出以下結(jié)論:
(1)停機間隔時間在100-120小時出現(xiàn)最大合計虧損費用。
(2)停機間隔時間在 100-120小時后,由于基本都屬于冷態(tài)啟機,啟機過程已經(jīng)基本無差別,然而停機時間越往后中調(diào)冷備用補償費用是不斷增加的。
(3)GT12+ST14機組盡量避開停機后第 5天啟機,如果選擇第1-3天啟機,啟機總次數(shù)一年后會超出3000次,所以最佳選擇是第4天和第6天啟機。
通過分析燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組停機間隔時間對機組經(jīng)濟性的影響,結(jié)合中調(diào)冷備用補償費用,找出了最大合計虧損費用所對應的停機間隔時間,對該廠GT12+ST14機組合理安排停機間隔時間具有一定的指導意義。
【參考文獻】
[1]焦樹健.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置[M].北京:中國電力出版社,2007:580-583.