降低燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組廠用電率的方法探索

馮亮亮

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司

0 引言

揚(yáng)電公司#1、2 機(jī)組是由東電公司與三菱重工合作生產(chǎn)的M701F4型燃?xì)狻羝麊屋S聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，聯(lián)合循環(huán)額定功率475 MW。余熱鍋爐為無錫華光鍋爐有限公司生產(chǎn)的三壓、再熱、臥式、無補(bǔ)燃、自身除氧、自然循環(huán)余熱鍋爐。機(jī)組投產(chǎn)以來，以調(diào)峰運(yùn)行為主，年利用小時數(shù)達(dá)2 500 h，年發(fā)電量20 億kWh 左右。機(jī)組運(yùn)行水平日漸成熟，揚(yáng)電公司便開始探索節(jié)能降耗的可行方案，以減少與同類型機(jī)組的能耗差距。本文針對揚(yáng)電公司目前兩臺F級燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況以及發(fā)生的問題，提出了優(yōu)化機(jī)組廠用電的方案，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)性。

1 影響廠用電率因素分析

1.1 輔機(jī)運(yùn)行方式

在廠用電量中，最主要的耗電量來源于各類輔機(jī)的耗電量。在發(fā)電過程中消耗的廠用電主要消耗在正常連續(xù)運(yùn)行的6 kV和380 V輔機(jī)上，其中6 kV輔機(jī)的耗電量約占全部廠用電量的75%～80%。因此，主要輔機(jī)的運(yùn)行方式將直接影響廠用電率的高低。

1.2 廠用電源方式

揚(yáng)電公司兩臺燃機(jī)出線采用了220 kV 雙母線運(yùn)行方式，在正常運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電量通過主變升壓送入220 kV母線再送入電網(wǎng)。在停機(jī)時，機(jī)組所有廠用電全部來自電網(wǎng)通過主變降壓送入。經(jīng)長期對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩臺主變的空載損耗很大，增大了下網(wǎng)電量，因此降低主變的空載損耗是降低停機(jī)時廠用電率的主要方向。

1.3 機(jī)組運(yùn)行方式

燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，啟停頻繁并且啟停無規(guī)律，因此每次機(jī)組的啟動狀態(tài)也不盡一樣，溫態(tài)和冷態(tài)啟動都會延長機(jī)組并網(wǎng)前及暖機(jī)的時間，就會消耗更多的下網(wǎng)電量。同時，機(jī)組停運(yùn)期間部分輔機(jī)仍需運(yùn)行，因此如何盡早停運(yùn)輔機(jī)設(shè)備至關(guān)重要。機(jī)組調(diào)度方式對廠用電率影響較大[1]。

1.4 其他因素

季節(jié)變化引起的環(huán)境溫度變化、運(yùn)行人員的技能水平、設(shè)備自身質(zhì)量水平等因素也會對廠用電率產(chǎn)生影響。

2 降低廠用電率的措施

2.1 優(yōu)化輔機(jī)運(yùn)行方式

梳理機(jī)組各系統(tǒng)之間的相互依賴關(guān)系，提出了“從基礎(chǔ)到核心”的輔機(jī)啟動原則，即優(yōu)先恢復(fù)開機(jī)所必須的基礎(chǔ)系統(tǒng)，再恢復(fù)可以快速投入運(yùn)行的核心系統(tǒng)，同時在機(jī)組各個階段充分利用好停機(jī)泵和變頻器的作用，在僅使用停機(jī)泵或變頻器即可滿足要求的工況下及時切換使用，以減少廠用電[2]?；谝陨显瓌t，在機(jī)組運(yùn)行的各個階段分別制訂了優(yōu)化方案。

2.1.1 機(jī)組啟動階段

以冷態(tài)啟動為例，通常燃?xì)鈾C(jī)組可以在冷態(tài)下12 h 內(nèi)達(dá)到點(diǎn)火前條件。因此，本文便以12 h 為限，探討優(yōu)化運(yùn)行的方案。

1）機(jī)組點(diǎn)火前12 h，依次恢復(fù)閉冷水、主機(jī)潤滑油、密封油、頂軸油、控制油系統(tǒng)，投入盤車。

2）機(jī)組點(diǎn)火前8 h，恢復(fù)循環(huán)水系統(tǒng)，啟動停機(jī)循環(huán)水泵。

3）機(jī)組點(diǎn)火前6 h，恢復(fù)凝結(jié)水系統(tǒng)，啟動停機(jī)凝泵，同時利用停機(jī)凝泵對低壓汽包和高壓汽包進(jìn)行上水。上水至點(diǎn)火水位，啟動中壓給水泵將中壓汽包上水至點(diǎn)火水位，及時停運(yùn)中壓給水泵。

4）機(jī)組點(diǎn)火前4 h，恢復(fù)輔助蒸汽系統(tǒng)，及時投用爐底蒸汽加熱，直至鍋爐起壓后停用，以減少熱耗、減少機(jī)組啟動時間。

5）機(jī)組點(diǎn)火前2 h，投入機(jī)組軸封，啟動真空泵，凝汽器抽真空，低壓缸冷卻蒸汽暖管。

6）機(jī)組啟動前，將停機(jī)閉冷泵切至6 kV 閉冷泵，停機(jī)循泵切換至6 kV 循環(huán)水泵，停機(jī)凝泵切至6 kV凝結(jié)水泵。

2.1.2 機(jī)組停運(yùn)階段

1）機(jī)組解列后，停運(yùn)一臺循泵。

2）機(jī)組停運(yùn)后，閉冷水泵切換為停機(jī)閉冷水泵，循泵切至停機(jī)循泵。高、中、低壓汽包水位上至高二值后停運(yùn)高中壓給水泵，凝結(jié)水泵及時切換為停機(jī)凝結(jié)水泵。

3）機(jī)組次日無啟動計劃時，停運(yùn)控制油泵。

4）機(jī)組停運(yùn)后，高壓缸第一級金屬溫度降至350 ℃時，停真空泵破壞真空到零停軸封，真空破壞后停止停機(jī)循泵運(yùn)行，注意排汽溫度應(yīng)不大于60 ℃。

5）當(dāng)高壓缸第一級金屬溫度降至300 ℃時，停運(yùn)停機(jī)凝泵。

6）滿足盤車停止條件時，停運(yùn)盤車、頂軸油泵，待發(fā)電機(jī)氣體置換完畢停運(yùn)密封油泵、潤滑油泵。

7）機(jī)組長期停運(yùn)后，前置模塊天然氣置換結(jié)束，停運(yùn)燃機(jī)罩殼風(fēng)機(jī)及FG風(fēng)機(jī)。

8）公用系統(tǒng)及時切換至運(yùn)行機(jī)組供電，減少下網(wǎng)電量。

2.1.3 機(jī)組正常運(yùn)行階段

1）根據(jù)氣溫及機(jī)組負(fù)荷率，合理調(diào)整循泵運(yùn)行方式(循泵運(yùn)行臺數(shù)及高低速)，以保證凝汽器在最佳真空下運(yùn)行。

當(dāng)循環(huán)水溫度降低至18 ℃，真空在95 Kpa以上時，將一臺循泵改為低速泵運(yùn)行（一高一低運(yùn)行）。

當(dāng)循環(huán)水溫度降低至14 ℃，真空在95 Kpa 以上時，停用低速循泵（一高運(yùn)行）。

當(dāng)循環(huán)水溫度降低至10 ℃時，將循泵調(diào)為低速循泵運(yùn)行（一低運(yùn)行）。

當(dāng)循環(huán)水溫度上升至12 ℃，真空在95 Kpa 以下時，將循泵調(diào)為高速循泵運(yùn)行（一高運(yùn)行）。

當(dāng)循環(huán)水溫度上升至16 ℃，真空在95 Kpa 以下時，增開低速循泵（一高一低運(yùn)行）。

當(dāng)循環(huán)水溫度上升至20 ℃，真空在95 Kpa 以下時，將低速循泵改為高速循泵運(yùn)行(兩高運(yùn)行)。

2）精心監(jiān)盤，認(rèn)真調(diào)整，力求各參數(shù)壓紅線運(yùn)行。精細(xì)調(diào)節(jié)，在保證安全運(yùn)行的前提下適當(dāng)提高各系統(tǒng)冷卻水溫度，降低冷卻水泵的能耗。

3）加強(qiáng)真空系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)視，利用機(jī)組大小修或節(jié)日調(diào)停時，在條件許可情況下，對真空泵冷卻器、閉冷水冷卻器、凝汽器水側(cè)進(jìn)行清洗。每月定期進(jìn)行凝汽器真空嚴(yán)密性試驗，保證凝汽器高效率運(yùn)行。

4）盡量用變頻凝泵和變頻高壓泵運(yùn)行，工頻泵只作為緊急備用。

2.2 優(yōu)化電氣設(shè)備運(yùn)行方式

揚(yáng)電公司兩臺煤機(jī)長期單機(jī)連續(xù)運(yùn)行，停運(yùn)期間廠用電由#02 啟備變供電，兩臺燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，經(jīng)常一臺機(jī)組連續(xù)或調(diào)峰運(yùn)行，而另一臺機(jī)組調(diào)度備用，甚至于在天然氣緊缺電網(wǎng)負(fù)荷低谷時，兩臺機(jī)組同時調(diào)度備用。在這種實(shí)際運(yùn)行情況下，為保證廠用電安全及隨時啟動的靈活性，一臺（兩臺）燃機(jī)高壓廠用電源，長時間通過主變、高廠變從220 kV母線串聯(lián)下載，必然造成較多不必要的變壓器損耗，并且停運(yùn)時間越長，損耗越大。揚(yáng)電公司在燃機(jī)全停期間停用兩臺燃機(jī)主變，使用#02 啟備變供燃機(jī)廠用電的方式降低廠用電率。經(jīng)過測算，#02啟備變的冗余容量滿足燃機(jī)雙機(jī)停運(yùn)期間的廠用負(fù)荷需要。因此，揚(yáng)電公司進(jìn)行了燃機(jī)廠用電優(yōu)化改造(改造前全廠一次接線圖如圖1所示)。

2.2.1 改造方案

改造后的廠用一次接線圖如圖2所示。從煤機(jī)#02 啟備變低壓側(cè)6 kV 廠用0A 段共箱封閉母線，通過“T”接母排引下至燃機(jī)6 kV廠用備用總電源間隔（新增間隔），連接1路6 kV電纜對燃機(jī)6 kV廠用A 段母線備用負(fù)荷電源間隔供電，并聯(lián)1 路6 kV 電纜至燃機(jī)6 kV廠用B段母線備用負(fù)荷電源間隔，分別對A、B段6 kV母線供電，以減少燃機(jī)停運(yùn)時主變及高廠變的空載損耗。

圖1 改造前全廠電氣一次接線圖

圖2 改造后的燃機(jī)廠用電一次接線圖

2.2.2 節(jié)能措施

1）燃機(jī)雙機(jī)停運(yùn)后3 日內(nèi)均無開機(jī)計劃，停用一臺主變。

2）燃機(jī)雙機(jī)停運(yùn)后，所有6 KV 輔機(jī)全部停運(yùn)，將燃機(jī)廠用電調(diào)至#02啟備變供電（燃機(jī)6 KV廠用由#02啟備變供電期間,嚴(yán)禁6 KV輔機(jī)試轉(zhuǎn)、運(yùn)行）。

2.3 優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，燃機(jī)利用小時數(shù)逐年下降，結(jié)合揚(yáng)電公司燃機(jī)兩班制運(yùn)行的特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)組啟動經(jīng)濟(jì)性影響因素的分析，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，對燃機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行了研究分析。在考慮缺陷處理、機(jī)組檢修計劃以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，統(tǒng)籌機(jī)組啟動方式，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

1）積極與調(diào)度溝通減少機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)（3 000 rpm 等待并網(wǎng)）的時間，切實(shí)降低機(jī)組啟動過程中的廠用電率。

2）緊跟電量、氣量兩個市場的變化，靈活控制燃機(jī)的發(fā)電量，同時積極協(xié)調(diào)負(fù)荷調(diào)度與天然氣調(diào)度，盡一切可能保證機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行，提高負(fù)荷率。

3）加強(qiáng)與天然氣調(diào)度的溝通聯(lián)系，精準(zhǔn)把握燃?xì)庀倪M(jìn)度，把氣量消耗精確到每小時，降低未消耗氣量偏差，提高每方氣的利用率。

4）根據(jù)燃機(jī)兩班制運(yùn)行特點(diǎn)，及早與省調(diào)溝通合理調(diào)度機(jī)組，優(yōu)化機(jī)組啟停方式，切實(shí)減少機(jī)組啟停次數(shù)，盡量避免機(jī)組溫態(tài)或冷態(tài)啟動。

2.4 其他方面

1）堅持“預(yù)防為主、安全第一、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，嚴(yán)格執(zhí)行“兩票三制”。缺陷管理實(shí)行“小缺陷不過班，大缺陷不過夜”，通過制訂嚴(yán)格的設(shè)備缺陷管理考核措施，嚴(yán)格控制設(shè)備缺陷消缺及時率，確保機(jī)組設(shè)備處在良好的健康狀態(tài)。

2）定期開展設(shè)備檢查和設(shè)備安全性評價活動。從設(shè)備及管理兩個方面進(jìn)行診斷，對查出的問題及隱患，限期進(jìn)行整改，通過制訂嚴(yán)格的考核措施，確保整改工作如期完成。

3）合理安排機(jī)組的檢修和消缺計劃，應(yīng)修必修，修必修好，注重減少故障率，機(jī)組減少啟停次數(shù)，特別是設(shè)法減少機(jī)組非計劃降出力和非計劃停運(yùn)次數(shù)。

3 節(jié)能效果

兩臺燃機(jī)在實(shí)施了以上優(yōu)化方案后，廠用電率下降明顯。經(jīng)濟(jì)性計算過程如下：

廠用電負(fù)荷計算采用估算法計算（6kV 主要輔機(jī)耗電量如表1所示），公式為

式中：I-電動機(jī)運(yùn)行電流（A）；

η-電動機(jī)額定電壓（V）；

表1 6 kV輔機(jī)耗電量

1)機(jī)組啟動過程

(1）機(jī)組點(diǎn)火前8 h，循環(huán)水泵使用停機(jī)泵至點(diǎn)火前0.5 h,相比使用6 kV循環(huán)水泵

比低速循泵節(jié)約（667-145）×7.5=3 915 kWh。

(2）使用停機(jī)凝泵給高壓汽包上水至點(diǎn)火水位，相比使用6 kV高壓給水泵

(3）機(jī)組啟動后，進(jìn)汽前啟動循泵，相比啟機(jī)前啟動循泵

以高速循泵節(jié)約1 008.7×1.2=1 210.44 kWh。

(4）按照節(jié)能措施執(zhí)行后，每次啟動前準(zhǔn)備工作可以節(jié)約2 h，每小時高廠變電量大約為500 kWh，總計500×2=1 000 kWh

啟動過程節(jié)約用電 6 477.45+646.4+1 210.44+1 000=9 334.29 kWh。

2)機(jī)組停機(jī)過程

(1）解列后及時停運(yùn)循泵

以高速循泵節(jié)約1 008.7×0.17=171.479 kWh。

(2）及時將凝泵切換停機(jī)凝泵

（274.2-36.8）×2=546.8 kWh。

(3）及時將循泵切換停機(jī)循泵

以高速循泵節(jié)約（1 008.7-145）× 0.5=431.85 kWh

停機(jī)過程節(jié)約用電171.479+546.8+431.85=1 150.1 kWh。

3)正常運(yùn)行階段

(1）使用變頻凝泵

每小時節(jié)約電量：440.7-274.2=166.5 kWh。

(2）使用變頻高壓給水泵

每小時節(jié)約電量：1 847.3-1 417.4=429.9 kWh。

(3）適時切換循泵高低速

每小時節(jié)約電量：1 008.7-667=341.7 kWh

每年機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)按2 500 h 計算，正常運(yùn)行中可節(jié)約用電（166.5+429.9）×2 500+341.7×1 000+667×500=216.62萬kWh。

4)停機(jī)后減少主變空載損耗

燃機(jī)主變設(shè)計空載損耗為170 kW，正常在低負(fù)荷運(yùn)行時，為防止變壓器局部過熱，開1～2 組冷卻器，加上少量的負(fù)載損耗，在停機(jī)情況下，單臺主變總的損耗超過200 kW。

燃機(jī)高廠變設(shè)計空載損耗為15 kW，25%負(fù)載時的負(fù)載損耗為6.875 kW，50%負(fù)載時負(fù)載損耗為27.5 kW。在低負(fù)荷情況下，單臺高廠變總的損耗超過20 kW。

綜合而言，在燃機(jī)機(jī)組停運(yùn)的情況下，單臺機(jī)組的變壓器損耗加起來大約220 kW。結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，暫按單臺機(jī)停運(yùn)一年（8 760 h）作為估計基礎(chǔ)（實(shí)際更高），每年損耗電量192.72萬kWh。

按下網(wǎng)電價0.57 元/kWh 為計算基礎(chǔ)，每年需支付約110 萬元的無效損耗電費(fèi)，單臺主變空載損耗按220 kW 計算，全年可節(jié)約用電220×100×24=52.8萬kWh，共降低廠用電率0.053%。

通過精細(xì)化管理、對標(biāo)管理和節(jié)能管理，揚(yáng)電公司的廠用電率逐年下降（見表2）。目前，機(jī)組廠用電率達(dá)1.58%，為同類型機(jī)組廠用電率的2/3。同時，揚(yáng)電公司#1 機(jī)組還榮獲全國400～480 MW“F”級改進(jìn)型純凝機(jī)組廠用電率最優(yōu)獎。我們將繼續(xù)秉承綠色能源理念，加強(qiáng)節(jié)能管理工作，繼續(xù)保持行業(yè)領(lǐng)先和標(biāo)桿地位。

表2 經(jīng)濟(jì)性比較

4 結(jié)語

廠用電率是衡量發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，降低廠用電率對電廠節(jié)能降耗有著重要意義，通過優(yōu)化輔機(jī)運(yùn)行方式、改造廠用電源、節(jié)能調(diào)度等方式可以有效降低廠用電率。評價電廠經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)并不僅僅是廠用電率，還有氣耗率、熱耗率等指標(biāo)，因此電廠節(jié)能降耗應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌管理，尋找最優(yōu)解決方案。