6FA型燃氣—蒸汽聯合循環機組節能增效措施的應用

趙艷飛

（浙江大唐國際江山新城熱電有限責任公司，浙江 江山 324100）

6FA型燃氣—蒸汽聯合循環機組節能增效措施的應用

趙艷飛

（浙江大唐國際江山新城熱電有限責任公司，浙江 江山 324100）

通過對6FA型燃氣輪機聯合循環機組啟停操作優化、輔機操作優化、運行方式優化、節能改造等方面節能增效措施的應用，減少企業外購電量、節約天然氣、減少啟動廠用電，達到了預期的效果。

6FA聯合循環；熱態啟動；啟停優化；節能

0 引言

PG6111FA型多軸聯合循環機組是當今世界上最先進的燃氣—蒸汽聯合循環發電機組之一，由PG6111FA型燃氣輪機、雙壓抽汽單缸式汽輪機、雙壓帶自除氧、無補燃、臥式自然循環余熱鍋爐和空冷發電機組成。GE公司6FA型燃機是目前國內容量占比最小、運行經驗最為欠缺的機組，燃機簡單循環出力為73.1 MW，聯合循環出力為115 MW，該型機組具有安裝靈活、效率高、啟停快、排放低、運行靈活等優點，目前被廣泛運用于熱電廠。

大唐江山新城熱電廠建設2套燃氣—蒸汽聯合循環供熱機組，全廠配置為：2臺燃氣輪機、2臺燃機發電機、2臺余熱鍋爐、2臺供熱蒸汽輪機和2臺汽輪發電機，以及相應配套設施。余熱鍋爐采用東方日立鍋爐廠生產的雙壓帶自除氧、無補燃、臥式自然循環余熱鍋爐，露天布置。燃氣輪機為GE公司PG6111FA型燃機。汽輪機設備由哈爾濱汽輪機廠制造，為雙壓、單缸、沖動、抽汽、凝汽式汽輪機，型號為LC28/N38-5.20/0.55/ 1.60/537/254型。2013年5月15日機組通過滿負荷試驗實現“一日四投”，為促進浙江省地方經濟發展、打造衢州綠色產業集聚區做出了貢獻。

江山熱電廠通過投產以來的運行經驗總結，在6FA型燃氣-蒸汽聯合循環機組節能增效工作方面取得了一定的成績，本文結合實例進行介紹，供其他燃機同行借鑒參考。

1 優化機組啟停、降低機組能耗水平

1.1 燃機啟動優化

考慮汽輪機的沖轉需求，初負荷在10 MW左右時燃機排煙溫度基本為530℃，考慮余熱鍋爐的換熱效率，不投入減溫水時高壓主汽溫度就能達到500℃，而晝啟夜停方式下的汽輪機缸溫此時約為490℃，蒸汽溫度符合沖轉要求，因此，把握燃機低負荷時機，快速調整蒸汽參數滿足汽輪機沖轉條件，成為機組啟動過程中節能的關鍵。

1.2 鍋爐、汽輪機溫/熱態啟動優化

汽輪機因受沖轉速率、脹差等的限制，成為影響聯合循環機組快速帶負荷的瓶頸，此種情況對6FA型燃氣—蒸汽聯合循環分軸機組的影響更為明顯，其汽輪機軸封汽源由單一主蒸汽提供，因此在燃機并網帶負荷之前就應進行軸封暖管、凝汽器抽真空等操作，減少燃機低負荷運行時間，使汽輪機盡快沖轉并網，聯合循環出力到滿負荷，提高聯合循環機組啟動過程的經濟性。

鑒于目前聯合循環機組采用晝啟夜停的運行方式，采取以下優化措施：在停機后將鍋爐煙囪擋板關閉，高/低壓汽包水位調至高位，鍋爐側執行保溫保壓操作；確保高壓蒸汽壓力為3～4 MPa，以滿足汽輪機軸封暖管需求。一般在燃機降速點火前開啟軸封供汽暖管，利用上次停機后鍋爐的蓄熱完成汽輪機熱態投軸封、抽真空操作，進而開啟蒸汽旁路，調整蒸汽參數準備汽輪機沖轉，實現汽輪機的快速啟動。

軸封系統啟動優化后，均壓箱溫度上升速度大幅提高，使得啟機均壓箱暖管時間縮短，沖轉及并網時間提前；啟動過程中，從燃機發啟動指令到機組滿負荷期間，天然氣使用量由11.7 km3下降至10.8 km3，計算標準狀況下啟機氣耗率由0.369 4 m3/kWh下降至0.332 7 m3/kWh，節約天然氣0.9 km3，節省廠用電469 kWh。

1.3 停機過程優化

停機過程中采用燃機發停機指令，汽輪機設定50%負荷，燃機、汽輪機同步降低負荷，待燃機負荷降至17 MW時，因燃機排煙溫度下降，主汽溫才開始出現明顯下降，汽輪機發自動停機指令，可保證汽輪機比燃機晚約2 min解列，此方案可以在多發電的同時，縮短停機過程中因主汽溫度下降造成汽輪機缸體冷卻的時間。

2 優化輔助設備啟停時間、降低廠用電量

2.1 凝結水泵啟停

考慮在投軸封供汽前并不需要投軸封加熱器，且鍋爐高、低壓汽包都沒有上水要求，選擇在軸封系統投運、開始有軸封回汽前啟動凝結水泵，且啟動后盡量減少凝結水再循環流量，以減小凝結水泵電流，降低廠用電率。

2.2 循環水泵及冷卻塔風機的啟停

在機組啟動過程中，燃機發啟動指令，點火前暫不啟動循環水泵，而是啟動輔助冷卻水泵保持循環水小流量通水，待點火后隨著燃機側熱負荷增加再切換為循環水泵運行。燃機全速并網后，啟動第一臺冷卻塔風機（變頻）并逐步轉為工頻運行，待大量蒸汽進入凝汽器后，根據循環水溫度上升幅度再啟動第二臺冷卻風機（工頻）。汽輪機并網帶高負荷后，視真空情況啟動第二臺循環水泵（考慮最佳真空）。正常運行中采用兩機三泵四水塔運行方式。準備停機時，燃機負荷降低至20 MW時即可逐步退出冷卻塔風機運行，燃機解列2 min后熄火，循環水系統切換至輔助冷卻水泵運行，汽輪機轉速到零、真空到零再停軸封，輔機部分操作結束。

2.3 停機后的高/低壓汽包水位控制

汽輪機解列后，將高/低壓汽包水位升至高二值可見水位后，盡快停運高壓給水泵和凝結水泵，關閉鍋爐煙囪擋板以保溫保壓，這樣既可以保證在第二天熱態啟動前鍋爐滿足啟動水位，又可推遲給水泵啟動時間，減少啟動過程中輔機的廠用電。

3 優化主變壓器運行方式

6FA型燃氣—蒸汽聯合循環機組采用多軸布置，機組解列采用發電機出口斷路器，一般主變壓器采用三卷變壓器，升壓后經220 kV線路送出。江山熱電廠1號、2號聯合循環機組升壓站為220 kV雙母線接線，每套機組設置1段6 kV工作母線，正常運行時廠用電母線由高壓廠用變壓器接帶，01號備用變壓器為雙機的備用電源，正常情況下1號、2號主變壓器帶電運行，01號備用變壓器為空充狀態。

機組停備后，主變壓器通過高壓廠用變壓器供廠用電，由于主變壓器容量較大，損耗也較大。若廠用電由備用變壓器接帶，根據電網對母線接地點的要求，可以停備1臺主變壓器，以減少主變壓器損耗，單機運行狀態下可增加上網電量，雙機停備情況下可以減少外購電量，節電效果顯著。不考慮主變壓器負載損耗和啟動備用變壓器帶電后的負載損耗增加等疊加因素的影響，單純考慮主變壓器退出運行時的空載損耗，日節電可達約1 922.4 kWh。考慮到目前浙江省內燃機均為調峰運行狀態，6FA型機組年下發利用小時數為1 000 h，機組停備后優化主變壓器運行方式，按照機組運行100天考慮，年節電量可達480 600 kWh，折合經濟效益約34萬元。

4 節能降耗技改優化

4.1 太陽能熱水項目

原設計中，生活區熱水系統機組正常運行時由機組抽氣供熱系統接帶，機組停備狀態由電鍋爐接帶，單臺電鍋爐供生活熱水日耗電量約2 000 kWh，按照目前的利用情況，生活熱水年耗電量640 000 kWh。為此提出了太陽能改造項目，總投資27萬元，日均節電量約1 400 kWh，不考慮機組運行期間的汽水損耗，年節電量為 448 000 kWh，折合經濟效益約32萬元，投運1年即可收回投資，節能潛力巨大。

4.2 小閉式冷卻水泵改造

原設計由閉式冷卻水泵為機組輔機、燃機、空壓機等提供冷卻水，但閉式冷卻水泵功率和損耗偏大，為此提出了增加小閉式冷卻水泵的改造方案。改造后，由小閉式冷卻水泵在機組停備期間單獨接帶空壓機冷卻水，按年運行200天計算，年節電量達696 000 kWh，折合經濟效益約47萬元。

5 結語

江山熱電廠積極摸索和挖掘6FA型燃氣—蒸汽聯合循環機組節能增效方面的措施和潛力，通過優化機組/輔機啟停方式、利用余熱鍋爐蓄熱能力、優化主變壓器運行方式、節能技改等措施，年綜合增效約441萬元，節能增效效果明顯。

[1]周伊明.電力行業節能減排技術問答[M].北京：化學工業出版社，2012.

[2]陳堅紅，顧正皓，張夢可，等.燃氣-蒸汽聯合循環機組的汽輪機啟動過程優化[J].浙江電力，2014，33（10）:40-44.

（本文編輯：徐 晗）

Application of Energy-saving and Efficiency Improvement Measures for 6FA Gas-Steam Combined Cycle Units

ZHAO Yanfei
（Zhejiang Datang International Jiangshan Xingcheng Thermal Power Generation Company Limited，Jiangshan Zhejiang 324100，China）

By optimization of startup/shutdown operation of 6FA gas-steam combined cycle units，optimization of manipulation and operation mode of auxiliary units，technical transformation of energy saving and so forth，outsourced electricity is reduced，natural gas is saved，auxiliary power for startup is less used and power generation is improved.Therefore，favorable result is achieved as expected.

6FA combined cycle；thermal startup；optimization of startup and shutdown；energy saving

TK477

B

1007-1881（2015）02-0037-03

2014-12-04

趙艷飛（1981），男，工程師，現從事燃機電廠運行管理工作。