提高6FA燃氣輪機聯合循環機組熱態啟動經濟性的分析

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燃氣輪機聯合循環機組熱態啟動經濟性的分析

湯明峰，吳敏杰

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州310018)

摘要:為降低聯合循環機組熱態啟動過程中天然氣的用氣量，提高機組運行的經濟性，通過選取適當的沖轉參數與參考基準、降低汽缸溫度等措施，實現機組運營成本的降低。優化后，熱態啟動過程中的用氣量大幅下降，具有明顯的經濟效益。

關鍵詞:6FA燃氣輪機;聯合循環;熱態啟動;經濟性

0　引言

燃氣輪機聯合循環機組以其效率高、污染少、啟動快、調峰能力強等優點已在世界上被廣泛使用，且往往在電網中擔任調峰的任務，因此日開夜停成了目前燃氣輪機的運行常態［1］。

某2×100 MW級多軸燃氣蒸汽聯合循環機組，采用“2 + 2 + 1”方式，即由2臺燃氣輪發電機組、2臺余熱鍋爐、1臺抽凝式汽輪發電機組組成。#11，#12燃氣輪機發電機組分別由1臺燃氣輪機與1臺發電機單軸串聯運行，2臺燃氣輪機排氣經2臺余熱鍋爐后，再帶動1臺#10汽輪發電機組。燃氣輪機出口不設置旁通煙道，余熱爐進口煙道膨脹節直接與燃氣輪機擴散段法蘭相連。燃氣輪機是GE公司生產的PG 6111FA型燃氣輪機，采用18級軸流式壓氣機，DLN 2.6燃燒器和3級透平［2］。汽輪機為LCZ 75－7.1/1.27/0.59型蒸汽輪機，為雙壓、沖動、單排汽、單軸、可調整抽汽凝汽式汽輪機。

通常機組采用“一拖一”形式運行，即由1臺燃氣輪機帶動1臺汽輪機運行，一般在01: 00: 00左右停機，在06: 00: 00左右啟動。通過一段時間的觀察與總結，發現機組在熱態啟動過程中，排除設備故障原因，燃氣輪機與汽輪機并網時用氣量偏差較大。由于在日開夜停期間，每日的用氣量有明顯限制，如果通過調整運行方式達到降低“一拖一”機組熱態并網間隔用氣量，也就意味著用同樣的天然氣可以多發電，降低運營成本，可獲得較好的經濟效益。

到目前為止，國內尚未對6FA聯合循環機組熱態啟動進行過專業化、系統化的研究，為了降低熱態啟動過程中的用氣量，本文經過一系列的熱態啟動試驗和數據采集，分析、總結出一些熱態啟動節能措施。

1　現狀調查與數據分析

1.1燃氣輪機負荷與排氣溫度及天然氣用量

燃氣輪機負荷對應的排氣溫度及天然氣用量關系如圖1所示。

圖1　燃氣輪機負荷對應的排氣溫度及天然氣用量

由圖1可知，負荷越高，每立方米天然氣產生的電量越大，即氣電比越小［3］，經濟性越好。因此，為節約并網時間段內的天然氣消耗量，在天然氣總量一定的前提下，啟動時所帶的負荷越低，基本負荷時所能用的天然氣量就越多，能發的電量就越多，經濟性也就越好。

1.2熱態沖轉前汽輪機內上缸溫度及保溫措施

汽輪機內上缸溫度及是否采取保溫措施調查見表1。

由表1可知，開啟本體疏水后，缸溫可降到420～430℃，而采取保溫措施后，缸溫達到445～455℃。主蒸汽溫度必須高于缸溫50℃以上方可沖轉［1］，且燃氣輪機煙氣與主蒸汽存在60℃左右的溫差。從圖1可以看出，燃氣輪機15 MW負荷下的排煙溫度在540℃左右，如汽輪機不采取保溫措施，則滿足汽輪機沖轉參數要求;反之，則可能需要更高的燃氣輪機負荷，相對的能量損失也會增加，經濟性降低。

表1　汽輪機內上缸溫度及保溫措施

1.3熱態啟動參數統計情況

該機組熱態啟動參數見表2，從表2可知。

(1)并網時間間隔段用氣量存在較大差異。熱態啟動最大用氣量為13070 m3，最小用氣量為6610 m3，計算得出平均值為9124 m3。

(2)汽輪機全速至并網時間段長短有差異。最長用時為22.00 min，最短用時為4.00 min，計算得出平均值為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。熱態沖轉要求主蒸汽溫度高于內上缸溫度50℃以上，閥前溫度與旁路溫度測點空間距離相差不足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際的主蒸汽參數狀態。

2　對策與措施

從現場調查情況看，引起熱態并網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內上缸溫度，分別對其采取相應的對策與措施。

2.1主蒸汽溫度參數的選擇

旁路溫度受熱條件優于主蒸汽閥前溫度，更能反映熱態沖轉時主蒸汽溫度的真實情況，有利于縮短并網間隔時間。因此，工作人員應根據現場情況及時了解真實參數，以旁路溫度作為沖轉依據，加快沖轉時間。具體工作包括由專工負責對熱態開機票進行修改，確立以旁路溫度作為是否沖轉的依據;主值負責在熱態啟動中保持旁路開度在30％以上，確保溫度真實;對比采用不同主蒸汽溫度參考點進行沖轉時的低壓缸差脹，了解取點不同對整個熱態沖轉的影響。

表2　熱態啟動參數統計

圖2為以主蒸汽閥前參數作為基準的熱態沖轉曲線，圖3為以旁路參數作為基準的熱態沖轉曲線，由圖2和圖3比較可知，不論是以主蒸汽閥前參數為基準，還是以旁路參數為基準，即不論是當主蒸汽閥前溫度高于上缸溫度50℃以上開始沖轉，還是當旁路溫度高于上缸溫度50℃以上開始沖轉，汽輪機沖轉時，由于調門開度不大(5％～10％)，均會出現降低上缸溫度，導致差脹減小的現象，但均在允許范圍內。由于調門開度不大，導致進入主蒸汽管路蒸汽的流通量不足，進而影響換熱效果，而旁路的設計容量為100％，流通量足夠，因此，主蒸汽閥前溫度測點不能準確反映主汽參數，而旁路上的溫度測點因為流通量足夠而能夠準確反映主汽參數，且在對汽輪機的沖轉基本無影響的前提下，以旁路溫度作為基準可以大大縮短熱態啟動時間，繼而減少熱態啟動中的耗氣量，提高機組經濟性，所以應以旁路參數作為基準進行沖轉。

圖2　以主蒸汽閥前參數為基準的熱態沖轉曲線

圖3　以旁路參數為基準的熱態沖轉曲線

2.2汽輪機內上缸溫度的狀況

在不影響轉子狀況的前提下，適當使內上缸溫度保持一個較低的狀態，有利于選擇較低燃氣輪機負荷，避免損耗過多能量。因此，在確保動、靜部件不受影響的前提下，降低汽缸溫度，確保熱態開機時汽輪機內上缸溫度在較低水平。具體包括停機后開啟本體相關疏水閥，及時抄錄內缸上、下溫差變化，注意差脹變化等。在機組停運后及時開啟汽輪機本體疏水，整個停運期間，對上、下缸溫差及差脹等進行嚴密監視，發現降低汽缸溫度對機組基本無影響，如圖4所示。

圖4　停機參數曲線

3　效果檢查

優化后機組2014年4月1至3日、5月24至25日的各項參數見表3。

從表3可知，機組熱態啟動并網間隔用氣量從之前的9124m3降至5570m3，節約了大量天然氣。以燃氣輪機60 MW負荷下的氣電比［3］為4.2 (kW·h) /m3計算，優化后每次熱態啟機所節省的天然氣量折合發電量為(9124－5570)×4.2 =14.93 (kW·h)，按上網電價為0.96元/(kW·h)［4］計算，每次啟動可節約14332.8元。

表3　優化后機組參數　2014

4　結論

結合現場數據的調查與分析，將旁路溫度作為沖轉參數的參考基準，適當降低缸溫，從而降低沖轉時燃氣輪機的負荷，使用氣量從之前的9 124 m3降至5570m3，降低了6FA燃氣輪機聯合循環熱態啟動過程中天然氣的用量，折合每次啟動可節約14 332.8元，提高了機組運行的經濟性，對于提高6FA燃氣輪機聯合循環的熱態啟動的經濟性具有參考價值。

參考文獻:

［1］曾榮鵬，鄭淑芳，謝李兵.大型燃氣－蒸汽聯合循環供熱電站選型分析［J］.華電技術，2013，35(4) : 10－13.

［2］周屹民.F級燃氣輪機系統配置對比［J］.華電技術，2014，36(11) : 52－54.

［3］姜煥農.F型單軸聯合循環氣耗率估算須考慮的因素［J］.燃氣輪機發電技術，2003，16(4) : 31－33，52.

［4］劉戰禮.影響天然氣發電經濟性的因素分析［J］.華電技術，2015，37(3) : 14－17.

［5］李博.6FA燃氣輪機聯合循環熱態啟停操作優化及節能分析［J］.三角洲，2014(6) : 150，152.

(本文責編:弋洋)

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

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

作者簡介:

收稿日期:2015－05－12;修回日期:2015－10－20

中圖分類號:TM 621.3

文獻標志碼:B

文章編號:1674－1951(2016)01－0051－03