燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停機(jī)間隔時(shí)間分析

蘆利生

（中海海南發(fā)電有限公司，海南 洋浦 578201）

0　前言

某廠裝設(shè)有兩套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，單套容量220MW，其中燃?xì)廨啓C(jī)容量140MW，蒸汽輪機(jī)容量80MW。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組和常規(guī)燃煤電廠機(jī)組相比，具有啟停快、調(diào)峰能力強(qiáng)等特點(diǎn)。然而目前該區(qū)域電網(wǎng)機(jī)組裝機(jī)容量出現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)，只能保證燃?xì)怆姀S一套組用于調(diào)峰運(yùn)行，即每天一套機(jī)組早上開(kāi)機(jī)、晚上停機(jī)，而另一套機(jī)組當(dāng)天一直處于備用狀態(tài)，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，每天應(yīng)該選擇哪一套機(jī)組運(yùn)行，備用機(jī)組停機(jī)間隔時(shí)間多久才算合適。

1　情況介紹

某廠兩套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組：一套機(jī)組是GT11+ST13機(jī)組，這套機(jī)組之前一直帶基本負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)間多，運(yùn)行當(dāng)量小時(shí)已達(dá)98000小時(shí)；另一套機(jī)組是GT12+ST14機(jī)組，這套機(jī)組一直調(diào)峰運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間少，但啟機(jī)次數(shù)多，啟機(jī)次數(shù)已達(dá)2900次。西門(mén)子規(guī)定：該型號(hào)機(jī)組的壽命周期是運(yùn)行當(dāng)量小時(shí)達(dá)100000小時(shí)或啟機(jī)次數(shù)達(dá)3000次，也是說(shuō)如果機(jī)組達(dá)到這兩個(gè)條件任何一條，必須進(jìn)行延壽大修處理。

由于冷態(tài)啟機(jī)影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效率，電網(wǎng)會(huì)對(duì)電廠進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償費(fèi)用，具體規(guī)定是：停機(jī)冷備用機(jī)組額定容量與冷備用時(shí)間的乘積，按照2.5（元/兆瓦時(shí)）的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償。冷備用時(shí)間為火力發(fā)電機(jī)組解列至再次并網(wǎng)的時(shí)間減去72小時(shí)。也就是如果機(jī)組備用時(shí)間超出3天后中調(diào)會(huì)給一定的補(bǔ)償費(fèi)用，時(shí)間越長(zhǎng)補(bǔ)償費(fèi)用越多。

2　提出問(wèn)題

公司決定兩個(gè)月后準(zhǔn)備對(duì)GT11+ST13機(jī)組進(jìn)行延壽大修，因而目前考慮主要的問(wèn)題是GT12+ST14機(jī)組啟機(jī)次數(shù)差100次就達(dá)到3000次的壽命周期了，所以應(yīng)該減少GT12+ST14機(jī)組的啟機(jī)次數(shù)。那么如果單從經(jīng)濟(jì)方面考慮，GT12+ST14機(jī)組間隔多久啟一次才算合適？

圖1　中調(diào)補(bǔ)償費(fèi)用和啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性示意圖

中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用是停機(jī)備用時(shí)間越長(zhǎng)補(bǔ)償費(fèi)用越多。但備用時(shí)間不能超過(guò)7天，因?yàn)槿绻^(guò)7天，機(jī)組停機(jī)前必須進(jìn)行鍋爐保養(yǎng)。此外，停機(jī)備用時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)下次機(jī)組啟動(dòng)時(shí)有影響的。機(jī)組啟機(jī)過(guò)程是經(jīng)濟(jì)性最差的時(shí)候，因?yàn)閱C(jī)時(shí)需要消耗一定量的天然氣燃料，然而此時(shí)機(jī)組帶的負(fù)荷是很低的。停機(jī)備用時(shí)間短，中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用少，但機(jī)組啟動(dòng)快，啟機(jī)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性好；停機(jī)備用時(shí)間長(zhǎng)，中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用多，可是啟機(jī)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性差了。在中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用和機(jī)組啟機(jī)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性這兩者之間必定存在一個(gè)臨界值（如圖1）。如果通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)能計(jì)算出這個(gè)臨界值，就能確定GT12+ST14機(jī)組的停機(jī)間隔時(shí)間。這也就解決了“單從經(jīng)濟(jì)方面考慮，GT12+ST14機(jī)組間隔多久啟一次才算合適？”這一問(wèn)題。

3　分析問(wèn)題

中調(diào)的冷備用時(shí)間是按機(jī)組解列和機(jī)組下次并網(wǎng)的時(shí)間差值來(lái)計(jì)算，而冷備用補(bǔ)償費(fèi)用是冷備用時(shí)間乘以機(jī)組容量再乘以2.5，這樣就可以得出具體的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用，非常明確。

3.1　啟機(jī)過(guò)程節(jié)點(diǎn)的選擇

啟機(jī)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)的選擇：燃?xì)廨啓C(jī)組啟機(jī)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)的選擇爭(zhēng)議不大，以燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)發(fā)電這一時(shí)間點(diǎn)作為啟機(jī)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)。

啟機(jī)結(jié)束節(jié)點(diǎn)的選擇：?jiǎn)C(jī)過(guò)程的結(jié)束節(jié)點(diǎn)的選擇存在爭(zhēng)議，因?yàn)檎羝啓C(jī)要達(dá)到正常加載負(fù)荷要求參數(shù)比較多，對(duì)脹差值、左右缸脹值、軸向位移都有要求，只有這些條件達(dá)到允許值時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)才能繼續(xù)加負(fù)荷，才算啟機(jī)過(guò)程結(jié)束。正常情況下燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷達(dá)到60MW后，蒸汽輪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)已經(jīng)在正常范圍內(nèi)了。最后經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比分析，決定將燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷到60MW這一時(shí)間點(diǎn)作為啟機(jī)結(jié)束節(jié)點(diǎn)。

3.2　啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響因素

燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響因素：由于燃?xì)廨啓C(jī)的自動(dòng)化程度比較高，一般情況下燃?xì)廨啓C(jī)由程序自動(dòng)控制依次完成停盤(pán)車(chē)、升速、定速、并網(wǎng)、切換廠用電、帶初始負(fù)荷的啟機(jī)全過(guò)程，每次啟機(jī)在這一環(huán)節(jié)差別不大，可以忽略不計(jì)。此外還有壓氣機(jī)、燃燒室、透平的裝置效率，環(huán)境溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)效率的影響，這些影響因素短時(shí)間內(nèi)相對(duì)較小，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)單化和具有可計(jì)算性，以上影響因素均可忽略不計(jì)。我們只考慮燃?xì)廨啓C(jī)在啟機(jī)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到結(jié)束節(jié)點(diǎn)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(fèi)用，在加上中調(diào)冷備用補(bǔ)償費(fèi)用進(jìn)行比較。

蒸汽輪機(jī)啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響因素：蒸汽輪機(jī)自動(dòng)化程度低，啟機(jī)過(guò)程的操作都是手動(dòng)操作，由于人員操作存在差異，在汽機(jī)步驟的時(shí)間也略有不同，當(dāng)然也有一些人為不可控因素，如蒸汽管道疏水時(shí)間的長(zhǎng)短要根據(jù)具體情況決定，但相對(duì)蒸汽輪機(jī)的冷態(tài)、熱態(tài)而言，這種差異較小，可以忽略不計(jì)。我們只考慮蒸汽輪機(jī)并網(wǎng)至啟機(jī)結(jié)束節(jié)點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量，當(dāng)然這段時(shí)間燃?xì)廨啓C(jī)加負(fù)荷要根據(jù)蒸汽輪機(jī)的脹差值、左右缸脹值來(lái)決定加負(fù)荷的快慢，最終將燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷加到60MW，即完成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的整個(gè)啟機(jī)過(guò)程。

圖2　停機(jī)間隔時(shí)間與蒸汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸金屬溫度關(guān)系

3.3　停機(jī)間隔時(shí)間對(duì)機(jī)組啟機(jī)的影響

雖然停機(jī)間隔時(shí)間對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)基本沒(méi)有影響，但燃?xì)廨啓C(jī)加負(fù)荷是受蒸汽輪機(jī)啟機(jī)影響的，蒸汽輪機(jī)脹差值、左右缸脹值不允許時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)不能隨意加負(fù)荷，也就是說(shuō)蒸汽輪機(jī)的啟機(jī)時(shí)間越長(zhǎng)，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷加到60MW所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。查詢(xún)歷史參數(shù)得出GT12+ST14機(jī)組停機(jī)間隔時(shí)間與蒸汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸金屬溫度的關(guān)系（如圖2）。

所以停機(jī)間隔時(shí)間對(duì)蒸汽輪機(jī)的影響較大，主要是因?yàn)橥C(jī)間隔時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)蒸汽輪機(jī)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(jī)冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)的參數(shù)，也就是說(shuō)決定蒸汽輪機(jī)啟機(jī)過(guò)程的長(zhǎng)短（如表 1）。

表1　內(nèi)缸溫度、啟機(jī)狀態(tài)、啟機(jī)時(shí)間三者關(guān)系

4　解決問(wèn)題

根據(jù)停機(jī)間隔時(shí)間分別對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)在啟機(jī)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)到結(jié)束節(jié)點(diǎn)所消耗的天然氣量、發(fā)電量以及蒸汽輪機(jī)的發(fā)電量、還有在此期間從中調(diào)所獲得的冷備用補(bǔ)償費(fèi)用，目前用的天然氣是 LNG，單價(jià)是 2.2元/m3，電價(jià)按0.6元/kW·h計(jì)算，最后得出了合計(jì)費(fèi)用，然后根據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)繪制出了圖3，清楚的得到了停機(jī)間隔時(shí)間與下次啟機(jī)過(guò)程中合計(jì)虧損費(fèi)用的走勢(shì)，便于合理安排GT12+ST14機(jī)組的停機(jī)間隔時(shí)間。

圖3　停機(jī)間隔時(shí)間與合計(jì)虧損費(fèi)用關(guān)系

根據(jù)圖3得出以下結(jié)論：

（1）停機(jī)間隔時(shí)間在100-120小時(shí)出現(xiàn)最大合計(jì)虧損費(fèi)用。

（2）停機(jī)間隔時(shí)間在 100-120小時(shí)后，由于基本都屬于冷態(tài)啟機(jī)，啟機(jī)過(guò)程已經(jīng)基本無(wú)差別，然而停機(jī)時(shí)間越往后中調(diào)冷備用補(bǔ)償費(fèi)用是不斷增加的。

（3）GT12+ST14機(jī)組盡量避開(kāi)停機(jī)后第 5天啟機(jī)，如果選擇第1-3天啟機(jī)，啟機(jī)總次數(shù)一年后會(huì)超出3000次，所以最佳選擇是第4天和第6天啟機(jī)。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停機(jī)間隔時(shí)間對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)合中調(diào)冷備用補(bǔ)償費(fèi)用，找出了最大合計(jì)虧損費(fèi)用所對(duì)應(yīng)的停機(jī)間隔時(shí)間，對(duì)該廠GT12+ST14機(jī)組合理安排停機(jī)間隔時(shí)間具有一定的指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

［1］焦樹(shù)健.燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007：580-583.