燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組停機(jī)間隔時間分析

蘆利生

【摘 要】介紹了中調(diào)對火電機(jī)組冷備用補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停機(jī)間隔時間對下次機(jī)組啟機(jī)過程的影響，確定了機(jī)組啟機(jī)過程開始節(jié)點和結(jié)束節(jié)點，說明了蒸汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸金屬溫度對機(jī)組啟機(jī)狀態(tài)的影響，找出了最大合計虧損費用所對應(yīng)的停機(jī)間隔時間。

【關(guān)鍵詞】停機(jī)間隔時間；冷備用補(bǔ)償；啟機(jī)狀態(tài)

中圖分類號： TM611.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）03-0165-002

Analysis of Shutdown Interval of Gas - steam Combined Cycle Unit

LU Li-xin

（Zhonghai Hainan Power Generation Co.， Ltd.， Yangpu， Hainan Province 578201， China）

【Abstract】This paper introduces the relevant standards of middle-tonning for cold standby compensation of thermal power units， analyzes the influence of shut-down interval of gas-steam combined cycle unit on the next start-up process， determines the start node and end node of start- The influence of the metal temperature of steam turbine high pressure cylinder on the startup status of the unit is illustrated， and the downtime interval corresponding to the maximum total loss cost is found out.

【Key words】Stop interval time； Cold standby compensation； Startup status

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。然而目前該區(qū)域電網(wǎng)機(jī)組裝機(jī)容量出現(xiàn)過飽和狀態(tài)，電網(wǎng)負(fù)荷低谷時，只能保證燃?xì)怆姀S一套組用于調(diào)峰運行，即每天一套機(jī)組早上開機(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)生了一個問題，每天應(yīng)該選擇哪一套機(jī)組運行，備用機(jī)組停機(jī)間隔時間多久才算合適。

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，運行時間多，運行當(dāng)量小時已達(dá)98000小時；另一套機(jī)組是GT12+ST14機(jī)組，這套機(jī)組一直調(diào)峰運行，運行時間少，但啟機(jī)次數(shù)多，啟機(jī)次數(shù)已達(dá)2900次。西門子規(guī)定：該型號機(jī)組的壽命周期是運行當(dāng)量小時達(dá)100000小時或啟機(jī)次數(shù)達(dá)3000次，也是說如果機(jī)組達(dá)到這兩個條件任何一條，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)會對電廠進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償費用，具體規(guī)定是：停機(jī)冷備用機(jī)組額定容量與冷備用時間的乘積，按照2.5（元/兆瓦時）的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償。冷備用時間為火力發(fā)電機(jī)組解列至再次并網(wǎng)的時間減去72小時。也就是如果機(jī)組備用時間超出3天后中調(diào)會給一定的補(bǔ)償費用，時間越長補(bǔ)償費用越多。

2 提出問題

公司決定兩個月后準(zhǔn)備對GT11+ST13機(jī)組進(jìn)行延壽大修，因而目前考慮主要的問題是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？

中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費用是停機(jī)備用時間越長補(bǔ)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(jī)組停機(jī)前必須進(jìn)行鍋爐保養(yǎng)。此外，停機(jī)備用時間長短對下次機(jī)組啟動時有影響的。機(jī)組啟機(jī)過程是經(jīng)濟(jì)性最差的時候，因為啟機(jī)時需要消耗一定量的天然氣燃料，然而此時機(jī)組帶的負(fù)荷是很低的。停機(jī)備用時間短，中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費用少，但機(jī)組啟動快，啟機(jī)過程經(jīng)濟(jì)性好；停機(jī)備用時間長，中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費用多，可是啟機(jī)過程經(jīng)濟(jì)性差了。在中調(diào)的冷備用補(bǔ)償費用和機(jī)組啟機(jī)過程經(jīng)濟(jì)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(jī)組的停機(jī)間隔時間。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？”這一問題。

3 分析問題

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

3.1 啟機(jī)過程節(jié)點的選擇

啟機(jī)開始節(jié)點的選擇：燃?xì)廨啓C(jī)組啟機(jī)開始節(jié)點的選擇爭議不大，以燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)發(fā)電這一時間點作為啟機(jī)開始節(jié)點。

啟機(jī)結(jié)束節(jié)點的選擇：啟機(jī)過程的結(jié)束節(jié)點的選擇存在爭議，因為蒸汽輪機(jī)要達(dá)到正常加載負(fù)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(dá)到允許值時，燃?xì)廨啓C(jī)才能繼續(xù)加負(fù)荷，才算啟機(jī)過程結(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?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷到60MW這一時間點作為啟機(jī)結(jié)束節(jié)點。

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)的自動化程度比較高，一般情況下燃?xì)廨啓C(jī)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(fù)荷的啟機(jī)全過程，每次啟機(jī)在這一環(huán)節(jié)差別不大，可以忽略不計。此外還有壓氣機(jī)、燃燒室、透平的裝置效率，環(huán)境溫度對燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)在啟機(jī)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(bǔ)償費用進(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)自動化程度低，啟機(jī)過程的操作都是手動操作，由于人員操作存在差異，在汽機(jī)步驟的時間也略有不同，當(dāng)然也有一些人為不可控因素，如蒸汽管道疏水時間的長短要根據(jù)具體情況決定，但相對蒸汽輪機(jī)的冷態(tài)、熱態(tài)而言，這種差異較小，可以忽略不計。我們只考慮蒸汽輪機(jī)并網(wǎng)至啟機(jī)結(jié)束節(jié)點這段時間內(nèi)的發(fā)電量，當(dāng)然這段時間燃?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)組的整個啟機(jī)過程。

3.3 停機(jī)間隔時間對機(jī)組啟機(jī)的影響

雖然停機(jī)間隔時間對燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)基本沒有影響，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，燃?xì)廨啓C(jī)不能隨意加負(fù)荷，也就是說蒸汽輪機(jī)的啟機(jī)時間越長，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷加到60MW所需的時間就越長。查詢歷史參數(shù)得出GT12+ST14機(jī)組停機(jī)間隔時間與蒸汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸金屬溫度的關(guān)系（如圖2）。

所以停機(jī)間隔時間對蒸汽輪機(jī)的影響較大，主要是因為停機(jī)間隔時間的長短對蒸汽輪機(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)，也就是說決定蒸汽輪機(jī)啟機(jī)過程的長短。

4 解決問題

根據(jù)停機(jī)間隔時間分別對燃?xì)廨啓C(jī)在啟機(jī)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(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(jī)間隔時間與下次啟機(jī)過程中合計虧損費用的走勢，便于合理安排GT12+ST14機(jī)組的停機(jī)間隔時間。

（1）停機(jī)間隔時間在100-120小時出現(xiàn)最大合計虧損費用。

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

（3）GT12+ST14機(jī)組盡量避開停機(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

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

【參考文獻(xiàn)】

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