安薩爾多9F級燃?xì)鈾C組節(jié)能降耗策略研究

畢靜偉

（珠海市鈺海電力有限公司）

0 引言

隨著“30·60”碳達峰、碳中和目標(biāo)的提出，國內(nèi)電力行業(yè)在電源選型上有了明顯轉(zhuǎn)變。相比于燃煤發(fā)電，天然氣發(fā)電（簡稱“氣電”）具有效率高、污染小、靈活性強的特點，正因為如此，近年來燃?xì)怆姀S在國內(nèi)遍地開花，重型燃機行業(yè)迎來了發(fā)展的重要窗口期。與此同時，如何降低燃?xì)鈾C組的廠用電率、提高機組運行的經(jīng)濟性，也不再是一個小眾話題。本文主要從三個方面展開討論。

1 優(yōu)化機組運行方式

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組啟停迅速，具有優(yōu)越的調(diào)峰性能。因此，目前國內(nèi)燃?xì)怆姀S中，非供熱、供暖機組多數(shù)用來調(diào)峰，年利用小時少、日運行時間短、運行負(fù)荷率低是燃?xì)怆姀S面臨的普遍問題，這種運行方式就注定了廠用電率會居高不下。因此，燃?xì)怆姀S爭取機組的最優(yōu)運行方式，是降低廠用電率的最主要途徑。

機組運行方式的優(yōu)化，可以從以下幾方面入手：

（1）與電網(wǎng)公司保持良好溝通，爭取較為優(yōu)良的運行方式

在部分中西部省份，燃?xì)怆姀S分布較少，電網(wǎng)調(diào)度人員對燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組理解較為片面，將燃機電廠早起晚停作為一種常態(tài)來調(diào)度；在沿海發(fā)達地區(qū)，很多燃?xì)怆姀S也承擔(dān)了過多的調(diào)峰任務(wù)。這種方式對燃?xì)怆姀S極不友好，若該地區(qū)沒有配套完善的氣電政策，電廠各項經(jīng)濟指標(biāo)將異常難看，幾乎無盈利空間。因此，加強與電網(wǎng)公司相關(guān)運行策劃部門、運行方式管理部門保持良好溝通，在現(xiàn)貨市場尚不完善的中西部地區(qū)有較大操作空間。

（2）與天然氣供應(yīng)方保持良好溝通

目前國內(nèi)大部分燃?xì)怆姀S只有一路氣源，燃料來源單一，加之天然氣不易大量儲存，造成電廠在發(fā)電環(huán)境較好、盈利空間較大時，經(jīng)常面臨天然氣量供應(yīng)不足的局面。另外，每年冬天供暖季，為保障北方居民供暖，南方電廠天然氣供應(yīng)始終處于比較緊張的狀態(tài)。從燃?xì)怆姀S角度出發(fā)，可采取的措施不多，天然氣賣方市場大環(huán)境未改變的情況下，一方面是與天然氣供應(yīng)方保持良好的溝通，做好必要的解釋工作，維護好雙方的合作關(guān)系，最大程度規(guī)避“照付不議”等合同規(guī)則方面帶來的經(jīng)濟損失；同時利用天然氣“長協(xié)”及月度計劃，結(jié)合電網(wǎng)公司各類考核標(biāo)準(zhǔn)，合理制定每日機組運行方案，優(yōu)化運行方式。另一方面是開拓新氣源，變賣方市場為買方市場，增加自身話語權(quán)。

（3）根據(jù)當(dāng)?shù)貧怆娬?，尋找最?yōu)運行方式

部分地區(qū)存在以氣定電的情況，即日前將批復(fù)天然氣量報送給電網(wǎng)公司，以此決定次日機組運行方式。對于9F級燃機電廠，一般配備2臺（或更多）機組，對于一定量的天然氣，可以啟動一臺機組，高負(fù)荷運行，在網(wǎng)時間拉長一些；也可以啟動兩臺機組頂峰運行。在電網(wǎng)對調(diào)峰需求不高時，便存在溝通的空間，電廠方面可結(jié)合實時氣電價格和電網(wǎng)獎懲政策，及時與電網(wǎng)方面溝通，爭取更為有利的啟停機方式。

（4）合理利用機組供熱（供暖）特性，優(yōu)化機組運行方式

大部分熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，其供熱量一般會低于全廠額定供熱量的50%，若兩臺機組中的一臺連續(xù)運行并對外供熱，另一臺機組調(diào)峰運行，在調(diào)峰機組停運超過三天，機組進入冷態(tài)前，可通過調(diào)整供熱汽源的方式，將供熱機組與調(diào)峰機組對調(diào)，以此保證兩臺機組均處于熱態(tài)，減少全廠冷態(tài)啟動的次數(shù)。

（5）根基計劃停機時長，決定是否停運主變

大部分燃?xì)鈾C組可選用GCB和UCB（亦稱HVCB，即主變高壓側(cè)開關(guān)）并網(wǎng)、解列，在部分調(diào)度環(huán)境較為寬松的省份或地區(qū)，可結(jié)合機組停運時長，決定是否停運主變及高廠變，以便節(jié)約變壓器空載損耗。

2 機組控制邏輯優(yōu)化

燃機-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，自動化程度較高，啟停機操作中存在不少子組順控，啟停機主順控執(zhí)行到某一步時，調(diào)用對應(yīng)的子順控，完成該子系統(tǒng)的啟停操作。針對安薩爾多AE94.3A型燃機，結(jié)合同類型電廠在邏輯優(yōu)化方面的探索和實踐經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點節(jié)能措施：

（1）優(yōu)化燃機清吹時長

燃?xì)廨啓C在啟動前，需要利用壓氣機出口空氣對熱通道進行一定時間的吹掃，降低通道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度，避免發(fā)生爆炸。安薩爾多AE94.3A型燃機，啟機順控中需要清吹720s，該清吹時長是根據(jù)余熱鍋爐煙氣側(cè)容積計算而來。參考同級別其他類型燃機啟動順控，該清吹時長可根據(jù)實際情況適當(dāng)縮短。目前京能鈺海電廠已經(jīng)對其進行優(yōu)化，且優(yōu)化力度很大。硬件方面改造主要是在燃機排氣擴散段加裝天然氣濃度測點，用以檢測該區(qū)域天然氣濃度；邏輯控制方面，修改后的順控首先判斷本次機組啟動是否需要進行清吹，判斷條件如下：

1）燃機負(fù)荷大于30MW，跳機。

2）排氣擴散段天然氣濃度大于10%。

3）ESV開啟后15s內(nèi)關(guān)閉與上燃機跳閘。

4）停機時間超過8天。

5）火焰失敗跳機。

6）手動吹掃按鈕。（運行人員根據(jù)實際情況決定）

以上條件任意一條滿足，即判斷為本次啟動需要進行清吹，機組啟機順控將執(zhí)行240s清吹操作；若均不滿足，則燃機將直接啟動點火。此舉措大幅度縮短了燃機清吹時間，提高機組啟動速度的同時，減少了鍋爐清吹過程中的熱損失，縮短了機組啟動過程中升溫升壓所需時間。

（2）優(yōu)化啟停機過程中各輔機啟停時機

對于調(diào)峰機組，每日啟停機操作過程中，各輔機設(shè)備何時啟動、何時停運，對廠用電率影響較大，因此，啟停機過程中的節(jié)能措施，是燃?xì)怆姀S節(jié)能工作的重要組成部分。近幾年，隨著國內(nèi)安薩爾多9F級燃機在運機組逐步增多，在各電廠技術(shù)人員不懈地研究和探索下，逐步形成一套適合本機型的啟停機邏輯順控，以APS（一鍵啟動）的形式固化下來，規(guī)范了操作步序，提高了啟機效率。

機組啟動順控以調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷曲線為時間節(jié)點，并網(wǎng)時間點往前推25min，執(zhí)行燃機啟動順控。以下為某9F燃機電廠啟機時間軸：

并網(wǎng)前58min，啟動凝結(jié)水泵→并網(wǎng)前55min，投運軸封系統(tǒng)→并網(wǎng)前50min，啟動兩臺真空泵開始抽真空→并網(wǎng)前35min，啟動中壓、高壓給水泵，調(diào)整汽包水位至點火值→并網(wǎng)前30min，啟動一臺循環(huán)水泵→并網(wǎng)前25min，滿足所有啟機條件，執(zhí)行燃機啟動主順控→并網(wǎng)前5min，燃機3000rpm空載運行，各系統(tǒng)全面檢查，合GCB上口刀閘，準(zhǔn)備按時并網(wǎng)。

啟停機過程中，各輔機設(shè)備啟停時機對廠用電率均有一定影響。如循環(huán)水泵，機組冷態(tài)啟動時，由于沒有大量熱蒸汽進入凝汽器，系統(tǒng)對循環(huán)水量需求不大，此時可啟動輔助循環(huán)水泵（小循泵）。在燃機點火后、鍋爐側(cè)過熱蒸汽電動閥開啟前，再切換至大循泵運行，如此單次機組啟動可縮短循泵運行時長約30min，相應(yīng)可節(jié)約廠用電量約500kWh。而停機過程中，自燃機熄火開始計時，高壓過熱蒸汽壓力降低至7MPa，關(guān)閉爐側(cè)高壓過熱蒸汽電動閥、中壓過熱蒸汽電動閥，鍋爐保壓；機側(cè)待高壓主蒸汽管道泄壓、汽機盤車正常投入后，開始破壞真空，停軸封，而后將大循泵切換至小循泵運行，完成停機操作。

（3）優(yōu)化冷態(tài)（溫態(tài)）暖機邏輯

安薩爾多9F級燃?xì)鈾C組，單軸和多軸機組配備不同型號的蒸汽輪機，但冷態(tài)啟動時的沖轉(zhuǎn)參數(shù)及控制邏輯相差不大，整套聯(lián)合循環(huán)機組從燃機執(zhí)行啟動順控，至機組投入AGC，大概需要6～8h，部門電廠由于種種原因（如脹差、振動等），冷態(tài)啟動時間甚至超過9h。部分西門子和三菱9F級燃機電廠，經(jīng)過不懈地研究和探索，在機組冷態(tài)、溫態(tài)啟動暖機控制邏輯方面已經(jīng)做了很多的優(yōu)化，如制定汽輪機缸溫與最佳暖機負(fù)荷的曲線，不再單純地以冷、溫、熱態(tài)來確定暖機時的燃機負(fù)荷；又如暖機過程中根據(jù)汽輪機缸溫及脹差情況，動態(tài)調(diào)整暖機參數(shù)，將暖機負(fù)荷曲線由原來的線性上升改為指數(shù)型上升形式，最大程度縮短冷態(tài)啟動時長。據(jù)了解，國內(nèi)已投運安薩爾多9F級燃機在暖機控制邏輯方面所做的探索較少，目前均沿用廠家提供的原有的控制邏輯，因此暫無相關(guān)資料可供參考。

3 其他節(jié)能優(yōu)化措施

1）機組冷態(tài)啟動時，汽機啟動控制邏輯內(nèi)有暖機時間要求，該時間為計算值，可采取一些非常規(guī)手段來縮短這一時長，如降低機組真空等。鈺海電廠一般采用稍開真空破壞閥手動小旁路閥的方式，控制凝汽器真空在-83～-85kPa范圍內(nèi)，以此增加汽輪機進氣量及蒸汽在氣缸內(nèi)停留時長。此舉可將冷態(tài)啟動暖機時長縮短至規(guī)定暖機時長的35%左右，大幅度提高冷態(tài)啟動速度。

2）機組啟動過程中，由于每次啟動工況不同，高、中、低壓蒸汽參數(shù)很難做到同時達到?jīng)_轉(zhuǎn)要求。這時可手動調(diào)節(jié)機組高、中、低壓旁路閥開度，調(diào)整蒸汽參數(shù)，使其盡快滿足沖轉(zhuǎn)要求（如蒸汽過熱度不足時，可開大旁路，減低蒸汽飽和溫度，同時提高蒸汽流通及循環(huán)速度，可快速提高其過熱度）。