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    • F级燃气蒸汽联合循环机组(分轴)启动过程节能分析

        江苏国信淮安第二燃气发电有限责任公司拥有两套F级燃气蒸汽联合循环发电机组,为“一拖一”分轴型式,额定功率为460MW。其中燃机是三菱M701F4型燃气轮机;汽轮机为东方汽轮机厂生产的150MW超高压、双缸、三压、再热、下排汽、抽凝汽式机组;余热锅炉型为三压、再热、卧式、无补燃、自除氧、自然循环余热锅炉。

        

        1 燃气机组启动阶段节能必要性

        

        燃气机组相对于燃煤机组运行中的节能手段较少,主要原因在于燃气机组系统简单,辅机设备较少,燃气机组的燃烧、风烟系统[1]和燃煤机组不同,不会被运行人员干预,而且相关辅助系统运行的自动化程度较高,作为运行人员来说,正常运行中燃气机组的节能操作手段就较少,下面通过该机组在启、停、正常运行中一组数据的经济性比较(表中天然气价格及上网电价为举例时段除税价格),分析机组节能方向[2]。

        

        燃气机组启、停速度快,是电网调峰的主力机型,不可避免的经常用被安排启、停调峰运行。从表1、表2数据分析,机组冷态启、停过程亏损约14.8万元,热态启、停过程亏损约7.8万元。以机组正常运行中带400MW负荷,按照调峰时间段从8:00至23:00共15个小时考虑测算,如果机组是冷态启动调峰,除去启、停时间5小时30分,运行时间则为9小时30分,那么正常运行盈利为在7.79万,不考虑电网补贴的情况下,冷态启动明显出于亏损状况;如果是热态启动,启、停时间3小时30分,运行时间为11小时30分,那么正常运行盈利为9.43万元,处于微盈利状况。由此可看出机组启动阶段的亏损最多,所以此阶段的节能尤为关键,作为运行部门应尽量采取措施,降低机组启动损失。

        

        2 机组启动过程分析

        

        F级分轴燃气机组的启动过程主要由几个节点组成(图1),分为四个阶段:机组启动前做好准备工作;燃机启动并网,随后燃机升负荷产生高温烟气加热余热锅炉;余热锅炉产生适配汽轮机缸温参数的蒸汽对汽机冲转并网;燃机、汽机并网后,联合循环开始升负荷至启动完成。

        

        3 机组启动过程节能分析

        

        机组启动阶段节能重在节约启动用天然气量与厂用电量,所以缩短机组启动时间,减少机组启动不必要的能耗是启动节能的切入点。

        

        3.1 启动准备阶段

        

        燃机发启动令之后,燃机拖动、点火、升速等过程将自动进行,不可中断,按照三菱M701F4燃机程序设定,燃机点火后如果停运,为防止压气机椭圆变形造成动静摩擦,下次点火将会有延迟启动保护,最长时间可达1.5小时,等待时间不到不允许再次启动,所以启动前必须做好相应准备[3]工作,避免浪费厂用电量与天然气量。

        

        相关措施如下:机组相关联锁试验正常,保护完好;电动、气动机构开关正常;重要辅机、发电机等绝缘测量合格,辅机设备转热备用;润滑油、控制油温度正常,燃机、汽机盘车按规定连续运行24h;热力系统具备启动条件;投入辅汽对锅炉进行加热(冷态启动),提高锅炉温度,减少天然气消耗;检查相关工作票终结,发现缺陷及时联系消缺;分析压气机效率曲线,根据需要开机前完成离线水洗。相关准备工作应提前一至两天完成,发现问题可以有足够的时间采取应对措施。

        

        3.2 燃机并网升负荷阶段

        

        燃机发启动令至燃机并网,三菱M701F4燃机一般在35min以内,此阶段主要是程序自动控制,能耗基本固定。燃机并网后接带初始负荷主要由汽轮机缸温而定,根据汽轮机缸温冷、温、热态,选择合适的燃机排气温度,用以加热余热锅炉产生相应适配的蒸汽参数,用于冲转汽轮机,作为分轴机组,蒸汽参数的选取以及燃机初始负荷的选取需要操作人员来判断,这是一个重要的节能点。

        

        本套机组汽轮机是东方汽轮机厂所产的150MW机组,冲转参数选取原则上应遵守厂家如下规定:冷态启动。第一级缸温T≤150℃,冲转参数为主汽压3.8Mpa、主汽温320℃、满足56℃过热度;温态启动。第一级缸温150℃<T≤300℃,冲转参数为主汽压5.8Mpa、主汽温420℃,满足56℃过热度;热态启动。第一级缸温T>300℃,冲转参数为主汽压7.8Mpa、主汽温470℃,满足56℃过热度。实际运行中应根据缸温具体数值对参数做适当修正,通过本机组运行摸索可适当降低厂家规定冲转参数,但蒸汽参数的选择必须满足对应参数压力下56℃以上过热度,同时满足主汽温高于第一级缸温100℃,因为单循环能耗较高,如果汽机早并网可以减少燃机单循环运行时间,提高天然气使用效率,起到节能效果。

        

        一般情况下每日中石油批复天然气量固定,特别是天然气销售旺季,天然气量有可能会供应不足,机组负荷率不高,所以机组启动节省天然气量更为重要,为了提高天然气使用效率,应节省天然气用于机组正常接带负荷使用。机组启动时应根据燃机排气温度与负荷对应曲线(图2),只要排气温度满足产生所需蒸汽参数,燃机单循环时尽量带低负荷运行。

        

        3.3 汽机冲转至并网阶段

        

        根据厂家规范,该汽轮机热态启动时,冲转至并网无需暖机;温态启动时,冲转至3000RPM无需暖机,在3000RPM时需要暖机20分钟方可并网;冷态启动时,1500RPM需要暖机20分钟,3000RPM需要暖机20分钟方可并网。此阶段操作一般应根据厂家规范操作,所以此阶段机组能耗基本固定。

        

        3.4 联合循环升负荷阶段

        

        联合循环升负荷的速度主要是根据汽轮机缸温而定,热态启动的汽轮机缸温较高,机组的高压缸膨胀、胀差、轴振等参数都处于较好水平,升负荷速率较快,如表1所示,机组热态启动从发启动令开始2个半小时左右即可完成,温态启动时间介于热态与冷态启动之间。机组冷态启动有比较突出的矛盾存在,汽轮机主汽阀壳内外壁温差及汽轮机缸体内外壁温差较大,升负荷速度有拿捏不准情况发生,所以应按照厂家规定温差曲线执行升负荷速度(图3),避免升负荷拖沓情况发生。

        

        联合循环升负荷操作重在节约热量损失,提高机组暖机效率,所以应做好四方面:尽快关闭汽轮机高、中、低压旁路,全开汽轮机调门,减少蒸汽节流损失;汽轮机高旁关闭后应立即关闭高排通风阀,冷态启动时可增加汽轮机暖机汽量,同时避免蒸汽损失;按照负荷要求及时关闭汽轮机及炉侧疏水阀门,减少热量损失;低负荷时段锅炉尽量多排污,提高水质,化学专业注意跟踪水质变化,尽早关闭锅炉排污;热力系统疏水阀门查漏[4],阀门内漏缺陷不可避免的可能会存在,会增加热量损失以及补水率,所以应检查关闭的疏水气动、电动阀是否有内漏情况,发现内漏应关闭相关管路疏水手动阀,登陆缺陷后续处理。

        

        启动过程厂用电节能分析。给水泵,循泵,凝泵等是燃气电厂主要大功率辅机,在燃机发启动令前应尽量推迟辅机启动时间,同时采用变频控制汽包水位,节约厂用电:锅炉汽包水位在满足条件的情况下,高压、中压给水泵、TCA水泵提前半小时启动;两台真空泵抽真空,40分钟即可将汽轮机真空由0抽至-95kpa以上,轴封真空系统提前40分钟开始投入;循环水采取两套机组公用联络运行方式,机组启动前半小时,增加投入一台低速循泵;开足高压汽包与低压汽包上水调节阀,高压给水泵与凝泵采用变频调整控制水位。

        

        设备启动提前量还需要根据操作人员水平,现场系统具体情况判断,辅机启动越迟,厂用电节省越明显。

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