9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組節(jié)能降耗的探討

張章軍，陳式平，徐金雷，鄭冰林

（臺(tái)州發(fā)電廠溫州燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目部，浙江 溫州 325013）

溫州燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電有限公司的300 MW燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（簡稱聯(lián)合循環(huán)機(jī)組）由2臺(tái)110 MW的PG9171E燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（簡稱燃機(jī)）、2臺(tái)額定蒸發(fā)量為177 t/h的單壓余熱鍋爐及1臺(tái)103 MW純凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組（簡稱汽機(jī)）組成，于1999年全部建成投產(chǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)使用原油燃料（2006年底開始燒重油），至今已運(yùn)行了約52 000 h。簡單循環(huán)設(shè)計(jì)燃油耗率為295 g/kWh（折合標(biāo)煤421 g/kWh），聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)燃油耗率為201 g/kWh（折合標(biāo)煤287 g/kWh）。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一般作為調(diào)峰和緊急備用，機(jī)組啟停頻繁，而燃油價(jià)格居高不下，燃機(jī)發(fā)電成本不斷增加。如何降低發(fā)電成本，是每個(gè)發(fā)電廠必須解決的難題。現(xiàn)介紹所采取的一些節(jié)能降耗、運(yùn)行操作優(yōu)化的措施，以供探討。

1 運(yùn)行操作優(yōu)化

近幾年浙江電網(wǎng)發(fā)展較快，峰谷負(fù)荷差很大，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要作為調(diào)峰運(yùn)行，機(jī)組啟停頻繁，通常情況下，機(jī)組在當(dāng)天晚上23點(diǎn)左右開始停運(yùn)，第2天早上7點(diǎn)左右要求重新并網(wǎng)。汽機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，特別是從第1臺(tái)燃機(jī)并網(wǎng)到汽機(jī)并網(wǎng)的時(shí)間長短，對(duì)整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的發(fā)電油耗影響較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)過程中，從燃機(jī)并網(wǎng)到汽機(jī)并網(wǎng)的平均時(shí)間約為70 min，最長時(shí)間約90 min。對(duì)此進(jìn)行了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組溫態(tài)啟動(dòng)優(yōu)化工作，并取得了很好的成效。

1.1 啟動(dòng)優(yōu)化

1.1.1 操作優(yōu)化

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動(dòng)操作優(yōu)化著重于5個(gè)方面：余熱鍋爐的停運(yùn)；燃機(jī)與汽機(jī)啟動(dòng)統(tǒng)籌安排；燃機(jī)的啟動(dòng)；余熱鍋爐的啟動(dòng)和汽機(jī)的啟動(dòng)。

（1）在余熱鍋爐停運(yùn)時(shí)，盡量保持汽包有較高的壓力并控制較低的水位，以利于余熱鍋爐的快速啟動(dòng)。

（2）為縮短從燃機(jī)并網(wǎng)到汽機(jī)并網(wǎng)的時(shí)間，在汽輪機(jī)及余熱鍋爐準(zhǔn)備工作做好后，再啟動(dòng)燃機(jī)。

（3）燃機(jī)點(diǎn)火后當(dāng)排氣溫度達(dá)到規(guī)程要求時(shí)，立即開啟余熱鍋爐的煙氣擋板進(jìn)行熱爐，通過修改控制參數(shù)CSKGVSSR以達(dá)到快速升爐的目的。

（4）針對(duì)聯(lián)合主汽閥前的主蒸汽溫度上升較慢問題，采取汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速暖機(jī)措施以增加暖管流量，加快了暖管速度。

1.1.2 程序優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，在保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，對(duì)集散控制系統(tǒng)（DCS）程序作了一些修改：

（1）取消了每臺(tái)余熱鍋爐啟動(dòng)前必須先啟動(dòng)1臺(tái)給水泵的限制條件。2臺(tái)余熱鍋爐公用1套給水除氧系統(tǒng)，由1臺(tái)除氧器加3臺(tái)給水泵組成。一般給水調(diào)節(jié)閥都稍有內(nèi)漏，如2臺(tái)給水泵同時(shí)投運(yùn)進(jìn)行余熱鍋爐的啟動(dòng)，汽包水位上升較快而被迫進(jìn)行放水，這樣既延誤了余熱鍋爐的啟動(dòng)時(shí)間，也浪費(fèi)了工質(zhì)和熱量。

（2）對(duì)凝汽器低真空限制余熱鍋爐擋板開啟的條件進(jìn)行了修改。在凝汽器真空低于76 kPa時(shí)，允許余熱鍋爐煙氣擋板開啟至40%，只有當(dāng)凝汽器真空高于76 kPa時(shí)，才允許全開余熱鍋爐煙氣擋板。凝汽器真空低于76 kPa時(shí)，還對(duì)主蒸汽管路電動(dòng)疏水閥和主蒸汽旁路氣動(dòng)閥進(jìn)行程序閉鎖，以保證凝汽器和汽輪機(jī)的安全。

程序修改后，既可以減少循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等重要輔機(jī)的運(yùn)行時(shí)間15 min，也縮短了整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)間5 min。

1.1.3 優(yōu)化成效

經(jīng)過上述操作和程序的改進(jìn)后，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的溫態(tài)啟動(dòng)耗時(shí)在燃機(jī)并網(wǎng)到汽機(jī)并網(wǎng)的時(shí)間段，由原來的70 min縮短到了50 min左右，效果非常明顯。對(duì)汽機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)曲線進(jìn)行了多次檢查分析，從余熱鍋爐啟動(dòng)到汽機(jī)并網(wǎng)期間，主蒸汽管路的溫升率小于8℃/min，汽缸溫升率小于2.5℃/min，汽包升壓率小于0.25 MPa/min，汽輪機(jī)的差脹、軸承振動(dòng)、軸承溫度、軸向位移等各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)操作優(yōu)化后，最大的經(jīng)濟(jì)效益來自汽機(jī)，溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)間縮短了約20 min。燃機(jī)在汽機(jī)啟動(dòng)期間負(fù)荷均在60 MW以上，汽機(jī)跟隨方式能帶到30 MW負(fù)荷以上，則汽機(jī)20 min的發(fā)電量有1萬kWh。根據(jù)近期的情況，汽機(jī)每月啟動(dòng)次數(shù)在18次左右，每次縮短20 min，汽機(jī)每個(gè)月就能多發(fā)電18萬kWh。

1.2 縮短停機(jī)時(shí)簡單循環(huán)運(yùn)行時(shí)間

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停運(yùn)時(shí)，為了降低汽輪機(jī)缸溫，都是先降低燃機(jī)負(fù)荷以便降低主蒸汽溫度，當(dāng)汽缸溫度降到規(guī)程規(guī)定值后，汽輪機(jī)打閘停機(jī)。燃機(jī)在汽機(jī)停運(yùn)后切至輕油燃燒10 min，減負(fù)荷停運(yùn)。如果按照上述常規(guī)的停機(jī)方法，燃機(jī)在汽機(jī)停運(yùn)后簡單循環(huán)的時(shí)間往往要達(dá)到15 min以上，其他同類型的燃機(jī)在停機(jī)時(shí)簡單循環(huán)運(yùn)行時(shí)間約22 min。在保證機(jī)組設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，把停機(jī)過程中燃機(jī)簡單循環(huán)運(yùn)行時(shí)間縮短到了5 min以內(nèi)。以汽機(jī)每月平均停機(jī)18次，每次縮短10 min計(jì)，每月共計(jì)縮短3 h簡單循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，降低了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電油耗。

1.3 降低廠用電率

1.3.1 減少機(jī)組啟停時(shí)的廠用電量

修改DCS程序，允許1臺(tái)給水泵帶2臺(tái)余熱鍋爐運(yùn)行。給水泵為定速泵，在帶部分負(fù)荷時(shí)效率非常低。由于給水泵的功率較大，減少1臺(tái)給水泵運(yùn)行1 h，就可節(jié)約廠用電約600 kWh。

另外，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停運(yùn)時(shí)，及時(shí)關(guān)閉余熱鍋爐過熱蒸汽手動(dòng)隔離閥。這樣當(dāng)汽機(jī)惰走結(jié)束時(shí)就可以停運(yùn)循環(huán)水泵，減少了循環(huán)水泵的運(yùn)行時(shí)間，每次停機(jī)也可節(jié)約廠用電250 kWh左右。

1.3.2 合理安排輔機(jī)的運(yùn)行方式

凝汽器真空值能滿足機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，保持1臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行。由于汽輪機(jī)末級(jí)葉片高度只有660 mm且排汽流量大，汽輪機(jī)的極限真空較低，冬季1臺(tái)循環(huán)水泵已能保證凝汽器真空值在98 kPa左右。循環(huán)水泵的功率為1 000 kW，減少1臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行可降低廠用電0.33%。冬季時(shí)，投運(yùn)2臺(tái)板式換熱器，停運(yùn)開式冷卻水泵。開式冷卻泵的功率為75 kW，這樣每個(gè)月可節(jié)約廠用電量5萬kWh左右。

燃機(jī)在能夠保證合理的冷卻水溫前提下，停運(yùn)1～2臺(tái)冷卻模塊冷卻風(fēng)扇。每臺(tái)冷卻風(fēng)扇的功率為15 kW，2臺(tái)燃機(jī)停運(yùn)4臺(tái)冷卻風(fēng)扇，總功率達(dá)60 kW，每個(gè)月可節(jié)約廠用電量4萬kWh左右。

2 技術(shù)改造

雖然GE公司9E型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在設(shè)計(jì)理念和技術(shù)上比較先進(jìn)，但機(jī)組生產(chǎn)時(shí)間較早（1996年出廠），存在一些缺陷，有進(jìn)一步優(yōu)化的必要。另一方面隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些設(shè)備和控制系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)滯后，特別經(jīng)過多年運(yùn)行以后，設(shè)備老化，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。對(duì)影響經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要輔機(jī)設(shè)備有必要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，以達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

2.1 疏水管路改造

因主蒸汽管道的疏水管路較細(xì)（通徑25 mm），管道又較長，疏水暖管時(shí)間長，嚴(yán)重制約了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的快速啟動(dòng)。據(jù)測(cè)算，熱態(tài)啟動(dòng)主蒸汽管道的疏水時(shí)間約20 min左右。為此把主蒸汽管路疏水管路更換為通徑50 mm的合金鋼管，通流面積擴(kuò)大4倍，加快了疏水暖管速度，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間有效縮短了5 min。

2.2 過熱蒸汽手動(dòng)隔離閥改造

過熱蒸汽隔離總閥為美國DRESSER公司生產(chǎn)的DN350/6.3MPa/515℃的手動(dòng)閘閥，通過齒輪傳動(dòng)，由于齒輪較大，運(yùn)行操作時(shí)間很長，全關(guān)至全開需30 min左右，影響聯(lián)合循環(huán)機(jī)組投入的速度及不利于運(yùn)行人員處理事故且影響機(jī)組啟停。經(jīng)過改造后，去掉操作手輪和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在閘閥閥桿上安裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方操作，既方便又快捷。

改造后，該過熱蒸汽隔離閥全關(guān)至全開只需2 min，有利于縮短聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)操作時(shí)間，減少操作的人力，使汽機(jī)并網(wǎng)時(shí)間提前了5 min，帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 吹灰器系統(tǒng)改造

余熱鍋爐原各配有英國HOPKINSONS有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為M786004半伸縮型吹灰器21套，分上下7層布置，每層3套。吹灰蒸汽由吹灰蒸汽供汽閥選自1號(hào)或2號(hào)余熱鍋爐的過熱蒸汽，并通過1臺(tái)壓力調(diào)節(jié)閥和1臺(tái)減溫水調(diào)節(jié)閥調(diào)整到設(shè)計(jì)參數(shù)后，到達(dá)各吹灰器進(jìn)口提升閥前，控制系統(tǒng)按順序逐個(gè)打開進(jìn)口蒸汽閥，進(jìn)行吹灰。

經(jīng)過多年的運(yùn)行，這些吹灰器出現(xiàn)了以下一些主要問題：槍管不同程度彎曲變形，槍管吊環(huán)磨損，導(dǎo)致槍管伸縮過程中卡死和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)過載；傳動(dòng)鏈及鏈輪磨損，傳動(dòng)不好，經(jīng)常斷鏈；2臺(tái)余熱鍋爐公用1套PLC（程序控制系統(tǒng)），當(dāng)一臺(tái)爐的吹灰蒸汽系統(tǒng)出故障時(shí)，另一臺(tái)爐就不能進(jìn)行吹灰，可靠性低；吹灰器的蒸汽閥內(nèi)漏現(xiàn)象普遍，吹灰蒸汽壓力偏低，吹灰效果較差。

對(duì)吹灰器進(jìn)行更換改型，將單梁、鏈條傳動(dòng)、開式傳動(dòng)的吹灰器，更改為箱式梁、雙齒條結(jié)構(gòu)的吹灰器，以解決卡澀、內(nèi)漏、冒灰故障。1臺(tái)爐配1套吹灰控制系統(tǒng)，可以提高吹灰器的運(yùn)行可靠性，提高吹灰效果，降低余熱鍋爐排煙溫度3℃，提高余熱鍋爐效率。

3 結(jié)語

從運(yùn)行方式改變、程序修改、技術(shù)改造等方面對(duì)GE公司9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，縮短了機(jī)組啟停時(shí)間，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，而且?guī)砻黠@的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)然運(yùn)行優(yōu)化的潛力還很大，需要去挖掘。特別是隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)機(jī)組進(jìn)行最優(yōu)化控制。如果燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組作為主力機(jī)組發(fā)電，可以進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)改造，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。目前，9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組額定工況的發(fā)電效率為53%左右，而燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總熱效率一般可達(dá)70%以上。

[1]臺(tái)州發(fā)電廠龍灣發(fā)電部.燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行與維護(hù)論文匯編[G].2007.

[2]焦樹建.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.