S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行

摘要：文章再簡(jiǎn)要闡述S109FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組勢(shì)力系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，分析了適合調(diào)峰運(yùn)行的基本特性，并對(duì)適用于該機(jī)組的幾種不同調(diào)峰方式進(jìn)行了論述和比較。

關(guān)鍵詞：S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組；調(diào)峰

中圖分類號(hào)：TM611.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2012）05-0097-02

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，在電網(wǎng)裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大的同時(shí)，用電結(jié)構(gòu)也在不斷變化，市政用電比重逐年上升，工業(yè)用電比重相對(duì)下降，電網(wǎng)峰谷差日趨增大，電網(wǎng)的調(diào)峰問(wèn)題越來(lái)越突出。

S109FA燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組具有啟停時(shí)間短、負(fù)荷變化快、部分負(fù)荷下熱經(jīng)濟(jì)性高、耗水量低、NOX排放低等特點(diǎn)，在參與電網(wǎng)調(diào)峰方面具有燃煤機(jī)組所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文詳細(xì)闡述了該類型機(jī)組適于調(diào)峰運(yùn)行的基本特性，并對(duì)適用于該機(jī)組的幾種不同調(diào)峰方式進(jìn)行了比較和探討。

1熱力系統(tǒng)組成

#1、#2燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組屬STAG109FASS（S109FA）系列。每臺(tái)機(jī)組由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)、1臺(tái)發(fā)電機(jī)和1臺(tái)HRSG余熱鍋爐組成。燃?xì)庹{(diào)壓站有兩臺(tái)的過(guò)濾器（2×100%），正常兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)一臺(tái)過(guò)濾器運(yùn)行，另一臺(tái)備用。每臺(tái)燃機(jī)各有兩組調(diào)壓閥，一組運(yùn)行一組備用。每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)100%燃?xì)饨^對(duì)分離器（一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用）、一套燃?xì)庑阅芗訜崞鳎慌_(tái)燃?xì)怆娂訜崞?、一臺(tái)燃?xì)庀礆馄?。絕對(duì)分離器用于清除燃料流中的液體和固體顆粒。燃?xì)庑阅芗訜崞饔糜诩訜釟怏w燃料。當(dāng)給水系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，性能加熱器的進(jìn)出水門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)出水至開(kāi)放水箱閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。燃機(jī)起動(dòng)時(shí)電加熱器自動(dòng)投入，并調(diào)整加熱量使出氣溫度在規(guī)定值，當(dāng)燃?xì)庑阅芗訜崞魍哆\(yùn)后電加熱器進(jìn)氣溫度達(dá)到一定值時(shí)電加熱器自動(dòng)停用。燃?xì)庀礆馄髟O(shè)計(jì)成可以清除燃?xì)饬髦袏A帶的液體和顆粒。

汽輪機(jī)型號(hào)為D10，為三壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、純凝式機(jī)組。汽輪機(jī)高中壓缸為高中壓合缸，低壓缸為雙流程向下排汽形式。汽機(jī)缸體、軸承箱及護(hù)套采用水平中分面型，以便于維護(hù)。汽缸設(shè)有檢查孔，以便定期用內(nèi)窺鏡檢查葉片的狀況。本機(jī)具備不揭缸進(jìn)行軸系動(dòng)平衡的能力。汽機(jī)轉(zhuǎn)子為鍛造結(jié)構(gòu)，由四個(gè)徑向軸承支撐，徑向軸承為可傾瓦形式，可自對(duì)中。汽機(jī)采用全周進(jìn)汽，不設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電子液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)同軸布置，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)，汽輪機(jī)也跟隨一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)余熱鍋爐還沒(méi)有產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。隨著轉(zhuǎn)速的提高，汽輪機(jī)鼓風(fēng)熱量增加，汽輪機(jī)需要引入輔助蒸汽冷卻低壓通流部分。本機(jī)配備高壓，中壓和低壓蒸汽旁路。

2燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組適合調(diào)峰運(yùn)行的基本

特性

#1、#2常規(guī)余熱鍋爐（HRSG）是引進(jìn)ALSTOM公司技術(shù)由哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的三壓、一次中間再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)余熱鍋爐，具有良好的調(diào)峰性能。

2.1余熱鍋爐簡(jiǎn)介及主要參數(shù)

余熱鍋爐簡(jiǎn)介及主要參數(shù)如表1、表2所示。

2.2啟?？焖佟㈧`活

在電網(wǎng)需要緊急調(diào)峰的情況下，不帶煙氣旁路的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組把燃機(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)組成了一個(gè)整體，需要整體啟動(dòng)運(yùn)行。

按汽機(jī)劃分：

①冷態(tài)啟動(dòng)：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204℃（400℉）以下。

②溫態(tài)啟動(dòng)：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在204℃（400℉）～371℃（700℉）。

熱態(tài)啟動(dòng)：高中壓缸上缸內(nèi)壁溫度在371℃（700℉）以上。

機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間如表3所示。

機(jī)組的正常停機(jī)時(shí)間（從100%負(fù)荷到停機(jī)）：50min。

理論上，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組幾乎沒(méi)有最低出力的限制，可以在0～100％的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行。具有燃煤機(jī)組不可比擬的優(yōu)勢(shì)。由于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組這種快速啟停的特性，常使其作為電網(wǎng)緊急事件或極端峰谷工況時(shí)的首選調(diào)峰手段。

眾所周知，燃煤機(jī)組由于受到苛刻的啟動(dòng)條件和啟動(dòng)速度的限制，機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰大多采取深度降負(fù)荷調(diào)峰的方式，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯下降。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，200 MW、300 MW機(jī)組在50％深度調(diào)峰工況下，煤耗增加20～30 g/kWh，效率下降2％～3％。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電站利用自身效率高、機(jī)組啟停方便的特點(diǎn)，往往采取增減機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的方式來(lái)滿足負(fù)荷變化的要求

3S109FA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰方式探

討

以下從不停機(jī)深度調(diào)峰與啟停調(diào)峰兩個(gè)方面來(lái)探討 #1、#2機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行方式。其中，“不停機(jī)深度調(diào)峰”是指只通過(guò)調(diào)整運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷來(lái)滿足全廠負(fù)荷變化的調(diào)峰方式，以下簡(jiǎn)稱“深度調(diào)峰”；“啟停調(diào)峰”是指通過(guò)增減運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)的方式來(lái)滿足全廠負(fù)荷變化的調(diào)峰方式。

3.1深度調(diào)峰運(yùn)行方式

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求。 #1、#2聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃機(jī)主動(dòng)下調(diào)負(fù)荷，此時(shí)汽機(jī)采用滑壓方式運(yùn)行。燃機(jī)負(fù)荷下降。帶動(dòng)余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)下調(diào)負(fù)荷。調(diào)峰深度最大可至30％左右，即燃機(jī)負(fù)荷80 MW，汽機(jī)空載全速。此時(shí)燃機(jī)已經(jīng)接近燃燒模式切換工況點(diǎn)，如果調(diào)度要求繼續(xù)下調(diào)全廠負(fù)荷，則可保持燃機(jī)負(fù)荷不變，通過(guò)汽機(jī)調(diào)門(mén)與主蒸汽旁路配合，對(duì) #1、#2機(jī)組的汽機(jī)進(jìn)行快降負(fù)荷操作。當(dāng)全廠調(diào)峰深度要求達(dá)到50％左右時(shí)，可停運(yùn)#1號(hào)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，保持其熱備用狀態(tài)（燃機(jī)、汽機(jī)盤(pán)車運(yùn)行，汽機(jī)悶缸，余熱鍋爐保溫保壓）。同時(shí)將2號(hào)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組帶滿負(fù)荷，以保持全廠較高的熱效率。

根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，機(jī)組在深度調(diào)峰過(guò)程中，需注意以下幾點(diǎn)：

①由于燃機(jī)加裝了DLN燃燒控制模式，燃機(jī)60％基本負(fù)荷（235 MW）處于燃燒模式切換工況點(diǎn)附近，對(duì)于DLN燃燒系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是1個(gè)不穩(wěn)定工況。如果燃機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在該臨界工況以下，將會(huì)由于噴嘴流量分配不均，而導(dǎo)致火焰筒局部過(guò)熱而損壞。因此，9FA型燃機(jī)不適合長(zhǎng)期深度低負(fù)荷工況運(yùn)行，燃機(jī)深度調(diào)峰不應(yīng)低于其基本負(fù)荷的60％，即235 MW。

②#1 #2聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的蒸汽輪機(jī)都安裝有100％主蒸汽旁路系統(tǒng)，整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰達(dá)到一定深度后（燃機(jī)由基本負(fù)荷降至235 MW），保持燃機(jī)負(fù)荷不變，可以通過(guò)汽機(jī)調(diào)門(mén)與主蒸汽旁路配合，對(duì)汽機(jī)進(jìn)行降負(fù)荷操作。

③在全廠負(fù)荷低于50％額定負(fù)荷的工況下，應(yīng)該停運(yùn)#1套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，以保證部分負(fù)荷下機(jī)組具有較高的熱經(jīng)濟(jì)性。

3.2啟停調(diào)峰

燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的整套啟動(dòng)受汽輪機(jī)金屬溫度變化速率的限制，冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)往往不能發(fā)揮燃機(jī)啟動(dòng)快速、靈活的調(diào)峰特性，而汽機(jī)在熱態(tài)、極熱態(tài)時(shí)則能夠與燃機(jī)的啟動(dòng)速度相匹配。所以，盡力將汽機(jī)保持在熱態(tài)或極熱態(tài)，是提高聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰特性的要點(diǎn)之一。

啟停調(diào)峰具體運(yùn)行方式如下：當(dāng)機(jī)組被要求參與調(diào)峰時(shí)，汽輪機(jī)關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)門(mén)、開(kāi)啟主蒸汽旁路，進(jìn)行快降負(fù)荷、機(jī)組解列等操作。此過(guò)程中，應(yīng)該避免汽輪機(jī)在低負(fù)荷區(qū)域停留，以保持汽機(jī)缸溫?zé)釕B(tài)或極熱態(tài)，為下一次快速啟動(dòng)創(chuàng)造條件。

4兩種調(diào)峰方式對(duì)比

4.1深度調(diào)峰優(yōu)點(diǎn)及局限性

優(yōu)點(diǎn)：采用深度調(diào)峰，減少了機(jī)組啟停次數(shù)，相應(yīng)減少了燃機(jī)由于啟停折合的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了維護(hù)工作量。

局限性：由于汽機(jī)滑參數(shù)降負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)汽缸起到了冷卻作用，不利于機(jī)組重新快速啟動(dòng)；如果燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致火焰簡(jiǎn)局部過(guò)熱而損壞；在保持燃機(jī)負(fù)荷不變，汽輪發(fā)電機(jī)降負(fù)荷的情況下，系統(tǒng)大量熱能通過(guò)主蒸汽旁路及凝汽器消耗掉，造成能源浪費(fèi)；機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰，對(duì)于參與調(diào)峰的機(jī)組來(lái)說(shuō)，熱經(jīng)濟(jì)性明顯降低。

4.2啟停調(diào)峰優(yōu)點(diǎn)及局限性

優(yōu)點(diǎn)：調(diào)峰速度快。燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組啟停快速、方便的特點(diǎn)；調(diào)峰深度大，若兩套機(jī)組參與啟停調(diào)峰，調(diào)峰深度可達(dá)100％；避免了燃機(jī)在低負(fù)荷工況下運(yùn)行、符合DLN燃燒控制模式的特性。

局限性：增加了機(jī)組啟停次數(shù)，相應(yīng)增加了燃機(jī)由于啟停折合的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，縮短了主、輔設(shè)備使用壽命．增加了維護(hù)工作量。

5結(jié)論及建議

從以上分析可以看出，與燃煤機(jī)組相比，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行具有方式靈活、適應(yīng)速度快、調(diào)峰深度大和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)勢(shì)。#1、#2機(jī)組由于容量不大（2×390 MW），且燃機(jī)由于設(shè)備原因不允許進(jìn)行低負(fù)荷深度調(diào)峰（不低于70 MW），綜合考慮，建議#1、#2機(jī)組采用啟停調(diào)峰運(yùn)行方式較合適，調(diào)峰深度可達(dá)100％，且調(diào)峰運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較高。

參考文獻(xiàn)：

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國(guó)電力出版社，2003.