燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)“二拖一”機(jī)組的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性分配

陳元鎖，盧 騷，王建偉

（神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司， 浙江 寧波 315400）

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)“二拖一”機(jī)組的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性分配

陳元鎖，盧 騷，王建偉

（神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司， 浙江 寧波 315400）

通過(guò)對(duì) 9FA 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)“二拖一”機(jī)組啟停過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性分析， 得出冷態(tài)和熱態(tài)啟動(dòng)的運(yùn)行成本和設(shè)備維護(hù)成本； 對(duì)“一拖一”啟停和連續(xù)運(yùn)行這兩種模式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較， 為機(jī)組合理安排運(yùn)行方式提供經(jīng)濟(jì)性判據(jù)， 從而實(shí)現(xiàn)效益最大化； 對(duì)“二拖一”運(yùn)行方式下機(jī)組負(fù)荷的合理分配進(jìn)行分析，以使發(fā)電氣耗降至最低。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)；經(jīng)濟(jì)性；負(fù)荷分配

9FA 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)“二拖一”機(jī)組為多軸機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)分軸布置，各自帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，但燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐的配置形式則與大多數(shù)的 9FA 單軸機(jī)組（燃?xì)廨啓C(jī)、 蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)為同軸布置）完全一樣。 由于天然氣短缺以及電網(wǎng)調(diào)峰所需，大多數(shù)機(jī)組都作為調(diào)峰使用，啟停頻繁，因此有必要對(duì)其運(yùn)行方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

1 S209FA 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組概況

神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司采用美國(guó) GE 公司生產(chǎn)的多軸 S209FA 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，為“二拖一”模式， 其中單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)（簡(jiǎn)稱燃機(jī)）額定出力 250 MW， 汽輪機(jī)（簡(jiǎn)稱汽機(jī)）額定出力 280 MW，總出力 780 MW。

燃機(jī)和汽機(jī)為分軸布置，各自帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，燃機(jī)做功后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入各自的余熱鍋爐，2臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽合并后送入汽機(jī)做功， 汽機(jī)為美國(guó) GE 公司生產(chǎn)的 D11 型雙缸、 一次中間再熱、帶中壓補(bǔ)汽和低壓補(bǔ)汽的凝汽式機(jī)組，采用中壓缸啟動(dòng)模式。

余熱鍋爐為美國(guó) DELTAK 公司生產(chǎn)的臥式三壓再熱自然循環(huán)鍋爐，鍋爐內(nèi)布置有高壓、中壓、低壓3個(gè)獨(dú)立的汽水系統(tǒng)及1個(gè)再熱器。 中壓系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽從再熱器入口注入，低壓系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽從中壓缸的排汽室注入，整個(gè)熱力系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

2 “二拖一”模式的機(jī)組啟停經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 冷態(tài)啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)性分析

某次“一拖一”冷態(tài)啟動(dòng)的各參數(shù)情況見(jiàn)表1。 按照購(gòu)入氣價(jià) 2.41 元/m3、 電價(jià) 1.0 元/kWh（考慮 電網(wǎng) 無(wú) 功 補(bǔ) 償 ）和 上 網(wǎng) 電 價(jià) 0.744 元/kWh 計(jì)算， 則用氣支出成本 10×2.41=24.1 萬(wàn)元， 用電支出 成 本 3.24 ×1.0=3.24 萬(wàn) 元 ， 發(fā) 電 收 入 17.77 × 0.744=13.22 萬(wàn) 元 ， 綜 上 計(jì) 算 可 得 1 次 冷 態(tài) 啟 動(dòng)所需運(yùn)行成本 14.12 萬(wàn)元。

表1 “一拖一”冷態(tài)啟動(dòng)的耗時(shí)、 耗氣、 耗電及發(fā)電量

2.2 熱態(tài)啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性分析

某次“一拖一”熱態(tài)啟動(dòng)的各參數(shù)情況見(jiàn)表2。由于啟動(dòng)爐、輔機(jī)等已預(yù)先投運(yùn)，表中累計(jì)耗氣量、耗電量在燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始值不為零。

熱 態(tài) 啟 動(dòng) 用 氣 支 出 成 本 3.85×2.41=9.28 萬(wàn)元， 用電支出成本 1.20×1.0=1.20 萬(wàn)元， 發(fā)電收入6.93×0.744=5.16 萬(wàn)元， 綜上計(jì)算可得 1 次熱態(tài)啟動(dòng)所需運(yùn)行成本 5.32 萬(wàn)元。

表2 “一拖一”熱態(tài)啟動(dòng)的耗時(shí)、 耗氣、 耗電及發(fā)電量

2.3 冷爐熱機(jī)啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)于“二拖一”機(jī)組而言， 冷態(tài)“一拖一”、 熱態(tài)“一拖一”為基本啟動(dòng)模式，除此之外，還有“一拖一”模式的換機(jī)（指燃機(jī)， 下同）啟動(dòng)， 或者是“二拖一”模式的 1 臺(tái)連續(xù)運(yùn)行而另 1 臺(tái)調(diào)峰啟停；對(duì)于后兩者，如果是每天啟停，則等同于熱態(tài)啟動(dòng)，如果是隔天甚至更長(zhǎng)時(shí)間啟停，則其屬于冷爐（溫爐）熱機(jī)（指汽機(jī)，下同）啟動(dòng)，這種狀態(tài)有別于其他燃機(jī)發(fā)電廠的單軸機(jī)組。正常情況下，冷爐（溫爐）熱機(jī)這種狀態(tài)比熱態(tài)啟動(dòng)要多出 30 min 時(shí)間， 主要消耗在對(duì)主、 再熱蒸汽管道金屬溫度的提升。因?yàn)槠麢C(jī)處于熱態(tài)，所以要求主、再熱蒸汽溫度必須足夠高，否則汽機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)應(yīng)力超限，損耗汽機(jī)壽命。

圖1 “二拖一”機(jī)組熱力系統(tǒng)

無(wú)論是“一拖一”模式還是“二拖一”模式， 這種冷爐熱機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)基本相同：燃機(jī)從啟動(dòng)到燃機(jī)負(fù)荷升至 70 MW 過(guò)程相同， 隨后的差別在于： “一拖一”啟動(dòng)需要沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)汽機(jī)， 從啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)需要 13min， 而“二拖一”模式中的調(diào)峰機(jī)組則需進(jìn)行并汽操作，其所需時(shí)間與“一拖一”汽機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)時(shí)間基本相同；二者后續(xù)的升負(fù)荷操作過(guò)程相同， 升至滿負(fù)荷所需時(shí)間約為 15min。

所以， “二拖一”多軸機(jī)組， 無(wú)論是“一拖一”模式， 還是“二拖一”模式， 其耗時(shí)、 耗氣等基本一樣。因此， 采用“一拖一”換機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行方式的相關(guān)數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 “一拖一”冷爐（溫爐）熱機(jī)啟動(dòng)時(shí)耗時(shí)、 耗氣、耗電及發(fā)電量

“一拖一”冷爐（溫爐）熱機(jī)啟動(dòng)用氣支出成本6.28×2.41=15.13 萬(wàn)元，用 電支 出 成 本 1.84×1.0= 1.84 萬(wàn)元 ， 發(fā) 電收 入 13.17×0.744=9.80 萬(wàn) 元 ， 綜上計(jì)算可得冷爐（溫爐）熱機(jī)啟動(dòng) 1 次所需運(yùn)行成本 7.17萬(wàn)元。

2.4 “二拖一”機(jī)組的啟動(dòng)成本

經(jīng)綜合計(jì)算，第 2臺(tái)機(jī)組從啟動(dòng)到技術(shù)出力， 熱態(tài)啟動(dòng)耗時(shí) 70min， 成本約為 4.13 萬(wàn)元；冷態(tài)啟動(dòng)耗時(shí) 120min， 成本約為 7.0 萬(wàn)元。

綜合以上數(shù)據(jù)得出， “二拖一”機(jī)組整套冷態(tài)啟動(dòng)所需運(yùn)行成本 21.12 萬(wàn)元， 整套熱態(tài)啟動(dòng)所需運(yùn)行成本 9.45 萬(wàn)元。

2.5 機(jī)組啟動(dòng)檢修成本分析

根據(jù) GE公司設(shè)備維護(hù)手冊(cè)，燃機(jī)每啟停450 次或點(diǎn)火運(yùn)行時(shí)間達(dá) 8 000 h， 將進(jìn)行 C 級(jí)檢修， 每次 C 級(jí)檢修成本約 2 500 萬(wàn)元，因此每啟停 1 次的檢修成本為 5.56 萬(wàn)元， 每運(yùn)行 1 h 的檢修成本為 3 125 元/h， 每天為 7.5 萬(wàn)。

如果機(jī)組“一拖一”模式連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行， 按照 總 負(fù) 荷 360 MW、 天 然 氣 流 量 7.0 萬(wàn) m3/h、 廠用電 0.708 萬(wàn) kWh 進(jìn)行計(jì)算， 則每小時(shí)的發(fā)電收益為 36×0.744=26.78 萬(wàn)元， 天然氣成本7.0×2.41= 16.87 萬(wàn) 元 ， 廠 用 電 成 本 0.708×1.0=0.708 萬(wàn) 元 ，每小時(shí)凈利潤(rùn)=發(fā)電收益-天然氣成本-廠用電成本-設(shè) 備 檢 修 成 本=26.78-16.87-0.708-0.31=8.89萬(wàn)元， 每天凈利潤(rùn) 213.36 萬(wàn)元。

2.6 “二拖一”模式機(jī)組停機(jī)成本分析

“二拖一”模式機(jī)組停機(jī)過(guò)程， 是先解爐停運(yùn)1 臺(tái)燃機(jī)， 保持另 1 臺(tái)燃機(jī)和汽機(jī)“一拖一”運(yùn)行，待第 1 臺(tái)燃機(jī)停機(jī)完成后， 再執(zhí)行“一拖一”停機(jī)；2臺(tái)燃機(jī)的停運(yùn)過(guò)程基本相同，此處采用第2臺(tái)燃機(jī)的“一拖一”模式停機(jī)數(shù)據(jù)。

經(jīng)分析， 第 2 臺(tái)燃機(jī)“一拖一”停機(jī)耗氣 1.7萬(wàn) m3，廠 用 電 0.3 萬(wàn) kWh，發(fā) 電 7.1 萬(wàn) kWh，則停機(jī)過(guò)程有 0.88 萬(wàn)元盈余。 燃機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)效率很低，但得益于余熱鍋爐的蓄熱以及汽機(jī)的做功，整個(gè)停機(jī)過(guò)程仍能發(fā)出較多的電量，發(fā)電氣耗在 0.239 4m3/kWh 左右。

3 “二拖一”模式的機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

3.1 機(jī)組的發(fā)電氣耗經(jīng)濟(jì)性分析

“一拖一”模式下技術(shù)出力以上負(fù)荷發(fā)電氣耗情況，見(jiàn)表4。

由表4 看出， 燃機(jī)負(fù)荷由 160 MW 升至 180 MW運(yùn)行時(shí)，發(fā)電氣耗有明顯下降，燃機(jī)負(fù)荷在200 MW 運(yùn) 行 時(shí) ， 發(fā) 電 氣 耗 0.200 0 m3/kWh， 即每 1m3天然氣能發(fā)電 5 kWh。

以燃機(jī)負(fù)荷 200 MW 為例， 1m3天然氣能發(fā)電 5 kWh， 則 2 000m3能發(fā)電 10 000 kWh， 如果發(fā)電氣耗下降 0.000 1m3/kWh， 則每 1 萬(wàn) kWh 可節(jié)省 1m3天然氣， 即每使用 2 000m3可節(jié)省 1m3，以此計(jì)算， 按照每日天然氣量 150 萬(wàn) m3計(jì)算，正常可發(fā)電 750 萬(wàn) kWh， 則可節(jié)省 750 m3天然氣， 按照 2.41 元/m3， 則可節(jié)省 1 807.5 元人民幣。

以上計(jì)算是在發(fā)電氣耗下降 0.000 1m3情況下，而實(shí)際上由于運(yùn)行方式的不同，發(fā)電氣耗波動(dòng)在小數(shù)點(diǎn)后第 3 位， 以變化 0.001 0 m3為例，則每 1 萬(wàn) kWh 可節(jié)省天然氣 10m3，如果日發(fā)電750 萬(wàn) kWh， 可節(jié)約 7 500 m3天然氣， 相當(dāng)于18 075 元人民幣。按照年耗氣 2 億 m3、發(fā)電10億 kWh 計(jì)算， 即 100 000 萬(wàn) kWh， 只要發(fā)電氣耗能 下 降 0.000 1m3/kWh， 即 可節(jié) 省 天然氣 100 000m3， 年節(jié)約資金 241 000 元。

3.2 “一拖一”運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性比較

由于燃?xì)鈾C(jī)組普遍作為調(diào)峰使用，并且受天然氣量制約， 機(jī)組通常有“一拖一”連續(xù)運(yùn)行和每天熱態(tài)啟停這2種方式。

如果燃機(jī)在最低技術(shù)出力 160 MW 連續(xù)運(yùn)行24 h， 需天然氣 130 萬(wàn) m3， 發(fā)電量 612 萬(wàn) kWh，如果 130 萬(wàn) m3天然氣在額定出力 250 MW 運(yùn)行，則能連續(xù)運(yùn)行 18 h， 發(fā)電量 675 萬(wàn) kWh， 兩者相差 63 萬(wàn) kWh； 如在額定出力 250 MW 連續(xù)運(yùn)行24 h， 需天然氣 175 萬(wàn) m3， 發(fā)電量 912 萬(wàn) kWh；在技術(shù)出力以上負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷高低對(duì)廠用電影響不大， 每天在 17 萬(wàn) kWh 左右。

如上所述，機(jī)組熱態(tài)啟停 1次，運(yùn)行成本5.32 萬(wàn) 元 ， 維 護(hù) 成 本 5.56 萬(wàn) 元 ， 總 計(jì) 10.88 萬(wàn)元； 以日供氣量 130 萬(wàn) m3為例，有 2 種運(yùn)行模式： 一是燃機(jī)負(fù)荷在 160 MW 連續(xù)運(yùn)行，其日維護(hù)成本 7.5 萬(wàn)元； 二是燃機(jī)負(fù)荷在 250 MW 運(yùn)行18 h 后停機(jī)， 縮短運(yùn)行時(shí)間 6 h，節(jié)省設(shè)備維護(hù)成 本 1.88 萬(wàn) 元 ， 廠 用 電 4.25 萬(wàn) 元 ， 但 另 外 需 增加熱態(tài)啟動(dòng)一次成本 10.88 萬(wàn)元， 再考慮燃機(jī)負(fù)荷在 160 MW 和 250 MW 之間增發(fā)的 63 萬(wàn) kWh的電量， 折合人民幣 46.87 萬(wàn)元， 因此， 初步估算， 日供氣 130 萬(wàn) m3， 采用滿負(fù)荷運(yùn)行后停機(jī)這種模式， 比在 160 MW 技術(shù)出力下連續(xù)運(yùn)行， 要增收 39.82 萬(wàn)元。 兩種運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表5。

隨著日供天然氣量的增加，燃機(jī)保持連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷也跟隨增加，啟停和連續(xù)運(yùn)行這兩種運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性差距逐漸縮小，當(dāng)日供天然氣量達(dá)到 165.6 萬(wàn) m3時(shí)， 這兩種運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性差距縮小到了 1.5 萬(wàn)元，考慮到機(jī)組的啟停操作風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)一些輔機(jī)、閥門(mén)、管道等的啟停沖擊和疲勞、磨損等，當(dāng)經(jīng)濟(jì)性差距縮小到一定程度時(shí)，建議優(yōu)先選擇連續(xù)運(yùn)行這種模式。

3.3 “二拖一”模式的機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性分配

由于燃機(jī)技術(shù)出力設(shè)定在 160MW，因此“一拖一”模式的負(fù)荷在 250～380MW 之間調(diào)整。 這種模式下，機(jī)組的效率是負(fù)荷越高經(jīng)濟(jì)性越好；但當(dāng)機(jī)組在“二拖一”模式運(yùn)行時(shí)， 聯(lián)合循環(huán)的負(fù)荷在 500～780MW 之間調(diào)整， 在這個(gè)負(fù)荷區(qū)間， 燃機(jī)負(fù)荷分配的不同， 會(huì)影響到整套 “二拖一”模式機(jī)組經(jīng)濟(jì)性（此處只對(duì)燃機(jī)進(jìn)行討論，汽機(jī)負(fù)荷處于對(duì)應(yīng)跟隨狀態(tài)，不對(duì)汽機(jī)因主、再熱蒸汽參數(shù)變化以及汽機(jī)本體通流熱效率、凝汽器熱負(fù)荷等影響展開(kāi)分析）， 見(jiàn)表6。

表4 “一拖一”技術(shù)出力以上負(fù)荷發(fā)電氣耗

表5 2種運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性比較

表6 “二拖一”運(yùn)行模式下燃機(jī)不同負(fù)荷分配所對(duì)應(yīng)的發(fā)電氣耗m3/kWh

從表6可以看出， 當(dāng) 1，2號(hào)燃機(jī)各自從技術(shù)出力 160MW 向額定出力 250 MW 增加負(fù)荷過(guò)程中，發(fā)電氣耗的下降趨勢(shì)有一定的規(guī)律變化。當(dāng)調(diào)度要求整套“二拖一”模式機(jī)組出力穩(wěn)定在500～780 MW 區(qū)間的任一負(fù)荷點(diǎn)時(shí)， 可以通過(guò)不同的燃機(jī)負(fù)荷分配來(lái)選擇最低的發(fā)電氣耗。以160MW 為起點(diǎn)， 先將 1 臺(tái)燃機(jī)升負(fù)荷至 180MW，后將另 1 臺(tái)燃機(jī)跟隨至 180 MW； 再將任 1 臺(tái)燃機(jī)升負(fù)荷至 200 MW， 另 1 臺(tái)燃機(jī)跟隨升至 200 MW； 待 2 臺(tái)燃機(jī)的負(fù)荷均在 200 MW 后， 任選 1臺(tái)燃機(jī)將其負(fù)荷升至滿負(fù)荷，再將另1臺(tái)燃機(jī)升至滿負(fù)荷，這樣負(fù)荷分配，能使機(jī)組在“二拖一”模式運(yùn)行時(shí)，在任何1個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，都是以最低的發(fā)電氣耗運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)天然氣資源非常緊缺，當(dāng)天然氣從遙遠(yuǎn)的新疆和四川、或者東海氣田以及海運(yùn)送至燃?xì)獍l(fā)電廠的天然氣門(mén)站時(shí)，天然氣資源更顯寶貴，因此，用好每立方米的天然氣，使其發(fā)揮最大的效能，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益，是每一個(gè)燃?xì)獍l(fā)電廠所努力追求的方向。

[1]陳元鎖，王建 偉.S209FA 燃 氣－蒸汽 聯(lián) 合 循 環(huán) “二 拖 一 ”機(jī)組的啟動(dòng)概述及優(yōu)化[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2011，24（91）∶60－64.

（本文編輯：陸 瑩）

Econom ical Load Distribution of"Two-on-one"Gas-Steam Combined Cycle Units

CHEN Yuan-suo， LU Sao， WANG Jian-wei
（Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Gas Turbine Co.， Ltd， Ningbo Zhejiang 315400， China）

By economical analysis of the startup/shutdown process of 9FA"two-on-one"gas-steam combined cycle unit， operating cost and equipmentmaintenance cost of warm startup and cold startup are concluded. Startup/shutdown is compared with continuous service in terms of economical efficiency， which provides economical criteria for reasonable arrangement of operating mode and enables benefitmaximization.The paper analyzes reasonable distribution of units load in"two-on-one"mode tominimize the gas consumption for electric power generation.

gas-steam combined cycle；economical efficiency；load distribution

TK477

： B

： 1007-1881（2012）11-0048-05

2012-03-10

陳元鎖（1975－）， 男， 浙江三門(mén)人， 工程師， 從事燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠運(yùn)行管理工作。