M701DA 燃氣聯合循環機組閉式水系統的改造

王才文

（江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州213011）

0 引言

某公司在2011年利用“川氣東輸”工程擴建了兩套E 級三菱M701DA 燃氣聯合循環雙軸抽汽供熱機組，抽汽額定流量是80t/h，每套機組配置2×100%容量的閉式循環冷卻水泵，一運一備，確保機組冷卻水系統的安全運行。閉式循環冷卻水泵主要向燃氣輪機發電機冷卻器、燃氣輪機潤滑油冷油器、燃氣輪機控制油換熱器、余熱鍋爐島冷卻器、凝結水泵軸承、化學取樣冷卻器提供足夠的冷卻水量，確保冷卻系統正常運行。系統簡圖如圖1所示。

圖1 閉式水系統簡圖

1 閉式水系統存在浪費能耗的問題

兩套E級燃氣聯合循環熱電機組承擔著公司周邊主要企業及本廠鄰機的啟動供熱，每天供熱量在500～1 000t之間，每天至少需保持一套機組連續運行來確保供熱不中斷。但受制于全年計劃燃氣量及上網電量等因素，兩套熱電機組一般只有在迎峰度夏期間遇電網缺電且燃氣供應富裕時才能保持同時連續運行；進入冬季后，為確保北方地區的生活供熱，燃氣供應緊張時只能勉強維持一套機組運行。因此每套機組全年處于備用的時間都較長，表1 為兩套機組近幾年實際運行時間。

表1 兩套機組近幾年實際運行時間統計

當兩套機組處于一運一備的運行方式時，由于對外供熱不能中斷及省電網調度等原因，要求備用機組隨時都應處于滿足啟動條件狀態，而三菱M701DA燃氣輪機需連續盤車12h才能滿足啟動條件。因此，當機組處于備用時，發電機冷卻器、各泵的冷卻水都可停用，而燃氣輪機的潤滑油仍需保持連續運行，此時的閉式水系統只需冷卻燃機潤滑油的熱量。而閉式冷卻水泵是按夏季運行時開式水溫為33℃、閉式水冷卻器端差為5℃時的工況點來進行設計的，閉式水泵容量較大，另外閉式冷卻水量未設計調節功能，所以在機組備用階段冷卻水裕量很大，經濟性差。即使關閉A、B閉式水換熱器的進口電動門，開啟閉式水換熱器的旁路調節門（平時用來調節閉式水溫）降低泵的出口流量，閉式冷卻水泵電流也只能降低30A，節能效果不明顯。

2 閉式水系統改造方案的選擇分析

閉式冷卻水泵的額定功率為160kW，額定電流288A，流量1 000t/h，按照初步設計，閉式水系統各用戶的耗水量如表2所示。從表中反映出機組備用時實際的耗水量與正常運行時冷卻水量偏差很大，若將閉式冷卻水泵改造成變頻泵，可能達不到最大的節能效果，且改造成本高、控制系統復雜。

表2 閉式水系統各冷卻水用戶耗水量

因此，主要設想以下兩種改造方案：

方案1：新增一臺燃氣輪機潤滑油冷卻水泵。在燃氣輪機潤滑油冷卻器進口調門旁路門處新安裝一臺30t/h左右的冷卻水泵，機組停機2h后停閉式冷卻水泵，啟動燃氣輪機潤滑油冷卻器專用冷卻水泵，保持燃機潤滑油溫正常。考慮相關管道、法蘭、泵和電機，預計總費用在1.5萬元左右。

方案2：新增一臺系統小流量閉式冷卻水泵。咨詢設計院后，通過計算燃氣輪機潤滑油冷卻器換熱量及管道沿程阻力，該泵流量選擇在300t/h左右較適宜。機組停機后即將閉式冷卻水泵切換至小流量閉式冷卻水泵運行，維持整個系統的冷卻。機組備用階段閉式水系統預計可降低60%電耗，考慮相關管道、法蘭、泵和電機，預計總費用為3.5萬元。

方案1 雖然比方案2 改造簡單、節能，但只能滿足燃氣輪機潤滑油系統的冷卻需求，且存在兩方面的不足，一是進入冬季后，燃氣輪機潤滑油專用冷卻水泵因流量太小無法滿足整個閉式水系統防凍要求，環境溫度過低時仍需啟動閉式冷卻水泵運行；二是在夏季，燃氣輪機控制油溫度會因環境溫度過高又無冷卻水冷卻，必須停用燃氣輪機控制油泵，若控制油系統頻繁停用，會對系統安全運行造成一定的隱患，因為控制油系統在啟動時可能會引起油箱底部的雜質或油管道中未排盡的空氣隨著高壓油進入油動機中，使油動機調節發生故障。因此，從安全性、經濟性綜合分析來評估，選擇改造方案2較合適。

3 改造方案的實施和運行操作

由于閉式冷卻水再循環旁路調節門在運行中無實際作用，此處的進口管直徑為DN150，在額定壓力下該管徑的最大流量可達到250t/h，與設計的停機所需流量300t/h相差不多。將閉式冷卻水再循環旁路調節門拆除，在此位置安裝小流量閉式冷卻水泵，再將泵的出口接至閉式水換熱器進口，可充分利用現有的管道降低改造成本及節約場地。因此，選擇小流量閉式冷卻水泵的設計規范如表3所示。

表3 小流量閉式冷卻水泵的設計規范

小流量閉式冷卻水泵進、出口門采用手動操作，進口管道處預留濾水器的位置，視運行情況再安裝；啟、停操作及電流信號接入DCS控制系統，方便運行人員操作。改造后的閉式水系統簡圖如圖2所示。為確保兩套機組的安全、經濟運行，要求機組解列后先將公用設備的空壓機冷卻水切至運行機組，再將閉式冷卻水泵切換至小流量閉式冷卻水泵運行，在機組啟動前切回至閉式冷卻水泵運行，從而充分發揮小流量閉式水泵的節能功效。

圖2 改造后的閉式水系統簡圖

4 閉式水系統改造后經濟分析

根據近一年來對小流量閉式冷卻水泵運行參數的分析，小流量閉式冷卻水泵完全能滿足機組備用階段的冷卻耗水量。小流量閉式冷卻水泵實際運行電流為70A，原閉式冷卻水泵實際運行電流為280 A，相差210 A 電流，故每小時節約電量為123kW·h。若兩套機組按前幾年運行方式每年總運行9 000h，檢修720h，則兩套機組每年總備用時間為7 800h，全年總節電量959 400kW·h，每年可節約電費（燃機上網電價按0.68元/kW·h計算）65.2萬元，節能效果明顯。

5 結語

鑒于燃氣聯合循環機組清潔、高效、啟動快的特點，全國各地新建燃氣聯合循環機組項目較多，一般燃氣聯合循環機組都為電網承擔調峰任務，運行方式以日、夜啟停為主，因此建議電力設計院在設計閉式水系統時考慮增加小流量閉式冷卻水泵。某公司今年新擴建兩臺F 級燃氣聯合循環機組時就參照此節能應用實例，在閉式水系統設計中增加了一臺小流量閉式冷卻水泵，為企業挖潛增效工作做出了一定成績。