關(guān)于燃氣蒸汽聯(lián)合熱電廠發(fā)電氣耗的淺析

顧振華

1 機組簡介

（1）燃氣輪機為GE公司PG9171E型燃氣輪機，發(fā)電機額定功率135 MW。

（2）蒸汽輪機為南京汽輪機廠LCZ60-5.8/0.98/0.58型汽輪機，發(fā)電機額定功率60MW。采用第9級后抽汽作為供熱蒸汽，抽汽口的蒸汽額定參數(shù)為354℃，0.98 MPa，焓值為3 165 kJ/kg。

2 發(fā)電氣耗簡述

2.1 供熱機組發(fā)電氣耗的計算方法

發(fā)電氣耗=（天然氣耗氣量-供熱氣耗量）/總發(fā)電量。

2.2 供熱量對發(fā)電氣耗的影響

從發(fā)電氣耗的計算公式可以看出，發(fā)電氣耗主要受到：天然氣耗氣量、發(fā)電量與供熱量的影響，其中耗氣量與燃機發(fā)電量直接相關(guān)，汽機發(fā)電量的大小也主要取決于供熱量的多少。

換而言之，發(fā)電氣耗的主要影響因素為燃機負荷的大小與供熱量的多少，即發(fā)電氣耗公式可以等效為：

發(fā)電氣耗=（f1（燃機負荷）-f2（供熱量））/（燃機負荷+f3（燃機負荷）-f4（供熱量））

只要求證上述4個函數(shù)關(guān)系，就可以通過燃機負荷及供熱量兩個參數(shù)，直接得出燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組的發(fā)電氣耗。

其中供熱氣耗量可以通過計算獲得供熱氣耗量（Nm3）=f2（供熱量）=供熱氣耗（Nm3/GJ）×供熱量（GJ）據(jù)統(tǒng)計，該燃氣蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)電廠供熱氣耗為：31（Nm3/GJ）

2.3 燃氣消耗量

據(jù)悉，燃機負荷與進氣量、燃料量、進氣溫度、壓氣機效率等參數(shù)均有關(guān)系，理論上無法與單一參數(shù)建立函數(shù)關(guān)系。

某燃氣蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)電廠燃機負荷與天然氣瞬時流量的關(guān)系如下圖1。

如圖所示，該燃氣機組在燃燒進入預(yù)混模式后，燃機負荷與天然氣的耗氣量基本呈線性關(guān)系。

即天然氣耗氣量（萬Nm3）=f1（燃機負荷）≈（0.0 214×燃機負荷（MW）+1.25）×運行時間（h）。

圖1某燃機電廠燃機負荷與天然氣瞬時流量的關(guān)系

2.4 汽機純凝負荷

純凝汽機負荷與預(yù)混燃燒情況下的燃機負荷之間存在著某種函數(shù)關(guān)系，據(jù)統(tǒng)計，臨近負荷情況下，兩者關(guān)系近似于線性關(guān)系。可以得出：

汽機純凝負荷（MW）=f3（燃機負荷）=[0.32×燃機負荷（MW）+22]

3 降耗方案

3.1 選用高熱值燃氣

熱值越高，單位體積的燃氣在完全燃燒后產(chǎn)生的熱能就越高，所能轉(zhuǎn)化的電能也就越高。因此，在具備條件的情況下，可以選用熱值相對高的天然氣作為燃料，達到降低發(fā)電氣耗的目的。

3.2 提升燃機效率

燃機的運行效率受壓氣機運行效率的影響很大。燃機的壓氣機在運行中會出現(xiàn)效率逐漸下降的現(xiàn)象。其效率下降的原因除了環(huán)境溫度、濕度影響等不可控因素外，最主要的一個因素就是壓氣機葉片積垢。壓氣機葉片積垢越多，壓氣機運行效率越低。為了保持壓氣機葉片表面清潔，保證壓氣機在較高效率下運行，應(yīng)根據(jù)壓氣機運行情況進行水洗操作。

據(jù)統(tǒng)計通過離線水洗，壓氣機效率可提升2個百分點。

當壓氣機運行效率累計下降90%以下時，應(yīng)安排離線水洗操作。通過合理安排燃機的離線水洗、選用經(jīng)濟性較好的進氣濾網(wǎng)等方法可以提高壓氣機在一定運行小時數(shù)內(nèi)的效率，從而提高燃機運行效率，達到降低氣耗的目的。

3.3 合理安排調(diào)峰時間

在啟動階段，由于初始負荷低，氣耗較高。若頻繁調(diào)峰，則會導致月度、年度的發(fā)電氣耗增加，從而降低機組的經(jīng)濟性。

據(jù)統(tǒng)計，在啟動過程中發(fā)電氣耗甚至可以達到正常純凝運行時發(fā)電氣耗的10倍。

因此合理安排機組的調(diào)峰次數(shù)與調(diào)峰運行的時間，可以有效降低當天甚至月度、年度的發(fā)電氣耗。

3.4 調(diào)整供熱量

當抽汽量增大時，進入汽輪機末幾級做功的蒸汽量變少，從而使得汽機的負荷降低；又因為汽輪機排汽變少，可以節(jié)約循環(huán)水電量，同時還可以提高機組真空，汽輪機的效率得到提高。

在抽汽工況下運行時，汽機負荷為當前燃機負荷工況下的純凝負荷減去抽汽所影響的負荷來計算，根據(jù)統(tǒng)計，該燃氣蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠1噸抽汽約影響200度電，即

供熱影響電量（kWh）=f4（供熱量）≈200（kWh/t）×供熱量（t）

所以公式可以簡化為：

3.5 合理調(diào)整發(fā)電負荷與供熱量

通過計算模型，可以推算出為了達到某個氣耗目標，而需要達成的燃機負荷與供熱的“平衡點”。

例如：當月氣耗目標為0.195 m3/kWh為目標，不難算出，燃機負荷在100 MW時，汽機純凝負荷按照54 MW計算，為了滿足當月氣耗目標，抽汽量應(yīng)為71.67 t/h。

雙機并列運行時，不難計算出滿足當月氣耗目標的總抽汽量：

表1雙機并列運行時燃機負荷與抽汽流量關(guān)系1

若當月氣耗目標為0.195 m3/kWh，則雙機運行時，若燃機負荷在100 MW左右，則需要控制總供熱量在143.33 t/h左右，才能保證氣耗達標。

同樣的，可以根據(jù)不同的抽汽量來計算合理的燃機負荷，從而使氣耗達到0.195 m3/kWh的目標值，雙機運行時，在抽汽量恒定時，對燃機負荷的要求如下表：

表2雙機并列運行時燃機負荷與抽汽流量關(guān)系2

例如：當月氣耗目標為0.195 m3/kWh，則雙機運行工況下，若供熱量在150 t/h時，則需要控制每臺燃機負荷不低于95.85 MW，才能保證氣耗達標。

然而對于并網(wǎng)運行機組而言，AGC的投入限制了發(fā)電廠對于負荷的自我控制，而供熱量由受限于熱用戶壓力的需求變化。因此實際優(yōu)化調(diào)整時，在參考簡化氣耗公式的同時，仍應(yīng)根據(jù)實際情況進行協(xié)調(diào)與控制。

4 分析總結(jié)

通過建立燃氣蒸汽熱電機組的發(fā)電氣耗數(shù)據(jù)模型，只要確定了發(fā)電氣耗各項公式參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，就可以通過燃機負荷、抽汽量兩項變量的控制，即可以通過對機組運行方式的合理安排，實現(xiàn)對發(fā)電氣耗的控制與優(yōu)化。