降低燃氣-蒸汽聯合循環機組廠用電率的方法探索

馮亮亮

江蘇華電揚州發電有限公司

0 引言

揚電公司#1、2 機組是由東電公司與三菱重工合作生產的M701F4型燃氣—蒸汽單軸聯合循環發電機組，聯合循環額定功率475 MW。余熱鍋爐為無錫華光鍋爐有限公司生產的三壓、再熱、臥式、無補燃、自身除氧、自然循環余熱鍋爐。機組投產以來，以調峰運行為主，年利用小時數達2 500 h，年發電量20 億kWh 左右。機組運行水平日漸成熟，揚電公司便開始探索節能降耗的可行方案，以減少與同類型機組的能耗差距。本文針對揚電公司目前兩臺F級燃氣輪機的實際運行狀況以及發生的問題，提出了優化機組廠用電的方案，進一步提高了經濟性。

1 影響廠用電率因素分析

1.1 輔機運行方式

在廠用電量中，最主要的耗電量來源于各類輔機的耗電量。在發電過程中消耗的廠用電主要消耗在正常連續運行的6 kV和380 V輔機上，其中6 kV輔機的耗電量約占全部廠用電量的75%～80%。因此，主要輔機的運行方式將直接影響廠用電率的高低。

1.2 廠用電源方式

揚電公司兩臺燃機出線采用了220 kV 雙母線運行方式，在正常運行時，發電機發出的電量通過主變升壓送入220 kV母線再送入電網。在停機時，機組所有廠用電全部來自電網通過主變降壓送入。經長期對比數據發現，兩臺主變的空載損耗很大，增大了下網電量，因此降低主變的空載損耗是降低停機時廠用電率的主要方向。

1.3 機組運行方式

燃機作為調峰機組，啟停頻繁并且啟停無規律，因此每次機組的啟動狀態也不盡一樣，溫態和冷態啟動都會延長機組并網前及暖機的時間，就會消耗更多的下網電量。同時，機組停運期間部分輔機仍需運行，因此如何盡早停運輔機設備至關重要。機組調度方式對廠用電率影響較大[1]。

1.4 其他因素

季節變化引起的環境溫度變化、運行人員的技能水平、設備自身質量水平等因素也會對廠用電率產生影響。

2 降低廠用電率的措施

2.1 優化輔機運行方式

梳理機組各系統之間的相互依賴關系，提出了“從基礎到核心”的輔機啟動原則，即優先恢復開機所必須的基礎系統，再恢復可以快速投入運行的核心系統，同時在機組各個階段充分利用好停機泵和變頻器的作用，在僅使用停機泵或變頻器即可滿足要求的工況下及時切換使用，以減少廠用電[2]?；谝陨显瓌t，在機組運行的各個階段分別制訂了優化方案。

2.1.1 機組啟動階段

以冷態啟動為例，通常燃氣機組可以在冷態下12 h 內達到點火前條件。因此，本文便以12 h 為限，探討優化運行的方案。

1）機組點火前12 h，依次恢復閉冷水、主機潤滑油、密封油、頂軸油、控制油系統，投入盤車。

2）機組點火前8 h，恢復循環水系統，啟動停機循環水泵。

3）機組點火前6 h，恢復凝結水系統，啟動停機凝泵，同時利用停機凝泵對低壓汽包和高壓汽包進行上水。上水至點火水位，啟動中壓給水泵將中壓汽包上水至點火水位，及時停運中壓給水泵。

4）機組點火前4 h，恢復輔助蒸汽系統，及時投用爐底蒸汽加熱，直至鍋爐起壓后停用，以減少熱耗、減少機組啟動時間。

5）機組點火前2 h，投入機組軸封，啟動真空泵，凝汽器抽真空，低壓缸冷卻蒸汽暖管。

6）機組啟動前，將停機閉冷泵切至6 kV 閉冷泵，停機循泵切換至6 kV 循環水泵，停機凝泵切至6 kV凝結水泵。

2.1.2 機組停運階段

1）機組解列后，停運一臺循泵。

2）機組停運后，閉冷水泵切換為停機閉冷水泵，循泵切至停機循泵。高、中、低壓汽包水位上至高二值后停運高中壓給水泵，凝結水泵及時切換為停機凝結水泵。

3）機組次日無啟動計劃時，停運控制油泵。

4）機組停運后，高壓缸第一級金屬溫度降至350 ℃時，停真空泵破壞真空到零停軸封，真空破壞后停止停機循泵運行，注意排汽溫度應不大于60 ℃。

5）當高壓缸第一級金屬溫度降至300 ℃時，停運停機凝泵。

6）滿足盤車停止條件時，停運盤車、頂軸油泵，待發電機氣體置換完畢停運密封油泵、潤滑油泵。

7）機組長期停運后，前置模塊天然氣置換結束，停運燃機罩殼風機及FG風機。

8）公用系統及時切換至運行機組供電，減少下網電量。

2.1.3 機組正常運行階段

1）根據氣溫及機組負荷率，合理調整循泵運行方式(循泵運行臺數及高低速)，以保證凝汽器在最佳真空下運行。

當循環水溫度降低至18 ℃，真空在95 Kpa以上時，將一臺循泵改為低速泵運行（一高一低運行）。

當循環水溫度降低至14 ℃，真空在95 Kpa 以上時，停用低速循泵（一高運行）。

當循環水溫度降低至10 ℃時，將循泵調為低速循泵運行（一低運行）。

當循環水溫度上升至12 ℃，真空在95 Kpa 以下時，將循泵調為高速循泵運行（一高運行）。

當循環水溫度上升至16 ℃，真空在95 Kpa 以下時，增開低速循泵（一高一低運行）。

當循環水溫度上升至20 ℃，真空在95 Kpa 以下時，將低速循泵改為高速循泵運行(兩高運行)。

2）精心監盤，認真調整，力求各參數壓紅線運行。精細調節，在保證安全運行的前提下適當提高各系統冷卻水溫度，降低冷卻水泵的能耗。

3）加強真空系統的運行監視，利用機組大小修或節日調停時，在條件許可情況下，對真空泵冷卻器、閉冷水冷卻器、凝汽器水側進行清洗。每月定期進行凝汽器真空嚴密性試驗，保證凝汽器高效率運行。

4）盡量用變頻凝泵和變頻高壓泵運行，工頻泵只作為緊急備用。

2.2 優化電氣設備運行方式

揚電公司兩臺煤機長期單機連續運行，停運期間廠用電由#02 啟備變供電，兩臺燃機作為調峰機組，經常一臺機組連續或調峰運行，而另一臺機組調度備用，甚至于在天然氣緊缺電網負荷低谷時，兩臺機組同時調度備用。在這種實際運行情況下，為保證廠用電安全及隨時啟動的靈活性，一臺（兩臺）燃機高壓廠用電源，長時間通過主變、高廠變從220 kV母線串聯下載，必然造成較多不必要的變壓器損耗，并且停運時間越長，損耗越大。揚電公司在燃機全停期間停用兩臺燃機主變，使用#02 啟備變供燃機廠用電的方式降低廠用電率。經過測算，#02啟備變的冗余容量滿足燃機雙機停運期間的廠用負荷需要。因此，揚電公司進行了燃機廠用電優化改造(改造前全廠一次接線圖如圖1所示)。

2.2.1 改造方案

改造后的廠用一次接線圖如圖2所示。從煤機#02 啟備變低壓側6 kV 廠用0A 段共箱封閉母線，通過“T”接母排引下至燃機6 kV廠用備用總電源間隔（新增間隔），連接1路6 kV電纜對燃機6 kV廠用A 段母線備用負荷電源間隔供電，并聯1 路6 kV 電纜至燃機6 kV廠用B段母線備用負荷電源間隔，分別對A、B段6 kV母線供電，以減少燃機停運時主變及高廠變的空載損耗。

圖1 改造前全廠電氣一次接線圖

圖2 改造后的燃機廠用電一次接線圖

2.2.2 節能措施

1）燃機雙機停運后3 日內均無開機計劃，停用一臺主變。

2）燃機雙機停運后，所有6 KV 輔機全部停運，將燃機廠用電調至#02啟備變供電（燃機6 KV廠用由#02啟備變供電期間,嚴禁6 KV輔機試轉、運行）。

2.3 優化機組運行方式

隨著國內經濟增速放緩，燃機利用小時數逐年下降，結合揚電公司燃機兩班制運行的特點，根據機組啟動經濟性影響因素的分析，從經濟性角度出發，對燃機經濟調度進行了研究分析。在考慮缺陷處理、機組檢修計劃以及運行經濟性，統籌機組啟動方式，實現最優經濟調度。

1）積極與調度溝通減少機組空負荷運轉（3 000 rpm 等待并網）的時間，切實降低機組啟動過程中的廠用電率。

2）緊跟電量、氣量兩個市場的變化，靈活控制燃機的發電量，同時積極協調負荷調度與天然氣調度，盡一切可能保證機組高負荷運行，提高負荷率。

3）加強與天然氣調度的溝通聯系，精準把握燃氣消耗進度，把氣量消耗精確到每小時，降低未消耗氣量偏差，提高每方氣的利用率。

4）根據燃機兩班制運行特點，及早與省調溝通合理調度機組，優化機組啟停方式，切實減少機組啟停次數，盡量避免機組溫態或冷態啟動。

2.4 其他方面

1）堅持“預防為主、安全第一、綜合治理”的安全生產方針，嚴格執行“兩票三制”。缺陷管理實行“小缺陷不過班，大缺陷不過夜”，通過制訂嚴格的設備缺陷管理考核措施，嚴格控制設備缺陷消缺及時率，確保機組設備處在良好的健康狀態。

2）定期開展設備檢查和設備安全性評價活動。從設備及管理兩個方面進行診斷，對查出的問題及隱患，限期進行整改，通過制訂嚴格的考核措施，確保整改工作如期完成。

3）合理安排機組的檢修和消缺計劃，應修必修，修必修好，注重減少故障率，機組減少啟停次數，特別是設法減少機組非計劃降出力和非計劃停運次數。

3 節能效果

兩臺燃機在實施了以上優化方案后，廠用電率下降明顯。經濟性計算過程如下：

廠用電負荷計算采用估算法計算（6kV 主要輔機耗電量如表1所示），公式為

式中：I-電動機運行電流（A）；

η-電動機額定電壓（V）；

表1 6 kV輔機耗電量

1)機組啟動過程

(1）機組點火前8 h，循環水泵使用停機泵至點火前0.5 h,相比使用6 kV循環水泵

比低速循泵節約（667-145）×7.5=3 915 kWh。

(2）使用停機凝泵給高壓汽包上水至點火水位，相比使用6 kV高壓給水泵

(3）機組啟動后，進汽前啟動循泵，相比啟機前啟動循泵

以高速循泵節約1 008.7×1.2=1 210.44 kWh。

(4）按照節能措施執行后，每次啟動前準備工作可以節約2 h，每小時高廠變電量大約為500 kWh，總計500×2=1 000 kWh

啟動過程節約用電 6 477.45+646.4+1 210.44+1 000=9 334.29 kWh。

2)機組停機過程

(1）解列后及時停運循泵

以高速循泵節約1 008.7×0.17=171.479 kWh。

(2）及時將凝泵切換停機凝泵

（274.2-36.8）×2=546.8 kWh。

(3）及時將循泵切換停機循泵

以高速循泵節約（1 008.7-145）× 0.5=431.85 kWh

停機過程節約用電171.479+546.8+431.85=1 150.1 kWh。

3)正常運行階段

(1）使用變頻凝泵

每小時節約電量：440.7-274.2=166.5 kWh。

(2）使用變頻高壓給水泵

每小時節約電量：1 847.3-1 417.4=429.9 kWh。

(3）適時切換循泵高低速

每小時節約電量：1 008.7-667=341.7 kWh

每年機組運行小時數按2 500 h 計算，正常運行中可節約用電（166.5+429.9）×2 500+341.7×1 000+667×500=216.62萬kWh。

4)停機后減少主變空載損耗

燃機主變設計空載損耗為170 kW，正常在低負荷運行時，為防止變壓器局部過熱，開1～2 組冷卻器，加上少量的負載損耗，在停機情況下，單臺主變總的損耗超過200 kW。

燃機高廠變設計空載損耗為15 kW，25%負載時的負載損耗為6.875 kW，50%負載時負載損耗為27.5 kW。在低負荷情況下，單臺高廠變總的損耗超過20 kW。

綜合而言，在燃機機組停運的情況下，單臺機組的變壓器損耗加起來大約220 kW。結合機組實際運行情況，暫按單臺機停運一年（8 760 h）作為估計基礎（實際更高），每年損耗電量192.72萬kWh。

按下網電價0.57 元/kWh 為計算基礎，每年需支付約110 萬元的無效損耗電費，單臺主變空載損耗按220 kW 計算，全年可節約用電220×100×24=52.8萬kWh，共降低廠用電率0.053%。

通過精細化管理、對標管理和節能管理，揚電公司的廠用電率逐年下降（見表2）。目前，機組廠用電率達1.58%，為同類型機組廠用電率的2/3。同時，揚電公司#1 機組還榮獲全國400～480 MW“F”級改進型純凝機組廠用電率最優獎。我們將繼續秉承綠色能源理念，加強節能管理工作，繼續保持行業領先和標桿地位。

表2 經濟性比較

4 結語

廠用電率是衡量發電機組運行經濟性的重要指標，降低廠用電率對電廠節能降耗有著重要意義，通過優化輔機運行方式、改造廠用電源、節能調度等方式可以有效降低廠用電率。評價電廠經濟性的指標并不僅僅是廠用電率，還有氣耗率、熱耗率等指標，因此電廠節能降耗應當統籌管理，尋找最優解決方案。