M701F型燃氣—蒸汽聯合循環機組的能效跟蹤及經濟性分析

李明輝

摘要：介紹了燃氣輪機電廠的燃氣輪機和聯合循環電廠的起停過程，分為兩班制。統計分析各機組在啟停過程中消耗的電力和燃氣量。比較了兩種方法，并指出熱啟動可以提高機組的經濟性。

關鍵詞：燃氣輪機;燃氣一蒸汽聯合循環;兩班制運行;經濟性

引言

激活氣體-蒸汽復合循環具有許多優點，例如效率高，功耗低，利用率高，啟停快，投資少，環境污染小，具有可靠性和安全性等。與國外基本負荷主要的情況不同，目前，中國制造的燃氣-蒸汽合并，主要用于優化雙重剃刮操作[1]。由于雙速高速設備會啟動和停止多次，這大大降低了設備效率。過去，大多數研究都是針對設備的穩定運行條件進行的，但是缺乏對設備啟動和停止的分析。

一、機組概況

M 701 F燃氣輪機（以下稱為燃氣輪機）是日本三菱重工制造的701 F渦輪機。前灣燃氣輪機電廠一期的三個390 MW燃氣-蒸汽燃燒循環是獨立的單元，每個單元都配備有燃氣輪機以及發電機和鍋爐。該單元的每個主軸由串聯的旋轉發電機，蒸汽輪機轉子和燃氣輪機轉子組成。空氣被壓縮到壓縮機中并被送到燃燒室以混合燃料（天然氣）進行燃燒。將產生的高溫氣體插入燃氣輪機，然后將高溫高壓氣體轉換為動能，其余的用于運行發電機。加熱鍋爐吸收從內燃機排放的廢氣的熱量，并產生合適的蒸汽以推動蒸汽輪機工作。每個燃燒單元的有效功率由燃氣輪機和蒸汽輪機的功率組成，比例約為2：1。廢氣最終通過烤箱釋放到大氣中，本文主要分析啟動和停止設備的可行性。燃氣發動機M701F燃氣輪機系統如圖1所示。

二、 M701F機組啟動過程

M701 F是三菱公司制造的F級燃氣輪機，具有出色的性能和先進的結構。發電項目的第一階段是一個3 x 390 MW單機組燃氣-蒸汽聯合循環機組。M701 F燃氣輪機[3]的燃氣輪機入口溫度約為1400℃，排氣溫度約為600℃，燃氣輪機效率約為36%，蒸汽輪機效率約為33%，整個燃燒循環的整體效率約為57%。對單元聯合循環的開始和停止進行經濟分析，可以得出諸如氣體消耗，能源消耗，額外的蒸汽消耗，化學成分量和相應的經濟成本等證據。

（一）M701F機組冷/冷溫/熱溫/熱態啟動

當設備啟動時，除了消耗氣體外，還消耗電力，輔助蒸氣，化學廢水等。啟動單元的耗電裝置包括障礙電機，SFC啟動器[4]，渦輪冷卻風扇，排氣泵，渦輪，水泵冷凝器，冷凝器泵，軸泵，機油泵頂泵，機油泵，機油泵 多余的蒸汽主要分為用于冷卻蒸汽輪機和密封蒸汽分區。化學廢水主要用于三個方面：汽包水使用和水位溫度調節，調試和泄漏水更新期間的污水和疏水水使用。

假設在啟動過程中氣體流速隨時間下降為Gi（t）打開氣體的時間為t;則啟動過程中的氣體消耗為：

啟動時使用的氣體成本為：

該過程的總功耗為（當電源設備無法提供輔助電源和電壓輔助電源時，請使用直接工廠電源，如：

（二）機組停運過程

機組的停機分為標準停機和維護停機，前者適用于兩班制，后者用于冷卻燃氣輪機和鍋爐，非常適合于定期檢查[5]和維護工作。正常的機組停機是指機組在負荷運行條件下的過程，從降低負荷，斷開發電機的連接，燃氣輪機的火焰激活到減速成穩定的機組。有兩種方法可以正常關閉：

（1）在關閉裝置后，即斷開發電機并持續轉動裝置后，保持真空，將蒸汽輪機供應軸封蒸汽，并在冷凝器中保持真空，此操作適用于每天兩次啟動和停止。

（2）關閉裝置后，它將破壞冷凝器[6]中的真空（破壞真空），并停止提供蒸汽以密封蒸汽輪機，此功能適用該設備沒有短期重啟計劃。

（三）機組啟、停過程中的消耗

燃氣蒸汽組合機組是高壓機組，主要運行兩班，即“早開，晚停”。在大多數情況下，由于在重新啟動和下一次重新啟動之間存在短按，設備會在熱狀態下啟動，然后是熱狀態，并且冷啟動次數最少。因此，僅在熱的開始和結束時間計算能量消耗和氣體消耗。

無論是熱啟動還是冷啟動，如果單元1在一天之內啟動（SFC編號C1），則從啟動順序到標稱速度的系統最小功耗為3.2 MWh，最大值為3.6 MWh，平均值為3.4 MWh; 如果為期兩天的啟動（（2號SFC），則從啟動命令到額定速度消耗的最小功耗為2.1 MW h，最大值為2.6 MW0h，平均值為2.4 MWh。因為工作條件不同 公共系統在設備啟動過程中沒有發生變化，可以計算出SFC在啟動過程中消耗約3.4-2.4-1.OMWh。

從啟動令發出至額定轉速消耗的燃氣量大致為2.8k。從初始訂單到測量速度的耗氣量約為2.8 k。將發電機連接到電網后，機組的初始循環完成（負載> 200 MW，熱啟動中的能耗約為3.3 MW0小時，燃氣消耗約為22 km;7. 0MWh，燃氣消耗約為40 km。

（四）機組運行方式優化的可行性

根據燃氣輪機維修手冊M701F，燃氣輪機的啟停次數達到300次或r（EOH，等效工作時間）達到8，000小時，即使尚未達到啟停的時間，也需要計劃維護300r，涉及一個大修周期，三個小修，兩次交互和一個大修。根據三菱提供的熱燃氣輪機通道組件的更換和維護過程。

假定發電機沒有斷開連接，即使它不能保持全速運行，在關閉和減速，起動并重新啟動到額定轉速時，發電機仍會消耗一部分工廠的電力和天然氣。以下公式可用：

在公式中：C1是保持全速運行而無需付費的單元的成本; C2是工廠關閉和減速的電力成本;C3是啟動時的工廠用電成本; C4是相對速度下的啟動訂單消耗增加電力和燃氣成本; C0通過擴展燃氣輪機檢查過程，并降低了維護成本。

（五）改變機組啟動方式，延長檢修周期的可行性

根據統計分析，當單元斷開連接時，高壓盒入口的溫度約為465攝氏度，必須在大約27小時后立即將其降低至400攝氏度（此時間不一定與空隙空間有關）。加熱的初始過程約為110分鐘。啟動后將AGC投入運行時，負載基本上為240 MW。在相同條件下，每次加熱可以產生比熱啟動更多的功率。（不基于熱狀態和熱啟動時產生的電量差異），啟動開始后的負載越高，差異越大。

結語

從以上分析我們可以看到：

（1）保持最大動作速度而不超過20小時。設備關閉后，這比開始和停止劃分的維護成本要少，T值越小，經濟性越好。但是根據設備的當前運行狀態，這實際上是不可行的。

（2）在相同條件下，增加熱態的熱量并減少加熱系統的熱量，不僅可以提高經濟性，而且有助于延長設備的維護過程。

參考文獻：

[1]王靜平， 卞益平. M701F4 燃氣—蒸汽聯合循環機組油質異常分析及處理[J]. 今古傳奇：文化評論， 2019， 000（003）：1-3.

[2]宋小帆， 趙光鋒. M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組汽輪機旁路系統控制分析[J]. 名城繪， 2019（2）：0151-0151.