燃氣-聯合循環機組啟動環保控制及停機噪音控制優化

王雄 李志恒 李奇駿 鄭家鳳

摘要：湖北華電武昌熱電有限公司坐落在城區正中心，緊鄰長江。在當今長江大保護，“生態優先、綠色發展”的背景下，探索機組運行如何對環境影響最小是公司需直面的現狀。本文根據武昌電廠機組運行過程中氮氧化物值及噪聲值超標的問題，研究減少相關排放的可能。

關鍵詞：燃機電廠;機組啟停;氮氧化物;噪聲

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0057-03

0? 引言

湖北華電武昌熱電有限公司（以下簡稱“武昌公司”）現有兩臺套機組，分別由#1燃機、#2汽機及#3燃機、#4汽機組成，在機組運行中產生的污染物主要是燃機運行產生的氮氧化物。武昌公司燃機運行有三種燃燒模式——初級燃燒、貧貧燃燒以及預混燃燒，而當燃機處于低負荷下的貧貧燃燒模式時產生的氮氧化物含量最高，處于高負荷下的預混燃燒時氮氧化物含量最少。因此在機組運行中我們通常將燃機的負荷控制在高負荷，以保證氮氧化物排放達標。但在機組進行啟機操作時，燃機不可避免的會有一段時間處于低負荷來對鍋爐汽機進行暖機，而這段時間燃機的氮氧化物排放將處于超標狀態。同時武昌公司停機過程中，燃機停機熄火后會將天然氣管道殘余的高壓力天然氣放散，會產生噪音擾民，武昌公司運行部（以下簡稱“運行部”）在對機組完成多次啟機，停機操作的背景后決定，整理出機組啟動中燃機負荷控制的方案及機組停機時燃機噪音控制方案，以達到啟動過程中環保不超標，停機過程中噪音不擾民的目的。

1? 實施背景

黨的19大以來，在以習近平同志為核心的黨中央堅強領導下，全面推動長江經濟帶發展，并始終強調“生態優先、綠色發展”。坐落在長江之濱的武昌公司深入響應習總書記號召，將生態環境保護作為公司重中之重，為母親河永葆生機活力提供武電力量。為落實公司的生態環境保護目標，武昌公司運行部著力探索機組啟動氮氧化物排放不超標的優化方案，在2021年在機組啟動過程中進行首次試驗后，又利用啟機機會進行了3次試驗，每次試驗氮氧化物排放均達到環保要求。同時武昌公司地處武漢市內環核心的濱江商務區，在綠地、萬達等大型商圈附近，是華電集團在武漢市的形象工程，對噪音要求極為嚴格。而停機時燃機易產生噪音，武昌公司機組大部分停機時間在晚高峰后，燃機停機過程中，產生的噪音較大，超出武漢市規定的噪音標準，造成擾民，有被附近居民及商家投訴舉報的風險，將對武昌公司的社會形象造成較大的負面影響。面對這一棘手問題，運行部特根據武昌公司的生產實際情況，對燃機停機操作進行調整優化，有效將機組停機時的噪音控制在正常范圍。

2? 改造過程

2.1 工作原理、確立思路

2.1.1 武昌公司燃機負荷與氮氧化物排放量關系

①#1燃機在點火到25MW這段區間屬于初級燃燒模式，其中15MW到25MW負荷時，氮氧化物排放超標（53-65mg/m3）;在25MW到85MW這段區間屬于貧貧燃燒模式，氮氧化物排放超標且達到峰值（71-181mg/m3）;在85MW以上區間屬于預混燃燒模式，氮氧化物排放均處于達標狀態（12mg/m3左右）。

②#3燃機經過燃燒改造，在點火到25MW這段區間屬于初級燃燒模式，其中15MW到25MW負荷時，氮氧化物排放超標（53-65mg/m3）;在25MW到40MW這段區間屬于貧貧燃燒模式，氮氧化物排放超標且達到峰值（71-90mg/m3）;在40MW以上區間屬于預混燃燒模式，氮氧化物排放均處于達標狀態（10-12mg/m3左右）。

2.1.2 控制武昌公司氮氧化物排放不超標思路

①武昌公司#1燃機、#2汽機在進行啟機操作時，在燃機點火后，鍋爐開始進行升溫升壓，并隨之進行汽機暖機。在以往的汽機冷態啟機過程中，依據聯合循環運行規程，汽機沖轉壓力應維持在2.0-2.5MPa，因此值班員通常將燃機負荷維持在10-20MW范圍;當汽機沖轉后開始進行暖缸，這時需要控制汽機進氣量避免脹差過大，因此燃機通常需要將負荷由20MW逐漸升至60MW;在汽機缸脹達到6mm后，燃機將負荷升至滿負荷。在研究運行人員#1燃機、#2汽機啟動的常規操作中，減少燃機低負荷運行時間，快速避開氮氧化物排放超標負荷區域有利于降低氮氧化物排放。

②武昌公司#3燃機由于經過燃燒改造，氮氧化物排放超標區間小，易于控制。

③集團公司環保和武漢市環保局判定我公司環保超標的依據是每小時氮氧化物排放平均值超過50mg/m3，因此需要控制燃機每小時排放氮氧化物總量即可。在燃機進行啟機時，我們可以將燃機并網時間控制在X點35分左右，這樣能夠滿足這一小時內氮氧化物總量不超標。

2.1.3 武昌公司燃機停機時產生噪音的原因

為保證機組的安全，9E燃機停機熄火后，會排放燃氣管道中的殘余天然氣，。而按照正常停機操作燃機熄火放散時，天然氣管道殘余天然氣壓力為23bar以上，壓力較高，放散噪音大持續時間長，易使噪音超出武漢市規定的噪音標準，被附近居民及商家投訴。

2.1.4 控制武昌公司燃機停機噪音不超標思路

武昌公司所用天然氣來源于武漢市民用天然氣管網，管網壓力較低，入口壓力為0.8MPa左右，需要增壓機對天然氣增壓至2.52MPa，然后提供給燃機燃燒做工。因此，我們可以通過提前停止增壓機，降低燃機熄火放散時天然氣管道的壓力，從而減小噪音。

2.2 操作過程

針對武昌公司較為常見的兩種啟機狀態，運行部分別進行了多次優化試驗，現對最近兩次啟機過程來進行詳細說明。

2.2.1 2021年4月13日，#1燃機啟動及#1爐、#2汽機全冷態啟動操作過程

①#1燃機并網時間控制在半點以后，#1燃機并網后負荷控制在15MW左右運行。4月13日#1燃機在07點10分發啟動令，在07點36分并網。

②#2汽機在燃機發啟動令時開始抽真空，盡量在燃機點火前確保凝汽器真空高于-60kPa。

③燃機點火成功后，將鍋爐主汽電動門開啟，暖管至汽機電動主汽門前，開啟新蒸汽調節閥對均壓箱進行暖箱。待鍋爐主汽溫度達100℃時關閉鍋爐相關過熱器疏水門。燃機并網預選負荷15MW。

④待均壓箱溫度達110℃時，汽機送軸封。主蒸汽壓力通過高壓旁路控制。7：40燃機加負荷至40MW，氮氧化物排放達80mg/m3以上。

⑤達到沖轉條件汽機沖轉。#1燃機繼續加負荷至100MW，燃機進入預混燃燒模式，直至汽機轉速達3000rpm，汽機通過高、低壓旁路控制主蒸汽壓力。

⑥其它操作按機組正常啟動執行。

⑦整個啟機過程，汽機先抽真空，保證燃機點火時真空達-60kPa以上，然后控制燃機并網時間在X點35分左右，燃機預選15MW負荷進行暖箱送軸封，然后燃機加負荷，使汽機快速達到沖轉條件，待汽機開始沖轉，燃機繼續加負荷直至達到預混模式，合理減少燃機在環保超標區間的運行時間對汽機進行暖機。

⑧試驗過程負荷與氮氧化物值圖表。

如表1，可以看出，#1燃機在07：52-08：22這一時間段氮氧化物排放超標，其余時間排放合格。

如圖1，可以看出，4月13日7點-8點、8點-9點#1燃機、#2啟機啟機過程中氮氧化物排放平均值分別為33.1mg/m3及49.8mg/m3，排放合格。

2.2.2 2021年5月03日，#1燃機啟動及#1爐為冷態、#2機為熱態啟動操作過程

①#1燃機并網時間控制在半點以后，#1燃機并網后負荷控制在10MW左右運行。5月03日，#1燃機在06點05分發啟動令;于06點33分左右，燃機并網。

②燃機點火成功后，將鍋爐主汽電動門開啟，暖管至汽機電動主汽門前，開啟新蒸汽調節閥對均壓箱進行暖箱。燃機并網后預選負荷18MW運行。

③待均壓箱溫度達110℃時，汽機送軸封，立即啟動2臺真空泵抽真空。待真空達-60kPa時，投入高壓旁路。由于汽機熱態啟動先送軸封再抽真空，為有效控制主蒸汽壓力此時燃機降負荷至10MW。

④待汽機真空達-90kPa，可以有效利用高低旁控制主汽壓力，故燃機逐漸加負荷至100MW，快速通過貧貧燃燒模式，達到預混燃燒模式。由于汽機為熱態，可以直接沖3000轉，在滿足汽機沖轉條件后于07：04分，#2汽機直接沖3000轉。

⑤整個啟機過程，首先控制燃機并網時間在X點35分左右，然后燃機帶10MW低負荷進行暖箱送軸封，抽真空，待凝汽器真空達-90kPa后，由于汽機缸脹較好，燃機可以立即加負荷至100MW，在保證主蒸汽壓力的情況下，汽機快速沖轉并網，迅速避開環保超標的區間，控制氮氧化物排放超標時間每小時不超過25分鐘。

⑥試驗過程負荷與氮氧化物值圖表。

如表2，可以看出，#1燃機在06：39-06點48、07：09-07：15這兩個時間段氮氧化物排放超標，其余時間排放合格。

5月03日6點-7點、7點-08點#1燃機、#2啟機啟機過程中氮氧化物排放平均值分別為24.9mg/m3及40.2mg/m3，排放合格。

根據武昌公司的實際情況，武昌公司運行部對燃機多次停機操作進行調整優化，保證機組停機時將噪音控制在正常范圍，現通過三次停機詳細說明。

2.2.3 2021年5月18日#1燃機，#2汽機停機過程

在燃機降負荷過程中，當準備預選15MW時，值長安排燃機值班員去增壓機控制室待命，當燃機負荷降至15MW時，停增壓機，燃機同時發停機令。此時燃機P1壓力緩慢下降，至燃機解列時，P1壓力為13.61Bar，當燃機放散時P1壓力為6.5Bar（如表3），此時壓力較低，放散時廠界內噪音為60db。

2.2.4 2020年9月2日，#1燃機，#2汽機停機過程

此次停機，是按照正常停機流程停機，當燃機停機解列后，待燃機轉速達到883轉熄火時，再停增壓機。燃機熄火放散時，P1壓力為23.76Bar（如表4），壓力較高，此時廠界內放散噪音為80db。

2.2.5 2021年3月31日，#3燃機，#4汽機停機過程

此次#3燃機停機和第一個#1燃機停機過程方案相同，在燃機降負荷至15MW時，停增壓機，燃機同時發停機令。此時燃機P1壓力緩慢下降，至燃機解列時，P1壓力為17.15Bar，當燃機熄火放散時P1壓力為5.69Bar（如表5），此時壓力較低，放散時廠界內噪音為60db。

3? 注意事項

啟機過程氮氧化物排放優化方案要求汽機在沖轉過程時燃機即開始帶高負荷，造成主蒸汽壓力較高，需要開啟高壓旁路控制壓力，或會造成一些資源浪費。

停機噪音控制優化方案對值班員的協同操作要求較高，在燃機負荷達到15MW時，需及時通知值班員在調壓站控制室停增壓機，同時集控室燃機發停機令。若增壓機停止時間過早，會導致燃機因為天然氣壓力過低，提前熄火。

4? 創新點

氮氧化物排放優化方案繞過傳統燃機低負荷暖汽機方式，采用燃機高負荷與汽機拉高旁控制壓力的方式進行機組啟動，快速避開燃機低負荷氮氧化物高排放區域，有效降低全過程氮氧化物排放量，為生態環境保護做出貢獻。

停機噪音控制優化方案通過提前停增壓機，充分利用管道余氣，既保證燃機惰走時不會提前熄火，還降低燃機進氣壓力，增壓機天然氣壓力，既減少天然氣放散的浪費，還降低燃機放散時廠界內的噪音，避免噪音擾民。

5? 使用效果

在使用本啟機過程氮氧化物排放優化方案方案前，#1燃機、#2汽機啟動氮氧化物排放量平均值均超標。在執行啟機過程氮氧化物排放優化方案方案后，4月13日7點-8點，8點-9點#1燃機、#2啟機啟機過程中氮氧化物排放平均值分別為33.1mg/m3及49.8mg/m3，排放合格;5月03日6點-7點，7點-08點#1燃機、#2啟機啟機過程中氮氧化物排放平均值分別為24.9mg/m3及40.2mg/m3，排放合格。

通過舉例的三次停機過程可以看出，在燃機負荷降至15MW時，停增壓機，同時發停機令，可以讓在燃機熄火放散時，將燃機管道的天然氣壓力降至一個較低的范圍，使得燃機放散時廠界內的噪音控制在正常范圍內，保證了周圍的居民生活質量。武昌公司自從今年按照此方案進行停機后，有效的降低了停機過程中產生的噪音，未再接到過附近居民及商家的投訴，使武昌公司的社會形象有了顯著的提升。

參考文獻：

[1]王朝東，楊海鋒，王小麗.MW級風電機組偏航振動噪音問題分析及改進[J].機械與電子，2020，38（5）：43-46，50.

[2]何今盛.一種引起機組振動與噪音的原因及其影響[J].中南水力發電，2005（1）：57-58.

[3]吳建亮.靜音汽油機發電機組通風散熱以及噪聲研究[J].內燃機與配件，2019（24）：67-68.