安薩爾多9F級燃氣機組節能降耗策略研究

畢靜偉

（珠海市鈺海電力有限公司）

0 引言

隨著“30·60”碳達峰、碳中和目標的提出，國內電力行業在電源選型上有了明顯轉變。相比于燃煤發電，天然氣發電（簡稱“氣電”）具有效率高、污染小、靈活性強的特點，正因為如此，近年來燃氣電廠在國內遍地開花，重型燃機行業迎來了發展的重要窗口期。與此同時，如何降低燃氣機組的廠用電率、提高機組運行的經濟性，也不再是一個小眾話題。本文主要從三個方面展開討論。

1 優化機組運行方式

燃氣-蒸汽聯合循環機組啟停迅速，具有優越的調峰性能。因此，目前國內燃氣電廠中，非供熱、供暖機組多數用來調峰，年利用小時少、日運行時間短、運行負荷率低是燃氣電廠面臨的普遍問題，這種運行方式就注定了廠用電率會居高不下。因此，燃氣電廠爭取機組的最優運行方式，是降低廠用電率的最主要途徑。

機組運行方式的優化，可以從以下幾方面入手：

（1）與電網公司保持良好溝通，爭取較為優良的運行方式

在部分中西部省份，燃氣電廠分布較少，電網調度人員對燃氣-蒸汽聯合循環機組理解較為片面，將燃機電廠早起晚停作為一種常態來調度；在沿海發達地區，很多燃氣電廠也承擔了過多的調峰任務。這種方式對燃氣電廠極不友好，若該地區沒有配套完善的氣電政策，電廠各項經濟指標將異常難看，幾乎無盈利空間。因此，加強與電網公司相關運行策劃部門、運行方式管理部門保持良好溝通，在現貨市場尚不完善的中西部地區有較大操作空間。

（2）與天然氣供應方保持良好溝通

目前國內大部分燃氣電廠只有一路氣源，燃料來源單一，加之天然氣不易大量儲存，造成電廠在發電環境較好、盈利空間較大時，經常面臨天然氣量供應不足的局面。另外，每年冬天供暖季，為保障北方居民供暖，南方電廠天然氣供應始終處于比較緊張的狀態。從燃氣電廠角度出發，可采取的措施不多，天然氣賣方市場大環境未改變的情況下，一方面是與天然氣供應方保持良好的溝通，做好必要的解釋工作，維護好雙方的合作關系，最大程度規避“照付不議”等合同規則方面帶來的經濟損失；同時利用天然氣“長協”及月度計劃，結合電網公司各類考核標準，合理制定每日機組運行方案，優化運行方式。另一方面是開拓新氣源，變賣方市場為買方市場，增加自身話語權。

（3）根據當地氣電政策，尋找最優運行方式

部分地區存在以氣定電的情況，即日前將批復天然氣量報送給電網公司，以此決定次日機組運行方式。對于9F級燃機電廠，一般配備2臺（或更多）機組，對于一定量的天然氣，可以啟動一臺機組，高負荷運行，在網時間拉長一些；也可以啟動兩臺機組頂峰運行。在電網對調峰需求不高時，便存在溝通的空間，電廠方面可結合實時氣電價格和電網獎懲政策，及時與電網方面溝通，爭取更為有利的啟停機方式。

（4）合理利用機組供熱（供暖）特性，優化機組運行方式

大部分熱電聯產電廠，其供熱量一般會低于全廠額定供熱量的50%，若兩臺機組中的一臺連續運行并對外供熱，另一臺機組調峰運行，在調峰機組停運超過三天，機組進入冷態前，可通過調整供熱汽源的方式，將供熱機組與調峰機組對調，以此保證兩臺機組均處于熱態，減少全廠冷態啟動的次數。

（5）根基計劃停機時長，決定是否停運主變

大部分燃氣機組可選用GCB和UCB（亦稱HVCB，即主變高壓側開關）并網、解列，在部分調度環境較為寬松的省份或地區，可結合機組停運時長，決定是否停運主變及高廠變，以便節約變壓器空載損耗。

2 機組控制邏輯優化

燃機-蒸汽聯合循環機組，自動化程度較高，啟停機操作中存在不少子組順控，啟停機主順控執行到某一步時，調用對應的子順控，完成該子系統的啟停操作。針對安薩爾多AE94.3A型燃機，結合同類型電廠在邏輯優化方面的探索和實踐經驗，總結出以下幾點節能措施：

（1）優化燃機清吹時長

燃氣輪機在啟動前，需要利用壓氣機出口空氣對熱通道進行一定時間的吹掃，降低通道內可燃氣體濃度，避免發生爆炸。安薩爾多AE94.3A型燃機，啟機順控中需要清吹720s，該清吹時長是根據余熱鍋爐煙氣側容積計算而來。參考同級別其他類型燃機啟動順控，該清吹時長可根據實際情況適當縮短。目前京能鈺海電廠已經對其進行優化，且優化力度很大。硬件方面改造主要是在燃機排氣擴散段加裝天然氣濃度測點，用以檢測該區域天然氣濃度；邏輯控制方面，修改后的順控首先判斷本次機組啟動是否需要進行清吹，判斷條件如下：

1）燃機負荷大于30MW，跳機。

2）排氣擴散段天然氣濃度大于10%。

3）ESV開啟后15s內關閉與上燃機跳閘。

4）停機時間超過8天。

5）火焰失敗跳機。

6）手動吹掃按鈕。（運行人員根據實際情況決定）

以上條件任意一條滿足，即判斷為本次啟動需要進行清吹，機組啟機順控將執行240s清吹操作；若均不滿足，則燃機將直接啟動點火。此舉措大幅度縮短了燃機清吹時間，提高機組啟動速度的同時，減少了鍋爐清吹過程中的熱損失，縮短了機組啟動過程中升溫升壓所需時間。

（2）優化啟停機過程中各輔機啟停時機

對于調峰機組，每日啟停機操作過程中，各輔機設備何時啟動、何時停運，對廠用電率影響較大，因此，啟停機過程中的節能措施，是燃氣電廠節能工作的重要組成部分。近幾年，隨著國內安薩爾多9F級燃機在運機組逐步增多，在各電廠技術人員不懈地研究和探索下，逐步形成一套適合本機型的啟停機邏輯順控，以APS（一鍵啟動）的形式固化下來，規范了操作步序，提高了啟機效率。

機組啟動順控以調度下發的負荷曲線為時間節點，并網時間點往前推25min，執行燃機啟動順控。以下為某9F燃機電廠啟機時間軸：

并網前58min，啟動凝結水泵→并網前55min，投運軸封系統→并網前50min，啟動兩臺真空泵開始抽真空→并網前35min，啟動中壓、高壓給水泵，調整汽包水位至點火值→并網前30min，啟動一臺循環水泵→并網前25min，滿足所有啟機條件，執行燃機啟動主順控→并網前5min，燃機3000rpm空載運行，各系統全面檢查，合GCB上口刀閘，準備按時并網。

啟停機過程中，各輔機設備啟停時機對廠用電率均有一定影響。如循環水泵，機組冷態啟動時，由于沒有大量熱蒸汽進入凝汽器，系統對循環水量需求不大，此時可啟動輔助循環水泵（小循泵）。在燃機點火后、鍋爐側過熱蒸汽電動閥開啟前，再切換至大循泵運行，如此單次機組啟動可縮短循泵運行時長約30min，相應可節約廠用電量約500kWh。而停機過程中，自燃機熄火開始計時，高壓過熱蒸汽壓力降低至7MPa，關閉爐側高壓過熱蒸汽電動閥、中壓過熱蒸汽電動閥，鍋爐保壓；機側待高壓主蒸汽管道泄壓、汽機盤車正常投入后，開始破壞真空，停軸封，而后將大循泵切換至小循泵運行，完成停機操作。

（3）優化冷態（溫態）暖機邏輯

安薩爾多9F級燃氣機組，單軸和多軸機組配備不同型號的蒸汽輪機，但冷態啟動時的沖轉參數及控制邏輯相差不大，整套聯合循環機組從燃機執行啟動順控，至機組投入AGC，大概需要6～8h，部門電廠由于種種原因（如脹差、振動等），冷態啟動時間甚至超過9h。部分西門子和三菱9F級燃機電廠，經過不懈地研究和探索，在機組冷態、溫態啟動暖機控制邏輯方面已經做了很多的優化，如制定汽輪機缸溫與最佳暖機負荷的曲線，不再單純地以冷、溫、熱態來確定暖機時的燃機負荷；又如暖機過程中根據汽輪機缸溫及脹差情況，動態調整暖機參數，將暖機負荷曲線由原來的線性上升改為指數型上升形式，最大程度縮短冷態啟動時長。據了解，國內已投運安薩爾多9F級燃機在暖機控制邏輯方面所做的探索較少，目前均沿用廠家提供的原有的控制邏輯，因此暫無相關資料可供參考。

3 其他節能優化措施

1）機組冷態啟動時，汽機啟動控制邏輯內有暖機時間要求，該時間為計算值，可采取一些非常規手段來縮短這一時長，如降低機組真空等。鈺海電廠一般采用稍開真空破壞閥手動小旁路閥的方式，控制凝汽器真空在-83～-85kPa范圍內，以此增加汽輪機進氣量及蒸汽在氣缸內停留時長。此舉可將冷態啟動暖機時長縮短至規定暖機時長的35%左右，大幅度提高冷態啟動速度。

2）機組啟動過程中，由于每次啟動工況不同，高、中、低壓蒸汽參數很難做到同時達到沖轉要求。這時可手動調節機組高、中、低壓旁路閥開度，調整蒸汽參數，使其盡快滿足沖轉要求（如蒸汽過熱度不足時，可開大旁路，減低蒸汽飽和溫度，同時提高蒸汽流通及循環速度，可快速提高其過熱度）。