M701DA 燃气联合循环机组闭式水系统的改造

王才文

（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州213011）

0 引言

某公司在2011年利用“川气东输”工程扩建了两套E 级三菱M701DA 燃气联合循环双轴抽汽供热机组，抽汽额定流量是80t/h，每套机组配置2×100%容量的闭式循环冷却水泵，一运一备，确保机组冷却水系统的安全运行。闭式循环冷却水泵主要向燃气轮机发电机冷却器、燃气轮机润滑油冷油器、燃气轮机控制油换热器、余热锅炉岛冷却器、凝结水泵轴承、化学取样冷却器提供足够的冷却水量，确保冷却系统正常运行。系统简图如图1所示。

图1 闭式水系统简图

1 闭式水系统存在浪费能耗的问题

两套E级燃气联合循环热电机组承担着公司周边主要企业及本厂邻机的启动供热，每天供热量在500～1 000t之间，每天至少需保持一套机组连续运行来确保供热不中断。但受制于全年计划燃气量及上网电量等因素，两套热电机组一般只有在迎峰度夏期间遇电网缺电且燃气供应富裕时才能保持同时连续运行；进入冬季后，为确保北方地区的生活供热，燃气供应紧张时只能勉强维持一套机组运行。因此每套机组全年处于备用的时间都较长，表1 为两套机组近几年实际运行时间。

表1 两套机组近几年实际运行时间统计

当两套机组处于一运一备的运行方式时，由于对外供热不能中断及省电网调度等原因，要求备用机组随时都应处于满足启动条件状态，而三菱M701DA燃气轮机需连续盘车12h才能满足启动条件。因此，当机组处于备用时，发电机冷却器、各泵的冷却水都可停用，而燃气轮机的润滑油仍需保持连续运行，此时的闭式水系统只需冷却燃机润滑油的热量。而闭式冷却水泵是按夏季运行时开式水温为33℃、闭式水冷却器端差为5℃时的工况点来进行设计的，闭式水泵容量较大，另外闭式冷却水量未设计调节功能，所以在机组备用阶段冷却水裕量很大，经济性差。即使关闭A、B闭式水换热器的进口电动门，开启闭式水换热器的旁路调节门（平时用来调节闭式水温）降低泵的出口流量，闭式冷却水泵电流也只能降低30A，节能效果不明显。

2 闭式水系统改造方案的选择分析

闭式冷却水泵的额定功率为160kW，额定电流288A，流量1 000t/h，按照初步设计，闭式水系统各用户的耗水量如表2所示。从表中反映出机组备用时实际的耗水量与正常运行时冷却水量偏差很大，若将闭式冷却水泵改造成变频泵，可能达不到最大的节能效果，且改造成本高、控制系统复杂。

表2 闭式水系统各冷却水用户耗水量

因此，主要设想以下两种改造方案：

方案1：新增一台燃气轮机润滑油冷却水泵。在燃气轮机润滑油冷却器进口调门旁路门处新安装一台30t/h左右的冷却水泵，机组停机2h后停闭式冷却水泵，启动燃气轮机润滑油冷却器专用冷却水泵，保持燃机润滑油温正常。考虑相关管道、法兰、泵和电机，预计总费用在1.5万元左右。

方案2：新增一台系统小流量闭式冷却水泵。咨询设计院后，通过计算燃气轮机润滑油冷却器换热量及管道沿程阻力，该泵流量选择在300t/h左右较适宜。机组停机后即将闭式冷却水泵切换至小流量闭式冷却水泵运行，维持整个系统的冷却。机组备用阶段闭式水系统预计可降低60%电耗，考虑相关管道、法兰、泵和电机，预计总费用为3.5万元。

方案1 虽然比方案2 改造简单、节能，但只能满足燃气轮机润滑油系统的冷却需求，且存在两方面的不足，一是进入冬季后，燃气轮机润滑油专用冷却水泵因流量太小无法满足整个闭式水系统防冻要求，环境温度过低时仍需启动闭式冷却水泵运行；二是在夏季，燃气轮机控制油温度会因环境温度过高又无冷却水冷却，必须停用燃气轮机控制油泵，若控制油系统频繁停用，会对系统安全运行造成一定的隐患，因为控制油系统在启动时可能会引起油箱底部的杂质或油管道中未排尽的空气随着高压油进入油动机中，使油动机调节发生故障。因此，从安全性、经济性综合分析来评估，选择改造方案2较合适。

3 改造方案的实施和运行操作

由于闭式冷却水再循环旁路调节门在运行中无实际作用，此处的进口管直径为DN150，在额定压力下该管径的最大流量可达到250t/h，与设计的停机所需流量300t/h相差不多。将闭式冷却水再循环旁路调节门拆除，在此位置安装小流量闭式冷却水泵，再将泵的出口接至闭式水换热器进口，可充分利用现有的管道降低改造成本及节约场地。因此，选择小流量闭式冷却水泵的设计规范如表3所示。

表3 小流量闭式冷却水泵的设计规范

小流量闭式冷却水泵进、出口门采用手动操作，进口管道处预留滤水器的位置，视运行情况再安装；启、停操作及电流信号接入DCS控制系统，方便运行人员操作。改造后的闭式水系统简图如图2所示。为确保两套机组的安全、经济运行，要求机组解列后先将公用设备的空压机冷却水切至运行机组，再将闭式冷却水泵切换至小流量闭式冷却水泵运行，在机组启动前切回至闭式冷却水泵运行，从而充分发挥小流量闭式水泵的节能功效。

图2 改造后的闭式水系统简图

4 闭式水系统改造后经济分析

根据近一年来对小流量闭式冷却水泵运行参数的分析，小流量闭式冷却水泵完全能满足机组备用阶段的冷却耗水量。小流量闭式冷却水泵实际运行电流为70A，原闭式冷却水泵实际运行电流为280 A，相差210 A 电流，故每小时节约电量为123kW·h。若两套机组按前几年运行方式每年总运行9 000h，检修720h，则两套机组每年总备用时间为7 800h，全年总节电量959 400kW·h，每年可节约电费（燃机上网电价按0.68元/kW·h计算）65.2万元，节能效果明显。

5 结语

鉴于燃气联合循环机组清洁、高效、启动快的特点，全国各地新建燃气联合循环机组项目较多，一般燃气联合循环机组都为电网承担调峰任务，运行方式以日、夜启停为主，因此建议电力设计院在设计闭式水系统时考虑增加小流量闭式冷却水泵。某公司今年新扩建两台F 级燃气联合循环机组时就参照此节能应用实例，在闭式水系统设计中增加了一台小流量闭式冷却水泵，为企业挖潜增效工作做出了一定成绩。