燃气轮机发电厂的运行优化思路及具体策略研究

张广亮

摘 要：近几年，随着社会经济的发展，发电厂呈现出不断向前的趋势，然而，燃气轮机是发电厂中的重要组成部分，与发电厂运行效率存在直接联系。文章以燃气轮机发电厂为例，结合电厂机组基本情况，分析电厂气源与输气管道工程，以电厂用气量为依据，对比分析电厂运行优化与技术经济。基于天然气作用下探究燃气轮机发电厂的运行优化，以供相关人士参考。

关键词：燃气轮机；运行思路；策略

中图分类号：TM621.27 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0027-01

1 电厂机组基本情况与性能、耗差分析

1.1 电厂机组基本情况分析

某电厂使用的是2台装机容量为125 MW的机组，重油作为原设计中的燃料。近年来，电厂对2台机组的燃料系统分别进行油气双燃料的技术改造。与此同时，350 MW燃气—蒸汽联合循环机组开始在电厂投入使用，机组使用的天然气以最近油气田为主要渠道。在上游资源限制基础上，管道供气规模呈不断增加的趋势，预计不久后会达到8×108 m3/d的供气规模，但该供气规模与电厂实际用气需求量不相符合。

与此同时，由于天然气管道的限制，导致储气调峰能力受到影响，大大增加电厂运行难度[1]。

1.2 燃气轮机运行优化主要工作内容

首先，基于燃气轮机性能优化试验基础上，掌握机组实际性能的状态数据。其中，机组变负荷效率性能试验、机组调峰与运行适应性试验、机组水洗效果比较试验以及机组不同季节性能比较试验等均属于燃气轮机性能优化试验范畴。其次，完善系统采样程序开发与测点。以容量为125 MW的机组控制系统硬件配置和计算机接口情况为依据，以机组运行安全性为出发点，结合电厂的实际需求，基于MOD-BUS协议作用下，借助于RS232通讯方法的数据采用方式，达到实时参数采样程序的编写目的。再次，机组性能计算与耗差分析模型。燃气轮机运行优化重点在于机组性能计算与耗差分析。针对系统性能计算，以GB标准和ISO标准为依据，结合GE公司的相关公式和修正曲线，提高计算准确性与时效性。针对参数功率、煤耗耗差的标准和公式均以机组设计数据、试验数据、GE公司公式为指导，并融合燃气轮机原理。最后，实施优化运行系统开发。以性能优化试验掌握的机组状态数据为指导，结合燃机性能试验规程，利用GE资料编制性能以及耗差在线计算程序。基于Windows 平台作用下，借助VB软件，实施运行性能在线优化。其中，后台采样程序与前台优化监测指导程序是组成系统的两大要素。

2 电厂气源与输气管道工程

为电厂提供天然气的油气田包括两处，一处位于距电厂约247 km处，4.3×109 m3是该油气田可采储量。另一处位于距电厂约128 km处，1.9×1010 m3是该油气田的可采储量。而1干线、4条支线以及7座站场和6个座阀室是组成天然气管道工程的基本要素，联合支线与干线总共约长13 217 km，输气规模可达1.7×109m3/d。

3 对比分析电厂运行优化与技术经济

以电厂机组运行实际情况为依据，125 MW机组与9F级350 MW机组在运行过程中，可实现2种燃料的互相调配与优化。其中，57%是9F级350 MW机组的发电效率，而125 MW机组发电效率为37.9%，相较而言，9F级350 MW机组发电效率明显高于125 MW机组发电效率。在此基础上，由于燃气轮机发电机组具有启动性能好的优势，致使可将其设置为电网调峰机组。目前，将9F级350 MW燃气轮机联合循环机组的运行时间设置为3 500 h，以整体情况为依据，可见，电厂运行具有较大的优化空间。在具体使用过程中，在短程运行系统基础上，则可适当采用9F级350 MW机组。

与此同时，在实践基础上得知，运行时间是影响9F级350MW机组运行效果的重要因素。若机组处于长时间运行状况下，机组所消耗的燃料将随着时间的增加而增长。此时，则可适当利用125 MW机组，以达到节约燃料的目的。针对125 MW机组与9F级350 MW机组，若运行时间不断延长，全厂的发电量会随之增长。

4 优化运行系统的实施流程

在性能试验、采样方法以及计算模型指导下，进行系统编程，实施于专用计算机。其中，后台数据采集和处理程序、前台优化系统用户应用程序是整个燃气轮机运行优化的两大组成系统。针对后台数据采集与处理程序，在线采集数据、数据识别、管理正常参数数据库以及启停参数和管理数据库等均属于该程序的工作，其基本流程，如下所示：数据采集——实时数据记录——计算、分析功率、热耗性能以及耗差——历史计算数据记录。针对前台优化系统用户应用程序，读实时数据是其主要功能，包括分配负荷和显示主要数据。其中，系统性能、系统耗差、系统曲线、数据查询、异常报警以及输入常数和性能趋势均属于主要数据显示范畴。

5 基于天然气下，分析调峰与气量平衡的关系

在技术改造125 MW机组基础上，迫使油气双燃料运行的在线切换得以实现，达到调峰的目标。本文在研究天然气供应不足过程中，基于重油补峰状态下的天然气流量特性，假定125 MW机组一年持续运行时间为5 000 h，而9F级350 MW机组一年持续运行时间为3 500 h。基于最大负荷月下的最大负荷日，将导致天燃气供气量峰谷差值达到最大。在电厂典型年份、月份负荷特性曲线图基础上，分析出年最大负荷日的用气量峰值。

若天然气用气峰值达到最大值时，电厂可将 125 MW机组切换为重油补充发电，达到减少天然气流量的目的，缓解天然气需求压力，解决供气管道调峰问题。总之，燃气轮机发电厂运行过程中，需密切观察峰值变化状况，以电厂实际运行情况为依据，对电厂运行方式进行适当调整，有效控制运行调峰。

基于燃气轮机电厂运行优化过程中，适当开展电厂负荷分配功能的优化，提升燃气轮机电厂负荷分配能力。以负荷和热耗关系为依据，构建负荷分配计算模型，研发机组负荷优化分配程序，指导燃气轮机电厂经济参与负荷调峰，确保燃气轮机发电厂高效运行。

以动态规划法为依据，开展负荷优化分配工作。在相对应的数学模型基础上，进行计算机程序编写，达到优化求解的目的，将各机组的负荷-热耗特性、负荷上下限视为常数，直接输入数据库中，由电厂直接给出全厂的总负荷和各机组可用状态，以优化求解为基准，得到各机组的最佳负荷值、热耗和全厂的总热耗。与此同时，将优化分配的结果直接存入数据库中，或将其通过报表形式打印出来。

6 系统性能特点分析

第一，基于机组正常运行状态下，以每分钟为间隔时间，进行数据采集，且结合历史数据存储，在10 MW以上负荷基础上，可实现机组性能与耗差的计算。与此同时，燃气轮机机组具有快速启动的特点，在运行系统优化前提下，以每秒为间隔时间，进行数据采样和储存。第二，以机组设计数据为依据，结合优化试验数据，确定系统相关的参数基准值，基于实时计算基础上，展示参数耗差，保证系统的时效性与可靠性、合理性。第三，系统具有提供机组性能趋势分析画面的功能，为机组水洗时间的确定提供依据，提高管理系统向性能诊断效率，促使系统朝着在线运行指导方向发展，提高燃气轮机运行效果。第四，基于系统优化基础上，在线输入和修正参数性能相关基准值与电厂燃油数据，达到完善燃气轮机运行优化系统的目的。第五，以燃气轮机技术特点为参考，以国内外试验规程为依据，通过查询相关资料，构建相对应的燃气轮机性能和耗差计算模型，应用在线监测系统，验证模型的科学性与准确性。第六，利用燃气轮机在线运行优化系统，有助于提高整个电厂运行管理水平，减少机组运行过程中的煤耗，提升电厂核心竞争力，为电厂的长足发展提供保障。

7 结 语

总而言之， 运行优化是提升燃气轮机发电厂运行效率的保障，是推动燃气轮机电厂发展的有效动力。目前，燃气轮机发电厂运行过程中，存在多方面问题，导致电厂运行效果不佳，影响电厂发展。因此，燃气轮机发电厂应以电厂实际情况为依据，优化电厂运行，提高燃气轮机运行效率，促进燃气轮机发电厂发展。

参考文献：

[1] 王家东.燃气轮机发电厂的运行优化及天然气调峰[J].科技与创新，2014，（21）.