提高6FA燃气轮机联合循环机组热态启动经济性的分析

汤明峰，吴敏杰

(杭州华电下沙热电有限公司，杭州　310018)



提高6FA燃气轮机联合循环机组热态启动经济性的分析

汤明峰，吴敏杰

(杭州华电下沙热电有限公司，杭州310018)

摘要:为降低联合循环机组热态启动过程中天然气的用气量，提高机组运行的经济性，通过选取适当的冲转参数与参考基准、降低汽缸温度等措施，实现机组运营成本的降低。优化后，热态启动过程中的用气量大幅下降，具有明显的经济效益。

关键词:6FA燃气轮机;联合循环;热态启动;经济性

0　引言

燃气轮机联合循环机组以其效率高、污染少、启动快、调峰能力强等优点已在世界上被广泛使用，且往往在电网中担任调峰的任务，因此日开夜停成了目前燃气轮机的运行常态［1］。

某2×100 MW级多轴燃气蒸汽联合循环机组，采用“2 + 2 + 1”方式，即由2台燃气轮发电机组、2台余热锅炉、1台抽凝式汽轮发电机组组成。#11，#12燃气轮机发电机组分别由1台燃气轮机与1台发电机单轴串联运行，2台燃气轮机排气经2台余热锅炉后，再带动1台#10汽轮发电机组。燃气轮机出口不设置旁通烟道，余热炉进口烟道膨胀节直接与燃气轮机扩散段法兰相连。燃气轮机是GE公司生产的PG 6111FA型燃气轮机，采用18级轴流式压气机，DLN 2.6燃烧器和3级透平［2］。汽轮机为LCZ 75－7.1/1.27/0.59型蒸汽轮机，为双压、冲动、单排汽、单轴、可调整抽汽凝汽式汽轮机。

通常机组采用“一拖一”形式运行，即由1台燃气轮机带动1台汽轮机运行，一般在01: 00: 00左右停机，在06: 00: 00左右启动。通过一段时间的观察与总结，发现机组在热态启动过程中，排除设备故障原因，燃气轮机与汽轮机并网时用气量偏差较大。由于在日开夜停期间，每日的用气量有明显限制，如果通过调整运行方式达到降低“一拖一”机组热态并网间隔用气量，也就意味着用同样的天然气可以多发电，降低运营成本，可获得较好的经济效益。

到目前为止，国内尚未对6FA联合循环机组热态启动进行过专业化、系统化的研究，为了降低热态启动过程中的用气量，本文经过一系列的热态启动试验和数据采集，分析、总结出一些热态启动节能措施。

1　现状调查与数据分析

1.1燃气轮机负荷与排气温度及天然气用量

燃气轮机负荷对应的排气温度及天然气用量关系如图1所示。

图1　燃气轮机负荷对应的排气温度及天然气用量

由图1可知，负荷越高，每立方米天然气产生的电量越大，即气电比越小［3］，经济性越好。因此，为节约并网时间段内的天然气消耗量，在天然气总量一定的前提下，启动时所带的负荷越低，基本负荷时所能用的天然气量就越多，能发的电量就越多，经济性也就越好。

1.2热态冲转前汽轮机内上缸温度及保温措施

汽轮机内上缸温度及是否采取保温措施调查见表1。

由表1可知，开启本体疏水后，缸温可降到420～430℃，而采取保温措施后，缸温达到445～455℃。主蒸汽温度必须高于缸温50℃以上方可冲转［1］，且燃气轮机烟气与主蒸汽存在60℃左右的温差。从图1可以看出，燃气轮机15 MW负荷下的排烟温度在540℃左右，如汽轮机不采取保温措施，则满足汽轮机冲转参数要求;反之，则可能需要更高的燃气轮机负荷，相对的能量损失也会增加，经济性降低。

表1　汽轮机内上缸温度及保温措施

1.3热态启动参数统计情况

该机组热态启动参数见表2，从表2可知。

(1)并网时间间隔段用气量存在较大差异。热态启动最大用气量为13070 m3，最小用气量为6610 m3，计算得出平均值为9124 m3。

(2)汽轮机全速至并网时间段长短有差异。最长用时为22.00 min，最短用时为4.00 min，计算得出平均值为7.56 min。

(3)主蒸汽阀前温度与旁路温度存在差异。由于蒸汽流通状况的不同，主蒸汽阀前温度与旁路温度差异较大。热态冲转要求主蒸汽温度高于内上缸温度50℃以上，阀前温度与旁路温度测点空间距离相差不足8 m，但由于主蒸汽阀前疏水量较小，旁路的蒸汽流通量明显更大，因此，旁路温度更能反映实际的主蒸汽参数状态。

2　对策与措施

从现场调查情况看，引起热态并网间隔耗气量较大差异主要包括2方面原因:主蒸汽温度及汽轮机内上缸温度，分别对其采取相应的对策与措施。

2.1主蒸汽温度参数的选择

旁路温度受热条件优于主蒸汽阀前温度，更能反映热态冲转时主蒸汽温度的真实情况，有利于缩短并网间隔时间。因此，工作人员应根据现场情况及时了解真实参数，以旁路温度作为冲转依据，加快冲转时间。具体工作包括由专工负责对热态开机票进行修改，确立以旁路温度作为是否冲转的依据;主值负责在热态启动中保持旁路开度在30％以上，确保温度真实;对比采用不同主蒸汽温度参考点进行冲转时的低压缸差胀，了解取点不同对整个热态冲转的影响。

表2　热态启动参数统计

图2为以主蒸汽阀前参数作为基准的热态冲转曲线，图3为以旁路参数作为基准的热态冲转曲线，由图2和图3比较可知，不论是以主蒸汽阀前参数为基准，还是以旁路参数为基准，即不论是当主蒸汽阀前温度高于上缸温度50℃以上开始冲转，还是当旁路温度高于上缸温度50℃以上开始冲转，汽轮机冲转时，由于调门开度不大(5％～10％)，均会出现降低上缸温度，导致差胀减小的现象，但均在允许范围内。由于调门开度不大，导致进入主蒸汽管路蒸汽的流通量不足，进而影响换热效果，而旁路的设计容量为100％，流通量足够，因此，主蒸汽阀前温度测点不能准确反映主汽参数，而旁路上的温度测点因为流通量足够而能够准确反映主汽参数，且在对汽轮机的冲转基本无影响的前提下，以旁路温度作为基准可以大大缩短热态启动时间，继而减少热态启动中的耗气量，提高机组经济性，所以应以旁路参数作为基准进行冲转。

图2　以主蒸汽阀前参数为基准的热态冲转曲线

图3　以旁路参数为基准的热态冲转曲线

2.2汽轮机内上缸温度的状况

在不影响转子状况的前提下，适当使内上缸温度保持一个较低的状态，有利于选择较低燃气轮机负荷，避免损耗过多能量。因此，在确保动、静部件不受影响的前提下，降低汽缸温度，确保热态开机时汽轮机内上缸温度在较低水平。具体包括停机后开启本体相关疏水阀，及时抄录内缸上、下温差变化，注意差胀变化等。在机组停运后及时开启汽轮机本体疏水，整个停运期间，对上、下缸温差及差胀等进行严密监视，发现降低汽缸温度对机组基本无影响，如图4所示。

图4　停机参数曲线

3　效果检查

优化后机组2014年4月1至3日、5月24至25日的各项参数见表3。

从表3可知，机组热态启动并网间隔用气量从之前的9124m3降至5570m3，节约了大量天然气。以燃气轮机60 MW负荷下的气电比［3］为4.2 (kW·h) /m3计算，优化后每次热态启机所节省的天然气量折合发电量为(9124－5570)×4.2 =14.93 (kW·h)，按上网电价为0.96元/(kW·h)［4］计算，每次启动可节约14332.8元。

表3　优化后机组参数　2014

4　结论

结合现场数据的调查与分析，将旁路温度作为冲转参数的参考基准，适当降低缸温，从而降低冲转时燃气轮机的负荷，使用气量从之前的9 124 m3降至5570m3，降低了6FA燃气轮机联合循环热态启动过程中天然气的用量，折合每次启动可节约14 332.8元，提高了机组运行的经济性，对于提高6FA燃气轮机联合循环的热态启动的经济性具有参考价值。

参考文献:

［1］曾荣鹏，郑淑芳，谢李兵.大型燃气－蒸汽联合循环供热电站选型分析［J］.华电技术，2013，35(4) : 10－13.

［2］周屹民.F级燃气轮机系统配置对比［J］.华电技术，2014，36(11) : 52－54.

［3］姜焕农.F型单轴联合循环气耗率估算须考虑的因素［J］.燃气轮机发电技术，2003，16(4) : 31－33，52.

［4］刘战礼.影响天然气发电经济性的因素分析［J］.华电技术，2015，37(3) : 14－17.

［5］李博.6FA燃气轮机联合循环热态启停操作优化及节能分析［J］.三角洲，2014(6) : 150，152.

(本文责编:弋洋)

汤明峰(1977—)，男，浙江杭州人，技师，从事发电厂运行方面的工作(E-mail:103591602@ qq.com)。

吴敏杰(1990—)，男，浙江绍兴人，助理工程师，从事发电厂运行方面的工作(E-mail:470969449@ qq.com)。

作者简介:

收稿日期:2015－05－12;修回日期:2015－10－20

中图分类号:TM 621.3

文献标志码:B

文章编号:1674－1951(2016)01－0051－03