燃气 50期

摘要：本文在对影响广州大学城分布式能源站FT8-3型燃气—蒸汽联合循环机组热态启动过程延长的原因进行分析的基础上，提出了相应的优化措施，以缩短启动时间，节约能源消耗，提高机组启动过程的经济性。

关键词：启机 优化运行 经济性

中图分类号：TU996.2 文献标识码：A 文章编号：

1概述

联合循环（Combined Cycle Power Plant，CCPP）系统是由燃气轮机系统和蒸汽轮机系统联合起来的一套联合循环发电装置。燃气—蒸汽联合循环是布雷顿循环与郎肯循环，按照温度对口，梯级利用的原理[[1] 林汝谋, 金红光.燃气轮机发电装置及应用[M]. 北京：中国电力出版社,2004.][1]，串联在一起的能量转换综合利用系统。

广州大学城分布式能源站引进美国普惠公司两套FT8-3轻型燃机（2*60MW），配国产武汽15MW抽汽凝汽式汽轮发电机组和21MW补汽凝汽式汽轮发电机组。锅炉是中国船舶重工集团公司第七三研究所生产的双压无补燃、自支持式结构、正压运行、自然循环余热锅炉。能源站主要是为广州大学城一期18平方公里区域内10所大学提供冷、热、电能三联供。

2启机经济性分析与优化

联合循环经济性的高低，表现在两个方面：设计制造优化和运行优化。其中设计制造优化是联合循环经济性的前提，主要体现在汽轮机与燃气轮机的功率匹配上[[2] 钱育军.FT8-1燃气轮机联合循环的经济性能分析与改善[J].燃气轮机技术，2009，(1).][2]。燃气轮机与汽轮机存在一定的匹配关系，一般情况下，重型联合循环的汽轮机与燃气轮机的功率比约为1:2；轻型联合循环的汽轮机与燃气轮机的功率比约为1:3，汽轮机功率占总功率的25~35%[[3] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所, 深圳南山热电股份有限公司. 燃气轮机与 燃气—蒸汽联合循环装置[M]. 北京：中国电力出版社,2007.

][3]，大学城能源站的联合循环就是按照此原则优化设计的。

运行优化是联合循环经济性的具体体现，因为在实际电力生产中，存在着频繁启停机组和变工况运行等情况，所以运行优化显得尤其重要。大学城能源站作为南方电网的调峰机组，启停频繁，且90%以上都是热态启停，因此研究如何优化机组启停对提高机组经济效益有举足轻重的作用。本文对机组的启机优化主要从燃机启动优化和汽轮机启动优化两个方面进行。

2.1 燃机启机济性分析与优化

因燃机启动过程是基于电脑程序MICRONET自动控制，一键启停。人员干预少，优化空间有限，所以更多的是考虑燃机并网后选择负荷与汽轮机匹配的问题，以保证在耗气量较小的情况下加快汽轮机暖管速度，使汽轮机尽快具备冲转条件，减少燃机单循环发电时间。因为以目前的气价，燃机单循环发电，是亏损的。

燃机单循环时的负荷，设定过低，会使得余热锅炉升温升压率偏小，延长汽机启动时间；如果负荷设定过高，又容易造成余热锅炉汽包或除氧器超压。大学城能源站原来的启机方式为：燃机启动后带40MW负荷，通过调节三通挡板开度来控制进入余热锅炉的烟气流量，保证锅炉不超压，但此方式除了燃机单循环发电耗气量较大外，还有大部分烟气经旁路烟窗直接排大气，极不经济。经多次在燃机单循环不同负荷下的启机试验和计算分析，论证了燃机并网先带3MW负荷暖炉，并根据锅炉汽包压力、汽机真空等重要参数的变化情况逐步升负荷至8MW的单循环方式为最佳方式：首先，汽轮机真空建立前，主蒸汽不能通过中压旁路系统排入凝汽器，故燃机不应带较高的负荷，以防锅炉超压；其次，汽机真空抽至-65kPa时，中压旁路系统投入，燃机即可以2MW/min的速率加负荷，当燃机负荷升至8MW时，汽机真空也大约抽至-90kPa，可以开大中压旁路调节门，快速提升主蒸汽参数。之所以选定8MW负荷作为燃机单循环最高负荷值，是因为一方面，燃机8MW负荷时的排烟温度（详见图1）已达370℃，能迅速提升中压主蒸汽温度至350℃以上，达到冲转参数要求（热态汽缸温度大约300℃，要求冲转主汽温度350℃以上）。另一方面，燃机带8MW负荷，可保证在气耗合理的情况下，锅炉蒸发量较大，缩短汽轮机冲转前暖管和燃机单循环发电时间，经济性明显。从表1可以看出采用3~8MW启动方式较其它负荷方式下，耗气量最少，启机时间较短。

2.2 汽轮机启机济性分析与优化

衡量一次启机经济性的好坏，除了燃机单循环时负荷的匹配外，汽机启机时间的长短也是影响启机经济性的重要因素之一。机组启动前，各项工作尽量安排紧凑些，从工作安排上尽量缩短锅炉上水到锅炉点火（开三通挡板）时间和锅炉点火到汽机冲转时间。对于能源站的热态启动，制约其启动速度的主要因素有：

锅炉与燃机启动不同步；暖均压箱速度过慢，不能及时给汽机轴封供汽；汽机抽真空时间长，中压旁路系统不能快速投入，导致汽机暖管速度较慢，延长汽机冲转时间；不同专业之间的联系协调不当等。根据能源站自身特点，采取对部分系统进行技术改造和优化操作方法等技术措施：

（1）燃机点火升速到并网，耗时12分钟。通常是燃机并网后打开余热锅炉三通档板。经优化操作，燃机点火成功后，全开三通挡板，对锅炉进行升温升压，而无需等到燃机并网再打开三通挡板，此举不仅充分利用了燃机升速过程所产生的少量烟气，还使锅炉启动时间提前了12分钟，基本与燃机同步。

（2）启机时，宜采用另一套机组的低压蒸汽经低压蒸汽联络管道提前暖均压箱，最好在燃机点火前使得均压箱达到规定温度，以便燃机点火后即可向汽机前后轴封供汽，为汽机抽真空做好准备。比起以往在燃机点火后才开始暖均压箱的做法要大为改善，提高暖管速度。

（3）众所周知，热态启机，应先向轴封送汽，再对凝汽器抽真空[[4] 邵和春. 汽轮机运行[M]. 北京：中国电力出版社,2008.

][4]，这样可防止冷空气从前后轴封流入汽轮机内，使轴封段转子受到冷却。当暖均压箱的问题解决后，凝汽器真空能否快速建立，成为影响机组能否实现快速启动的关键因素。原来射水泵对凝汽器抽真空至-90kPa需要25分钟，经改造为真空泵后抽真空效率大大提升，仅需8分钟。凝汽器真空的快速建立，使得中压旁路系统可以尽早打开，提升中压主蒸汽参数，缩短锅炉点火至汽机冲转的时间。

（4）协调不同专业之间的联系。机组启动是一件复杂的操作，涉及到各专业之间的配合，包括机、炉、电、燃、化、热控及检修人员和上级调度的配合。值长要及时合理地调动人员，做好充足的人员准备。特别是在开机过程中，要加强机、炉、电操作的协调。避免锅炉到了冲转参数而汽机还不具备冲转条件，或汽机达同步转速而发电机还未做好并网的准备以及并网后由于设备缺陷不能带满负荷等情况的发生。

技改和优化相关操作后，对多次启机时间的统计表明，燃机并网到汽机并网用时35分钟，较优化前的45分钟缩短了10分钟，使得机组热态启机的经济性显著提高。

2.3 优化辅机的启动时机，降低厂用电

在启机阶段优先选用带变频装置的辅机，并且合理安排辅机的启动时机，能有首效地降低厂用电量。掌握辅机的自身特点和各自之间的关联点：启动中、低压给水泵前必须投运闭式循环冷却水泵；凝汽器进汽前必须投入循环水泵运行；凝结水泵启动前必须运行一台除盐水泵给热井上水等等。通过这些关联拟定合理的启动流程，尽量环环相扣，无缝衔接。

在夜间汽轮机打闸后停机过程中，充分利用锅炉炉堂里的余热，将汽包上水至150mm、除氧器上水至300mm的高水位，关闭锅炉所有疏水阀门进行保温保压。则次日早上启机时无须提前启动给水泵和凝泵对锅炉上水，这样不仅可以减少辅机的启动次数，而且可以推迟启泵，节约厂用电量，对减少汽包壁温差也有一定好处。优化辅机启动时机后，经多次启机试验，启机过程厂用电量较之前下降了8%，效果明显。各辅机启动时机如下：

（1）闭式循环冷却水泵：闭冷泵在燃机点火时启动，并对闭冷水管道充分

排气。

中、低压给水泵：三通挡板打开后，汽包里的水开始蒸发，中、低压

给水泵在锅炉中、低汽包水位开始下降至50mm时分别启动。

凝结水泵：凝泵在除氧器水位下降至200mm时启动，对除氧器补水。

同时要维持凝汽器热井水位不低于700mm，以防凝泵进口水压不足，造成凝泵汽化。

（4）真空泵：在均压箱压力稳定在0.2MPa，投入汽机前后轴封后，启动真

空泵。

循环水泵：在汽机冲转前，启动一台循水泵。

3获得的效益

3.1 经济效益

如表2所示，优化后的启机方式每次可节约天然气6426m3，如按去年能源站平均气耗0.205m3/kwh计算，节约的气量用于联合循环可以发电

W1 = 6426/0.205=31332kwh，除去1.5%的厂用电量W2=W1 *1.5%=470kwh

则优化后增加的上网电量

W3=W1 - W2 =31332 - 470=30862kwh

创造的效益

W4=30862+（3500 - 648）-（29900 - 731）=4545kwh，按0.782元/kwh的上网电价，则每次启机可创造效益W5=W4 * 0.782=3554元；能源站平均每年启停机约200次，每年可增加经济效益约70万元。

4结论

一直以来在热态启机过程中让燃机尽快带满负荷的操作方式其实是不经济的，这样燃机会消耗大量的天然气，而汽机却不能带上更高的负荷，气耗率上升。正确的做法是更多的考虑燃机并网后选择负荷与汽轮机匹配的问题，大学城能源站两套联合循环机组选取燃机带3~8MW负荷的启机方式，经实践证明是最佳的热态启机方式，保证在设备安全可靠的前提下，缩短机组启动时间，提高机组热态启动的经济性。

参考文献

[1] 林汝谋, 金红光.燃气轮机发电装置及应用[M]. 北京：中国电力出版社,2004.

[2] 钱育军.FT8-1燃气轮机联合循环的经济性能分析与改善[J].燃气轮机技术，2009，(1).

[3] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所, 深圳南山热电股份有限公司. 燃气轮机与 燃气—蒸汽联合循环装置[M]. 北京：中国电力出版社,2007.

[4] 邵和春. 汽轮机运行[M]. 北京：中国电力出版社,2008.