提高6FA燃气轮机联合循环机组热态启动经济性的分析.pdf

第 3 8卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 8 No 1 J a n 2 0 1 6 提高 6 F A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3 1 0 0 1 8 ) 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 ： 6 F A燃气轮机； 联合循环； 热态启动； 经济性 中图分类号： T M 6 2 1 3 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 5 1 0 3 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 。 某 2 1 0 0 M W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 。 1 1 ， 1 2燃气轮机发 电机组分别 由 1台燃气轮机与 l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 l 0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 G E公 司生产的 P G 6 1 1 1 F A型燃气轮机 ， 采用 1 8级轴 流 式压气机 ， D L N 2 6燃烧器 和 3级透平 。汽轮机 为 L C Z 7 5 7 1 1 2 7 0 5 9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 O 1 ： 0 0： 0 0左右 停机 ， 在 0 6： 0 o： o o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 6 F A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 收稿 15 t 期： 2 0 1 50 51 2 ； 修回日期： 2 0 1 51 0 2 0 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。 赠 暑 蟹 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 ， 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4 2 0 4 3 0， 而采取保温措施后 ， 缸温达 到 4 4 54 5 5 c c。 主蒸汽温度必须高于缸温5 0 以上方可冲转 ， 且 燃气轮机烟气与主蒸汽存在 6 0左右的温差 。从图 5 2 华 电技 术 第 3 8卷 表 1 汽 轮机 内上 缸温 度及保温措施 注 ： 以上 统 计 数据 来 自 2 0 1 4年 2月 1 5 日至 3月 8日 ， 共 1 6 次热态启动过程。 1可以看出， 燃气轮机 1 5 M W 负荷下的排烟温度在 5 4 0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。 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 1 3 0 7 0 m ， 最小用气量为 6 6 1 0 m ， 计算得出平均值为 9 1 2 4 m 。 ( 2 ) 汽轮机全速至并 网时间段长短有差异。最 长用时为 2 2 O 0 m i n ， 最短用时为 4 O 0 m i n ， 计算得 出平均值为 7 5 6 m i n 。 ( 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 5 0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 3 0 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。 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 5 0以上开始冲转 ， 还是当 旁路温度高于上缸温度 5 O以上开始冲转 ， 汽轮机 冲转时， 由于调门开度不大( 5 一 1 0 ) ， 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 表2 热态启动参数统计 注 ： 以上统计数据来 自2 o 1 4年 2月 1 5日至 3月 8日共 1 6次热态启动过程 ， 2月 1 9日机组 出现故 障 ， 并 网花费 2 0 0m i n ， 可忽略。 第 1期 汤明峰 ， 等 ： 提 高 6 F A燃气轮机联合循环机组热态启动经济性的分析 5 3 52 O 5 0 0 p 4 8 0 赠 4 6 0 4 4 O p 赠 时间 s 图 2 以主蒸汽阀前参数为基准的 热态冲转曲线 时间， s 注：差胀值 + 3 5 l n m或 一 2 5 i n l n时，D C S发出报警信号： + 4 5 m m或 一 3 5 m i ll 时，E T S发 出声光信号 ，A s T电磁 阀 动作。 图 3 以旁路参数 为基准的热态 冲转曲线 汽的流通量不足， 进而影响换热效果 ， 而旁路的设计 容量为 1 0 0 ， 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 。 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。 赠 时间， mi “ 注 ：差胀值 + 3 5 1T l l 或 - 2 5 l n m时 ，D C S 发 出报警信号 ： + 4 5 m m或 一 3 5 r l lm 时，E T S发出声光信号，A S T电磁 阀 动作 。 图 4 停机参数 曲线 3 效果检查 优化后机组 2 0 1 4年 4月 1至 3 F t 、 5月 2 4至 2 5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 9 1 2 4 m 降至 5 5 7 0 m ， 节约了大量天然气。以燃 气轮机 6 0 M w 负荷下的气 电比 为 4 2( k W 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( 9 1 24 - 5 5 7 0 ) 4 2=1 4 9 3( k W h ) ， 按上网 电价为 0 9 6 ( k W -h ) 计 算， 每次启动可 节约 1 4 3 3 2 8元 。 表 3 优化后机组参数 2 0 1 4 ( 下转第 6 1页) 目 山 ， 邕 培出肇 第 1期 樊爱兵 ： 3 3 0 MW 机组锅炉低 氮燃烧改造及效果分析 6 1 罩磨穿漏粉 。 ( 5 ) S O F A风道上采用大风箱结构， 可以使 s O - F A四角风量均匀 。喷嘴上下摆动可在运行过程 中 调整高 、 低位 S O F A的送入位置 ， 从而可在一定范围 内调整 N O 排放值 、 飞灰含碳量 以及过热器和再热 器 的汽温 。喷嘴左右摆动则可在一定程度上减小炉 膛 出口的烟温偏差。 3 改造效 果 3 1 技 术效 果 对低氮燃烧 器改 造后 的 6锅 炉进行 3 3 0 MW 负荷下的锅炉性能试验 ， 试验结果如下。 ( 1 ) 3 3 0 MW 负荷 下 ， 实测空 预器进 口氧量 为 3 1 8左右 ， 1 5层一次风挡板开度分别为 2 5 ， 2 5 ， 2 5 ， 2 5 ， 0， 18层二次风挡板开度分别为 7 0 ， 5 5 ， 5 5 ， 4 O ， 4 0 ， 7 5 ， 0， 45 ， 9 1 2 层 S O F A挡板开度分别为 8 0 ， 8 0 ， 8 0 ， 0， 主燃 烧器和燃尽风摆角均处于水平位置 ， 对应主、 再热蒸 汽温度分别为 5 4 4 3 ， 5 4 3 5， 飞灰 中碳 的质量分 数为 2 1 3 ， 炉渣 中碳 的质量分数为 4 6 6 ， 空气 预热器出口 C O体积分数为0 0 0 1 ， N O 排放质量 浓度( 标态 ， 折算至 6 O ： ) 为 2 8 8 6m g m ， 修正后 的锅炉热效率为 9 3 0 1 。 ( 2 ) 锅炉在 3 3 0 MW 负荷下运行稳定 ， 主蒸汽温 度和再热蒸汽温度可达设计值 ， N O 排放质量浓度、 飞灰含碳量以及减温水量等指标满足低氮燃烧器改 造性能保证要求。 另外 ， 锅炉运行一段 时间以来 ， 参数调节 良好 ， 运行可靠， 无水冷壁严重结焦、 空气预热器堵塞等情 况 ， N O 排放质量浓度可长期保持在 3 0 0 mg m ( 标 态 ) 以下。 3 2 经济性分析 6锅炉低氮燃烧改造工程 总投资 6 2 0万元 ， 每 年可减少 N O 排放约 2 1 5 0 t ( 年利用小时数按 5 5 0 0 计 ) 。低氮燃烧改造后再采用 S C R技术脱硝与单独 采用 S C R脱硝技术 相 比， 经济效益显著 ， 不 考虑增 加的 S C R初 始建设 投资 费用、 催化 剂折 旧费用 和 S C R维护费用 ， 每年仅节约 的脱硝系统液氨运行成 本 即可达 2 4 0万元 左右 ， 约 3 1个月就能收 回改造 成本。 4 结束语 采用低氮燃烧技术对 6锅炉进行改造后， 炉膛 出口 N O 质量浓度由6 5 0 m g m 左右降至 2 9 0 m g m 左右， 可以减少 S C R系统的催化剂层数， 大大降低 S C R系统的建设费用， 并将减少液氨的消耗量， 降低 脱硝运行费用； 另外 ， S C R系统催化剂层数减少后 ， 系 统阻力也将减小 ， 风机电耗也将有所降低， 实现了企 业效益最大化并达到了环保要求 。 参考文献 ： 1 火电厂大气污染物排放标准 ： G B 1 3 2 2 3 -2 0 1 1 s 2 闫晓燕 3 0 0 M W 机组锅炉低氮燃烧技术改造与性能评 价 J 冶金动力， 2 0 1 5( 1 ) ： 3 7 3 9 3 李衍平 3 0 0 MW 机组燃煤机组空气分级低 N O 燃烧系 统改造技术 J 黑龙江电力 ， 2 0 1 3( 3 ) ： 2 7 2 2 7 4 4 徐炳文 煤粉锅炉低 N O 燃烧器系统改造 J 中国设备 工程 ， 2 0 1 4 ( 8 ) ： 6 4 6 6 ( 本文责编 ： 刘芳) 作者简介： 樊爱兵( 1 9 7 3 一) ， 男， 江苏扬州人， 工程师， 从事企业管 理方面的工作( Em a i l ： 2 4 2 7 4 1 9 4 3 4 q q c o m) 。 0 o ： 0ooo0 oooo oo o 0 ooo0 oo 0o o ( 上接 第 5 3页) 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 1 2 4 m 。降至 5 5 7 0 m ， 降低了6 F A燃气轮机