安薩爾多9F級燃?xì)鈾C(jī)組節(jié)能降耗策略研究

畢靜偉

（珠海市鈺海電力有限公司）

0 引言

隨著“30·60”碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，國內(nèi)電力行業(yè)在電源選型上有了明顯轉(zhuǎn)變。相比于燃煤發(fā)電，天然氣發(fā)電（簡稱“氣電”）具有效率高、污染小、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，正因?yàn)槿绱?，近年來燃?xì)怆姀S在國內(nèi)遍地開花，重型燃機(jī)行業(yè)迎來了發(fā)展的重要窗口期。與此同時，如何降低燃?xì)鈾C(jī)組的廠用電率、提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，也不再是一個小眾話題。本文主要從三個方面展開討論。

1 優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停迅速，具有優(yōu)越的調(diào)峰性能。因此，目前國內(nèi)燃?xì)怆姀S中，非供熱、供暖機(jī)組多數(shù)用來調(diào)峰，年利用小時少、日運(yùn)行時間短、運(yùn)行負(fù)荷率低是燃?xì)怆姀S面臨的普遍問題，這種運(yùn)行方式就注定了廠用電率會居高不下。因此，燃?xì)怆姀S爭取機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方式，是降低廠用電率的最主要途徑。

機(jī)組運(yùn)行方式的優(yōu)化，可以從以下幾方面入手：

（1）與電網(wǎng)公司保持良好溝通，爭取較為優(yōu)良的運(yùn)行方式

在部分中西部省份，燃?xì)怆姀S分布較少，電網(wǎng)調(diào)度人員對燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組理解較為片面，將燃機(jī)電廠早起晚停作為一種常態(tài)來調(diào)度；在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，很多燃?xì)怆姀S也承擔(dān)了過多的調(diào)峰任務(wù)。這種方式對燃?xì)怆姀S極不友好，若該地區(qū)沒有配套完善的氣電政策，電廠各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將異常難看，幾乎無盈利空間。因此，加強(qiáng)與電網(wǎng)公司相關(guān)運(yùn)行策劃部門、運(yùn)行方式管理部門保持良好溝通，在現(xiàn)貨市場尚不完善的中西部地區(qū)有較大操作空間。

（2）與天然氣供應(yīng)方保持良好溝通

目前國內(nèi)大部分燃?xì)怆姀S只有一路氣源，燃料來源單一，加之天然氣不易大量儲存，造成電廠在發(fā)電環(huán)境較好、盈利空間較大時，經(jīng)常面臨天然氣量供應(yīng)不足的局面。另外，每年冬天供暖季，為保障北方居民供暖，南方電廠天然氣供應(yīng)始終處于比較緊張的狀態(tài)。從燃?xì)怆姀S角度出發(fā)，可采取的措施不多，天然氣賣方市場大環(huán)境未改變的情況下，一方面是與天然氣供應(yīng)方保持良好的溝通，做好必要的解釋工作，維護(hù)好雙方的合作關(guān)系，最大程度規(guī)避“照付不議”等合同規(guī)則方面帶來的經(jīng)濟(jì)損失；同時利用天然氣“長協(xié)”及月度計(jì)劃，結(jié)合電網(wǎng)公司各類考核標(biāo)準(zhǔn)，合理制定每日機(jī)組運(yùn)行方案，優(yōu)化運(yùn)行方式。另一方面是開拓新氣源，變賣方市場為買方市場，增加自身話語權(quán)。

（3）根據(jù)當(dāng)?shù)貧怆娬?，尋找最?yōu)運(yùn)行方式

部分地區(qū)存在以氣定電的情況，即日前將批復(fù)天然氣量報(bào)送給電網(wǎng)公司，以此決定次日機(jī)組運(yùn)行方式。對于9F級燃機(jī)電廠，一般配備2臺（或更多）機(jī)組，對于一定量的天然氣，可以啟動一臺機(jī)組，高負(fù)荷運(yùn)行，在網(wǎng)時間拉長一些；也可以啟動兩臺機(jī)組頂峰運(yùn)行。在電網(wǎng)對調(diào)峰需求不高時，便存在溝通的空間，電廠方面可結(jié)合實(shí)時氣電價(jià)格和電網(wǎng)獎懲政策，及時與電網(wǎng)方面溝通，爭取更為有利的啟停機(jī)方式。

（4）合理利用機(jī)組供熱（供暖）特性，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式

大部分熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，其供熱量一般會低于全廠額定供熱量的50%，若兩臺機(jī)組中的一臺連續(xù)運(yùn)行并對外供熱，另一臺機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行，在調(diào)峰機(jī)組停運(yùn)超過三天，機(jī)組進(jìn)入冷態(tài)前，可通過調(diào)整供熱汽源的方式，將供熱機(jī)組與調(diào)峰機(jī)組對調(diào)，以此保證兩臺機(jī)組均處于熱態(tài)，減少全廠冷態(tài)啟動的次數(shù)。

（5）根基計(jì)劃停機(jī)時長，決定是否停運(yùn)主變

大部分燃?xì)鈾C(jī)組可選用GCB和UCB（亦稱HVCB，即主變高壓側(cè)開關(guān)）并網(wǎng)、解列，在部分調(diào)度環(huán)境較為寬松的省份或地區(qū)，可結(jié)合機(jī)組停運(yùn)時長，決定是否停運(yùn)主變及高廠變，以便節(jié)約變壓器空載損耗。

2 機(jī)組控制邏輯優(yōu)化

燃機(jī)-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，自動化程度較高，啟停機(jī)操作中存在不少子組順控，啟停機(jī)主順控執(zhí)行到某一步時，調(diào)用對應(yīng)的子順控，完成該子系統(tǒng)的啟停操作。針對安薩爾多AE94.3A型燃機(jī)，結(jié)合同類型電廠在邏輯優(yōu)化方面的探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下幾點(diǎn)節(jié)能措施：

（1）優(yōu)化燃機(jī)清吹時長

燃?xì)廨啓C(jī)在啟動前，需要利用壓氣機(jī)出口空氣對熱通道進(jìn)行一定時間的吹掃，降低通道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度，避免發(fā)生爆炸。安薩爾多AE94.3A型燃機(jī)，啟機(jī)順控中需要清吹720s，該清吹時長是根據(jù)余熱鍋爐煙氣側(cè)容積計(jì)算而來。參考同級別其他類型燃機(jī)啟動順控，該清吹時長可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)縮短。目前京能鈺海電廠已經(jīng)對其進(jìn)行優(yōu)化，且優(yōu)化力度很大。硬件方面改造主要是在燃機(jī)排氣擴(kuò)散段加裝天然氣濃度測點(diǎn)，用以檢測該區(qū)域天然氣濃度；邏輯控制方面，修改后的順控首先判斷本次機(jī)組啟動是否需要進(jìn)行清吹，判斷條件如下：

1）燃機(jī)負(fù)荷大于30MW，跳機(jī)。

2）排氣擴(kuò)散段天然氣濃度大于10%。

3）ESV開啟后15s內(nèi)關(guān)閉與上燃機(jī)跳閘。

4）停機(jī)時間超過8天。

5）火焰失敗跳機(jī)。

6）手動吹掃按鈕。（運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況決定）

以上條件任意一條滿足，即判斷為本次啟動需要進(jìn)行清吹，機(jī)組啟機(jī)順控將執(zhí)行240s清吹操作；若均不滿足，則燃機(jī)將直接啟動點(diǎn)火。此舉措大幅度縮短了燃機(jī)清吹時間，提高機(jī)組啟動速度的同時，減少了鍋爐清吹過程中的熱損失，縮短了機(jī)組啟動過程中升溫升壓所需時間。

（2）優(yōu)化啟停機(jī)過程中各輔機(jī)啟停時機(jī)

對于調(diào)峰機(jī)組，每日啟停機(jī)操作過程中，各輔機(jī)設(shè)備何時啟動、何時停運(yùn)，對廠用電率影響較大，因此，啟停機(jī)過程中的節(jié)能措施，是燃?xì)怆姀S節(jié)能工作的重要組成部分。近幾年，隨著國內(nèi)安薩爾多9F級燃機(jī)在運(yùn)機(jī)組逐步增多，在各電廠技術(shù)人員不懈地研究和探索下，逐步形成一套適合本機(jī)型的啟停機(jī)邏輯順控，以APS（一鍵啟動）的形式固化下來，規(guī)范了操作步序，提高了啟機(jī)效率。

機(jī)組啟動順控以調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷曲線為時間節(jié)點(diǎn)，并網(wǎng)時間點(diǎn)往前推25min，執(zhí)行燃機(jī)啟動順控。以下為某9F燃機(jī)電廠啟機(jī)時間軸：

并網(wǎng)前58min，啟動凝結(jié)水泵→并網(wǎng)前55min，投運(yùn)軸封系統(tǒng)→并網(wǎng)前50min，啟動兩臺真空泵開始抽真空→并網(wǎng)前35min，啟動中壓、高壓給水泵，調(diào)整汽包水位至點(diǎn)火值→并網(wǎng)前30min，啟動一臺循環(huán)水泵→并網(wǎng)前25min，滿足所有啟機(jī)條件，執(zhí)行燃機(jī)啟動主順控→并網(wǎng)前5min，燃機(jī)3000rpm空載運(yùn)行，各系統(tǒng)全面檢查，合GCB上口刀閘，準(zhǔn)備按時并網(wǎng)。

啟停機(jī)過程中，各輔機(jī)設(shè)備啟停時機(jī)對廠用電率均有一定影響。如循環(huán)水泵，機(jī)組冷態(tài)啟動時，由于沒有大量熱蒸汽進(jìn)入凝汽器，系統(tǒng)對循環(huán)水量需求不大，此時可啟動輔助循環(huán)水泵（小循泵）。在燃機(jī)點(diǎn)火后、鍋爐側(cè)過熱蒸汽電動閥開啟前，再切換至大循泵運(yùn)行，如此單次機(jī)組啟動可縮短循泵運(yùn)行時長約30min，相應(yīng)可節(jié)約廠用電量約500kWh。而停機(jī)過程中，自燃機(jī)熄火開始計(jì)時，高壓過熱蒸汽壓力降低至7MPa，關(guān)閉爐側(cè)高壓過熱蒸汽電動閥、中壓過熱蒸汽電動閥，鍋爐保壓；機(jī)側(cè)待高壓主蒸汽管道泄壓、汽機(jī)盤車正常投入后，開始破壞真空，停軸封，而后將大循泵切換至小循泵運(yùn)行，完成停機(jī)操作。

（3）優(yōu)化冷態(tài)（溫態(tài)）暖機(jī)邏輯

安薩爾多9F級燃?xì)鈾C(jī)組，單軸和多軸機(jī)組配備不同型號的蒸汽輪機(jī)，但冷態(tài)啟動時的沖轉(zhuǎn)參數(shù)及控制邏輯相差不大，整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組從燃機(jī)執(zhí)行啟動順控，至機(jī)組投入AGC，大概需要6～8h，部門電廠由于種種原因（如脹差、振動等），冷態(tài)啟動時間甚至超過9h。部分西門子和三菱9F級燃機(jī)電廠，經(jīng)過不懈地研究和探索，在機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)啟動暖機(jī)控制邏輯方面已經(jīng)做了很多的優(yōu)化，如制定汽輪機(jī)缸溫與最佳暖機(jī)負(fù)荷的曲線，不再單純地以冷、溫、熱態(tài)來確定暖機(jī)時的燃機(jī)負(fù)荷；又如暖機(jī)過程中根據(jù)汽輪機(jī)缸溫及脹差情況，動態(tài)調(diào)整暖機(jī)參數(shù)，將暖機(jī)負(fù)荷曲線由原來的線性上升改為指數(shù)型上升形式，最大程度縮短冷態(tài)啟動時長。據(jù)了解，國內(nèi)已投運(yùn)安薩爾多9F級燃機(jī)在暖機(jī)控制邏輯方面所做的探索較少，目前均沿用廠家提供的原有的控制邏輯，因此暫無相關(guān)資料可供參考。

3 其他節(jié)能優(yōu)化措施

1）機(jī)組冷態(tài)啟動時，汽機(jī)啟動控制邏輯內(nèi)有暖機(jī)時間要求，該時間為計(jì)算值，可采取一些非常規(guī)手段來縮短這一時長，如降低機(jī)組真空等。鈺海電廠一般采用稍開真空破壞閥手動小旁路閥的方式，控制凝汽器真空在-83～-85kPa范圍內(nèi)，以此增加汽輪機(jī)進(jìn)氣量及蒸汽在氣缸內(nèi)停留時長。此舉可將冷態(tài)啟動暖機(jī)時長縮短至規(guī)定暖機(jī)時長的35%左右，大幅度提高冷態(tài)啟動速度。

2）機(jī)組啟動過程中，由于每次啟動工況不同，高、中、低壓蒸汽參數(shù)很難做到同時達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求。這時可手動調(diào)節(jié)機(jī)組高、中、低壓旁路閥開度，調(diào)整蒸汽參數(shù)，使其盡快滿足沖轉(zhuǎn)要求（如蒸汽過熱度不足時，可開大旁路，減低蒸汽飽和溫度，同時提高蒸汽流通及循環(huán)速度，可快速提高其過熱度）。