M701F型燃气蒸汽联合循环机组两班制运行定期工作优化研究

何帝文

摘要：深圳前湾燃机电厂作为两班制运行燃气-蒸汽联合循环调峰电厂，机组每天需要调峰启停。本文主要介绍在两班制调峰机组中如何优化有关项目的定期工作，可及时发现设备的故障和隐患，及时处理或制定防范措施，从而保证备用设备的正常备用和运行设备的长期安全可靠运行。

关键词：两班制；定期；优化；燃气轮机；压气机；水洗；AOH

1 引言

M701F型燃气蒸汽联合循环机组由于具备启动快、负荷加减速率快的特点，因此适合作为电力调峰用。其结构采用冷端驱动发电机方式，余热锅炉+燃气轮机+蒸汽轮机+发电机的布置。

图1.1燃气蒸汽联合循环机组流程图

2 两班制运行机组的定期工作

作为两班制运行的机组，为使机组能够在良好工况下及时启动、运行，保证系统运行的连续性，必须制定一套完善的设备定期工作方案，以保证机组安全、经济运行。

燃机的压气机及透平叶片的脏污程度对燃气轮机组效率影响尤为显著，我们的定期工作主要针对压气机进行定期水洗。

3 压气机定期水洗优化

燃气轮机组运行一段时间后，压气机会形成结垢，主要有以下几方面的危害：

燃机的运行过程中，空气中的灰尘、油污、泥土、承溶性物质及不溶于水的各种杂质都会沉积在压气机的叶片表面上，形成积垢层，明显降低压气机的内效率，引起燃气轮机组出力的降低和热耗率的上升。

积垢层的形成也会使压气机和透平通流能力降低，会使压气机的压比降低、排气量减少，使机组提前进入温控，无法带更多负荷，影响机组出力。

积垢层还会加速叶片表面的腐蚀，在叶片的表面上形成凹坑。这不仅增加了叶片表面的摩擦阻力，这样不仅降低机组效率，更严重的是会造成应力集中，使叶片的使用寿命降低。

当压气机叶片结垢严重时还会使压气机的运行点向喘振边界靠近，影响机组安全运行。

为了解决上述问题，除了必须在压气机的入口处加装空气过滤器之外，压气机还可定期进行在线水洗和离线水洗。然而由于在线水洗的实际清洗效果不明显，且存在导致机组熄火跳闸甚至磨损压气机叶片等风险。因此，根据两班制的运行方式进行优化，一般采取离线水洗的方式。本文只对离线水洗进行研究。

3.1压气机离线水洗周期的优化

本文通过计算研究燃机功率随燃机等效运行小时数（AOH）变化的规律，结合我厂机组运行以来的经验判据，总结出压气机水洗的最优化周期，并制定一系列的定期工作计划，确保机组安全经济运行。

压气机叶片积垢后的性能参数会下降，其中燃机功率及压气机压比受到的影响最重，因此，主要选取的参数对象为：压气机折合压比gt,s、燃机折合功率Pgt,s。燃机功率为估算值，而压气机压比为测算值，压比参数相对较准确，因此，压气机叶片积垢及水洗的经济性判据，重点考察压气机压比的变化。

3.1.1 压气机可恢复压比

以#3燃机为例，将AOH时间变换为：

（3-1）

式（3-1）中：下标0表示压气机水洗后的AOH（燃机等效运行小时数）时间，可将该时间后延37h左右；下标i表示压气机水洗后的第i个实际运行小时。

将压气机折算压比平均值变换为相对值的形式：，其中，下标0表示AOH0时间所对应的压气机平均折算压比。则，压气机压比损失为：。

在1个水洗周期内，压气机折算压比的相对值随AOH0的变化曲线如图3.1所示。

图3.1 随AOH0的变化曲线

为便于分析，将图3.1中随AOH0的变化趋势拟合为：

(3-2)

式(3-2)说明：压气机通道水洗后，机组运行300个AOH小时，压气机压比下降约2.07%。

燃气轮机可恢复功率的估算

这里，燃机可恢复功率仅针对压气机积垢的影响。燃机折算功率随AOH时间的数据序列因误差、数据样本不足等原因，其不易真实反映压气机积垢的影响，因此，采用燃机可恢复功率估算的另一种方法。

以#3燃机为例，在燃机变工况运行时，功率相对值随压气机压比相对值的关系曲线如图3.2所示，两者几呈线性关系，即：

(3-3)

上式说明，压气机压比每下降1%，燃机功率则下降1.35%。

图3.2 #3燃气轮机功率－压比实测关系曲线

定义燃机折算功率相对值，其中，下标0表示AOH0时间所对应的燃机平均折算功率。则，燃机功率损失为：。将压比相对值随AOH0的关系式代入式(3-3)，有：

(3-4)

燃机折算功率相对值随AOH0的变化曲线如图3.3所示。可见，压气机通道水洗后，机组运行300个AOH小时，燃机功率下降约2.8%；运行540个AOH小时后，燃机功率下降5%。

图3.3及随AOH0的变化曲线

离线水洗的经验判据

压气机离线水洗周期，一般经验是以燃机功率下降5%为依据。若按此经验，对我厂M701F燃气轮机，压气机压比下降3.7%，压气机水洗周期基本上为540AOH运行小时。

实际的离线水洗周期

虽然定期进行压气机水洗能提高燃气轮机组的功率和效率，但是过于频繁的进行水洗操作对于两班制燃机电厂来说也是存在诸多不利的。

离线水洗要求机组燃机的轮间温度冷却到小于95℃，因此机组停机后必须用高盘强制冷却的方式使机组降温以达到水洗条件，在这一过程中，机组的一次水洗就有5次从0转速到700rpm，再从700rpm到0转速这一过程。对于燃机转子造成多次交变应力的冲击。而且，当燃机的轮间温度冷却到小于95℃这一条件时，实际上其转子温度仍可能在100℃以上，这时进行水洗也可能对转子造成伤害。

水洗前进行高盘冷却，也会造成余热锅炉换热器急速冷却，高、中、低压汽包上、下壁温差快速增大以及锅炉其他高温部件的温差增大，导致这些部件承受着极大的应力作用。

压气机水洗后，如果机组干燥、甩水不够充分，或者压气机排水不完全导致压气机、燃烧室或者燃机透平内残留有积水，可引起部件腐蚀、损坏。

综上所述，前湾电厂根据实际情况，对燃机的水洗周期和安排进行了优化：

按600AOH运行小时的周期进行离线水洗安排（当然，在实际上由于电网方面的原因，有时有推迟到800AOH运行小时，此时一般还没有恶化到提前进入温控）。一般不安排在线水洗。

离线水洗的操作，则尽量选择机组自然冷却（有计划地安排停运三天以上的机组进行。避免采用快速强制冷却的高盘冷却操作。还要根据机组的启动计划，选择在机组启动前进行离洗水洗，这样在机组完成水洗后，尽快进行启动干燥，减小于腐蚀的机会。

4 其他定期工作的优化

两班制运行机组是指机组在电网负荷高峰期启动运行，在负荷低谷期停运，作为电力系统调峰用。因此，对于定期工作的优化，原则上对机组、设备系统运行影响较大的试验、切换工作，尽量安排在晚上机组停运后进行，以降低运行风险。

定期试验的优化

需安排在停机后进行的定期工作

针对两班制运行的机组，原则上对机组安全运行可能产生威胁的定期试验，如：润滑油、密封油、控制油等联锁保护试验，一律安排在晚上机组停运后进行，以降低运行风险。

对于要求机组带负荷状态下进行的定期试验，如：真空严密性试验，则安排在机组停运前进行。即便是在试验过程中出现异常情况也可以立即进行停机操作，从而使风险降到最低。

可以取消的定期试验

两制运行机组的一些阀门，在每次启停时都会动作，因此，一些常规电厂必须执行的项目，在我厂反而可以取消，如主汽门和调门活动试验就不需要在日常进行此项定期试验。

定期轮换工作的优化

两班制运行的机组，原则上对机组运行影响较大的设备倒换工作则需安排在晚上机组停运后进行，以降低运行风险。

#1、#2、#3机6KV厂用电切换试验潜在风险较大，有可能导致机组厂用电中断。因此经过我们的优化，将试验安排在机组停运后，这样尽管切换试验过程中出现机组厂用电中断也不会造成机组跳闸，影响电网安全运行。

同样，给水泵定期切换过程中也存在机组跳闸的风险。而鉴于燃机机组属于两班制运行，我们只要机组每日启动前，按照单双日对应启动A、B给水泵就能达到定期切换的目的了。

定期维护工作的优化

机组两班制运行，有较多的停机机会，可利用停机时对设备进行定期维护工作。如：我厂建厂所在地的海水垃圾较多，循环水二次滤网极易堵塞，使凝汽器真空降低，直接影响汽轮机运行的效率。每周在停机后安排进行三次二次滤网的反冲洗，以保证机组运行时良好的真空度，提高汽轮机的效率。

5 结论

通过这几年的运行经验，我厂针对两班制运行方式机组的定期工作进行了优化，具体特点：

对于一些工作量较大的定期工作如离线水洗，则需要由管理部门要统一安排，根据机组的运行计划，选择合理的周期并选择合适的时机进行水洗。

机组两班制运行方式，基本上每天都有停机时间。因此，一些有风险的定期工作可安排在机组停运后进行。一些只能在机组运行中才能实施的工作也可选择快要停机前进行，尽量减小风险。

对于每次停机都会停运的设备，可以采用单双号分别启动互为备用设备的做法，在启动操作票中予以体现，不需要单独安排定期轮换工作。

每次启停都会动作的阀门、设备，不必另外安排定期活动性试验。

优化后的定期工作经过了三年多的实践检验，一方面，它继承了现有成熟的定期工作计划；另一方面，它也适应了机组两班制运行的模式，对机组的安全性和经济性作出了更好地保障。

参考文献：

[1] 姚秀平．燃气轮机与联合循环．北京：中国电力出版社，2010．

[2] 朱行健，王雪瑜．燃气轮机工作原理及性能．北京：科学出版社，1992．

[3] 佐藤豪．燃气轮机循环理论．王仁译．北京：机械工业出版社，1983．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。