6FA型燃气—蒸汽联合循环机组节能增效措施的应用

赵艳飞

（浙江大唐国际江山新城热电有限责任公司，浙江 江山 324100）

6FA型燃气—蒸汽联合循环机组节能增效措施的应用

赵艳飞

（浙江大唐国际江山新城热电有限责任公司，浙江 江山 324100）

通过对6FA型燃气轮机联合循环机组启停操作优化、辅机操作优化、运行方式优化、节能改造等方面节能增效措施的应用，减少企业外购电量、节约天然气、减少启动厂用电，达到了预期的效果。

6FA联合循环；热态启动；启停优化；节能

0 引言

PG6111FA型多轴联合循环机组是当今世界上最先进的燃气—蒸汽联合循环发电机组之一，由PG6111FA型燃气轮机、双压抽汽单缸式汽轮机、双压带自除氧、无补燃、卧式自然循环余热锅炉和空冷发电机组成。GE公司6FA型燃机是目前国内容量占比最小、运行经验最为欠缺的机组，燃机简单循环出力为73.1 MW，联合循环出力为115 MW，该型机组具有安装灵活、效率高、启停快、排放低、运行灵活等优点，目前被广泛运用于热电厂。

大唐江山新城热电厂建设2套燃气—蒸汽联合循环供热机组，全厂配置为：2台燃气轮机、2台燃机发电机、2台余热锅炉、2台供热蒸汽轮机和2台汽轮发电机，以及相应配套设施。余热锅炉采用东方日立锅炉厂生产的双压带自除氧、无补燃、卧式自然循环余热锅炉，露天布置。燃气轮机为GE公司PG6111FA型燃机。汽轮机设备由哈尔滨汽轮机厂制造，为双压、单缸、冲动、抽汽、凝汽式汽轮机，型号为LC28/N38-5.20/0.55/ 1.60/537/254型。2013年5月15日机组通过满负荷试验实现“一日四投”，为促进浙江省地方经济发展、打造衢州绿色产业集聚区做出了贡献。

江山热电厂通过投产以来的运行经验总结，在6FA型燃气-蒸汽联合循环机组节能增效工作方面取得了一定的成绩，本文结合实例进行介绍，供其他燃机同行借鉴参考。

1 优化机组启停、降低机组能耗水平

1.1 燃机启动优化

考虑汽轮机的冲转需求，初负荷在10 MW左右时燃机排烟温度基本为530℃，考虑余热锅炉的换热效率，不投入减温水时高压主汽温度就能达到500℃，而昼启夜停方式下的汽轮机缸温此时约为490℃，蒸汽温度符合冲转要求，因此，把握燃机低负荷时机，快速调整蒸汽参数满足汽轮机冲转条件，成为机组启动过程中节能的关键。

1.2 锅炉、汽轮机温/热态启动优化

汽轮机因受冲转速率、胀差等的限制，成为影响联合循环机组快速带负荷的瓶颈，此种情况对6FA型燃气—蒸汽联合循环分轴机组的影响更为明显，其汽轮机轴封汽源由单一主蒸汽提供，因此在燃机并网带负荷之前就应进行轴封暖管、凝汽器抽真空等操作，减少燃机低负荷运行时间，使汽轮机尽快冲转并网，联合循环出力到满负荷，提高联合循环机组启动过程的经济性。

鉴于目前联合循环机组采用昼启夜停的运行方式，采取以下优化措施：在停机后将锅炉烟囱挡板关闭，高/低压汽包水位调至高位，锅炉侧执行保温保压操作；确保高压蒸汽压力为3～4 MPa，以满足汽轮机轴封暖管需求。一般在燃机降速点火前开启轴封供汽暖管，利用上次停机后锅炉的蓄热完成汽轮机热态投轴封、抽真空操作，进而开启蒸汽旁路，调整蒸汽参数准备汽轮机冲转，实现汽轮机的快速启动。

轴封系统启动优化后，均压箱温度上升速度大幅提高，使得启机均压箱暖管时间缩短，冲转及并网时间提前；启动过程中，从燃机发启动指令到机组满负荷期间，天然气使用量由11.7 km3下降至10.8 km3，计算标准状况下启机气耗率由0.369 4 m3/kWh下降至0.332 7 m3/kWh，节约天然气0.9 km3，节省厂用电469 kWh。

1.3 停机过程优化

停机过程中采用燃机发停机指令，汽轮机设定50%负荷，燃机、汽轮机同步降低负荷，待燃机负荷降至17 MW时，因燃机排烟温度下降，主汽温才开始出现明显下降，汽轮机发自动停机指令，可保证汽轮机比燃机晚约2 min解列，此方案可以在多发电的同时，缩短停机过程中因主汽温度下降造成汽轮机缸体冷却的时间。

2 优化辅助设备启停时间、降低厂用电量

2.1 凝结水泵启停

考虑在投轴封供汽前并不需要投轴封加热器，且锅炉高、低压汽包都没有上水要求，选择在轴封系统投运、开始有轴封回汽前启动凝结水泵，且启动后尽量减少凝结水再循环流量，以减小凝结水泵电流，降低厂用电率。

2.2 循环水泵及冷却塔风机的启停

在机组启动过程中，燃机发启动指令，点火前暂不启动循环水泵，而是启动辅助冷却水泵保持循环水小流量通水，待点火后随着燃机侧热负荷增加再切换为循环水泵运行。燃机全速并网后，启动第一台冷却塔风机（变频）并逐步转为工频运行，待大量蒸汽进入凝汽器后，根据循环水温度上升幅度再启动第二台冷却风机（工频）。汽轮机并网带高负荷后，视真空情况启动第二台循环水泵（考虑最佳真空）。正常运行中采用两机三泵四水塔运行方式。准备停机时，燃机负荷降低至20 MW时即可逐步退出冷却塔风机运行，燃机解列2 min后熄火，循环水系统切换至辅助冷却水泵运行，汽轮机转速到零、真空到零再停轴封，辅机部分操作结束。

2.3 停机后的高/低压汽包水位控制

汽轮机解列后，将高/低压汽包水位升至高二值可见水位后，尽快停运高压给水泵和凝结水泵，关闭锅炉烟囱挡板以保温保压，这样既可以保证在第二天热态启动前锅炉满足启动水位，又可推迟给水泵启动时间，减少启动过程中辅机的厂用电。

3 优化主变压器运行方式

6FA型燃气—蒸汽联合循环机组采用多轴布置，机组解列采用发电机出口断路器，一般主变压器采用三卷变压器，升压后经220 kV线路送出。江山热电厂1号、2号联合循环机组升压站为220 kV双母线接线，每套机组设置1段6 kV工作母线，正常运行时厂用电母线由高压厂用变压器接带，01号备用变压器为双机的备用电源，正常情况下1号、2号主变压器带电运行，01号备用变压器为空充状态。

机组停备后，主变压器通过高压厂用变压器供厂用电，由于主变压器容量较大，损耗也较大。若厂用电由备用变压器接带，根据电网对母线接地点的要求，可以停备1台主变压器，以减少主变压器损耗，单机运行状态下可增加上网电量，双机停备情况下可以减少外购电量，节电效果显著。不考虑主变压器负载损耗和启动备用变压器带电后的负载损耗增加等叠加因素的影响，单纯考虑主变压器退出运行时的空载损耗，日节电可达约1 922.4 kWh。考虑到目前浙江省内燃机均为调峰运行状态，6FA型机组年下发利用小时数为1 000 h，机组停备后优化主变压器运行方式，按照机组运行100天考虑，年节电量可达480 600 kWh，折合经济效益约34万元。

4 节能降耗技改优化

4.1 太阳能热水项目

原设计中，生活区热水系统机组正常运行时由机组抽气供热系统接带，机组停备状态由电锅炉接带，单台电锅炉供生活热水日耗电量约2 000 kWh，按照目前的利用情况，生活热水年耗电量640 000 kWh。为此提出了太阳能改造项目，总投资27万元，日均节电量约1 400 kWh，不考虑机组运行期间的汽水损耗，年节电量为 448 000 kWh，折合经济效益约32万元，投运1年即可收回投资，节能潜力巨大。

4.2 小闭式冷却水泵改造

原设计由闭式冷却水泵为机组辅机、燃机、空压机等提供冷却水，但闭式冷却水泵功率和损耗偏大，为此提出了增加小闭式冷却水泵的改造方案。改造后，由小闭式冷却水泵在机组停备期间单独接带空压机冷却水，按年运行200天计算，年节电量达696 000 kWh，折合经济效益约47万元。

5 结语

江山热电厂积极摸索和挖掘6FA型燃气—蒸汽联合循环机组节能增效方面的措施和潜力，通过优化机组/辅机启停方式、利用余热锅炉蓄热能力、优化主变压器运行方式、节能技改等措施，年综合增效约441万元，节能增效效果明显。

[1]周伊明.电力行业节能减排技术问答[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2]陈坚红，顾正皓，张梦可，等.燃气-蒸汽联合循环机组的汽轮机启动过程优化[J].浙江电力，2014，33（10）:40-44.

（本文编辑：徐 晗）

Application of Energy-saving and Efficiency Improvement Measures for 6FA Gas-Steam Combined Cycle Units

ZHAO Yanfei
（Zhejiang Datang International Jiangshan Xingcheng Thermal Power Generation Company Limited，Jiangshan Zhejiang 324100，China）

By optimization of startup/shutdown operation of 6FA gas-steam combined cycle units，optimization of manipulation and operation mode of auxiliary units，technical transformation of energy saving and so forth，outsourced electricity is reduced，natural gas is saved，auxiliary power for startup is less used and power generation is improved.Therefore，favorable result is achieved as expected.

6FA combined cycle；thermal startup；optimization of startup and shutdown；energy saving

TK477

B

1007-1881（2015）02-0037-03

2014-12-04

赵艳飞（1981），男，工程师，现从事燃机电厂运行管理工作。