V94.2型燃气-蒸汽联合循环机组节能降耗综合举措浅析

江苏华电通州热电有限公司 刘 柳

某电厂使用的西门子V94.2（SGT5-2000E）型燃气-蒸汽联合循环机组为双轴布置，其配套的联合循环汽机为上海汽轮厂生产，型号LZC83-7.9/1.3/0.57。汽轮机为次高压、单缸、单轴、双压、无再热、无回热、抽汽凝汽式汽轮机。配套的余热锅炉是华西能源工业股份有限公司引进美国NOOTER/ERIKSEN 公司技术生产的型号为Q1903/546-236.2(59.6)-8.21(0.501)525(223.5)双压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉，余热锅炉额定蒸发量236 t/h。公司两套联合循环机组于2016年底双投，运行至今情况良好。

联合循环机组的燃气轮机工作介质是压缩空气和高温燃气，压气机从大气中吸入空气，并把空气压缩到一定压力，然后送往燃烧室与喷入的燃料混合、燃烧，形成高温、高压燃气。然后经燃气轮机喷嘴和动叶逐级膨胀做功，推动燃气轮机转子带动压气机一起旋转，从而把燃料中的化学能部分地转变为机械能。燃机做功后的排气引入余热锅炉对其余热进行回收利用，由余热锅炉产生的蒸汽推动汽轮机做功[1]。由于燃气机组具有启停快的特点，正常情况下作为调峰机组使用，Siemens 公司规范标准工况下燃机输出功率为166.2MW，汽轮机额定功率为83.727MW（纯凝工况），64.945MW（供热工况）[2]。机组热态启动时，从启动到带额定负荷需耗时约50min，燃机热效率为34.62%，联合循环机组热效率为52%，综合厂用电率为1.8%。燃机检修工作依据燃机启停次数和运行小时数综合计算等效运行小时数（EOH）进行设备检修和日常维护。

1 优化运行措施

1.1 机组启动阶段使用新蒸汽直接供热

在机组启动过程中，自余热锅炉来高压主蒸汽经过高旁减温减压后排入凝汽器，以提高高压主蒸汽温度压力与汽轮机缸温匹配，且在汽机冲转过程中，仍有大量的高压主蒸汽经过高旁排入凝汽器。直到汽机并网后，高旁完全关闭，高压主蒸汽完全进入汽轮机做功。该部分蒸汽因品质高，需要通过降温减压器降温后排入凝汽器，造成了大量工质浪费、热量损失，且其参数完全满足公司热用户的要求(供热压力：0.9MPa，供热温度290℃）。

电厂运行专业技术人员在完成计划生产任务的同时积极探索燃机—蒸汽联合循环机组的创新运行模式，提出并实现了在顶峰机组启动阶段使用新汽直接供热的方法，即机组启动过程中将原先通过高旁进入凝汽器但达到供热参数条件的蒸汽对外供热，回收工质，同时提高运行供热机组汽机功率，单次冷态启动废热利用约78t，增加汽机发电量约1.59万千瓦时，单次热态启动废热利用约18t，增加汽机发电量约0.49万千瓦时；在不增加任何投资成本条件下年收益124万元，具有较好的经济效益。这一方法在一段时间内大大减轻了供热机组的供热压力，提高了汽机负荷、增发了电量，在降低能源消耗的同时提高了燃机—蒸汽联合循环机组的发电效率。

1.2 汽机冷态启动暖机方式优化

根据调试时设定的暖机逻辑，电厂汽机暖机时间较长，整个冷态启动过程时间大约在4～5个小时左右。长时间低速暖机经济性差且效果并不理想，低速暖机结束后升速过程中，汽机高压缸温屡次出现大幅下降的情况，给汽机安全运行带来一定的安全隐患。电厂专业技术员通过与主机厂沟通，按照汽机说明书重新设置了全新的暖机方式线性函数。汽机按照全新暖机方式进行冷态启动，新方式与原先冷态启动过程相比，缩短了机组启动时间110分钟。减少了启动期间所消耗的天然气、降低了气耗。

1.3 燃机罩壳风机运行优化

罩壳风机是整个系统的动力输出部分，可实现隔声罩通风和降温的功能，即使在比较低温的环境温度下，两套机组燃机罩壳风机仍然长期保持两台风机连续运行，一台风机备用。电厂专业技术人员深入研究，创新提出全新的罩壳风机运行方式控制策略。全新控制策略可根据环境温度变化情况，在气温较低时实现单台风机运行，两台风机备用，温度高时两台风机运行，单台风机备用的功能。既能满足安全生产的需求，又能达到节能的效果。全新的罩壳风机控制方式投入使用后，每年可节约厂用电约30万kWh，创造经济效益15万元。

2 检修维护措施

2.1 日常维护管理

加强设备日常维护管理，努力杜绝“跑、冒、滴、漏”现象，使辅机系统处于良好的经济运行状态。主要措施有：做好机组的集中消缺、维护工作，确保机组运行在最佳状态；对生产现场的“跑、冒、滴、漏”情况进行全面排查，及时安排消缺；根据燃气轮机运行小时数，利用机组停机机会，对燃气轮机压气机喇叭口进行人工清洗，对压气机安排离线或在线水洗，更换压气机入口滤芯，以提高机组出力和热效率；利用机组停机机会，对冷却塔内部喷淋装置进行清理、除垢，提高冷却效率。

2.2 机组检修管理

加强设备年度检修管理，修前针对机组进行运行情况分析，排查机组存在的影响机组能耗的缺陷，制定针对性的检修方案并实施。通过机组检修消除的影响能耗的重要缺陷有：

汽机开缸检修发现高压汽封Ⅱ后三道高压汽封（蜂窝形式）径向磨损严重，当汽机超过30%负荷时形成自密封时，汽机高压汽封Ⅲ漏出的高压蒸汽通过前汽封Ⅱ后三道高压汽封及轴封汽管道进入轴封母管联箱，磨损造成漏汽量大，导致轴封母管压力升高，轴封溢流调开度增大，修前阀门度正常保持100%，造成工质及热量的严重浪费。检修后轴封溢流调同工况下开度减小（修后基本维持50%～60%），轴封母管压力降低（修前33kPa，修后25kPa），减少了去凝汽器溢流量，降低损失。

胶球系统综合治理，通过清除收球网板上残留的胶球及管道口残存胶球，对收球网板的积垢进行打磨清理，对网板两侧的死区加装不锈钢板进行过渡，防止胶球卡涩，对网板进行改造，加装不锈钢钢丝网，对扰流板进行活络，确保扰流板活动正常等措施，消除了胶球收球率长期偏低的问题，提高了凝汽器换热效率；阀门内漏综合治理，修前针对汽水系统阀门内漏缺陷如高压主汽疏水门、辅汽抽汽疏水门、供热计量前疏水门、辅汽新汽调出后疏水门等阀门内漏缺陷均在检修中安排解体检修或者更换处理，修后内漏情况均已解决，针对机组凝结水系统内漏阀门较多的问题进行针对性处理，修前已对内漏阀门进行确认，修后内漏情况大为改善；通过机组检修，对闭冷水及真空泵冷却水板式换热器进行解体清理，提高冷却效果；针对汽机凝汽器结垢严重问题，开展汽机凝汽器酸洗，利用机组检修，加强凝汽器钢管检查，防止发生腐蚀结垢，提高凝汽器换热效果。

3 技术改造措施

3.1 凝汽器补水管路雾化改造

电厂两套机组在供热负荷较高、凝结水补水量较大时，凝结水含氧量一直偏高。凝补水在纯凝工况下含氧量105μg/L 左右，在正常供热工况下，含氧量超过200μg/L，均高于 50μg/L 的控制标准值。机组运行中已对真空系统进行了大量的检查工作，排除真空系统漏入空气造成凝汽器溶氧超标因素，后又对凝汽器从设计图纸，现场实际管道布置等方面进行全面检查分析，得出结论：

因化学除盐水含氧量接近饱和，机组抽汽对外供热时凝汽器补水量大，进入凝汽器直径φ133mm的补充水管道虽然有5mm 的喷射小孔，但在补水压力的作用下，水从小孔中以水柱的形状喷出，雾化效果差，喷射距离不远，补水不能与排汽达到很好的混合热交换效果，直径φ76mm 的补给水管道补水直接进入凝汽器完全没有雾化效果，除盐水中的氧气不能析出，是造成凝汽器溶氧超标的主要原因。凝汽器补水管路雾化改造后溶氧由原来200μg/L 下降至30μg/L 标准值以内，表明凝补水进入凝汽器后雾化不充分是造成溶氧超标的直接原因，补水管路雾化喷头面朝汽轮机排汽方向，充分利用汽轮机排汽余热进行热力除氧，不仅降低了凝结水含氧量，同时利用排汽废热起到良好的节能效果。

3.2 闭冷水泵叶轮车削改造

电厂两台机组闭式循环冷却水泵运行电流偏大，尤其夏季环境温度较高，闭式水用户换热量较大时运行电流约285A～290A，接近额定电流（290A）运行，电机绕组温度约110℃～120℃，2017年至2018年共发生了3台电机绝缘到0的情况，电机电流偏高不仅增加了电能损耗而且极大的威胁了机组安全运行。电厂专业技术人员对闭冷水泵电机频繁烧损的原因进行了深入分析，通过对叶轮切削改造，消除了电机烧损隐患，且起到了一定的节能效果。闭式泵叶轮车削检修后，体积流量985m³/h 时扬程降低4.67m，因扬程降低，闭式泵每小时节电23.09kWh，泵的效率降低3.46%，因效率降低，闭式泵每小时多耗电9.84kWh，修后闭式泵的电流降低22.8A，每小时整体节电约13.25kWh，公司两套机组年运行小时平均约为5400小时，每年节电约15万度，达到预期效果。

3.3 除盐水泵变频改造

电厂除盐水系统有三台除盐水泵，原设计1号除盐水泵为变频运行，2、3号未加装变频器使用工频运行。由于除盐水泵在工频模式运行时系统压力过高，无法有效调节系统压力，只能长期使用1号除盐水泵运行，2、3号除盐水泵长期备用。1号除盐水泵长期处于运行状态无法定期轮换，对除盐水系统的安全运行造成隐患。故需要将2号除盐水泵加装变频设备，以便两台除盐水泵能定期切换运行。变频改造后2号电机运行电流由80.8A 降至38A，运行功率由45kW降至22kW。通过对2号除盐水泵实施变频改造，由之前只能工频备用改为变频运行，实现了与1号除盐水泵定期切换。降低了长期运行对1号除盐水泵电机发热、绝缘老化等影响，大大提高了电机使用寿命，提升了除盐水系统运行安全，同时变频改造后折算至半年即可节约10万度电量，具有良好的节能效果。

综上，针对V94.2型燃气-蒸汽联合循环机组，电厂各专业技术人员采取优化运行、强化设备检修维护管理及技术改造等措施不仅大大提高了设备运行的可靠性，且取得明显经济效益和减排效果。面对技术经济指标比较先进的发电设备，任需注重发掘节能降耗潜力，降低机组能耗，不断完善节能管理工作，更进一步的提高能源利用水平。