燃气 -蒸汽联合循环机组交叉运行方式研究

燃气 -蒸汽联合循环机组交叉运行方式研究

樊明 郑正茂 俞路军 严玉堂 邢亚楠 陈笔

国电湖州南浔天然气热电有限公司 浙江湖州 313000

摘要：简要介绍了燃气-蒸汽联合循环热电联产机组运行方式的研究成果，通过研究分析燃气轮机供热电厂的运行状况，提出优化运行的概念^[1]。本文对运行方式优化后的可行性以及优化前后的经济性进行了对比分析。

关键词：燃机电厂；运行方式；优化改造；经济性

Abstraction：This paper briefly introduces the research results of the operation mode of gas-steam combined cycle cogeneration unit, and puts forward the concept of optimal Operation^[1]. In this paper, the feasibility of operation mode optimization and the economy before and after optimization are compared and analyzed.

Keywords: Gas Turbine Power Plant; Operation Mode; Optimization transformation; Economy

0 引言

近年来，为了提高火电机组的经济性和环保性，燃气一蒸汽联合循环热电联产新技术是重要的发展方向^[2]。但是热电联产机组的热负荷必须随热用户需求而变，使供热机组运行工况总是偏离设计工况，机组负荷率降低，导致经济性下降^[3]。对于设计有背压机的新投产机组或热用户负荷不稳定的供热机组来说，背压机组余热锅炉的低压排汽和背压机的排汽无法有效处理，甚至燃机的运行保养也存在难题，本文提出一种灵活的交叉运行方式，适用于背压机组无法运行时，为燃机的保养性开机甚至是常态化开机提供安全经济稳定环保运行的可行性方案。

1 机组正常运行方式

燃气-蒸汽联合循环机组一般都采用固定的单拖或二拖一的运行模式，即一台燃机带一台汽机运行或两台燃机带一台汽机运行，普遍缺少灵活的交叉运行方式。以设计有两台联合循环机组的热电厂为例，简称为#1机组及#2机组，#1机组为1台燃机带1台抽凝式汽轮机，#2机组为1台燃机带1台背压式汽轮机，两台机组分别独立运行。在机组运行时，可通过抽凝式汽轮机抽汽供热，也可通过背压式汽轮机排汽供热。

但是此种运行方式在实际运行过程中存在诸多问题，主要为：（1）新建项目工程，由于公司周边供热市场还未完全打开，当#2燃机带#2背压机运行时，低压主蒸汽及背压式汽轮机排汽只能通过供热联箱外排，不仅造成严重的工质及热能浪费，还产生较大的噪音污染；（2）#2燃机带#2背压机运行，化学制水压力较大。因背压机的排汽直接外排，而不回收至系统中，因此化学需连续制水，尤其是冬季化学设备制水能力下降，可能面临供水能力不足的窘境；（3）两套机组的凝结水系统相互独立，#1机凝结水系统供#1余热锅炉除氧器上水及自身其他用户，#2机凝结水系统供#2余热锅炉除氧器上水及自身其他用户，若#1机的凝结水泵设计有一台变频泵，一台工频泵，#2机凝结水泵均为工频泵，则当#2机运行时，无法利用#1机的变频凝结水泵给#2余热锅炉上水，系统运行不经济。

2 机组运行方式改造方案

1、凝结水系统优化改造方案

由于背压机组一般是设计真空除氧器，而抽凝机组设计有凝汽器，因此若要实现两台机组交叉运行，使#1机凝汽器冷凝下来的凝结水能够供给#2余热锅炉上水，必须对凝结水系统管道进行优化改造。两台机组的凝结水系统优化改造方案也较简单，只需在#1机和#2机的凝结水系统至余热锅炉供水管道上增设一根联通管道，并在#1机及#2机凝结水联络母管上增设一个电动隔离阀，即可实现由#1机凝结水通过联络管向#2余热锅炉供水以及#1机凝结水向#1余热锅炉供水两种运行方式的自由切换，在机组交叉运行时，抽凝式汽轮机排汽所冷凝下来的凝结水可通过联络管供给#2机组。

图1 凝结水系统改造示意图（图中红色为增设的一根联通管道）

2、主蒸汽系统优化改造方案

若要实现两台机组交叉运行，使#2余热锅炉产生的蒸汽能够送入#1机抽凝式汽轮机中进行做功，必须对主蒸汽系统管道进行优化改造。两台机组的主蒸汽系统优化改造方案也较简单，只需在#1机和#2机的高压蒸汽系统及低压蒸汽系统管道上分别增设一根联通管道，并在#1机及#2机主蒸汽联络母管上增设相应的电动隔离阀，即可实现由#2余热锅炉产生的蒸汽进入#1机抽凝式汽轮机中进行做功以及#1余热锅炉产生的蒸汽进入#1机抽凝式汽轮机中进行做功两种运行方式的自由切换，在机组交叉运行时，抽凝式汽轮机排汽所冷凝下来的凝结水可通过联络管供给#2机组。

图2 主蒸汽系统改造前示意图

图3 主蒸汽系统改造后示意图

3.系统优化改造经济性分析

1. #2燃机每月至少需要进行一次保养性开机，每次开机时间以10小时计算，则#2燃机每年至少需要运行120小时，当#2燃机运行时，运行方式由#2燃机带#2汽机运行优化为#2燃机带#1汽机运行能够产生可观的经济效益。以下经济性计算机组交叉运行时间暂按120小时统计，机组容量暂按GE 6F型燃气-蒸汽联合循环机组统计，若运行时间更长或机组容量更大，则经济性收益也会随之增长。

2. 当机组采用#2燃机带#2汽机运行时，#2燃机负荷为82MW，#2汽机负荷为10MW；当机组采用#2燃机带#1汽机交叉运行时，#2燃机负荷为82MW，#1汽机负荷为37MW，由此得出交叉运行方式比一拖一运行方式每小时发电能力提升27MW，因此采用交叉运行方式后每年可增加收益按以下计算公式可得：发电收益=发电负荷 发电时间 上网电价=27MW 120h 0.599元/kWh=194.07万元。

3. 由于背压机运行时汽机排汽直接外排大气，而抽凝机运行时汽机排汽通过凝汽器回收，因此背压机运行时比抽凝机运行时平均消耗除盐水量多120t/h，每吨除盐水制水成本约为10元，因此采用交叉运行方式后每年可节约成本按以下计算公式可得：除盐水费用=除盐水耗量 除盐水制水成本=120 t/h 120h 2.8元/t=4.03万元。

4. 采用交叉运行方式后每年至少可产生经济效益为：经济效益=发电收益+制水费用成本的节约量=194.07万元+4.03万元 =198.1万元

4 结论：

1. 采用交叉运行方式的优化改造也可提高机组运行调峰的稳定性和安全性，当需要#1燃机及#1汽机运行顶峰时，若#1燃机出现故障或有检修工作导致无法启动时，可启动#2燃机供#1汽机运行，大大提高了系统的容错率和灵活性。

2. 本文所述优化改造适用于安装有背压机组的燃气轮机热电联产电厂，由于热用户负荷过小导致背压式汽轮机严重偏离设计工况运行或小于其最低运行流量导致无法运行的状况。此外，本文所描述的增加相邻机组汽水系统之间的连通性，从而提高系统的容错率和安全性，对于未安装背压机的燃机机组或煤电机组也有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 程钧培.节能减排与火电新技术.动力工程，2009，1:1-4

[2] 李永宝.某电厂供热机组运行方式优化.华电技术，2014，1:36-38

[3] 何昌茂,陈斌.优化机组运行方式,提高热电厂经济效益.福建建材，2013，11:73-74