華宇東，金培君，徐崢嶸

(1．上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司，上海 201403;2．上海通華燃?xì)廨啓C(jī)服務(wù)有限公司，上海 200003)

1 問題的提出

上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱奉賢發(fā)電公司)#11，#21，#31，#41燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)，配套杭州鍋爐廠生產(chǎn)的鍋爐，于2005年底先后投產(chǎn)。為防止鍋爐爐膛內(nèi)可能存在的天然氣發(fā)生爆燃，在燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)前，需在25%額定轉(zhuǎn)速高速盤車進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)及鍋爐部分清吹，清吹時(shí)間為15min。長(zhǎng)期以來，奉賢發(fā)電公司為使機(jī)組能迅速啟動(dòng)和安全運(yùn)行，奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了深入的分析和研究，他們?cè)谂cGE公司技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，奉賢發(fā)電公司配套的余熱鍋爐為杭州鍋爐廠生產(chǎn)制造，而燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)定的清吹時(shí)間卻由GE公司設(shè)定。作者認(rèn)為，應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，通過計(jì)算分析燃?xì)廨啓C(jī)及其余熱鍋爐的實(shí)際空間體積來確認(rèn)燃?xì)廨啓C(jī)清吹所需要的時(shí)間。目前設(shè)定的清吹時(shí)間是有一定問題的，若清吹時(shí)間過短，則有發(fā)生爐膛爆燃事故的危險(xiǎn);若清吹時(shí)間過長(zhǎng)，則有違調(diào)峰電廠啟動(dòng)迅速的初衷，有違國(guó)家節(jié)能減排政策的要求。故此，奉賢發(fā)電公司開展了燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間優(yōu)化的研究。

2 研究的技術(shù)重點(diǎn)和優(yōu)化方案

2．1 影響清吹時(shí)間的主要因素

(1)清吹倍率。在整個(gè)清吹過程中，需置換幾倍的清吹容積。

(2)清吹容積。清吹容積是指需清吹部分的容積。

(3)清吹流量。清吹流量是指燃?xì)廨啓C(jī)在25%轉(zhuǎn)速時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)尾部的煙氣流量。

這些基本數(shù)據(jù)和清吹時(shí)間存在著如下關(guān)系:清吹流量×清吹時(shí)間=清吹容積×清吹倍率。

2．2 清吹優(yōu)化方案

2．2．1 清吹倍率的確定

依據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)編訂的NFPA 85—2007《鍋爐與燃燒系統(tǒng)的危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》第 8 部分 8．8．4．2．1．1條對(duì)余熱鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)排氣系統(tǒng)清吹時(shí)間的規(guī)定:“燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)尾部煙道的清吹倍率應(yīng)為5倍，且清吹時(shí)間不得少于5min?！?/p>

2．2．2 清吹容積確定

依據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)編訂的NFPA 85—2007《鍋爐與燃燒系統(tǒng)的危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》第 8 部分 8．8．4．2．1．2條對(duì)余熱鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)排氣系統(tǒng)清吹容積的規(guī)定:“燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口至煙氣溫度低于燃料自燃點(diǎn)56℃處?！?/p>

該標(biāo)準(zhǔn)第8 部分8．8．4．2．1．3 條要求為:“在任何情況下，清吹容積不得小于燃?xì)廨啓C(jī)出口至第1層蒸發(fā)器出口部分的容積。無余熱鍋爐則延伸至煙囪出口?！?/p>

天然氣中主要成分甲烷的自燃點(diǎn)在540℃左右，低于燃料自燃溫度56℃的點(diǎn)則在鍋爐2級(jí)蒸發(fā)器附近。該清吹容積遠(yuǎn)比 8．8．4．2．1．3 條所述的少。奉賢發(fā)電公司鍋爐9組蒸發(fā)器布置緊湊，視為一個(gè)整體，則按該標(biāo)準(zhǔn)第 8 部分 8．8．4．2．1．3 條的要求應(yīng)取燃?xì)廨啓C(jī)出口至換熱器出口，不包括煙囪部分。

根據(jù)NFPA 85—2007《鍋爐與燃燒系統(tǒng)的危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，清吹容積還需符合燃?xì)廨啓C(jī)制造廠的要求。奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員與GE公司技術(shù)人員反復(fù)論證，認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部容積較小的因素可忽略不計(jì)，煙囪部分容積較大，應(yīng)以最大的安全裕量考慮，最終決定清吹容積取蒸發(fā)器出口至煙囪出口容積。故此，確定清吹容積為從燃?xì)廨啓C(jī)排氣煙道尾部開始的過渡段、爐膛本體、煙囪部分的容積。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果(計(jì)算過程略)，爐膛總體積為3878．49m3，內(nèi)部管材總體積為 140．15m3，鍋爐側(cè)容積為 3738．34m3。

2．2．3 清吹流量確定

相反的情形卻在于，人類中心主義從建構(gòu)到超越，需要增加生態(tài)中心主義的元素乃至反證條件。這恰如當(dāng)代西方著名倫理學(xué)家阿拉斯戴爾·麥金太爾在《德性之后》中反諷的“道德危機(jī)時(shí)代”那樣，“這種狀況與我們熱衷于表述分歧而不是共識(shí)是相關(guān)的，它使得我們的爭(zhēng)論永無止境”[12]694。人類中心主義與自然中心主義之間的“邏輯悖論”映現(xiàn)其中，原本需要從一元論出發(fā)的基本命題，裂變?yōu)猷┼┎恍莸摹岸摗笔降臓?zhēng)論。

DLN燃燒室9E燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)曲線如圖1所示。在圖1中:A為實(shí)際排氣質(zhì)量流量占額定排氣質(zhì)量流量的比例;B為實(shí)際燃料質(zhì)量流量占額定燃料質(zhì)量流量的比例;C為實(shí)際轉(zhuǎn)速占額定轉(zhuǎn)速的比例;D為進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開度;E為負(fù)荷率。

奉賢發(fā)電公司采用的燃燒室非DLN燃燒室，但2種燃?xì)廨啓C(jī)通流部分設(shè)備是一致的，因此，25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)空氣流量是一致的。由圖1曲線可知，25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)空氣流量大致為最大煙氣質(zhì)量流量的10．4%，最大煙氣質(zhì)量流量為418 kg/s。25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)空氣流量=最大煙氣質(zhì)量流量×10．4%=43．5(kg/s)。

由圖1曲線可知，在此工況下，燃?xì)廨啓C(jī)已點(diǎn)火，所以，在考慮清吹25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)空氣流量需扣除該工況的燃料質(zhì)量流量，查曲線可知，燃料質(zhì)量流量為 0．22 kg/s。

查空氣密度表，15℃標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣密度ρ =1．22 kg/m3。

故此，25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)空氣流量=35．5m3/s。

綜合上述計(jì)算結(jié)果:清吹容積為3 738m3，清吹流量為35．5m3/s，清吹倍率為5倍。根據(jù)公式:清吹流量×清吹時(shí)間=清吹容積×清吹倍率，可計(jì)算得出清吹時(shí)間為526 s(8．77min)。

燃?xì)廨啓C(jī)的清吹轉(zhuǎn)速由曲線所得，可能有極小誤差，清吹容積計(jì)算中涉及煙道內(nèi)保溫也有一定的計(jì)算誤差，應(yīng)預(yù)留足夠的安全余量，優(yōu)化后的燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間定為10 min，約為計(jì)算所得時(shí)間的113%。

3 優(yōu)化前、后效果及經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)過精密計(jì)算，燃?xì)廨啓C(jī)的清吹時(shí)間得到確認(rèn)。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，原來燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間定為15min，是一個(gè)有很大裕量的數(shù)值，該數(shù)據(jù)既不經(jīng)濟(jì)，也不符合調(diào)峰電廠快速啟動(dòng)的特點(diǎn)。

3．1 安全效益

清吹流量是固定的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)得到了GE公司技術(shù)人員的確認(rèn)。對(duì)此，奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員確定了清吹容積及5倍清吹倍率。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員依據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)燃?xì)廨啓C(jī)煙氣防爆方面的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)聽取了GE公司技術(shù)人員在清吹容積方面的建議，設(shè)置了很大的安全裕量(煙囪部分的體積為612．00m3，占整個(gè)清吹容積的16．3%)，現(xiàn)用的清吹容積遠(yuǎn)高于 NFPA 85—2007《鍋爐與燃燒系統(tǒng)的危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。優(yōu)化后的燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間定為10min，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)尾部煙道的防火、防爆，是安全可靠的。

3．2 社會(huì)效益

奉賢發(fā)電公司原燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)至并網(wǎng)時(shí)間在30min左右。優(yōu)化后的燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間為10min(相比原來的15min縮短5min)，即燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)至并網(wǎng)時(shí)間可縮短至25min，比原時(shí)間縮短16．7%。作為一個(gè)調(diào)峰電廠，“召之即發(fā)”是其使命，清吹時(shí)間的優(yōu)化，更好地體現(xiàn)了調(diào)峰電廠的特色，更好地肩負(fù)起了社會(huì)賦予奉賢發(fā)電公司的責(zé)任。

3．3 經(jīng)濟(jì)效益

以2010年計(jì)，#11燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火34次，#21燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火34次，#31燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火45次，#41燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火40次，共啟動(dòng)153次。可縮短啟動(dòng)時(shí)間765min，在此期間，各個(gè)輔機(jī)包括燃?xì)廨啓C(jī)輔機(jī)、鍋爐輔機(jī)、汽機(jī)輔機(jī)、公用系統(tǒng)輔機(jī)的運(yùn)行時(shí)間

圖1 DLN燃燒室9E燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)曲線

圖4 程序修改后#11燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)熄火曲線圖

4 結(jié)束語

優(yōu)化改造后，奉賢發(fā)電公司4臺(tái)9E燃?xì)廨啓C(jī)都能在正常的轉(zhuǎn)速下熄火，比較圓滿地解決了燃?xì)廨啓C(jī)熄火轉(zhuǎn)速升高的問題。這對(duì)設(shè)備的健康狀況、機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行都有重要的意義，也為以后國(guó)內(nèi)同類9E機(jī)組的運(yùn)行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，通過對(duì)9E燃?xì)廨啓C(jī)Mark V控制系統(tǒng)程序的研究以及功能塊特性參數(shù)的探索，技術(shù)人員加深了對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提高了技術(shù)水平。

［1］武常鋼．燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)技術(shù)改造實(shí)例［J］．新型儀器與智能儀表，2005(3):49－50．

［2］JB/T 5884—1991，燃?xì)廨啓C(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)［S］．

［3］馮占利．Mark V控制系統(tǒng)在燃?xì)廨啓C(jī)上的應(yīng)用實(shí)踐［J］．化工自動(dòng)化及儀表，2008(3):76－77．

［4］周暉．9E燃?xì)廨啓C(jī)Mark V(TMR)控制系統(tǒng)故障分析及對(duì)策［J］．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2006，19(4):55 －59．

［5］王選生，王晉君，蔡新波．燃?xì)廨啓C(jī)Mark V控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析［J］．機(jī)械與電子，2007(10):62－63．

［6］李新斌．9E燃?xì)廨啓C(jī)在停機(jī)過程中無法自動(dòng)解列的分析處理［J］．浙江電力，2004(6):50 －52，55．

［7］陳秀猛，金賢嬌，陳浩．9E型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組停機(jī)方式的優(yōu)化分析［J］．制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2011，32(2):91－94．

［8］呂先忠，丁乙釜，王函弘，等．PG9E型燃?xì)廨啓C(jī)組試運(yùn)行中的若干問題及處理［J］．浙江電力，2001(1):43－45．

［9］吳石賢．燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)概況［J］．發(fā)電設(shè)備，2003(2):56－58．

［10］任其智．燃?xì)廨啓C(jī)的檢修［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［11］戴初成，景浩．PG6581B型燃機(jī)停機(jī)程序缺陷的分析［J］．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2010(2):67 －69．

［12］陸必春．基于Mark+Ⅵ的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］．鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2004．

［13］曾奕強(qiáng)，范雪飛，陳洪溪．PG9171E燃機(jī)改用雙燃料系統(tǒng)的探討［J］．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2007，20(3):69 －72．

［14］張劍萍．PG9171E型燃機(jī)運(yùn)行技術(shù)特性［J］．華東電力，1999(1):50－52．