肖維龍

（張家港華興電力有限公司，江蘇張家港 215627）

張家港華興電力有限公司（以下簡稱華興公司）擁有2臺出力為395MW級的F級單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，是我國西氣東輸?shù)南掠闻涮醉椖浚鳛槲覈谝慌Π钫袠?biāo)的9FA級燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，主要設(shè)備由美國GE公司提供。2臺機(jī)組分別于2005年5月和2006年1月投入商業(yè)運行。

1 改造鄰爐上水系統(tǒng)

機(jī)組設(shè)計為調(diào)峰機(jī)組，自投產(chǎn)以來，大多為一臺機(jī)組運行，另一臺機(jī)組備用，約每周進(jìn)行一次機(jī)組切換。備用機(jī)組的切換在符合啟動條件之前必須先對余熱鍋爐各系統(tǒng)上水，由于電廠的余熱鍋爐低壓汽包給水直接來自凝結(jié)水，在對余熱鍋爐上水前必須進(jìn)行凝結(jié)水除氧，但是由于備用機(jī)組凝汽器未建立真空，只能依靠熱力和化學(xué)除氧?？紤]到凝汽器循環(huán)水側(cè)管路的安全性，在實際運行中蒸汽（熱力）除氧要求把凝結(jié)水加熱到45℃左右，化學(xué)除氧藥劑量消耗大而且效果不好。另外，由于機(jī)組的高中壓給泵的入口接自低壓汽包，在高中壓系統(tǒng)上水的過程中凝結(jié)水泵必須保持運行，在余熱鍋爐上水期間凝結(jié)水泵再循環(huán)門大多保持在全開位置，不僅廠用電消耗大而且增加了化學(xué)藥劑的消耗。

另外，切換后停機(jī)的機(jī)組，考慮到冷備用機(jī)組的鍋爐的保養(yǎng)，機(jī)組達(dá)到余熱鍋爐放水條件立即進(jìn)行鍋爐高、中、低壓蒸汽系統(tǒng)帶壓放水。在對凝結(jié)水泵的設(shè)計參數(shù)和實際運行工況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，待停機(jī)組切換前凝結(jié)水泵的余量，可以滿足備用機(jī)組的低壓鍋爐上水需求。為此，2007年1月對鍋爐上水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，即將2臺機(jī)組的凝結(jié)水啟動放水管相連接。

改造后，在備用機(jī)組余熱鍋爐低壓系統(tǒng)上水時，可以利用運行機(jī)組的凝結(jié)水泵的余量對備用機(jī)組的凝汽器、鍋爐低壓系統(tǒng)進(jìn)行上水；在對備用機(jī)組的高中壓系統(tǒng)進(jìn)行上水時，也可以使用運行機(jī)組的凝結(jié)水泵對備用機(jī)組的低壓系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。改造后運行機(jī)組凝結(jié)水泵電機(jī)的工作電流雖然會略有增加，但是備用機(jī)組的凝結(jié)水泵（額定功率500MW）少運行5～6h，可以節(jié)約大量用電，而且改造后化學(xué)藥劑的使用量可以大大減少，特別是備用機(jī)組的上水，來自運行機(jī)組的凝汽器通過真空除氧器的除氧水，有利于保護(hù)鍋爐的受熱面。

2 循泵電機(jī)改為雙速

燃機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)方式，由冷卻水塔、前池、啟閉器、鋼閘門、平板濾網(wǎng)、循環(huán)水泵、凝汽器和相關(guān)管道及閥門等設(shè)備組成。電廠補(bǔ)水取自附近河道，通過補(bǔ)水泵輸送至水塔，然后由循環(huán)水泵輸送至凝汽器。每臺機(jī)組各配置2臺循環(huán)水泵，春冬低溫季節(jié)1臺運行，1臺備用，夏季高溫季節(jié)采用2臺循環(huán)水泵并列運行。另外，循環(huán)水系統(tǒng)還向開式水系統(tǒng)及工業(yè)水系統(tǒng)提供水源。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組輔機(jī)設(shè)備較少，循環(huán)水泵耗電在整個機(jī)組的廠用電中占的比例比較高（單循泵運行時達(dá)到10%，雙循泵運行時達(dá)到20%）。受到天然氣供應(yīng)和電網(wǎng)調(diào)峰的限制，機(jī)組大部分時間處于二班制運行或低負(fù)荷運行狀態(tài)下，但是循環(huán)水泵電機(jī)要求始終在額定轉(zhuǎn)速下運行，即使單臺循環(huán)水泵運行，循環(huán)水流量往往還是有富裕，特別是冬季循環(huán)水溫較低，凝汽器已經(jīng)達(dá)到了最有利真空（96kPa以上）狀態(tài)，但是不能有效地增加燃機(jī)負(fù)荷。另外，機(jī)組停機(jī)后循泵仍需運行一段時間，過大的循環(huán)水量也會造成循泵電耗的浪費。

為了降低整個機(jī)組的廠用電率，同時把機(jī)組控制在最有利真空運行狀態(tài)，2009年12月及2010年1月，利用機(jī)組檢修機(jī)會將2號機(jī)4號循泵及1號機(jī)2號循泵返廠進(jìn)行電機(jī)雙速改造。改造工作通過更換電機(jī)所有定子線圈將電機(jī)改造為14／16極雙速電機(jī)，電機(jī)實際極數(shù)通過切換連接片完成。改造后電纜接線盒位置不變，電機(jī)高低速切換在電機(jī)改造后新增加的切換箱內(nèi)進(jìn)行，在實際運行中利用停機(jī)機(jī)會，在停電后改變連接片連接方式，完成高低速切換。

改造后循泵功率從900kW下降到720kW，廠用電率大幅度降低，節(jié)電效果明顯。

3 新增停機(jī)輔助凝結(jié)水泵

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組停運后凝汽器汽側(cè)真空指標(biāo)很快降為零，為了防止低壓缸與凝汽器喉部超溫，在實際運行中凝結(jié)水泵必須繼續(xù)運行一段時間，用以滿足低壓缸噴水減溫及凝汽器水幕噴水的需要。通常在保證低壓缸排汽溫度不超過50℃，所需噴水減溫量較小，最大噴水量不超過60t／h，并且機(jī)組停運后凝結(jié)水泵停止對低壓汽包的上水，因此凝結(jié)水泵的負(fù)荷很低。但是機(jī)組配套的凝結(jié)水泵功率（額定功率500kW，額定流量625.6t／h）較大，為了保證凝結(jié)水泵的運行安全，必須通過控制凝結(jié)水泵再循環(huán)開度使凝結(jié)水再循環(huán)流量大于120t／h，不僅浪費大量電能，而且這種小流量長時間運行對凝結(jié)水泵的損害較大。為此，決定采用停機(jī)后用停機(jī)輔助凝結(jié)水泵取代凝結(jié)水泵的工作方式，并要求改造后可以對低壓汽包進(jìn)行啟動前上水，以便進(jìn)一步減少凝結(jié)水泵的運行時間。

2010年2月，在原機(jī)組凝結(jié)水泵坑內(nèi)增設(shè)一臺停機(jī)輔助凝結(jié)水泵，采用立式多級泵，出口壓力為1.0MPa，流量為100t／h，功率為45kW。把入口管道接在甲凝結(jié)水泵入口管上，把出口管接入凝結(jié)水泵出口門后母管管道上。新增停機(jī)輔助凝結(jié)水泵入口管各設(shè)1只手動門和電動門，出口管上也各設(shè)1只電動門、逆止門和手動門。在泵出口管上設(shè)再循環(huán)旁路，旁路接至主凝結(jié)水泵再循環(huán)管調(diào)門后，并設(shè)一手動門，新增管道均采用不銹鋼材質(zhì)。

在機(jī)組兩班制停運期間及機(jī)組非兩班制停機(jī)后，從原來的凝結(jié)水泵運行改為停機(jī)輔助凝結(jié)水泵運行，凝結(jié)水泵功率從322.6kW下降為45 kW，節(jié)電效果明顯。

4 凝泵電機(jī)改為變頻

正常運行時，機(jī)組的凝結(jié)水進(jìn)入低壓省煤器1、低壓省煤器2，通過低壓水位調(diào)節(jié)閥自動控制來實現(xiàn)對低壓汽包的補(bǔ)水，凝結(jié)水泵電機(jī)始終在額定轉(zhuǎn)速下運行，1臺運行1臺備用。

機(jī)組運行中，通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)門及低壓汽包水位調(diào)門開度的節(jié)流，實現(xiàn)對凝結(jié)水流量的控制，但是由于低壓汽包的上水調(diào)門開度較小不僅節(jié)流損失很大，而且引起低壓水位調(diào)門閥體及閥心沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏，節(jié)流導(dǎo)致的巨大運行噪聲也造成對環(huán)境的污染。運行結(jié)果表明，在機(jī)組不同負(fù)荷時凝結(jié)水泵電機(jī)輸出功率變化幅度不大，存在大馬拉小車現(xiàn)象；在機(jī)組啟停與低負(fù)荷時所需凝結(jié)水量少，節(jié)流損失大、效率低，特別是發(fā)電機(jī)組平均負(fù)荷率較低時，能量損失非?？捎^。

2011年2月，利用2號機(jī)組壓氣機(jī)按第四升級包升級改造和機(jī)組D修機(jī)會，實施了“一拖二”加電動旁路方案，對凝結(jié)水系統(tǒng)凝泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造。改造后凝泵采用變頻運行方式，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，在燃機(jī)基本負(fù)荷（390 MW）運行時，凝泵電機(jī)的工作電流從原來的47 A減少到24A，從而減少了凝結(jié)水泵的電能消耗，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 高壓主汽疏水技術(shù)改造

美國GE公司提供的機(jī)組熱態(tài)啟動曲線參考圖如圖1所示，2號機(jī)組某次熱態(tài)啟動的實時動態(tài)曲線如圖2所示。

圖1 GE推薦的熱態(tài)啟動曲線

圖2 2號機(jī)組熱態(tài)啟動曲線

圖2 中曲線1為轉(zhuǎn)速；曲線2為高壓旁路開度；曲線3為高壓主汽門（CV閥）開度；曲線4為天然氣溫度；曲線5為機(jī)組負(fù)荷。

從圖1可以看出，機(jī)組從啟動到帶基本負(fù)荷需耗時65min，而2號機(jī)組從啟動到帶滿負(fù)荷需耗時87min，與GE公司提供的參考曲線相比，多花了22min。通過比較，多耗時11min的主要原因發(fā)生在金屬溫度匹配過程中。

在燃機(jī)熱態(tài)啟動過程中，為了較快地提升燃機(jī)的排煙溫度得到相應(yīng)于汽缸溫度的高壓蒸汽，要求主蒸汽溫度高于汽缸溫度20℃后才能實施高壓進(jìn)汽。投入金屬溫度匹配程序，燃機(jī)會自動地將汽缸上缸溫度加上115℃，作為控制燃機(jī)排煙溫度的基準(zhǔn)值，熱態(tài)啟動汽缸上缸溫度一般都為470℃以上，因此燃機(jī)排煙溫度的基準(zhǔn)值要求到達(dá)585℃，不過燃機(jī)溫度匹配所能達(dá)到的最高排煙溫度只有566℃，要到達(dá)此溫度，燃機(jī)的負(fù)荷要在45MW以上。但在實際啟動過程中，由于受到天然氣預(yù)熱溫度的限制，在金屬溫度匹配的前12min，機(jī)組負(fù)荷只能加載到35MW左右，在天然氣預(yù)熱溫度沒有達(dá)到170℃以前，燃機(jī)加負(fù)荷將受到韋伯指數(shù)的限制而停滯，從而延長了金屬溫度匹配的時間，此過程要比GE推薦的時間多花費11min。

為了縮短啟動過程中金屬溫度匹配的時間，對高壓主汽疏水系統(tǒng)實施了改造。針對GE公司原先設(shè)計的主汽閥前疏水管徑偏小，疏水量較小，暖管速度慢，影響汽機(jī)高壓缸進(jìn)汽時間的設(shè)計缺陷。在2011年1月進(jìn)行的技改項目中，在高壓主截閥前增加了一路管徑較大的疏水。用以提高主蒸汽的溫升速度，縮短啟動過程中主蒸汽溫度與金屬溫度匹配的時間，從而提高機(jī)組的啟動速度。

改造后，在機(jī)組啟動過程中通過優(yōu)化疏水開啟方式，高壓主汽閥前疏水量的增加不會對主汽閥座及管道支架產(chǎn)生明顯的應(yīng)力作用，通過汽輪機(jī)側(cè)高壓主汽U型彎完全可以吸收管道熱膨脹，同時，暖管速度加快了約11min，通過3次停機(jī)后的探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)該疏水管道有異常情況，因此，從安全角度看，該溫升速度不會對高壓主汽管材造成損害。實施疏水改造后2號機(jī)組某次熱態(tài)啟動時間分段列表比較如表1所示。

顯然，在實施高壓主汽疏水改造后，主蒸汽溫度與金屬溫度匹配的時間由原來的22min縮短為現(xiàn)在的11min，從而使熱態(tài)機(jī)組啟動至加至基本負(fù)荷時間從87min減少為77min，提高了109FA燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱態(tài)啟動速度，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

表1 改造前后機(jī)組熱態(tài)啟動過程各階段啟動時間得比較min

6 結(jié)語

節(jié)能減排，提高能源利用率是我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)。華興公司通過對燃機(jī)系統(tǒng)一系列的技術(shù)改造，有效提高了F級單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的整體運行能耗，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，同時也提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。