燃气电厂的运行优化和天然气调峰

韩武健

（广东大唐国际肇庆热电有限责任公司广东肇庆526105）

摘要：随着越来越多的燃气电厂投入运行，天然气的供需矛盾也愈来愈来突出。特别是随着民用天然气量的增长，天然气供气量不足已经成为燃气电厂急需解决的主要问题。管道天然气既要考虑天然气的供气量，还要考虑天然气的调峰能力，其供需的矛盾更加突出。可以油气双燃料运行的机组在电厂的整体运行和管道调峰中可以发挥调节作用江苏某燃机电厂拥有2台180MW级9E燃气机组，是国家“西气东输”工程下游配套发电项目。作为周边企业唯一公共热源点，机组一台运行、一台备用，单台机组平均年运行为5500h左右。燃机启停快、调峰能力强、循环热效率高、污染小等特点使其兼具电网调峰作用，全年启停次数频繁。基于上述研究背景，本文针对机组现有设备与运行模式，深度挖掘燃机供热机组启动过程中节能潜力，缓解周边地区供热矛盾，为国内相似燃机供热机组启动优化提供基本数据与运行经验。

关键词：燃气电厂；运行优化；天然气调峰

1、前言

随着民用天然气使用量的增长和投入运行的燃气电厂越来越多，天然气供应不足已经成为了燃气电厂迫切需要解决的问题。为了有效地缓解天然气的供需矛盾，提高燃气电厂运行的稳定性和经济效益，深入研究燃气电厂的优化运行和天然气调峰情况具有重要的现实意义。

2、电厂机组基本情况与性能、耗差分析

2.1电厂机组基本情况分析

某电厂使用的是2台装机容量为125MW的机组，重油作为原设计中的燃料。近年来，电厂对2台机组的燃料系统分别进行油气双燃料的技术改造。与此同时，350MW燃气—蒸汽联合循环机组开始在电厂投入使用，机组使用的天然气以最近油气田为主要渠道。在上游资源限制基础上，管道供气规模呈不断增加的趋势，预计不久后会达到8×108m3/d的供气规模，但该供气规模与电厂实际用气需求量不相符合。与此同时，由于天然气管道的限制，导致储气调峰能力受到影响，大大增加电厂运行难度。

2.2燃气轮机运行优化主要工作内容

首先，基于燃气轮机性能优化试验基础上，掌握机组实际性能的状态数据。其中，机组变负荷效率性能试验、机组调峰与运行适应性试验、机组水洗效果比较试验以及机组不同季节性能比较试验等均属于燃气轮机性能优化试验范畴。其次，完善系统采样程序开发与测点。以容量为125MW的机组控制系统硬件配置和计算机接口情况为依据，以机组运行安全性为出发点，结合电厂的实际需求，基于MOD-BUS协议作用下，借助于RS232通讯方法的数据采用方式，达到实时参数采样程序的编写目的。

再次，机组性能计算与耗差分析模型。燃气轮机运行优化重点在于机组性能计算与耗差分析。针对系统性能计算，以GB标准和ISO标准为依据，结合GE公司的相关公式和修正曲线，提高计算准确性与时效性。针对参数功率、煤耗耗差的标准和公式均以机组设计数据、试验数据、GE公司公式为指导，并融合燃气轮机原理。

最后，实施优化运行系统开发。以性能优化试验掌握的机组状态数据为指导，结合燃机性能试验规程，利用GE资料编制性能以及耗差在线计算程序。基于Windows平台作用下，借助VB软件，实施运行性能在线优化。其中，后台采样程序与前台优化监测指导程序是组成系统的两大要素。

3、优化启动过程

机组冷热态启动过程中，剔除初期蒸汽参数提升阶段，绝大部分阶段，高压旁路中流动蒸汽满足供热品质要求，具有供热潜力。加之燃机机组多为电网调峰，启停次数频繁，致使该部分蒸汽的废热损失具有累积性。

从图1中可以看出，高压直供汽管路在启动过程中兼具旁路功能，且流向终端为供热母管具有供热能力。高压直供汽与高压旁路对于管路中蒸汽设计参数要求见表1。从表中可知，高压直供汽管路与高压旁路中蒸汽来源均为高压主蒸汽，因此设计工况下最大流量、入口蒸汽压力与温度均相似。两者出口蒸汽压力与温度均通过减温减压装置进行调节，改变阀门开度与减温水温度或流量调节管路出口蒸汽参数，使压力与温度满足功能性要求。

图1机组启动过程主要设备

表1管路蒸汽参数特性

基于上述研究，进行启动优化设计，即启动过程中，待主蒸汽参数满足供热要求，关闭高压旁路，开启高压直供汽管路，利用高压直供汽管路替代高压旁路，将具有供热品质蒸汽送入热网供给热用户实现废热利用。

3.1冷态优化启动过程

数据通过DCS读取，计时标准以燃机点火为零点。7min时，高压旁路投入使用，以使参数尚未达到汽轮机冲转与供热条件的主蒸汽由旁路系统引致凝汽器。28min时，主蒸汽参数达到热网供热蒸汽品质要求，温度214℃，压力1.30MPa，迅速关闭高压旁路，同时开启直供汽管路，大部分具有供热品质的主蒸汽进入供热母管实现废热利用。汽轮机于35min进行冲转，于68min时关闭退出直供汽管路，主蒸汽全部进入汽轮机完成升速、同期并网、加载等后续过程。从启动过程可以看出，冷态启动中直供汽管路共投入40min，通过直供汽流量曲线积分计算单次冷态启动实现废热利用约为34t。

3.2热态优化启动过程

热态启动9min时，高压旁路投入使用。22min时，主蒸汽参数达到热网供热蒸汽品质要求，温度296℃，压力1.60MPa，迅速关闭高压旁路，同时开启直供汽管路，大部分具有供热品质的主蒸汽进入供热母管实现废热利用。31min时汽轮机进行冲转，45min时直供汽管路关闭退出使用。整个热态启动中，直供汽管路共投入23min，计算单次热态启动实现废热利用约为15t。

4、优化启动效益分析

分析机组历史运行数据，进行优化启动经济性分析。并作出如下规定与假设：

（1）多次冷热态优化启动结果表明，单次冷（热）态启动供热量具有稳定性，假定单次冷态启动，废热利用量34t，热态启动15t。

（2）两台机组（#1、#2联合循环）年度冷热态启动次数统计见表2。可以看出，机组启动方式以冷态与热态为主，温态启动全年两台机组共出现3次，因此，温态启动对计算影响较小，故不作考虑。

表2机组年度启停次数汇总

（3）基于现有设备与人员，机组进行启动运行方式优化。材料、人工、耗损、维护等成本支出近零。

5、结语

机组常规启动过程中，部分具有供热品质的蒸汽通过高压旁路直接流入凝汽器造成热量浪费。通过启动优化，利用直供汽管路替代高压旁路实现废热利用。单次冷态启动废热利用约为34t，热态启动15t。启动优化所涉及所有操作，均建立于机组现有人员与设备配备，成本投入近零条件下，年度实现净收益约30万元。同时，本机组特征设备与运行方式具有代表性，对国内相似燃机电厂具有指导性与借鉴性，启动优化方式具有广阔的市场前景和推广价值。

参考文献：

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