降低联合循环机组冷态启动过程中论文_李怡婕

摘要：结合上海奉贤燃机发电有限公司二期9F型燃气轮机实际情况，通过优化循环水泵及机力风机的操作方法，降低联合循环机组冷态启动过程中循环水泵的电耗率，并在实际过程中进行了验证。

关键字：循环水泵；机力风机；电耗率

1 立项背景

发电企业是资源消耗巨大的行业，所以火力发电厂的节能减排显得尤为重要，汽轮机冷端系统优化运行是燃机电厂节能减排的重要组成部分，本论文是针对机组冷态启动过程中汽轮机冷端系统运行优化问题进行分析研究的。

上海奉贤燃机发电有限公司(简称：奉贤燃机）是上海市配合国家“西电东送”建设的发电项目，是上海电网主力调峰电厂之一，公司现有一期4套GE 9E级燃气-蒸汽联合循环发电机组和二期两套西门子9F级燃气-蒸汽联合循环发电机组，总装机容量为160万千瓦。?

目前，奉贤燃机二期2套（2×430MW）9F机组为调峰机组，在春秋冬季机组冷态启动次数多，夏季迎峰度夏期间机组启动主要为温热态启动。机组多为昼开夜停，启动次数频繁，汽轮机冷端系统相关辅机的启停频率也随之增长。

对2015年10月1日至12月1日期间，该厂5号机组冷态启动过程中各6kV大功率辅机的电耗率进行统计，得出各辅机平均电耗率为：凝结水泵4.32%，循环水泵17.3%，闭冷水泵3.32%，高压给泵5.48%。因此，在确保机组安全运行的前提下，通过优化循泵的运行方式，合理有效地控制其启停时间，可以提高冷态启动过程中的经济性，降低机组生产成本，创造可观的经济价值。

2 循环水系统

2.1 奉贤燃机电厂循环水系统概况

循环水系统的功能是通过循环水泵将冷却水送至凝汽器去冷却汽轮机低压缸排汽，以维持凝汽器的真空，使汽水循环得以继续[1]。

图2.1.1循环水系统示意图

奉贤燃机两套9F型机组循环水系统采用循环供水方式，循环水回水经循环水排水母管排入机力通风冷却塔冷却，冷却后回到冷却塔水池，循环使用。

该厂循环水系统设计为单台机组三台循泵配备七台机力通风冷却风机，根据设备设计参数，夏季机组启动过程中要求一机三泵七风机，春秋冬季则要求一机二泵五风机。新机组还未经历夏季运行，本论文仅对春秋冬季一机二泵五风机的情况做研究。

下表为循环水泵和机力风机的设计参数：

表2.1.1循环水泵和机力风机的设计参数

2.2 循环倍率的概念

循环水系统的循环倍率指冷却每吨蒸汽（排汽）所需的冷却水量，即：

循环水冷却倍率=冷却水量/排汽流量

该厂纯凝工况下循环倍率设计参数如下：

20023

3 改进循环水泵运行方式的理论分析

3.1 理论分析模型

对2015年10月1日至12月1日期间，该厂5号机组冷态启动过程中各阶段的蒸汽流量进行数据分析，得出下表：

表3.1.1 蒸汽流量和循环水量统计表

通过表3.1.1拟合出一条机组冷态启动过程中所需的循环水量曲线。

图3.1.1 冷态启动过程中循环水量曲线

由循环水量曲线再提出一个“冷却功率”的概念，即一条动态平衡线，所启辅机功率在曲线上方，则循环水量可以满足冷却蒸汽量的需求；在曲线下方，循环水量不足以满足冷却蒸汽量的需求。

所消耗的电量：

图3.1.2 冷却功率曲线3.2 优化方式前的操作方法

在循泵投运优化前，其投运方式为：

在机组启动前，投运第一台循泵；

待汽机旁路开启前，预先投入第二台循泵及五台机力风机。

中旁开启的时刻为： 燃机满负荷的时刻为：

优化操作方法前冷态启动过程中循环水系统所消耗的电耗：

则

图3.2.1 优化前操作方法的模型

图3.2.1中绿色阴影部分为优化前循环水系统用于冷却低压缸排气所消耗的电耗。则冷却功率曲线上方的面积都为浪费的电耗，说明优化前的运行方式及其不经济。

3.3 优化方法：

根据建立的模型和微积分原理可知，理想状态下，通过调整投运循泵和机力风机的顺序和时间，使得冷却功率无限贴近动态平衡冷却功率曲线时，所浪费的电耗最少，最经济。实际情况下，优化操作方法时需综合考虑机组的安全性和运行人员的可操作性。

首先，通过研究冷态启机操作票确定方便投运循泵和机力风机的操作时间点，即：

冷态启机前、旁路开启之前、燃机并网前和汽机并网前。

再根据表3.1.1，以保证机组汽水循环所需要的循环水量为前提确定操作方法：

表3.3.1 操作方法总结表

中旁开启时刻为： 燃机并网时刻为：

汽机并网时刻为： 满负荷时刻为：

则优化操作方法后冷态启动过程中循环水系统消耗的电耗为：

所节省的电耗为：

图3.3.1 优化方法后的模型

经过几次冷态启机实验后，发现此优化方法冷却效果好、安全性高，能够长时间维持循环水量充足，满足冷态启动过程中凝汽器热负荷的需求和凝汽器真空，方法可行。

4 实施过程

2015年12月23日，5号机组冷态启动过程中，按照新的操作方法进行了操作，效果如下：

表4.1 优化后循泵运行方式统计表

循泵所占厂用电率

13.9%

由表4.1可得：循泵在机组冷态启动过程中电耗率降至13.9%，循泵投运方式优化效果显著，达到课题预期目标。

下图为当时机组冷态启动过程中，循泵和机力风机的投运曲线：

图4.1 优化方法实施过程中循泵和机力风机的投运曲线

5 效果分析

5.1 节能效果

以2016年1月，5号机组冷态启动过程为例，对5号机循泵在冷态启动过程中电耗情况进行统计，效果检查如下：

表5.1.1 效果检查记录表

根据上表可知，在2016年1月的10次冷态启动过程中，循泵的平均电耗率由优化前的17.3%降至14.03%，效果明显。

5.2 效益计算

表5.2.1 效益计算记录表

即采用新的操作方法，每次冷态启动可以节约厂用电折合人民币987.7元左右，以 此项研究的6个月期间我厂两台机组启动共106次计算，节约成本10.5万元，经济效益明显。

6 结束语

汽轮机冷端系统是电厂重要的辅助系统，对电厂的安全、经济运行起着举足轻重的作用，本文对机组冷态启动过程中汽轮机冷端系统进行优化分析，合理确定循泵、机力风机的运行方式，从根本上克服了循环水泵启停的随意性和盲目性的问题，使得整个机组冷态启动过程中冷端系统一直运行在最经济的方式，从而大幅降低厂用电率，提高了机组经济性。

参考文献：

[1] 卢广法.西门子F级燃气-蒸汽联合循环发电机组培训教材.杭州：浙江大学出版社，2014.

论文作者:李怡婕

论文发表刊物:《中国电业》2019年 19期

论文发表时间:2020/3/4

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