福建晋江天然气发电有限公司 福建 晋江
摘要：针对S109FA联合循环机组性能加热器热能、电能损耗较大，水耗较高的情况，通过分析其启停逻辑、加热器出口水温以及管道位置等特点，提出了修改逻辑、改变运行操作方法、改进管道走向等解决方案，以达到节能降耗的目标。
关键词：降低厂用电率；降低水耗；提高效率
0 概述
S109FA机组对天然气温度的要求在180℃左右，一般是在前置站设置性能加热器来对燃气进行加热。[1]性能加热器是一种管壳式的加热器，其热源来自中压省煤器出口管道的饱和水，性能加热器投入运行时需要一台中压给水泵源源不断地提供饱和水。本文报道为降低性能加热器运行中过高的电能、热能损耗所采取的改进措施。
1 现阶段性能加热器的启动、运行及停运工况
机组启动过程中，一般在燃气轮机清吹阶段投入性能加热器（以下简称加热器），加热器的投运分为3个步骤：①开启加热器进、出口通风阀；②启动1台中压给水泵，使加热器入口水压达到3MPa；③计时10s关闭加热器进口通风阀，计时120s关闭加热器出口通风阀。当以上3个步骤都完成后加热器的温控阀会打开10% 的开度。加热器管束如图1所示，中压省煤器的来水通过入口两个阀门先进入加热器1，加热后再进入加热器2，最后通过出口隔离阀和温控阀流进凝汽器，在温控阀之后有一个节流孔板起节流作用。
图1：性能加热器系统图
机组正常运行期间，天然气流量较大，加热器所需的饱和水量也较大，正常机组在280MW负荷时饱和水的流量一般在22t/h左右。由于加热器换热效率不可能达到100%，这就使得加热器回水仍有较高的温度，即便该厂在加热器内部加装了扰流丝加强换热，加热器的回水温度仍有60℃左右。加热器回水直接回至凝汽器，造成一定的冷凝损失，另外60℃的水温对凝汽器钛管也有较高的热冲击，加快钛管的损耗。
停机阶段，当机组熄火后（解列后8分钟熄火），加热器退出运行，加热器的退出分两步：①关闭加热器进、出水电磁阀；②开启加热器进、出口通风电磁阀。在第2步通风阀开启后，会排掉加热器里面的存水，造成一定的工质和热量浪费。
通过以上对加热器的投入、正常运行、停运的分析可见，加热器的投入步骤简明合理，没有多余的能耗和水耗，加热器在正常运行中有较多的低位热能被浪费掉，加热器的停运过程中有较多的能耗和水耗，针对这几点损耗制定不同的解决方案。
2 节能措施一
对于运行中加热器回水低位热能的损耗，通过改造管道，将加热器回水引入低压给水母管，减少回水在凝汽器中的冷却损失；另外在加热器回水管道上加一个逆止阀，防止低压管道中的水倒流至加热器。
表1列示了机组在典型负荷下加热器运行的工况数据
以280MW负荷为例，加热器回水温度60℃，流量为21.8t/h，排入凝汽器被冷凝成26℃的水，每小时热量损失为：
Q=4.2×103×21.8×103×（60-26）≈3.11×106kJ/h
每kWh的热当量是3600kJ，按联合循环效率56%计算，每小时节约的电能为
N=3.11×106×56%/3600=483.8kWh
而且目前加热器的回水温度有60℃左右，改造后可以减少较高的水温对凝汽器的冲击，减少热负荷，使凝汽器真空更佳，机组效率更高。
注意事项：改造之前加热器回水至凝汽器，由于背压是真空，回水流畅，改造后回水至低压给水，由于低压给水母管有0.8MPa左右的压力，可能会使回水不畅，因此可以把回水管路上的节流孔板去掉或者改大，加大通流截面，另外温控阀的线性也要做相应修改。
3 节能措施二
对于加热器的停运，通过控制逻辑优化使加热器在机组解列后就退出运行，加热器进口隔离阀关闭，出口隔离阀开启，温控阀关至一个小开度（10%），但进出口通风阀不开启，用加热器里的余水来加热天然气，待机组熄火后关闭出口隔离阀和温控阀。同时通过提高中压汽包水位（可以进水至+100mm），在加热器退出后就停运中压给水泵，至中压包水位降至-400mm左右时再次启动中压给水泵，将水位补至正常水位后停运该给水泵，此时机组转速已接近零转速。
表2所示为某S109FA机组解列后各相关参数变化情况，表中选取几个典型转速下工况参数。
对于燃气温度：由表2中可知，机组解列后，TTRF1已经低于1038℃，即便不对燃气进行加热也可以满足燃烧需求，只是燃烧器脉动会变大。且现在天然气质量流量FQG也很低，加热器内200℃左右的存水（现场实测每次停机排放1.5t左右）也可以对加热器进行加热。经粗略计算，压力3MPa，环温20℃时天然气的比热容是2.45×103J/Kg?℃，以天然气流量2kg/s恒定计算（实际平均小于2kg/s），以加热器内水温平均下降100℃，以换热器效率70%，天然气初始温度10℃，则下式成立：
100×1500×4.2×103×70%=2×8×60×（T-10）2.45×103
天然气温度t≈197℃，仍能保持高天然气温度，因此加热器退出运行不会对燃气轮机影响过大。
加热器提前8分钟退出，减少了中压给水泵的电能损耗。加热器停运一次排水量1.5t左右，按进口水温200℃，出口100℃算，可节约热量Q=4.2×103×1500×100=6.3×105kJ
按联合循环效率56%算，转换成电能可以节约
N=6.3×105×56%/3600=98kWh
同时还节约1.5t的工质。对于日起夜停机组来说，节能效果是比较明显的。
实施方案：目前加热器的停运逻辑在前文已经讲述，优化后的加热器停运逻辑分3步：
（1）机组解列后关闭加热器进水电磁阀，温控阀保持10%开度；
（2）机组熄火后关闭加热器出水电磁阀和温控阀；
（3）开启加热器进出口通风阀，使加热器回到投运前状态。
4 结语
综上分析，改进措施一具有较高的节能空间，但涉及到管道改造，较为复杂；改进措施二节能空间虽没有方案一大，但实施简单方便，只需修改逻辑、改变操作方法即可，可以建议推广。
参考文献
[1]中国华电集团公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书.[M]中国电力出版社，2009.
作者简介：谷向前（1987-），男，河南许昌人，助理工程师，从事燃气轮机电厂集控运行工作。
论文作者:谷向前
论文发表刊物:《电力技术》2016年第8期
论文发表时间:2016/10/20
标签：加热器论文; 回水论文; 机组论文; 凝汽器论文; 天然气论文; 温度论文; 性能论文; 《电力技术》2016年第8期论文;