M701F型燃气—蒸汽联合循环机组的能效跟踪及经济性分析

李明辉

摘要：介绍了燃气轮机电厂的燃气轮机和联合循环电厂的起停过程，分为两班制。统计分析各机组在启停过程中消耗的电力和燃气量。比较了两种方法，并指出热启动可以提高机组的经济性。

关键词：燃气轮机;燃气一蒸汽联合循环;两班制运行;经济性

引言

激活气体-蒸汽复合循环具有许多优点，例如效率高，功耗低，利用率高，启停快，投资少，环境污染小，具有可靠性和安全性等。与国外基本负荷主要的情况不同，目前，中国制造的燃气-蒸汽合并，主要用于优化双重剃刮操作[1]。由于双速高速设备会启动和停止多次，这大大降低了设备效率。过去，大多数研究都是针对设备的稳定运行条件进行的，但是缺乏对设备启动和停止的分析。

一、机组概况

M 701 F燃气轮机（以下称为燃气轮机）是日本三菱重工制造的701 F涡轮机。前湾燃气轮机电厂一期的三个390 MW燃气-蒸汽燃烧循环是独立的单元，每个单元都配备有燃气轮机以及发电机和锅炉。该单元的每个主轴由串联的旋转发电机，蒸汽轮机转子和燃气轮机转子组成。空气被压缩到压缩机中并被送到燃烧室以混合燃料（天然气）进行燃烧。将产生的高温气体插入燃气轮机，然后将高温高压气体转换为动能，其余的用于运行发电机。加热锅炉吸收从内燃机排放的废气的热量，并产生合适的蒸汽以推动蒸汽轮机工作。每个燃烧单元的有效功率由燃气轮机和蒸汽轮机的功率组成，比例约为2：1。废气最终通过烤箱释放到大气中，本文主要分析启动和停止设备的可行性。燃气发动机M701F燃气轮机系统如图1所示。

二、 M701F机组启动过程

M701 F是三菱公司制造的F级燃气轮机，具有出色的性能和先进的结构。发电项目的第一阶段是一个3 x 390 MW单机组燃气-蒸汽联合循环机组。M701 F燃气轮机[3]的燃气轮机入口温度约为1400℃，排气温度约为600℃，燃气轮机效率约为36%，蒸汽轮机效率约为33%，整个燃烧循环的整体效率约为57%。对单元联合循环的开始和停止进行经济分析，可以得出诸如气体消耗，能源消耗，额外的蒸汽消耗，化学成分量和相应的经济成本等证据。

（一）M701F机组冷/冷温/热温/热态启动

当设备启动时，除了消耗气体外，还消耗电力，辅助蒸气，化学废水等。启动单元的耗电装置包括障碍电机，SFC启动器[4]，涡轮冷却风扇，排气泵，涡轮，水泵冷凝器，冷凝器泵，轴泵，机油泵顶泵，机油泵，机油泵 多余的蒸汽主要分为用于冷却蒸汽轮机和密封蒸汽分区。化学废水主要用于三个方面：汽包水使用和水位温度调节，调试和泄漏水更新期间的污水和疏水水使用。

假设在启动过程中气体流速随时间下降为Gi（t）打开气体的时间为t;则启动过程中的气体消耗为：

启动时使用的气体成本为：

该过程的总功耗为（当电源设备无法提供辅助电源和电压辅助电源时，请使用直接工厂电源，如：

（二）机组停运过程

机组的停机分为标准停机和维护停机，前者适用于两班制，后者用于冷却燃气轮机和锅炉，非常适合于定期检查[5]和维护工作。正常的机组停机是指机组在负荷运行条件下的过程，从降低负荷，断开发电机的连接，燃气轮机的火焰激活到减速成稳定的机组。有两种方法可以正常关闭：

（1）在关闭装置后，即断开发电机并持续转动装置后，保持真空，将蒸汽轮机供应轴封蒸汽，并在冷凝器中保持真空，此操作适用于每天两次启动和停止。

（2）关闭装置后，它将破坏冷凝器[6]中的真空（破坏真空），并停止提供蒸汽以密封蒸汽轮机，此功能适用该设备没有短期重启计划。

（三）机组启、停过程中的消耗

燃气蒸汽组合机组是高压机组，主要运行两班，即“早开，晚停”。在大多数情况下，由于在重新启动和下一次重新启动之间存在短按，设备会在热状态下启动，然后是热状态，并且冷启动次数最少。因此，仅在热的开始和结束时间计算能量消耗和气体消耗。

无论是热启动还是冷启动，如果单元1在一天之内启动（SFC编号C1），则从启动顺序到标称速度的系统最小功耗为3.2 MWh，最大值为3.6 MWh，平均值为3.4 MWh; 如果为期两天的启动（（2号SFC），则从启动命令到额定速度消耗的最小功耗为2.1 MW h，最大值为2.6 MW0h，平均值为2.4 MWh。因为工作条件不同 公共系统在设备启动过程中没有发生变化，可以计算出SFC在启动过程中消耗约3.4-2.4-1.OMWh。

从启动令发出至额定转速消耗的燃气量大致为2.8k。从初始订单到测量速度的耗气量约为2.8 k。将发电机连接到电网后，机组的初始循环完成（负载> 200 MW，热启动中的能耗约为3.3 MW0小时，燃气消耗约为22 km;7. 0MWh，燃气消耗约为40 km。

（四）机组运行方式优化的可行性

根据燃气轮机维修手册M701F，燃气轮机的启停次数达到300次或r（EOH，等效工作时间）达到8，000小时，即使尚未达到启停的时间，也需要计划维护300r，涉及一个大修周期，三个小修，两次交互和一个大修。根据三菱提供的热燃气轮机通道组件的更换和维护过程。

假定发电机没有断开连接，即使它不能保持全速运行，在关闭和减速，起动并重新启动到额定转速时，发电机仍会消耗一部分工厂的电力和天然气。以下公式可用：

在公式中：C1是保持全速运行而无需付费的单元的成本; C2是工厂关闭和减速的电力成本;C3是启动时的工厂用电成本; C4是相对速度下的启动订单消耗增加电力和燃气成本; C0通过扩展燃气轮机检查过程，并降低了维护成本。

（五）改变机组启动方式，延长检修周期的可行性

根据统计分析，当单元断开连接时，高压盒入口的温度约为465摄氏度，必须在大约27小时后立即将其降低至400摄氏度（此时间不一定与空隙空间有关）。加热的初始过程约为110分钟。启动后将AGC投入运行时，负载基本上为240 MW。在相同条件下，每次加热可以产生比热启动更多的功率。（不基于热状态和热启动时产生的电量差异），启动开始后的负载越高，差异越大。

结语

从以上分析我们可以看到：

（1）保持最大动作速度而不超过20小时。设备关闭后，这比开始和停止划分的维护成本要少，T值越小，经济性越好。但是根據设备的当前运行状态，这实际上是不可行的。

（2）在相同条件下，增加热态的热量并减少加热系统的热量，不仅可以提高经济性，而且有助于延长设备的维护过程。

参考文献：

[1]王静平， 卞益平. M701F4 燃气—蒸汽联合循环机组油质异常分析及处理[J]. 今古传奇：文化评论， 2019， 000（003）：1-3.

[2]宋小帆， 赵光锋. M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统控制分析[J]. 名城绘， 2019（2）：0151-0151.