安萨尔多9F级燃气机组节能降耗策略研究

毕静伟

（珠海市钰海电力有限公司）

0 引言

随着“30·60”碳达峰、碳中和目标的提出，国内电力行业在电源选型上有了明显转变。相比于燃煤发电，天然气发电（简称“气电”）具有效率高、污染小、灵活性强的特点，正因为如此，近年来燃气电厂在国内遍地开花，重型燃机行业迎来了发展的重要窗口期。与此同时，如何降低燃气机组的厂用电率、提高机组运行的经济性，也不再是一个小众话题。本文主要从三个方面展开讨论。

1 优化机组运行方式

燃气-蒸汽联合循环机组启停迅速，具有优越的调峰性能。因此，目前国内燃气电厂中，非供热、供暖机组多数用来调峰，年利用小时少、日运行时间短、运行负荷率低是燃气电厂面临的普遍问题，这种运行方式就注定了厂用电率会居高不下。因此，燃气电厂争取机组的最优运行方式，是降低厂用电率的最主要途径。

机组运行方式的优化，可以从以下几方面入手：

（1）与电网公司保持良好沟通，争取较为优良的运行方式

在部分中西部省份，燃气电厂分布较少，电网调度人员对燃气-蒸汽联合循环机组理解较为片面，将燃机电厂早起晚停作为一种常态来调度；在沿海发达地区，很多燃气电厂也承担了过多的调峰任务。这种方式对燃气电厂极不友好，若该地区没有配套完善的气电政策，电厂各项经济指标将异常难看，几乎无盈利空间。因此，加强与电网公司相关运行策划部门、运行方式管理部门保持良好沟通，在现货市场尚不完善的中西部地区有较大操作空间。

（2）与天然气供应方保持良好沟通

目前国内大部分燃气电厂只有一路气源，燃料来源单一，加之天然气不易大量储存，造成电厂在发电环境较好、盈利空间较大时，经常面临天然气量供应不足的局面。另外，每年冬天供暖季，为保障北方居民供暖，南方电厂天然气供应始终处于比较紧张的状态。从燃气电厂角度出发，可采取的措施不多，天然气卖方市场大环境未改变的情况下，一方面是与天然气供应方保持良好的沟通，做好必要的解释工作，维护好双方的合作关系，最大程度规避“照付不议”等合同规则方面带来的经济损失；同时利用天然气“长协”及月度计划，结合电网公司各类考核标准，合理制定每日机组运行方案，优化运行方式。另一方面是开拓新气源，变卖方市场为买方市场，增加自身话语权。

（3）根据当地气电政策，寻找最优运行方式

部分地区存在以气定电的情况，即日前将批复天然气量报送给电网公司，以此决定次日机组运行方式。对于9F级燃机电厂，一般配备2台（或更多）机组，对于一定量的天然气，可以启动一台机组，高负荷运行，在网时间拉长一些；也可以启动两台机组顶峰运行。在电网对调峰需求不高时，便存在沟通的空间，电厂方面可结合实时气电价格和电网奖惩政策，及时与电网方面沟通，争取更为有利的启停机方式。

（4）合理利用机组供热（供暖）特性，优化机组运行方式

大部分热电联产电厂，其供热量一般会低于全厂额定供热量的50%，若两台机组中的一台连续运行并对外供热，另一台机组调峰运行，在调峰机组停运超过三天，机组进入冷态前，可通过调整供热汽源的方式，将供热机组与调峰机组对调，以此保证两台机组均处于热态，减少全厂冷态启动的次数。

（5）根基计划停机时长，决定是否停运主变

大部分燃气机组可选用GCB和UCB（亦称HVCB，即主变高压侧开关）并网、解列，在部分调度环境较为宽松的省份或地区，可结合机组停运时长，决定是否停运主变及高厂变，以便节约变压器空载损耗。

2 机组控制逻辑优化

燃机-蒸汽联合循环机组，自动化程度较高，启停机操作中存在不少子组顺控，启停机主顺控执行到某一步时，调用对应的子顺控，完成该子系统的启停操作。针对安萨尔多AE94.3A型燃机，结合同类型电厂在逻辑优化方面的探索和实践经验，总结出以下几点节能措施：

（1）优化燃机清吹时长

燃气轮机在启动前，需要利用压气机出口空气对热通道进行一定时间的吹扫，降低通道内可燃气体浓度，避免发生爆炸。安萨尔多AE94.3A型燃机，启机顺控中需要清吹720s，该清吹时长是根据余热锅炉烟气侧容积计算而来。参考同级别其他类型燃机启动顺控，该清吹时长可根据实际情况适当缩短。目前京能钰海电厂已经对其进行优化，且优化力度很大。硬件方面改造主要是在燃机排气扩散段加装天然气浓度测点，用以检测该区域天然气浓度；逻辑控制方面，修改后的顺控首先判断本次机组启动是否需要进行清吹，判断条件如下：

1）燃机负荷大于30MW，跳机。

2）排气扩散段天然气浓度大于10%。

3）ESV开启后15s内关闭与上燃机跳闸。

4）停机时间超过8天。

5）火焰失败跳机。

6）手动吹扫按钮。（运行人员根据实际情况决定）

以上条件任意一条满足，即判断为本次启动需要进行清吹，机组启机顺控将执行240s清吹操作；若均不满足，则燃机将直接启动点火。此举措大幅度缩短了燃机清吹时间，提高机组启动速度的同时，减少了锅炉清吹过程中的热损失，缩短了机组启动过程中升温升压所需时间。

（2）优化启停机过程中各辅机启停时机

对于调峰机组，每日启停机操作过程中，各辅机设备何时启动、何时停运，对厂用电率影响较大，因此，启停机过程中的节能措施，是燃气电厂节能工作的重要组成部分。近几年，随着国内安萨尔多9F级燃机在运机组逐步增多，在各电厂技术人员不懈地研究和探索下，逐步形成一套适合本机型的启停机逻辑顺控，以APS（一键启动）的形式固化下来，规范了操作步序，提高了启机效率。

机组启动顺控以调度下发的负荷曲线为时间节点，并网时间点往前推25min，执行燃机启动顺控。以下为某9F燃机电厂启机时间轴：

并网前58min，启动凝结水泵→并网前55min，投运轴封系统→并网前50min，启动两台真空泵开始抽真空→并网前35min，启动中压、高压给水泵，调整汽包水位至点火值→并网前30min，启动一台循环水泵→并网前25min，满足所有启机条件，执行燃机启动主顺控→并网前5min，燃机3000rpm空载运行，各系统全面检查，合GCB上口刀闸，准备按时并网。

启停机过程中，各辅机设备启停时机对厂用电率均有一定影响。如循环水泵，机组冷态启动时，由于没有大量热蒸汽进入凝汽器，系统对循环水量需求不大，此时可启动辅助循环水泵（小循泵）。在燃机点火后、锅炉侧过热蒸汽电动阀开启前，再切换至大循泵运行，如此单次机组启动可缩短循泵运行时长约30min，相应可节约厂用电量约500kWh。而停机过程中，自燃机熄火开始计时，高压过热蒸汽压力降低至7MPa，关闭炉侧高压过热蒸汽电动阀、中压过热蒸汽电动阀，锅炉保压；机侧待高压主蒸汽管道泄压、汽机盘车正常投入后，开始破坏真空，停轴封，而后将大循泵切换至小循泵运行，完成停机操作。

（3）优化冷态（温态）暖机逻辑

安萨尔多9F级燃气机组，单轴和多轴机组配备不同型号的蒸汽轮机，但冷态启动时的冲转参数及控制逻辑相差不大，整套联合循环机组从燃机执行启动顺控，至机组投入AGC，大概需要6～8h，部门电厂由于种种原因（如胀差、振动等），冷态启动时间甚至超过9h。部分西门子和三菱9F级燃机电厂，经过不懈地研究和探索，在机组冷态、温态启动暖机控制逻辑方面已经做了很多的优化，如制定汽轮机缸温与最佳暖机负荷的曲线，不再单纯地以冷、温、热态来确定暖机时的燃机负荷；又如暖机过程中根据汽轮机缸温及胀差情况，动态调整暖机参数，将暖机负荷曲线由原来的线性上升改为指数型上升形式，最大程度缩短冷态启动时长。据了解，国内已投运安萨尔多9F级燃机在暖机控制逻辑方面所做的探索较少，目前均沿用厂家提供的原有的控制逻辑，因此暂无相关资料可供参考。

3 其他节能优化措施

1）机组冷态启动时，汽机启动控制逻辑内有暖机时间要求，该时间为计算值，可采取一些非常规手段来缩短这一时长，如降低机组真空等。钰海电厂一般采用稍开真空破坏阀手动小旁路阀的方式，控制凝汽器真空在-83～-85kPa范围内，以此增加汽轮机进气量及蒸汽在气缸内停留时长。此举可将冷态启动暖机时长缩短至规定暖机时长的35%左右，大幅度提高冷态启动速度。

2）机组启动过程中，由于每次启动工况不同，高、中、低压蒸汽参数很难做到同时达到冲转要求。这时可手动调节机组高、中、低压旁路阀开度，调整蒸汽参数，使其尽快满足冲转要求（如蒸汽过热度不足时，可开大旁路，减低蒸汽饱和温度，同时提高蒸汽流通及循环速度，可快速提高其过热度）。