宋黨科

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

某公司現(xiàn)有6 臺GE 9F 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。自2021 年去工業(yè)化改造，拆除了冷卻塔由機(jī)力通風(fēng)型冷卻塔（后統(tǒng)稱機(jī)力塔）代替原冷卻塔運行后，多了機(jī)力風(fēng)機(jī)加入運行導(dǎo)致廠用電明顯提升。GE 9F燃機(jī)啟停快、調(diào)峰能力強，是電網(wǎng)的調(diào)峰機(jī)組，由于機(jī)組啟停頻繁，因此在啟停機(jī)過程中找到機(jī)力風(fēng)機(jī)的最佳啟停時間點，能有效地降低機(jī)力風(fēng)機(jī)不必要的電耗。

1 機(jī)力塔簡介

1.1 機(jī)力塔外觀

如圖1 所示，機(jī)力塔相比于傳統(tǒng)冷卻塔，占地小、體積小，在城市中觀感好于冷卻塔，但是多了機(jī)力風(fēng)機(jī)運行，在廠用電上有提升。

公司采用第三代消霧節(jié)水冷卻塔技術(shù)，完全拋棄了翅片管消霧節(jié)水的概念，采用全新的理念。引入溫度較低的新風(fēng)，與塔內(nèi)的飽和濕熱空氣進(jìn)行換熱。結(jié)構(gòu)方面采用間壁式換熱器，菱形布置方式，阻力小，塔體平面尺寸未增加；材料方面為親水性及導(dǎo)熱性能好、抗腐蝕的超導(dǎo)碳素材料，耐老化、導(dǎo)熱系數(shù)好；全年節(jié)水率20%左右，消霧效果非常明顯。

1.2 機(jī)力塔工作原理

機(jī)力塔是把所需冷卻處理的水壓到冷卻塔上部，再通過配水系統(tǒng)均勻地噴灑于填料上，熱水從填料上部落下，同時不飽和空氣從塔下部上升或由側(cè)面進(jìn)入淋水裝置，在填料間隙的流動中，熱水與不飽和空氣進(jìn)行冷熱交換，空氣把熱量向外傳遞，變成熱空氣，再由風(fēng)機(jī)抽到塔外，從而達(dá)到水溫降低的效果，如圖2 所示。

圖2 機(jī)力通風(fēng)型冷卻塔工作原理圖

公司機(jī)力塔單塔水流量4 850 t/h，3 臺機(jī)配置14座。每臺機(jī)配有2 臺循環(huán)水泵，低速循環(huán)水泵流量12 000 t/h，高速循環(huán)水泵流量14 000 t/h，平時單臺機(jī)組運行情況下為高低速循環(huán)水泵搭配5 座機(jī)力塔運行。

1.3 機(jī)力風(fēng)機(jī)簡介

公司機(jī)力風(fēng)機(jī)葉片采用高強度環(huán)氧樹脂，模壓成型，葉型方面采用先進(jìn)的機(jī)翼葉型，全壓效率高，能有效降低風(fēng)機(jī)運行能耗。葉片設(shè)計上采用空腹式設(shè)計，自重輕、強度高，并有良好的互換性。風(fēng)機(jī)葉片迎風(fēng)面還特別設(shè)計了聚氨酯保護(hù)層，可有效防止出塔濕空氣中夾帶的水滴對葉片的沖刷破壞，極大地延長了葉片的使用壽命。超長跨高速傳動軸采用性能優(yōu)越的碳纖維傳動軸。傳動軸臨界轉(zhuǎn)速高達(dá)3 000 r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地避開了電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，降低風(fēng)機(jī)振動，使風(fēng)機(jī)運行更加安全可靠。

該風(fēng)機(jī)為6 kV 電機(jī)，運行功率約196 kW。在實際運行中，機(jī)力塔依靠自然通風(fēng)也有一定的冷卻效果，機(jī)力風(fēng)機(jī)并不是必須開啟。所以，合理規(guī)劃機(jī)力風(fēng)機(jī)的啟停能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 機(jī)組啟動過程機(jī)力風(fēng)機(jī)的投用時機(jī)分析

2.1 熱態(tài)啟動機(jī)力風(fēng)機(jī)的投用時機(jī)

圖3 為機(jī)組熱態(tài)啟動流程。機(jī)力風(fēng)機(jī)的啟停時機(jī)要從熱量進(jìn)入凝汽器的時機(jī)里尋找。因此，對熱態(tài)啟動過程進(jìn)行了分析。

圖3 熱態(tài)啟動流程圖

圖4 為熱態(tài)啟動曲線圖，從機(jī)組投軸封時算起，就不斷有熱量進(jìn)入凝汽器了，這部分熱量和循環(huán)水進(jìn)行換熱從而提高了循環(huán)水溫度。投軸封階段輔助蒸汽溫度大約250 ℃，涵蓋母管疏水回凝汽器的部分流量，整體流量在10 t/h 以內(nèi)，而此時一般投用低速循環(huán)水泵，循環(huán)水流量約12 000 t/h，溫度如果按照25 ℃計算，即便不啟動風(fēng)機(jī)，循環(huán)水溫度上升也很有限。

圖4 熱態(tài)啟動曲線

在機(jī)組啟動點火后，升速至2 000 r/min 左右時需要投入低壓缸冷卻蒸汽，氣源同樣為輔助蒸汽，流量大約10 t/h，同理也可以不用啟動機(jī)力風(fēng)機(jī)。

隨著燃機(jī)排煙溫度的上升，余熱鍋爐的蒸汽溫度和壓力也開始逐漸上升。一般在并網(wǎng)后不久，高壓過熱蒸汽壓力會達(dá)到4.5 MPa，高壓旁路會逐漸開啟，將會有大量的熱蒸汽進(jìn)入凝汽器。由圖4 可知，此時凝汽器循環(huán)水出水溫度會有個急速上升階段，然后保持相對穩(wěn)定。一般并網(wǎng)后持續(xù)25 min 左右，高壓主蒸汽閥前溫度可以到500 ℃以上開始高壓進(jìn)汽（進(jìn)汽溫度根據(jù)缸溫不同略有不同）。算上高壓進(jìn)汽過程10 min，并網(wǎng)至高壓進(jìn)汽結(jié)束這個階段燃機(jī)的負(fù)荷比較穩(wěn)定，對這個階段的熱量進(jìn)行了統(tǒng)計。并網(wǎng)后凝汽器熱源統(tǒng)計表見表1。

表1 并網(wǎng)后凝汽器熱源統(tǒng)計表

根據(jù)凝汽器循環(huán)水進(jìn)出水溫度上升的時間差，可以推斷出循環(huán)水由凝汽器出口再回到凝汽器進(jìn)口的一個周期大約為10 min（不同機(jī)組略有不同）。那么，大致判斷凝汽器循環(huán)水出水至機(jī)力塔大約5 min。因此，可以在高壓旁路開啟5 min 內(nèi)，開啟對應(yīng)數(shù)量的機(jī)力塔的風(fēng)機(jī)。

并網(wǎng)至高壓進(jìn)汽以前，由于高壓主汽閥關(guān)閉，汽輪機(jī)并不做功，所以真空對燃機(jī)沒有效率提升的作用，只是防止低壓缸排汽溫度過高造成安全隱患。經(jīng)測試，啟動2 臺機(jī)力風(fēng)機(jī)是比較合適的。高壓進(jìn)汽結(jié)束至機(jī)組加至基本負(fù)荷平均只有10 min，這個過程由于操作較多，所以剩下的3 臺風(fēng)機(jī)一般在高壓進(jìn)汽結(jié)束就陸續(xù)開啟。

2.2 GE 9F 燃機(jī)冷穩(wěn)態(tài)啟動過程

機(jī)組冷溫態(tài)啟動過程如圖5 所示，和熱態(tài)啟動相比多了金屬溫度匹配，但整體過程其實變化不大，只是各個階段時間拉長了而已。冷穩(wěn)態(tài)啟動曲線如圖6 所示。

圖5 冷穩(wěn)態(tài)啟動流程圖

圖6 冷穩(wěn)態(tài)啟動曲線

余熱鍋爐的熱量均來源于燃機(jī)的排煙溫度，燃機(jī)排煙溫度是由燃機(jī)負(fù)荷決定的。冷溫態(tài)啟動機(jī)組并網(wǎng)以后一直到金屬溫度匹配結(jié)束，燃機(jī)為了控制排煙溫度以適應(yīng)金屬溫度匹配，負(fù)荷實際上都比較低，這個過程經(jīng)測試2 臺風(fēng)機(jī)足夠。而金屬溫度匹配結(jié)束加負(fù)荷過程雖然不如熱態(tài)啟動加負(fù)荷速率那么快，但主要是汽輪機(jī)負(fù)荷提升緩慢，燃機(jī)負(fù)荷提升還是較快的，所以考慮到燃機(jī)排煙溫度的上升，還是推薦較早將剩下的3 臺風(fēng)機(jī)開啟。

3 機(jī)組停機(jī)過程機(jī)力風(fēng)機(jī)的投用

圖7 所示為機(jī)組停機(jī)整個流程，圖8 為流程曲線。一般減負(fù)荷至130 MW 左右點擊STOP，STOP 后高壓主汽閥開始關(guān)閉，關(guān)閉過程固定5 min，隨后機(jī)組解列。

圖7 停機(jī)流程圖

圖8 流程曲線

圖8 中可明顯看到在機(jī)組STOP 以后循環(huán)水出水溫度有一個快速爬升階段，因為此時汽機(jī)旁路陸續(xù)開啟，本來進(jìn)入汽輪機(jī)做功后的低溫低壓蒸汽從低壓缸排入凝汽器，由于主汽閥的關(guān)閉，汽機(jī)旁路的開啟，大量高溫蒸汽直接進(jìn)入凝汽器，所以循環(huán)水溫度有明顯提升。但隨著機(jī)組的解列，燃機(jī)燃燒明顯減弱，循環(huán)水溫度上升也很快停止了。

如果不人為操作，高中低壓旁路會在機(jī)組惰走至36 r/min 撤出軸封時候手動退出，由解列至36 r/min 這個過程大約45 min，等待時間較長，一般考慮提前手動關(guān)閉高中低壓旁路。經(jīng)測試，在機(jī)組解列降速至1 200 r/min時關(guān)閉高中低壓旁路，高壓汽包不超壓。如果機(jī)型有區(qū)別，可以當(dāng)壓力接近報警值時通過開啟疏水閥或者微開向排等方法泄壓。考慮到機(jī)組解列至1 200 r/min 的時間大約5 min，而循環(huán)水一個周期的時間為10 min，機(jī)組解列后停用風(fēng)機(jī)是安全的，當(dāng)然并不是最經(jīng)濟(jì)的。

點STOP 后主汽門開始關(guān)閉，5 min 后主汽門全部關(guān)閉，隨后機(jī)組解列。那么，在STOP 時停用所有機(jī)力風(fēng)機(jī)，機(jī)力塔中無風(fēng)機(jī)冷卻情況下的熱循環(huán)水剛好到凝汽器進(jìn)口時機(jī)組解列，比較合理。但也需要考慮到解列后旁路還在開啟狀態(tài)，高溫天氣要充分考慮真空變化的情況，防止循環(huán)水溫度過高影響真空導(dǎo)致機(jī)組處于不安全的狀態(tài)。經(jīng)環(huán)境溫度30 ℃測試，該方案還是可行的。如果遇到更高溫天氣，需要再做測試。

在測試過程中，如果環(huán)境溫度在15 ℃以下時，停機(jī)過程負(fù)荷250 MW 時停5 臺風(fēng)機(jī)，從250 MW 減負(fù)荷至解列大約12 min，真空也較好。而機(jī)組從250 MW減負(fù)荷5 min 后大約在140 MW，此時汽輪機(jī)負(fù)荷已經(jīng)較低，且馬上STOP，高壓主汽閥即將關(guān)閉，所以循環(huán)水溫度上升，真空上升對應(yīng)的效率損失也不大，也是一個可以考慮的停風(fēng)機(jī)的時間點。至于具體停風(fēng)機(jī)的時機(jī)和臺數(shù)，可以逐漸摸索適合自己機(jī)組的方式。

4 結(jié)論

本文主要通過分析和試驗研究了GE 9F 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在啟停過程中比較合適的機(jī)力風(fēng)機(jī)啟停點。

機(jī)組啟動過程中，在高壓旁路開啟以后啟動2 臺機(jī)力風(fēng)機(jī)，熱態(tài)啟動高壓進(jìn)汽結(jié)束/冷態(tài)啟動金屬溫度匹配結(jié)束陸續(xù)啟動剩下3 臺。

停機(jī)時建議在機(jī)組負(fù)荷減至準(zhǔn)備點擊STOP 時停用5 臺風(fēng)機(jī)。

當(dāng)然以上測試可能存在誤差，主要是由于機(jī)力塔冷卻效果受到環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等參數(shù)影響較大。不同廠家的機(jī)力塔，機(jī)力風(fēng)機(jī)也有區(qū)別，本文更重要的是提供一種分析方法供大家參考。