廣東某9F級(jí)單軸聯(lián)合循環(huán)電廠一期工程建設(shè)2套390 MW等級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃用液化天然氣( LNG)，燃?xì)廨啓C(jī)采用通用電氣公司(GE)提供的PG9351 FA型燃?xì)廨啓C(jī)，機(jī)組一拖一單軸布置。機(jī)組主要承擔(dān)電力系統(tǒng)的主力調(diào)峰負(fù)荷，兩班制運(yùn)行。
由于燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)是同軸布置的，在燃?xì)廨啓C(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，余熱鍋爐尚未能產(chǎn)生出進(jìn)入汽輪機(jī)的合格蒸汽，因此汽輪機(jī)必須先由輔助蒸汽來(lái)冷卻低壓缸。此外，在整套機(jī)組啟動(dòng)前，軸封密封用蒸汽及凝汽器熱井除氧用蒸汽也是使用輔助蒸汽。一般地，輔助蒸汽來(lái)源于啟動(dòng)鍋爐。啟動(dòng)鍋爐的選型既要考慮到聯(lián)合循環(huán)電廠兩班制運(yùn)行以及自動(dòng)化水平高的特點(diǎn)，又要考慮到輔助蒸汽的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，這對(duì)于聯(lián)合循環(huán)電廠是至關(guān)重要的。
1、輔助蒸汽參數(shù)確定
工程初期機(jī)島設(shè)備招標(biāo)書(shū)中曾考慮利用鄰近在役燃煤電廠提供輔助蒸汽，輔助蒸汽的參數(shù)為：溫度200～280℃，壓力1.0MPa（表壓力）。根據(jù)標(biāo)書(shū)中輔助蒸汽的參數(shù)，GE公司要求單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)所需的輔助蒸汽量為42. 638 t/h(按輔助蒸汽溫度為280℃計(jì)算）。
業(yè)主決定輔助蒸汽不依托鄰近的燃煤電廠，自建啟動(dòng)鍋爐供給輔助蒸汽。GE公司提供機(jī)組啟動(dòng)所需要的輔助蒸汽耗量如表1所示。
應(yīng)業(yè)主要求，輔助蒸汽耗量需要考慮本期工程兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)，并考慮由啟動(dòng)鍋爐房傳送蒸汽到主廠房在路徑上蒸汽溫度和壓力的損失，經(jīng)過(guò)計(jì)算單臺(tái)機(jī)組需要啟動(dòng)鍋爐提供的輔助蒸汽參數(shù)為：絕對(duì)壓力1.3 MPa，溫度235℃，耗量32 t/h。
2、啟動(dòng)鍋爐選型
三門(mén)峽富通新能源銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下圖所示：
目前國(guó)產(chǎn)啟動(dòng)鍋爐一般采用水管鍋爐，其燃燒室的空間大，煙氣容積大；而國(guó)外供貨的啟動(dòng)鍋爐多數(shù)采用火管鍋爐，其布置緊湊，燃燒室的空間小，燃燒強(qiáng)度大，煙氣容積小。
國(guó)產(chǎn)水管鍋爐與進(jìn)口火管鍋爐綜合比較如下：
a)蒸汽參數(shù)
國(guó)產(chǎn)水管鍋爐大多數(shù)采用單鍋簡(jiǎn)單燃燒器，一般要求在70%以上負(fù)荷方能保證蒸汽參數(shù)；進(jìn)口容量大些的火管鍋爐采用雙鍋筒并配置兩組相互獨(dú)立的燃燒系統(tǒng)，15%～20%及以上負(fù)荷可保證蒸汽參數(shù)。
b)鍋爐效率
國(guó)產(chǎn)水管鍋爐效率約92%，進(jìn)口火管鍋爐效率約95%。
c)啟動(dòng)時(shí)間
進(jìn)口火管鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間一般小于5min，國(guó)產(chǎn)水管鍋爐在10～60min不等。對(duì)于每天啟停的啟動(dòng)鍋爐，國(guó)內(nèi)制造廠家經(jīng)驗(yàn)較少，而進(jìn)口火管鍋爐在滿(mǎn)足兩班制運(yùn)行的業(yè)績(jī)和節(jié)約啟動(dòng)費(fèi)用方面優(yōu)勢(shì)明顯，最重要的是能滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)需求。
d)供貨及安裝
國(guó)產(chǎn)水管鍋爐，散裝交貨，現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝時(shí)間約60天；進(jìn)口火管鍋爐模塊化供貨，鍋爐本體結(jié)構(gòu)緊湊，整體供貨，安裝時(shí)間約30天，是名副其實(shí)的快裝鍋爐。
e)使用壽命
國(guó)內(nèi)廠家對(duì)于水管鍋爐的使用壽命保證約10年；進(jìn)口火管鍋爐經(jīng)濟(jì)使用壽命保證約25年，與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠設(shè)備的經(jīng)濟(jì)使用壽命相當(dāng)。
f)占地面積
滿(mǎn)足單臺(tái)機(jī)組用輔助蒸汽需求時(shí)，國(guó)產(chǎn)水管鍋爐占地約350～600m2，進(jìn)口火管鍋爐占地約280M2。由于現(xiàn)場(chǎng)可以布置啟動(dòng)鍋爐的面積較小，采用國(guó)產(chǎn)水管鍋爐布置較為困難。
g)安全性、可靠性
進(jìn)口火管鍋爐在熱備用狀態(tài)及運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)每10s進(jìn)行一次控制、聯(lián)鎖元件和系統(tǒng)自檢，安全性、可靠性高，同時(shí)滿(mǎn)足無(wú)人值守的要求。而國(guó)產(chǎn)水管鍋爐自動(dòng)化程度在安全及可靠性上遠(yuǎn)不及火管鍋爐。
通過(guò)綜合比較，推薦使用進(jìn)口火管鍋爐。2臺(tái)機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)需要的輔助蒸汽量為64 t/h，但廠家能做到的單臺(tái)火管鍋爐最大容量為60t/h，且已包括除氧器除氧用蒸汽。考慮到供貨周期以及廠家的典型設(shè)計(jì)容量，推薦配置2臺(tái)蒸發(fā)量40t/h（包括除氧器除氧用蒸汽）的快裝火管鍋爐，每臺(tái)鍋爐保證生產(chǎn)不小于32 t/h(絕對(duì)壓力1.3 MPa、溫度
235℃)的過(guò)熱蒸汽。
3、啟動(dòng)鍋爐燃料確定
啟動(dòng)鍋爐的燃料可以是燃油也可以是天然氣。本電廠的近鄰已建有足夠用的油罐，可以用管道輸送供啟動(dòng)鍋爐使用。啟動(dòng)鍋爐的燃料選擇燃油還是天然氣，需要從經(jīng)濟(jì)性以及安全可靠性等方面綜合比較。
3.1 技術(shù)性
在國(guó)外燃油鍋爐或燃?xì)忮仩t的生產(chǎn)已有140年的歷史，生產(chǎn)蒸發(fā)量40t/h以上的鍋爐也有40年的歷史，燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟。據(jù)國(guó)外制造商LOOS和HKB公司介紹，國(guó)外基本上采用天然氣作燃料，制造廠目前供貨的設(shè)備主要以燃?xì)鉃橹鳌?br />
3.2經(jīng)濟(jì)性
燃油鍋爐初投資稍低，但其運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)燃?xì)忮仩t高。燃油鍋爐與燃?xì)忮仩t整套設(shè)備初投資、運(yùn)行費(fèi)及按最小年費(fèi)用擇優(yōu)比較如表2所示。
按照年費(fèi)用小為優(yōu)的原則，從表2得出燃?xì)忮仩t優(yōu)于燃油鍋爐，同時(shí)靜態(tài)投資回收期為0.1年。
3.3安全性
燃料安全性對(duì)比見(jiàn)表3。
從表3可看出燃油鍋爐或燃?xì)忮仩t在安全聯(lián)鎖上都考慮得比較周到，燃?xì)忮仩t對(duì)燃料的泄漏及運(yùn)行的安全性考慮更周到，在按照操作規(guī)程進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)的情況下，無(wú)論選用燃?xì)饣蛉挥湾仩t運(yùn)行都能安全運(yùn)行。
3.4環(huán)保性
由于啟動(dòng)鍋爐煙囪不高，排氣污染物擴(kuò)散不遠(yuǎn)，落地污染物濃度較大。采用燃?xì)忮仩t時(shí)，由于與主設(shè)備采用同樣燃料，屬于清潔能源，對(duì)環(huán)境影響較小，更容易滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)環(huán)保方面的要求。如采用燃油，未必是潔凈燃料，是否需要做環(huán)保評(píng)價(jià)補(bǔ)充報(bào)告，需由環(huán)保局決定。
3.5啟動(dòng)鍋爐天然氣用量對(duì)天然氣采購(gòu)合同總量的影響
啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行方式采用與主機(jī)預(yù)期年運(yùn)行一樣的方式，1年熱態(tài)啟動(dòng)330次，溫態(tài)啟動(dòng)35次，冷態(tài)啟動(dòng)5次。若啟動(dòng)鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)后運(yùn)行1 h，溫態(tài)啟動(dòng)后運(yùn)行1.5 h，冷態(tài)啟動(dòng)后運(yùn)行3h，則2臺(tái)啟動(dòng)鍋爐消耗標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)天然氣量為4440m3／h。經(jīng)計(jì)算，2臺(tái)啟動(dòng)鍋爐預(yù)期總需燃?xì)鉄崃考s為66TJ/a。而項(xiàng)目一期工程與供氣方簽訂的購(gòu)氣合同在穩(wěn)產(chǎn)期為19 680 TJ/a，則2臺(tái)啟動(dòng)鍋爐年用氣熱量占合同總量的0.335%。從計(jì)算結(jié)果看，啟動(dòng)鍋爐用氣量對(duì)項(xiàng)目總用氣量影響不大。
通過(guò)上述綜合比較，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性還是環(huán)保性方面，燃?xì)饩鶅?yōu)于燃油。故推薦啟動(dòng)鍋爐的燃料選用天然氣。
4、結(jié)論
a)對(duì)國(guó)產(chǎn)水管鍋爐和進(jìn)口火管鍋爐在技術(shù)性能、壽命、占地面積以及可靠性等方面進(jìn)行了綜合比較，為適應(yīng)9F級(jí)單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組兩班制的運(yùn)行方式，推薦選用進(jìn)口火管鍋爐。
b)啟動(dòng)鍋爐的燃料可選用燃油或天然氣。對(duì)兩種燃料的鍋爐從初投資、安全性以及運(yùn)行費(fèi)用等方面作了詳細(xì)比較，根據(jù)年費(fèi)用最小為優(yōu)的原則，推薦啟動(dòng)鍋爐的燃料選用天然氣。
c)該電廠啟動(dòng)鍋爐自2006年9月開(kāi)始投運(yùn)，啟動(dòng)鍋爐頻繁啟停均能適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的調(diào)試以及目前機(jī)組正常的兩班制商業(yè)運(yùn)行方式。啟動(dòng)鍋爐一直運(yùn)行良好，為機(jī)組的啟動(dòng)運(yùn)行提供了必要可靠的輔助蒸汽。
