燃氣-蒸汽聯合循環機組旁路系統邏輯優化

萬志勇

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213011)

燃氣-蒸汽聯合循環機組旁路系統邏輯優化

萬志勇

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213011)

9FA級燃氣-蒸汽聯合循環機組啟動中存在啟動速度慢、經濟性差的問題，分析了機組配套旁路系統邏輯存在的問題，通過優化旁路系統運行邏輯，提高了機組啟動的經濟性。

旁路系統；冷態啟動；熱態啟動；經濟性；邏輯優化

0 引言

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組具有效率高、啟停快以及無外電源啟動等優點，不僅可以用作緊急備用電源和尖峰負荷機組，而且還能帶基本負荷和中間負荷，特別適合用于調峰。

某公司2套390 MW燃氣-蒸汽聯合循環發電機組為美國GE公司9FA型燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，日常作為調峰機組，啟動方式基本為熱態啟動。但隨著運行方式的改變以及受機組臨時檢修等因素影響，不可避免地存在冷態啟動的機會。該型機組在啟動中存在啟動速度慢、經濟性差的特點，需要對旁路系統進行邏輯優化，以提高機組啟動的經濟性。

1 旁路系統存在的問題

9FA燃氣-蒸汽聯合循環發電機組旁路系統由高、中、低壓旁路三級并聯組成，在啟、停機及甩負荷時各自將高、中、低壓過熱器中的蒸汽導入凝汽器。

高、中、低壓旁路系統在機組啟動時就投入自動。高壓旁路(以下簡稱高旁)的壓力設定值有2個：一個是主蒸汽壓力達到3.900 MPa(最小工作壓力)；另一個是當滿足發電機并網、汽輪機未跳閘及入口壓力控制(IPC)投入時，其定值為當時的主蒸汽壓力+0.350 MPa。中壓旁路(以下簡稱中旁)的壓力設定值是中壓主蒸汽壓力達2.300 MPa。低壓旁路(以下簡稱低旁)的壓力設定值有2個：冷態啟動時，投“壓力設定”鍵，低旁壓力設定值為低壓主蒸汽壓力0.240 MPa；熱態啟動時，低旁壓力設定值為低壓主蒸汽壓力0.395 MPa。

冷態和熱態啟動時存在的主要問題：冷態啟動時，旁路長時間開啟，經濟性差；熱態啟動時，由于溫度高、壓力高，為了維持進口壓力在3.900 MPa需開大旁路，大量蒸汽進入凝汽器，造成浪費。若解除旁路自動，手動關閉旁路，控制失當時會造成汽包升壓速率及汽包壁上下溫差超過限值，影響安全性。

從表1可以看出，旁路投用正確與否對機組啟動時間以及汽包金屬應力都有很大的影響。

2 旁路系統邏輯分析及修改

高、中、低壓旁路三級并聯，將過熱器中的蒸汽排至凝汽器，在機組啟動初期能夠加強疏水，提升余熱鍋爐及主蒸汽管道暖管速度，縮短啟動時間并回收工質，匹配汽輪機沖轉缸溫。

2.1 旁路系統邏輯合理性分析

以高旁為例，高旁的動作值有2個：一個是主蒸汽壓力達到3.900 MPa(最低值)；另一個是當發電機并網、汽輪機未跳閘及IPC投入時，定值為當時主蒸汽壓力+0.350 MPa。也就是時說，無論機組是冷態啟動還是熱態啟動，啟動初期，高旁壓力自動定值為3.900 MPa, 達到這個壓力旁路就打開，未達到就關閉。只有在機組進汽結束、IPC投入后，高旁定值才變為當時的主蒸汽壓力+0.350 MPa。

這樣設計存在不合理性，熱態啟動中汽輪機和余熱鍋爐均保持較高溫度，燃氣輪機為了匹配沖轉缸溫，采取的排煙溫度設定邏輯是汽輪機高壓缸上部溫度+100 ℃且≤565 ℃。由于溫度高、壓力高，旁路為了維持進口壓力在3.900 MPa，逐步開大旁路直至開足，由于余熱鍋爐暖爐已經結束，大量寶貴的蒸汽進入凝汽器，造成浪費。

在冷態啟動中，汽輪機和余熱鍋爐溫度均比低，為保證余熱鍋爐加熱的最小溫度，燃氣輪機排煙溫度設定為371 ℃。由于溫度低、加熱量很小，余熱鍋爐經長時間暖爐后汽包壓力仍然很低，高旁因為3.900 MPa的壓力定值長時間開啟，造成啟動時間延長，經濟性差。

表1 旁路投用參數

2.2 旁路系統邏輯修改思路

通過上述分析，提出旁路系統邏輯修改思路，以適應冷、溫、熱3種不同狀態的啟機過程。為保證冷態啟動時的余熱鍋爐及高、中、低壓主蒸汽管路的暖爐暖管效果，保留高旁最小壓力定值3.900 MPa,當暖爐結束(以高壓汽包下壁溫度>250 ℃及上、下壁溫差<10 ℃為判斷依據)時，根據當時的主蒸汽溫度，參考汽包溫升速率逐步提升主蒸汽壓力至6.500 MPa，并持續進行暖機。

中旁壓力定值維持不變，為提高機組正常運行時中壓系統的效率，增加邏輯為：IPC投入后，中旁壓力設定值按一定升速率提高至2.450 MPa。

為提高機組正常運行時低壓系統的效率，保留低壓旁路壓力設定值0.395 MPa一值，去除0.240 MPa一值。

3 邏輯優化

3.1 高旁減壓閥

高旁減壓閥自動定值邏輯修改為3個值。

定值1：最小定值為3.900 MPa。

定值2：當同時滿足主蒸汽壓力>3.800 MPa滿5 min、高壓主蒸汽溫度>445 ℃條件時，高旁自動定值為汽包壓力+0.350 MPa，最大至6.500 MPa。

定值3：當滿足發電機并網、汽輪機未跳閘、IPC投入時，定值為當時的主蒸汽壓力+0.350 MPa。

定值的升速率為0.240 MPa/min，定值的降速率沒限制。

機組啟動時：旁路減壓閥自動定值為暖機結束時的主蒸汽壓力(最小3.900 MPa)；當滿足定值2條件后定值為主蒸汽壓力+0.350 MPa，最大至6.500 MPa；當IPC投入后定值為當時的主蒸汽壓力+0.350 MPa，最大至10.400 MPa；定值的升速率最大為0.240 MPa/min。

機組停機時：高旁減壓閥自動定值為當時的主蒸汽壓力+0.350 MPa；當出現IPC自動退出、汽輪機跳閘或發電機解列任一條件時，定值為當時的主蒸汽壓力。

中壓過熱器出口調節閥：自動壓力定值改為固定值2.300 MPa。

3.2 中旁減壓閥

中旁減壓閥自動定值改為2個值。

定值1：最小定值為2.300 MPa。

定值2：當中壓過熱器出口調節閥投自動或汽輪機未跳閘IPC投入時，定值為2.450 MPa。

定值1變到定值2時，定值升速率為0.018 MPa/min。

3.3 低旁減壓閥

低旁減壓閥去除“壓力設定”按鈕，旁路自動投入后只用一個固定壓力0.395 MPa。

3.4 高、中、低旁減溫閥

去除其他保護，增加旁路減壓閥投自動時旁路減溫電動隔離閥自開；增設高、中旁后溫度≥170 ℃(低旁后溫度≥130 ℃)時，旁路減溫電動隔離閥自開和旁路減溫閥自開至90%以上；正常運行旁路減溫閥投自動時，開度指令為1.6倍減壓閥開度指令+11%，減壓閥最小開度指令為-5%，減溫閥最小開度指令為3%。

3.5 其他

(1)高、中、低旁減壓閥、減溫閥在燃氣輪機點火前投入自動，破壞真空前減壓閥退出自動。

(2)中壓并汽時，將中壓過熱器出口調節閥投入自動即可。

(3)機組運行中退出IPC時應先退出高旁減壓閥自動。

在進行運行邏輯修改及操作票優化后，無論熱態啟動還是冷態啟動，均能達到安全快速暖爐升壓，旁路系統自動投用率達100%，大大提高了機組啟動的安全性與經濟性。

4 結束語

9FA級燃氣-蒸汽聯合循環機組配套旁路系統原有邏輯難以適應各種情況下的機組啟動，通過修改旁路系統邏輯，優化了啟動過程，無論熱態啟動還是冷態啟動，均能保證安全快速暖爐升壓，旁路系統自動投用率達100%，提高了機組運行的安全性。

(本文責編：劉芳)

2017-05-22；

2017-06-30

TM 621

B

1674-1951(2017)07-0062-02

萬志勇(1975—)，男，江蘇常州人，助理工程師，從事燃機運行管理工作(E-mail:1064551436@qq.com)。