大型聯合循環電廠溫態啟動模式優化探索

宋飛翔

（中海福建燃氣發電有限公司，福建 莆田 351156）

燃氣-蒸汽聯合循環機組具有啟動速度快、熱效率高、環境污染小等突出優點，近幾年在我國得到了快速發展。特別是在珠三角、長三角、京津等經濟發達地區。但大部分燃氣-蒸汽聯合循環機組用于調峰運行，極少數帶基本負荷運行，其中調峰機組一般采用兩班制運行方式，啟停頻繁。中海福建燃氣發電有限公司一期建設有四臺M701F單軸燃氣-蒸汽聯合循環機組，于2010年7月全部建成投產。

1 M701F單軸聯合循環啟動模式

M701F燃氣-蒸汽聯合循環機組的啟動模式根據汽輪機高壓缸入口金屬溫度可分為熱態、溫態和冷態三種狀態，三種狀態的界定：

（1） 熱態：汽輪機高壓缸入口金屬溫度≥400 ℃；

（2） 溫態：230 ℃＜汽輪機高壓缸入口金屬溫度＜400 ℃；

（3） 冷態：汽輪機高壓缸入口金屬溫度≤230 ℃。

機組啟動時，根據高壓缸入口金屬溫度自動選擇啟動模式，并網后燃機以16.7 MW/min的升負荷速率升至暖機負荷，冷態/溫態/熱態的暖機負荷分別為52 MW/78 MW/120 MW，達到暖機負荷后，保持負荷不變，直至汽輪機進汽條件滿足，汽機開始進汽，繼續升負荷，冷態/溫態/熱態升負荷速率分別為1.5 MW/2.5 MW/4 MW。冷態/溫態/熱態啟動耗時分別為 ：210 min/140 min/80 min。

2 溫態啟動的不足之處

M701F機組溫態模式定義為汽輪機高壓缸入口溫度介于230～400 ℃之間。由于燃氣輪機電廠在系統中兩班制的運行方式，且受上游氣源、天氣、電網、節假日等影響，機組不會每天啟停，常會停機備用幾天；M701F燃機離線水洗要求透平缸溫小于95 ℃，因此需停機自然冷卻兩天方可滿足，此時缸溫基本處于390～350 ℃的范圍。按三菱要求每月需水洗一次。單臺機組全年溫態啟動約20次。

汽輪機高壓缸入口金屬溫度在230～400 ℃之間時，通過邏輯自動判斷選擇溫態啟動，因此缸溫不管是在高點還是低點，汽機均以同樣的暖機負荷、升負荷速率，不合理。而且此溫度范圍較寬，特別機組缸溫接近熱態邊界點時，這時的缸溫與熱態相差很小。但是按照溫態模式，暖機負荷和升負荷率較熱態模式低較多，且汽機是負溫差進汽，因此在汽機進汽初期對汽機是一種冷卻，對汽機本身來說不利，且啟動時間長，經濟性也差。

溫態啟動模式，暖機負荷均為78 MW，在缸溫較高接近熱態時的溫態啟動時，其排煙溫度430 ℃左右，熱態啟動暖機負荷120 MW時排煙溫度480 ℃，而此時的余熱鍋爐因停機后的保溫保壓還保持一定的壓力和溫度。因此低負荷時對余熱鍋爐是鼓風冷卻過程。

3 溫態啟動優化

3.1 簡單優化

之前有同類型電廠在溫態啟動模式上進行過優化，增設“熱溫態”啟動模式，即將溫態再劃分為兩個模式，350～400 ℃為熱溫態，230～350 ℃為溫態，設計的熱溫態暖機負荷100 MW，汽輪機啟動期間升負荷率 3 MW/min。這樣細分啟動狀態，可提高熱溫態的暖機負荷和汽輪機進汽后的升負荷率，縮短汽輪機進汽前的暖機等待時間和汽輪機進汽后的升負荷時間，提高啟動的經濟性。

3.2 深度優化

增加熱溫態模式，從一定程度上優化了溫態啟機曲線、縮短啟動時間、提高經濟性，但溫度一旦低于熱溫態下限，就不能實現。

經分析認為，將溫態模式的溫度范圍線性分割，在不同的缸溫下采用不同的暖機負荷和升負荷速率，會更合理。并與三菱技術人員溝通，此方案得以通過并成功實施，具體優化如下：

將原溫態啟機曲線改為根據汽機高壓缸進口溫度的不同而變化的曲線，該變化的曲線介于原溫態模式和熱態模式之間。燃機的暖機負荷由恒定的78 MW改為根據高壓缸入口金屬溫度在78～120 MW之間線性變動。機組的升負荷速率也隨著高壓缸入口溫度的變化在2.5～4.0 MW/min之間線性變化，如圖1所示。

圖1 溫態啟動曲線優化前后對比圖

3.3 經濟性

首先提高暖機負荷可以提高鍋爐側的蒸汽品質，縮短進汽等待時間，減少暖機時段的燃氣輪機單循環運行時間，提高經濟性；其次也增加了啟動過程中的汽輪機啟動速度，減少了啟動時間，提高經濟性和減少排放。按照估算熱溫態啟動時間比以前溫態啟動時間縮短近 20 min，同時也間接地提高了負荷率，啟動過程在總的運行時間中的占比例變少，利于提高機組的負荷率。

根據一次缸溫330 ℃的溫態啟動，從發啟動令到負荷200 MW啟動完成，耗天然氣約2.81 萬m3，發電量約9.25 萬kWh，發電氣耗率平均0.303 8 m3/kWh。而按原溫態啟動模式耗天然氣約4.41 萬m3，發電量約13.9 萬kWh，發電氣耗率平均0.317 3 m3/kWh。時間上，從并網到啟動完成耗時43 min，按原溫態曲線需65 min，節約22 min。

4 結語

隨著對機組啟動工況認識的深入，發現機組對溫態模式的區分太寬泛、籠統，有時甚至對機組啟動產生不利影響。通過邏輯條件的修改，使得機組啟動過程更加吻合實際缸溫情況，細化了機組啟動過程。優化后不僅對汽輪機有利，對燃氣輪機和鍋爐等也都沒有影響，同時提高機組溫態啟動的經濟性，縮短啟動時間提高了負荷率，還能減少啟動過程中氮氧化物的排放，帶來環保效益。對兩班制運行、周末停機、溫態啟動較多的同類型電廠適用。