M701F4燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動優(yōu)化

王會勤

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)具有啟停快速在電網(wǎng)中充當(dāng)調(diào)峰任務(wù)的角色，目前絕大多數(shù)燃?xì)鈾C(jī)組均采用日開夜停方式運(yùn)行，當(dāng)接收調(diào)令開機(jī)時，如何能以最短的時間快速安全啟動成為了每個燃?xì)廨啓C(jī)電廠在探索和改進(jìn)的重點方向。在我廠的實際運(yùn)行中通過增加輔汽向空排、引入軸封電加熱器以及調(diào)整開機(jī)參數(shù)等一些列技術(shù)改進(jìn)措施縮短了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動時間，優(yōu)化了機(jī)組啟動過程。

Abstract： Gas Turbine plays the role of peak load regulation in the power grid. At present， the vast majority of gas-fired units are operated by day-start and night-stop mode. How to start quickly and safely in the shortest time has become the key direction of every gas turbine power plant in the exploration and improvement.? In the actual operation of our plant， a series of technical improvements such as the addition of auxiliary steam to the air exhaust， the introduction of shaft seal electric heaters and the adjustment of startup parameters have shortened the startup time of the combined cycle unit and optimized the unit startup process.

關(guān)鍵詞：燃?xì)鈾C(jī)組;啟停快速;快速安全啟動;縮短啟動時間

0? 引言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有熱效率高、清潔環(huán)保、啟停快速等優(yōu)點，尤其是近些年隨著燃?xì)鈾C(jī)組容量增多其在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用也越來越明顯。大部分機(jī)組均采用晝開夜停的方式運(yùn)行啟停較為頻繁。浙能常山天然氣發(fā)電公司現(xiàn)有一套M701F4單軸燃?xì)鈾C(jī)組總裝機(jī)容量458MW。配套外界汽源——輔助鍋爐為SZS50-1.4/300-Q型，額定蒸發(fā)量50t/h，供氣壓力1.4MPa。設(shè)計初期由于我廠為單機(jī)運(yùn)行，所以機(jī)組在冷、熱態(tài)啟動過程中均需采用輔助鍋爐來提供啟動初期所必須的輔助蒸汽，且在機(jī)組熱態(tài)啟動過程中由于需要控制輔助蒸汽與高壓缸金屬段壁溫差小于115℃，會耗費(fèi)較長時間提高輔助蒸汽溫度。同時在三菱機(jī)組原先的設(shè)計理念中還有很多需要滿足的條件達(dá)到后機(jī)組才能啟動，這些都是我們可以著手努力優(yōu)化改進(jìn)的地方。

1? M701F4機(jī)組啟動過程分析

我廠機(jī)組自2014年投產(chǎn)以來年運(yùn)行小時數(shù)1000h，年平均機(jī)組啟停次數(shù)為70次，其中熱態(tài)啟動次數(shù)占比較大為80%。以熱態(tài)啟動為例我們將三菱M701F4機(jī)組主要啟動過程歸結(jié)如下：①輔助系統(tǒng)投運(yùn)，包括冷卻水系統(tǒng)，儀用空氣，控制油，罩殼風(fēng)機(jī)，氣體小間風(fēng)機(jī)等;②輔助蒸汽母管暖管，提升輔助蒸汽母管溫度大于260℃;③機(jī)組真空系統(tǒng)投運(yùn)抽真空同時余熱鍋爐上水;④機(jī)組啟動條件滿足，點擊啟動后機(jī)組升速至全速并網(wǎng);⑤并網(wǎng)后，機(jī)組升速率至暖機(jī)負(fù)荷（冷態(tài)50MW，溫態(tài)72MW，熱態(tài)120MW）進(jìn)行暖機(jī);⑥暖機(jī)結(jié)束后，汽輪機(jī)進(jìn)汽負(fù)荷升至225MW，直至負(fù)荷加滿;在機(jī)組熱態(tài)啟動中經(jīng)歷以上六個主要階段后，一般機(jī)組啟動耗時均在130min（輔助蒸汽暖管過程，真空建立過程和機(jī)組升速至3000rpm/min過程，分別耗時約70min，30min，30min左右）。分析以上啟動步驟，其中第一條輔助系統(tǒng)投運(yùn)主要是一些輔機(jī)啟動對機(jī)組啟動時間縮短無影響。在機(jī)組升速以及并網(wǎng)、暖機(jī)、升負(fù)荷等過程均是按照邏輯設(shè)定正常進(jìn)展。所以我們把能縮短機(jī)組啟動時間的控制過程主要放在2、3兩步中：提高輔汽母管溫度拉升速度以及縮短機(jī)組真空滿足條件。

2? 初步優(yōu)化改進(jìn)措施

機(jī)組熱態(tài)啟動時的外界蒸汽汽源采用的是輔助鍋爐來供給，由于輔助鍋爐布置與主機(jī)較遠(yuǎn)，沿途疏水比較浪費(fèi)時間，這些都是制約機(jī)組在熱態(tài)啟動時的啟動時間，而在確保機(jī)組共軸封安全的前提下必須滿足輔汽溫度大于260℃。進(jìn)行初步的原因排查中我們發(fā)現(xiàn)：①僅僅靠沿途疏水開啟拉升輔汽母管溫度，溫升率很慢，必須增大暖管流量。②同時由于輔助鍋爐距離主廠房距離較遠(yuǎn)，避免不了存在溫降。即使是溫度拉升速率提高，最后送入軸封集箱后蒸汽溫度仍舊偏低。

故針對以上兩種原因我們制定了如表2、圖1措施。

在這些初步的改進(jìn)措施執(zhí)行后，我們對改進(jìn)效果也進(jìn)行了檢驗。輔助蒸汽溫度拉升由于有大流量20T/h暖管排空，溫升率較之前提高200%。同時由于在軸封蒸汽集箱前加裝電加熱器，可以在輔助蒸汽溫度升高至160℃后，即可投入電加熱器送入軸封，完全能夠滿供軸封溫度大于260℃這一安全要求。因此拉升輔汽母管溫度目前已經(jīng)從原來的70min縮短至50min，縮短了20min的前期準(zhǔn)備耗時。

3? 深度優(yōu)化措施

3.1 采用無輔助鍋爐啟動

為了進(jìn)一步縮短整個機(jī)組啟動耗時，我們決定采取用余熱鍋爐高中壓余熱供汽提供軸封供汽。主要是考慮余熱鍋爐高壓系統(tǒng)溫度壓力較高，且供給輔助蒸汽管路較短，有利于快速疏水暖管，同時還能減少啟動鍋爐耗氣。經(jīng)過專業(yè)討論和實際論證，形成了無啟動鍋爐啟動方案，無啟動鍋爐啟動方案包括以下幾個方面：

①增加余熱鍋爐蓄熱。在每日機(jī)組停機(jī)后，立即關(guān)閉爐側(cè)和機(jī)側(cè)的疏水相關(guān)閥門，同時在機(jī)組熄火后手動關(guān)閉高中壓旁路，保證汽包壓力高于正常停機(jī)設(shè)定壓力，為次日機(jī)組啟動提供更多熱量。

②初期采用中壓汽包壓力供汽暖管，輔保證助蒸汽壓力0.8MPa，過熱度在20℃以上，軸封用汽量在5T/h。待中壓壓力降低至1MPa后，通過高壓旁路將高壓汽包蓄熱通過再熱器—輔汽管路繼續(xù)疏水暖管。

③輔助蒸汽溫度大于160℃后，投入軸封電加熱器，將蒸汽溫度快速提高至260℃，而后送入軸封。

④此方式由于鍋爐過熱器蓄熱量有限，需優(yōu)先保證軸封用汽，故需將機(jī)組2000rpm/min后的低壓缸冷卻蒸汽開度由30%降低到19.6%進(jìn)行強(qiáng)制優(yōu)化。

3.2 降低啟動條件真空要求

以往的機(jī)組開機(jī)過程中，等待機(jī)組真空達(dá)到允許值后，機(jī)組方可啟動。該機(jī)組啟動允許條件中，凝汽器真空需達(dá)到-88kPa。為了進(jìn)一步縮短機(jī)組啟動時間，經(jīng)多次試驗后，僅將啟動允許條件的真空值由-88kPa修改為-80kPa，真空保護(hù)跳機(jī)值仍保持原-76kPa不變，達(dá)到了既保證機(jī)組安全同時滿足機(jī)組啟動的要求。

修改之前我們也同廠家相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行過咨詢，確認(rèn)后才進(jìn)行改動。通過這樣的參數(shù)修改后可以在機(jī)組進(jìn)行抽真空的同時，進(jìn)行機(jī)組啟動前的復(fù)位等相關(guān)工作。根據(jù)操作快慢的不同，將機(jī)組的啟動時間縮短約5min。

3.3 優(yōu)化機(jī)組暖機(jī)參數(shù)

該機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)暖機(jī)負(fù)荷為50MW，72MW，120MW。汽機(jī)進(jìn)汽條件中，蒸汽壓力、溫度都與暖機(jī)負(fù)荷有較大的關(guān)系，提高暖機(jī)負(fù)荷還可以進(jìn)一步縮短機(jī)組暖機(jī)時間。尤其是溫態(tài)啟動過程，當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸入口金屬溫度在230℃-400℃之間，機(jī)組都屬于溫態(tài)啟動，但是燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷暖機(jī)值都是72MW，低負(fù)荷下溫升慢，導(dǎo)致進(jìn)汽時間延長。因此認(rèn)為當(dāng)機(jī)組處于溫態(tài)模式下，其所對應(yīng)的不同缸溫也應(yīng)該采用不同的暖機(jī)負(fù)荷在78MW-120MW之間函數(shù)變動。同時其升負(fù)荷速率也改為介于冷態(tài)2.5MW/min與熱態(tài)4.0MW/min之間函數(shù)變動。

通過以上三種進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化后，機(jī)組啟動耗時進(jìn)一步縮短熱態(tài)啟動時間。

4? 成果與效益

4.1 熱態(tài)啟動時間得到縮短

在對本單位機(jī)組關(guān)于縮短啟動時間這一問題進(jìn)行了諸如以上主要措施后，我廠機(jī)組從2019年開始持續(xù)沿用以上技術(shù)改進(jìn)，目前機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時機(jī)組啟動耗時大大減小，如圖2。

4.2 機(jī)組在熱態(tài)啟動時無輔助鍋爐啟動，實現(xiàn)機(jī)組快速啟動，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益：

①少開一次輔助鍋爐，節(jié)約天然氣4000立方，按照市場價2.88元/m3計算直接節(jié)省費(fèi)用11520元。

②機(jī)組熱態(tài)啟動時，新增的軸封加熱器與輔助鍋爐啟動耗電可節(jié)約720kWh以上。

③輔助鍋爐作為主機(jī)的備用爐，其少啟動次數(shù)一次可以節(jié)約設(shè)備折舊、維護(hù)費(fèi)用，每次2萬元。

④機(jī)組快速啟動機(jī)組提前40分鐘進(jìn)汽，機(jī)組可多發(fā)電40MW每次。

以2019年機(jī)組熱態(tài)無輔助鍋爐啟動核算，機(jī)組單電費(fèi)節(jié)約和天然氣節(jié)約費(fèi)用在70萬元。輔助鍋爐節(jié)省檢修費(fèi)用，69*2萬/次=138萬，每年節(jié)約145.7萬元。

5? 結(jié)論

在通過合適位置增加軸封加熱器，優(yōu)化開機(jī)參數(shù)，對于MF701F4同軸機(jī)組在沒有外界汽源的情況下，實現(xiàn)了溫?zé)釕B(tài)快速啟動;另外輔助鍋爐一般對于單套機(jī)組作為的電廠是唯一的外界汽源，采用此種方式，大大提高了機(jī)組的可靠性。對于軸封加熱器的投入時間和機(jī)組暖機(jī)參數(shù)的優(yōu)化，仍然有很大的提升空間，需要我們不斷探索研究。

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