6F級聯合循環機組低壓補汽投入困難的優化處理

摘要：針對6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組低壓補汽投入困難的情況，深入分析影響低壓補汽投入的因素，通過實施包括現場測點布置、控制邏輯和運行操作在內的綜合優化措施，有效提升了低壓補汽投入的成功率，顯著縮短了機組的啟機時間，降低了啟機經濟成本。

關鍵詞：6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組；低壓補汽投入困難；原因分析；優化措施

中圖分類號：TK267" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）21-0022-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.21.006

0" " 引言

潮州某聯合循環電廠是上海電氣國產化6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組的首次應用，這套機組自投運以來，顯著減輕了潮州市及其周邊地區的電力供應壓力，確保了電網在緊急情況下能夠靈活調整電力供應，同時在推動潮州市的能源結構朝更加環保和高效的方向發展方面起到了關鍵作用。

作為燃氣-蒸汽聯合循環機組，應具備快速啟停、運行靈活、高效調峰的特性，同時從經濟運行方面考慮，聯合循環機組從燃氣輪機啟動至帶滿負荷的時間應盡可能短。然而，此聯合循環電廠在啟機過程中多次出現低壓補汽投入允許條件不滿足，使得投補汽階段等待時間較長，導致整體啟機時間增長，啟機階段的廠用電率增高，經濟性下降。

本文通過對6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組低壓補汽投入允許條件的介紹和低壓補汽投入困難的原因分析，提出相應的解決措施，以提高低壓補汽投入成功率，縮短機組啟機時長，提高啟機經濟性。

1" " 問題描述

1.1" " 電廠基本情況介紹

潮州某電廠現有兩套6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組，其中燃氣輪機為上海電氣和安薩爾多公司聯合設計制造的AE64.3A型燃氣輪機，余熱鍋爐為上海鍋爐廠設計制造的雙壓、無補燃、臥式、自然循環余熱鍋爐，汽輪機為上海汽輪機廠設計制造的LZC38.3-6.9/[0.6]/1.35/565/[265]型單缸、單軸、雙壓無再熱、反動式、單抽凝汽式汽輪機。聯合循環機組采用分軸布置，有高壓、低壓蒸汽系統，設置100%容量高壓旁路和低壓旁路[1]。

1.2" " 啟機過程介紹

當燃氣輪機、汽輪機處于連續盤車狀態，余熱鍋爐水位正常，閉式水系統、空壓機系統、循環水系統、軸封系統、真空系統等各輔機系統運行正常后，機組啟動條件滿足。6F級聯合循環機組的啟機過程如下[2]：

1）燃氣輪機程控啟動，點火升速至額定轉速5 400 r/min。

2）燃氣輪機并網，升負荷至初始暖機負荷8 MW，余熱鍋爐升溫升壓，投入汽輪機旁路系統，匹配汽輪機沖轉蒸汽參數。

3）汽輪機沖轉條件滿足，順控啟動，汽輪機沖轉至900 r/min進行低速暖機（其中溫態和熱態不需要進行低速暖機），低速暖機完成后手動釋放額定轉速，汽輪機升速至額定轉速3 000 r/min。

4）汽輪機并網后，汽輪機負荷逐漸上升，高壓旁路逐漸關閉，汽輪機由負荷控制模式切換為初壓模式，手動投入汽輪機協調模式。

5）燃氣輪機升負荷至20 MW左右，等待汽輪機低壓補汽投入允許條件滿足，投入低壓補汽。

6）低壓補汽投入后，機組升負荷至滿負荷狀態運行。

根據制造商相關資料，6F級聯合循環機組的啟動類型和啟動時間如表1所示。

1.3" " 機組問題描述

該電廠啟機過程中，在燃氣輪機升負荷至20 MW等待汽輪機低壓補汽投入階段，當汽輪機負荷大于額定負荷的40%后，等待低壓補汽投入允許條件滿足的耗時較長，有時甚至需要熱控人員介入強制邏輯來投入低壓補汽，影響整體啟機效率。其中，2023年第四季度該電廠#1機組均為冷態啟動，每次啟機時長數據統計如表2所示。根據表中數據，啟機時長差異大的主要影響因素是等待低壓補汽投入允許條件滿足的時間差異較大，且等待低壓補汽投入時間較長，#1機組的實際冷態啟動時間均超出了制造商給出的標準啟動時間。

2" " 原因分析

該聯合循環機組的汽輪機低壓補汽投入允許條件包括[3]：

1）汽輪機功率大于額定功率的40%。

2）低壓補汽閥前蒸汽溫度比飽和溫度高11 ℃。

3）低壓補汽閥前蒸汽與補汽段蒸汽溫度之差小于50 ℃。

4）低壓補汽閥組油開關閉合。

5）高壓進汽壓力（調節閥后壓力）與低壓補汽壓力（補汽閥后壓力）之比大于2.0。

6）在低壓補汽閥關閉時，低壓補汽閥前與補汽處的壓差大于0.05 MPa。

7）低壓補汽閥前壓力在0.3～0.75 MPa范圍內。

8）低壓補汽在自動方式，或汽輪機在手動方式，但控制跟蹤偏差在允許范圍內。

9）低壓補汽壓力變送器沒有故障。

10）鍋爐低壓補汽部分沒有報警（過熱度滿足要求）。

11）汽輪機已掛閘。

經過觀察，主要導致汽輪機低壓補汽投入受阻的因素是低壓補汽閥前蒸汽溫度未滿足條件2）或低壓補汽閥前蒸汽溫度與補汽段蒸汽溫度差值未滿足條件3）。為深入了解6F級聯合循環機組在啟動過程中低壓補汽投入困難的原因，對汽輪機低壓補汽控制邏輯、低壓補汽現場測點布置情況進行認真核查，分析得出啟機過程中導致低壓補汽投入困難的具體原因如下。

2.1" " 低壓補汽閥組前溫度測點布置不合理

低壓補汽投入允許條件中的條件2）在組態里是選擇低壓補汽閥組前蒸汽溫度（測點：_0LBA20CT111）與飽和溫度的差值來計算過熱度是否滿足要求。通過核對，低壓補汽閥組前蒸汽溫度測點和閥前疏水設計圖如圖1所示，現場低壓補汽閥組前蒸汽溫度測點及閥前疏水布置如圖2所示，發現條件2）不滿足主要是補汽閥組前蒸汽溫度測點（_0LBA20CT111）的布局不合理導致。具體來說，該測點位于補汽閥前疏水管道之后，并安裝在垂直管段，導致在補汽未投入前，該測點處的蒸汽不流通，形成了所謂的“死汽”。這種布置導致疏水無法有效提高補汽閥前的溫度，進而使得低壓補汽閥組前蒸汽溫度上升緩慢，難以在短時間內達到所需的過熱度。

2.2" " 低壓補汽控制邏輯不合理

低壓補汽投入允許條件中的條件3）在組態里選擇低壓補汽閥組前蒸汽溫度（測點：_0LBA20CT111）與外缸補汽段上半金屬溫度（測點：_0MAA10CT136）之差來計算。圖3是該廠#1機組某次溫態啟機過程曲線，在燃氣輪機并網帶初始負荷8 MW后，余熱鍋爐低壓蒸汽系統開始升溫升壓，低壓補汽閥組前蒸汽溫度快速升高至167 ℃，此時外缸補汽段上半金屬溫度為212 ℃；隨著汽輪機開始升負荷，主汽調閥的開啟程度增大，導致進入汽輪機的蒸汽量相應增加，這一變化使得汽輪機的換熱量得到顯著提升，同時外缸補汽段上半金屬溫度的升溫率開始高于低壓補汽閥組前蒸汽溫度的升溫率。當汽輪機負荷升至16 MW（40%額定負荷），此時外缸補汽段上半金屬溫度為231 ℃，低壓補汽閥組前蒸汽溫度為170 ℃，溫差超過50 ℃，低壓補汽投入允許條件中的條件3）不滿足，且后續因外缸補汽段上半金屬溫度的升溫率更高，低壓補汽投入允許條件將一直無法滿足，只能通過聯系熱控人員強制邏輯來投入補汽。

3" " 處理措施

3.1" " 優化低壓補汽測點及疏水的現場布置

經過調研其他電廠和咨詢設計院，檢修人員對低壓補汽閥組前蒸汽溫度的測量位置進行了優化，將低壓補汽閥組前蒸汽溫度測點改裝至低壓補汽閥組疏水口前，優化后的低壓補汽閥組前蒸汽溫度測點和疏水管路現場布置如圖4所示。優化后，在啟機過程中，通過開啟低壓補汽閥組前的疏水閥來促進蒸汽流動，從而提升了低壓補汽閥組前管道的暖管速率，有效提高了低壓補汽閥組前蒸汽溫度，確保了低壓補汽閥組前蒸汽的過熱度能夠更快地滿足低壓補汽投入允許條件，提高了整個系統的啟動效率和安全性。

3.2" " 優化補汽控制邏輯

通過分析補汽控制邏輯和啟機過程曲線，發現在啟機過程中，外缸補汽段下半部分的金屬溫度通常低于外缸補汽段上半部分，并且與低壓補汽閥組前的蒸汽溫度差值更小，所以對補汽投入允許條件3）的計算方法進行優化調整，將條件3）“低壓補汽閥前蒸汽與補汽段蒸汽溫度之差小于50 ℃”改為選擇低壓補汽閥組前蒸汽溫度（測點：_0LBA20CT111）與外缸補汽段下半金屬溫度（測點：_0MAA10CT137）之差來計算，能使條件3）更容易滿足。

3.3" " 優化啟機運行操作

在對該電廠多次啟機操作進行詳細對比分析后，針對汽輪機負荷超過額定負荷40%時低壓補汽投入允許條件不滿足的問題，提出以下運行操作建議：

1）針對條件2）不滿足的情況：如果低壓補汽閥前蒸汽溫度未能比飽和溫度高11 ℃，可以通過增大低壓旁路閥的開度來降低補汽閥前蒸汽壓力，從而降低對應飽和溫度，使條件2）盡快滿足。同時在操作過程中，要密切監視低旁閥后的溫度，避免因超溫而導致低旁閥閉鎖，確保操作的安全性。

2）針對條件3）不滿足的情況：如果是長時間停機后啟機（冷態啟機），此時補汽段缸溫遠低于低壓補汽閥前溫度，在啟機過程中需要及時關閉低壓補汽閥前疏水閥和低壓旁路閥來控制補汽閥前蒸汽溫度上升過快；如果是溫態或熱態啟機，此時補汽段缸溫高于補汽閥前蒸汽溫度，在余熱鍋爐低壓蒸汽系統起壓后保持低壓補汽閥前疏水閥一直打開狀態，同時保持低壓旁路閥打開狀態來加快低壓補汽段暖管進度，快速提高低壓補汽閥前蒸汽溫度，減小溫差，使條件3）快速滿足。

3）在等待低壓補汽投入過程中需要密切關注相關參數變化，低壓補汽投入允許條件滿足后盡快投入補汽。

4" " 取得的效果

上述措施實施后，該電廠無論是冷態啟機還是溫態啟機，再未出現過需要熱控人員強制邏輯來投入低壓補汽的情況，同時當汽輪機負荷大于額定負荷的40%后，低壓補汽投入允許條件也能快速滿足，順利投入低壓補汽。統計優化后2024年第一季度#1機組冷態啟動的平均啟動時間、天然氣成本、啟動耗電成本等數據，得到#1機組冷態啟機優化前后經濟效益分析對比如表3所示。

通過對比可見，上述優化措施實施后，冷態啟機平均時長縮短20 min，天然氣成本和啟動耗電成本均有明顯降低，平均啟機總成本降低10 714元，相比優化前下降13.5%。整個啟機過程變得更加迅速和高效，減少了因啟機延遲帶來的各種潛在風險，同時避免了因啟機延誤受到電力調度部門考核的風險，保障了電廠的運營效益和市場信譽。

5" " 結束語

對于6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組而言，汽輪機的低壓補汽能夠快速穩定投入是確保機組在啟機過程中能夠快速升負荷至滿負荷狀態運行的重要環節。本文通過分析影響6F級燃氣-蒸汽聯合循環機組低壓補汽投入困難的因素，從現場測點布置優化、控制邏輯優化、運行操作優化方面提出相應的解決措施，有效提高了補汽投入成功率，顯著縮短了機組啟機時長，提高了啟機經濟性，可供同類型機組在解決類似問題時借鑒參考。

[參考文獻]

[1] 謝為良，夏小勇，劉源，等.燃氣-蒸汽聯合循環機組低壓主蒸汽溫度突降事件分析及對策[J].燃氣輪機技術，2023，36（4）：69-72.

[2] 崔磊，劉景晨，梁智威，等.安薩爾多聯合循環機組冷態啟動優化及分析[C]//2023年電力行業技術監督工作交流會暨專業技術論壇論文集（下冊），2023：716-721.

[3] 上海電氣集團股份有限公司汽輪機廠.汽輪機運維手冊[Z]，2020.

收稿日期：2024-08-05

作者簡介：蘇超（1995—），男，云南人，助理工程師，研究方向：燃氣-蒸汽聯合循環電廠生產運行。