燃气-蒸汽联合循环机组的启动优化

燃气-蒸汽联合循环机组的启动优化

陆成维石怀玮梁晓宇冯威

（青岛华丰伟业电力科技工程有限公司山东266100）

摘要：针对某二拖一燃气-蒸汽联合循环机组启动特点，对BLOCK联合循环冷态启动时间过长的原因进行分析，在保证机组安全的前提下，统筹兼顾，设置了合理的抽真空、送轴封及投旁路等时序，并对部分控制策略进行优化，实现机组的安全、快速、经济启动，顺利通过业主的验收，对同类型机组启动优化提供有利的参考依据。

关键词：联合循环启动优化

1机组概述

某联合循环电站燃气轮机由美国GE公司生产，型号为6FA.03，单循环机组出力为77.356MW（设计工况）。燃机由一台18级的轴流式压气机、一个由6个低NOX燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成。余热锅炉为杭州锅炉集团股份有限公司生产的三压再热、自然循环、无补燃式余热锅炉，卧式布置，露天塔式全悬吊结构，正压运行，每台余热锅炉均配置有100%容量的高、中低压旁路，以适应不同工况运行。汽轮机为DoosanSkoda公司生产，采用三压再热、轴排、直接空冷型式，全厂共2台。汽轮发电机额定出力为84.84MW。高压蒸汽进入高压汽缸，高压缸排汽经再热后进入中压汽缸，低压过热器来的低压蒸汽补入中低压缸内与中压部分做完功的蒸汽混合后继续做功。

2BLOCK联合循环冷态启动优化

2.1修改ACC启动步序及ACC允许进汽压力定值

该电站采用直接空冷型式，真空区域比较庞大，因此干抽真空时间也比较长。原设计为在首台燃机定速后进行抽真空操作，但是干抽真空大约50分钟后才能抽至400mba(a)～350mba(a)，必须送轴封后才能继续提高真空。这样容易导致以下问题：a、燃机启动后并网带负荷，锅炉档板开启后，因汽机真空未建立导致步序不连续，需要长时间等待才能进行下一步序，不能有效衔接。b、ACC允许进汽定值为150mba(a)，真空达不到旁路开启条件，锅炉长时间开对空排汽，ACC水箱补水困难。c、锅炉开档板开启后，真空未正常建立，容易导致部分至真空预热罐疏水因达不到条件而闭锁开启，从而疏水不畅，管道暖管受限。根据实际情况，解决方法是提前启动ACC系统，在燃机发启动令时，启动真空泵提前抽真空。另外，根据干抽真空（轴封未投入时）真空所能到达的最大数值以及旁路投入后真空可能下降的数值，将ACC允许进汽定值由150mba(a)改为300mba(a)，闭锁旁路定值为650mba(a)不变。这样一方面可以使旁路提前投入以回收蒸汽，解决补水量不足的问题，另一方面也防止了干抽真空真空定值达到旁路投入条件而轴封未投入的情况，导致旁路投入后真空大幅下降。修改之后，提前了真空建立及旁路投入时间。

2.2更改辅汽投入条件

该机组辅汽由主蒸汽提供，两个BLOCK共一个辅助蒸汽母管，主要为轴封提供蒸汽。辅助蒸汽投入逻辑中需要主蒸汽压力15bar，蒸汽温度为350℃及以上并有50℃过热度时才允许投入辅汽，此逻辑设计为已有辅助蒸汽汽源的情况，并未考虑无辅助汽源启动的情况。在冷态启动试验时，由于另一台机组未运行，辅助蒸汽母管没有汽源，导致轴封迟迟不能投入，延迟真空建立的时间。锅炉开档板后，开始升温升压，若排汽装置的真空度达不到要求，将导致机前管道疏水不畅，可能引起疏水管道振动，同时因ACC达不到进汽条件，旁路无法投入，锅炉出口蒸汽温度很高，但是机侧主汽门前的蒸汽温度很低，辅助蒸汽汽长时间达不到投运条件，推迟了阀壳预暖及高压缸倒暖的时间，冲转参数也不容易达到。针对上述情况，在无辅助汽源启动时，将原逻辑中主汽参数蒸汽温度及过热度条件取消，改为主汽、辅汽暖管同时进行，在主蒸汽压力达到15bar后即可同时进行辅汽轴封暖管。

2.3更改轴封温度测点，确保轴封自动投入

轴封系统的正常运行，必须保证轴封蒸汽温度与转子温度匹配，否则容易造成汽封与大轴之间发生动静摩擦，严重时会导致大轴发生抱死。该机组轴封投入时要求轴封供汽门前压力大于8bar,蒸汽温度必须有30℃的过热度才允许投入轴封，否则轴封供汽电动门将闭锁。由于轴封供汽温度测点安装位置不合理，在疏水点之后，导致该温度迟迟达不到自动投入轴封要求，延长了机组的启动时间，下一步序无法继续进行。针对上述情况，利用机组停运机会，将轴封供汽温度测点由疏水点之后改为疏水点之前，顺利解决了轴封暖管时轴封温度迟迟达不到投入条件的问题。

2.4更改中压预暖阀逻辑，解决单台燃机启动汽机冲转参数低的问题

按照联合循环典型启动方式，是先启动一台燃机，汽轮机并网后，再启动另一台燃机。单台燃机启动时，出现汽机转速升至6200r/min以上时，因汽源压力低，汽轮机无法升至额定转速。经排查，由于设计时未考虑现场启动疏水以及暖阀用汽等影响，中压主汽阀预暖阀开度过大，而预暖阀管道比较粗（6英寸），部分蒸汽旁路汽轮机排至预热真空罐中，在汽轮机冲转过程中，中压主汽门前压力最低由9bar降至1.6bar，出现单台燃机启动汽轮机困难的情况。针对此情况，将中压主汽预暖阀在机组并网后关闭更改为汽轮机转速升至第一暖机转速后关闭，保证了汽轮机正常冲转用汽，顺利实现了单台燃机启动汽轮机的功能。也可以提前启动另一台燃机，两台燃机带汽轮机冲转，但经济性稍差，需注意应以第一台锅炉旁路投入后再启动另一台燃机，否则易出现启动时两台锅炉同时开对空排汽，补水困难的情况。

2.5选择合适的时机进行倒暖，注意并网时蒸汽温度与高压转子温度相匹配

汽轮机启动方式为中压缸启动，在冷态启动时，如果高压转子平均积分温度低于160℃，需要对高压缸进行倒暖。当冷再热蒸汽压力相对应的饱和温度超过高压转子平均积分温度时，高压缸排汽逆止阀旁路电动阀（倒暖阀）就会打开，根据加热曲线逐渐开大阀门对高压缸进行预暖，当高压转子平均积分温度超过160℃时，倒暖阀关闭。一般情况下，倒暖时高压缸的温升率自动控制在2℃/min，可根据蒸汽参数、高压转子温度与冲转时间，选择合适的时机进行预暖。否则，将会延长汽机在低速下的暖机，造成启动时间延长。

由于该机组为中压缸启动，冲转时高压缸不进汽，在并网后才进汽，为了防止高压缸突然进汽后对转子产生过大的热应力，对并网时蒸汽参数要求较高。冷态启动除了对冲转运参数有要求外，并网时还要求：中压主汽温度比中压转子温度<270℃，高压主汽温度比高压转子温度<240℃。因此，蒸汽参数不能太高，在并网前需要保持燃机在温控模式，把握好温控切功控的时机，避免出现高压主汽温度与高压转子温度不匹配而导致无法并网的问题。

3改进后的启动步序

经过全面优化后，2017年11月23日重新进行了BLOCK的冷态启动试验，将抽真空时间及启动第二台燃机时间进行了提前，从13:13分燃机发启动令开始，至18:28分整个BLOCK带满负荷结束，用时315分钟，比优化前启动时间节约219分钟。

4结语

经过对BLOCK联合循环机组冷态启动抽真空、投辅汽、冲转及并汽等关键节点进行一系列优化，将制约点压缩和提前，整个启动过程安排紧凑，各个步序衔接正常。优化后，启动方式更趋于合理，可操作性强，从首台燃机启动至整个BLOCK带满负荷用时315分钟，在规定的时间内实现了两台燃机启动、并网、余热锅炉的并汽及汽轮机冲转、并网带负荷一次成功，实现了机组的安全、快速、经济启动。

参考文献：

[1]马方磊.S109FA-SS燃气蒸汽联合循环启动方式优化的经济分析[J]，发电设备(2009No.2)

[2]杨顺虎.燃气蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2003.

【作者简介】姓名：陆成维工作单位：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司职位：汽轮机调试专业负责人从事电站汽轮机调试工作。姓名：梁晓宇工作单位：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司职位：汽轮机调试专业工程师从事电站汽轮机调试工作。冯威：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司阿曼二期项目经理。