M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组热态启动过程中耗电量指标的优化探讨

M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组热态启动过程中耗电量指标的优化探讨

王成龙

（浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司浙江绍兴312366）

摘要：本文以三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环单轴机组为研究对象，通过对机组热态启动过程中影响耗电量指标的因素进行分析和探讨，从而达到优化、节能，提高机组经济性的目的。对同类型燃气发电机组相关技术人员提供参考和借鉴。

关键词：热态启动；耗电量；优化

引言

燃气-蒸汽联合循环机组具有启动快速、热效率高、环境污染小等突出优点，近几年在我国得到了快速发展。联合循环机组的启动状态分为冷态、温态、热态三种，由于电网调峰需要，燃气-蒸汽联合循环机组多数采用昼启夜停的两班制运行方式，所以热态启动在全年启动次数中所占比重最大，在保证安全性的前提下，如何有效的降低热态启动过程中的耗电量指标，是机组节能降耗的重要手段之一。

启动耗电量是指从机组启动的第一项操作，凝结水系统启动开始统计，直到机组启动结束，即升至50%额定负荷为止，统计机组启动期间耗用的厂用电量。若要想降低热态启动耗电量，应从降低重要辅机的耗电量以及缩短启机统计时间入手，其中6kV水泵电机耗电、真空建立时间与暖机时间的长短等都将对启动耗电量造成影响。本文将从各辅助系统启动、运行调整、逻辑设定值、设备改造等方面的优化经验进行分析和探讨，以达到降低热态启动耗电量目的。

1辅助系统启动优化

辅助系统启动即启机准备期间，主要耗电设备及额定功率如表1所示。各辅助系统启动顺序依次为：凝结水系统启动、轴封系统启动、真空系统启动、给水系统启动、循环水系统启动。合理的选择各系统启动时机，并精细设定相关参数，可有效降低启动耗电量。

表1-1重要辅机电机功率

1.1凝结水系统

启动凝结水系统，主要目的是给即将启动的轴封系统提供冷却水，保证轴封加热器有足够冷却水量，以建立负压，保证轴封回汽通畅。此时不必急于向低压系统上水，因启动令发出后，TCA需冷却的原因，部分凝结水会通过高压给水系统的再循环管路回水至低压汽包，导致低压汽包水位会有明显上涨，若此时就选择向低压汽包上水，到时可能还需开启定排进行放水，造成浪费，得不偿失，低压汽包水位只需满足高中压给水泵启动条件（-400mm）即可。所以建议先不要将凝结水变频投自动，可手动设置一个较低值，例如50%。

1.2轴封系统

轴封系统启动前，应在凝结水系统启动前就已完成疏水暖管工作，避免暖管不充分导致管道振动以及轴封母管温度无法正常上升，影响轴封建立时间，如果出现较长的等待时间，此时凝泵保持运行将多消耗电量。轴封建立后，先将轴封母管压力维持较低值，约10kpa即可，待轴封母管温度升高后，便可投入真空系统运行。

1.3真空系统

真空建立的时间长短在整个启动过程中对耗电量影响尤为关键，运行人员可根据抽真空快慢来选择启动循环水系统、高中压给水系统的时机。在抽真空完成前要完成TCA冷却、机组复位、循环水系统启动及高、中压汽包水位调整工作。保证抽真空工作完成马上就可以发出启动令。启动两台真空泵主要目的时加快抽真空时间，相应的就缩短了6kV辅机的运行时间，达到节省启机耗电量的目的。另外，抽真空期间要加强真空泵汽水分离器液位的监视，必要时手动开启补水旁路，及时补水，防止真空泵因液位低而跳闸，延长抽真空时间，导致耗电量增加。

1.4给水系统

给水系统启动的主要目的是对TCA系统进行冷却，因机组的启机条件要求TCA入口水温需在60℃以下。高、中压汽包水位不需太高，待点火完成后可进行上水操作。因TCA冷却原因，凝结水进入高中压给水泵入口，所以此时向汽包上水还会使冷水进入汽包，导致汽包上、下壁温差增大。根据运行经验，可选择发启机令5分钟前启动高中压给水泵。启动高中压给水泵前，开启凝结水至高压给水泵入口调阀，开度约为37%左右手动，并建议手动开启TCA入口旁路阀，加快TCA出口压力建立而开启TCA入口主路截止阀；高中压给水泵启动后，立即将凝结水母管压力提高到约1.25MPa并投入自动；当TCA主路截止阀开启后可以采用手动开启TCA回凝汽器的气动门，开度约50%，待温度满足要求后可以投自动。另外，记得将TCA去高压汽包的调阀、给水泵至TCA旁路阀投回自动。因高中压给水泵是所有辅机中，功率最大的，达到2800kW，所以通过控制高中压给水泵启动时机以及相关调整操作，从而达到控制耗电量的目的。

1.5循环水系统

循环水系统启动只需在发启动令之前完成即可，因存在辅助冷却水泵，足够向真空泵提供冷却水。但是出于安全考虑，不建议选择在启动令发出后，再启动循环水泵，若到时循环水系统无法启动，将导致机组启动失败。另外，在冬季气温较低时，及时将循环水泵由高速改低速，循泵电机运行电流将减小40A左右，每小时可节省约192kWh。

2运行调整优化

运行的精细调整操作，自始至终是贯穿整个启动过程中，本节主要介绍除上述各辅助系统启动过程中涉及的运行调整以外，运行人员可以进行的调整性操作，达到节能降耗的目的。

2.1备用真空泵停运

当启动令发出后记得停运一台真空泵，投入备用，因热态启动，余热锅炉、汽轮机管道均处于热态，一台真空泵足够维持真空，及时停运一台真空泵可以节省一部分耗电量。

2.2给水、凝结水压力设定

燃机点火成功后，及时关闭凝结水至给水泵入口阀门，根据各汽包水位、升温升压速度、调整设定给水泵、凝结水泵出口压力设定值，此时余热锅炉蒸发量很小，给水压力、凝结水压力不需设定较高，待暖机结束，汽机进汽后，再提高给水压力及凝结水压力即可。通过控制给水泵、凝结水泵出力，来控制启机耗电量。

2.3闭式水泵切换

闭式冷却水泵切换操作，同样可以在点火后完成。机组在低转速下，一台停机冷却水泵提供的冷却水量，可以满足要求。闭式水泵作为6kV电机，晚启动10分钟，也可以降低一定的耗电量。

2.4疏水阀开启时机

为减少燃机点火初期产生的低温蒸汽对汽轮机侧主蒸汽温度测点的冷却，降低温度测点的滞后性，缩短汽轮机暖机时间，建议点火后不要马上开启高、中主汽阀前疏水阀，应待余热锅炉产生的蒸汽温度高于汽轮机测的温度时，再开启高、中主汽阀前疏水阀，缩短暖机等待时间。

3逻辑设定优化

逻辑值优化方面主要采取了减少燃机的清吹时间和提高燃机暖机负荷的方法，二者均是通过缩短热态启动时间达到降低启动耗电指标的目的。

3.1吹扫时间修改

根据其它同类型机组已有经验，将燃机清吹时间由660秒改为390秒。热态启动时间整体缩短4.5分钟。以10月20日至29日每日启机时，如图3-1所示，燃机清吹3分钟内数据统计为例，排除将燃机刚刚升速至吹扫转速以及由吹扫转速降速点火时的变工况对数据的影响，所取数据见表3-1，经过计算，修改清吹时间，每次启动可节约电量约400kWh。

计算过程如下：

Σ（日耗电量）&pide;10&pide;3*4.5=397.8kWh

表3-1清吹3分钟数据

3.2暖机负荷修改

将机组热态启动暖机负荷由原来120MW更改为128MW。汽轮机暖机时间从并网算起到汽轮机进汽，由原来31～33分钟减少至20～22分钟，热态启动时间整体缩短9分钟左右。同样，以10月20日至29日每日启机时，如图3-1所示，汽轮机热态暖机时稳定工况10分钟内数据统计为例，所取数据见表3-2，经过计算，修改暖机负荷后每次启动可节省电量约500kWh。

计算过程如下：

Σ（日耗电量）&pide;10&pide;10*9=533.88kWh

表3-2暖机10分钟数据

图3-1热态启动曲线

4设备改造优化

4.1闭式水系统

4.1.1对停机冷却水泵进行变频改造

通过对停机冷却水泵进行变频改造，停机冷却水泵电机电流由原来192A降低至106A,每小时可节约电量约28.8kWh，每次热态启动期间可节约电量21.6kWh。

4.1.2闭式水泵叶轮改造

闭式水泵采用6kV电机，属于耗电量较大设备，通过对闭式冷却水泵叶轮进行改造。将叶轮直径由420mm减少至390mm，电机电流由32A降至25A。每小时可节约电量36.9kWh。每次热态启动期间可节约电量27.7kWh。

4.2小真空泵

在现场增加一台小真空泵组，由气冷罗茨真空泵和一台水环真空泵组成，规定机组启动完成后，才可停运大真空泵，启动小真空泵运行。目前，正在讨论当汽轮机暖机结束，开始进汽并稳定升负荷过程中，是否可提前进行切换的可能，以达到节能降耗目的的可能，但此项措施需要进行一定的试验及论证，以保证机组运行安全。

4.3给水泵更换

因原高中压给水泵存在自动投运后频繁故障，液力耦合器勺管响应较慢，影响机组运行安全，且耗电量较大，所以更换了一台新的高中压给水泵，新的给水泵电机额定功率为2500kW，较原给水泵电机减小300kW，投入使用后，机组满负荷情况下电流为205～215A，较原来245～255A有所减小，且勺管调节情况较好，节能效果明显。

5结语

对于两班制运行的燃气-蒸汽联合循环机组，其启停过程中的运行经济性，对于机组整体经济性影响较大。在热态启动次数大于90%的情况下，有效降低热态启动过程中耗电量指标具有重要意义，我厂通过来一系列节能降耗措施，热态启动耗电量指标已下降约1000kW。近4年热态启动耗电量指标见表5-1。

表5-12014-2017年热态启动耗电量表

在研究如何降低耗电量的同时，启动煤耗、气耗等指标均会相应减小，有关降低热态启动耗电量指标一些论述，在冷态、温态启动过程中也同样具有适用性，获得了良好的经济效益。

参考文献

[1]广东惠州天然气发电有限公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电设备与运行：机务分册.北京.机械工业出版社,2013.5:351,362.

[2]邓腊兵,曾万模.M701F燃气蒸汽联合循环机组缩短启动暖机时间的分析及改进.科技咨询,2016,16:72.

作者简介

王成龙（1986－），男，黑龙江哈尔滨人，工程师，技师，从事燃气轮机运行工作。