9E聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組快速啟動(dòng)優(yōu)化分析

趙涵

(上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司，上海 201403)

0 引言

上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱奉賢發(fā)電公司)4套9E燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是國(guó)家“西氣東輸”工程的配套項(xiàng)目。項(xiàng)目引進(jìn)美國(guó)GE公司PG9171E型雙軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，以清潔能源天然氣為燃料，具有節(jié)能、環(huán)保、高效、啟動(dòng)快、調(diào)峰性能好等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)組自2005年6月陸續(xù)投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行狀況良好。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，進(jìn)一步挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，采取了優(yōu)化運(yùn)行、加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)與管理等多項(xiàng)措施，并進(jìn)行了設(shè)備改造，取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)組概況

奉賢發(fā)電公司機(jī)組配置如下:燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)GE公司9E型機(jī)組中的PG9171E型，配有杭州鍋爐廠生產(chǎn)的 Q1097/555－181(31) －6．1(0．63)/532(256)型三壓強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐和上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的LZN55－5．6/0．65型沖動(dòng)式凝汽式單缸汽輪機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)燃料為天然氣(柴油)，環(huán)境溫度為20℃、穩(wěn)定運(yùn)行在BASLOAD狀態(tài)下時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)出力為120MW，天然氣質(zhì)量流量達(dá)7．5 kg/s(柴油質(zhì)量流量達(dá)8．0 kg/s)。

燃?xì)廨啓C(jī)的工作介質(zhì)是壓縮空氣和高溫燃?xì)猓瑝簹鈾C(jī)從大氣中吸入空氣并把空氣壓縮到一定壓力后送往燃燒室與噴入的燃料混合并燃燒，形成高溫、高壓燃?xì)?然后經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴和動(dòng)葉逐級(jí)膨脹做功，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)壓氣機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，從而把燃料中的化學(xué)能部分地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。將燃?xì)廨啓C(jī)做功后的排氣引入余熱鍋爐對(duì)其余熱進(jìn)行回收利用，由余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功。奉賢發(fā)電公司作為上海電網(wǎng)的主要調(diào)峰電廠，機(jī)組啟、停次數(shù)很多，且以冷態(tài)啟動(dòng)為主。在運(yùn)行優(yōu)化前，從燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)命令發(fā)出到整個(gè)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組達(dá)到滿負(fù)荷，至少需240．00min。作為一個(gè)調(diào)峰電廠，啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)過(guò)長(zhǎng)，既不利于電廠快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的要求，也使機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性受到影響。燃?xì)廨啓C(jī)本身具有啟動(dòng)迅速、運(yùn)行穩(wěn)定、負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，但作為燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，汽輪機(jī)、余熱鍋爐、后置汽輪機(jī)等使這一優(yōu)勢(shì)減弱。為適應(yīng)電網(wǎng)需求，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合奉賢發(fā)電公司的實(shí)際情況，對(duì)4臺(tái)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的效果。

2 優(yōu)化的措施及效果

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)優(yōu)化，是在燃?xì)廨啓C(jī)快速啟動(dòng)的前提下，通過(guò)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)與鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)之間的優(yōu)化匹配以及疏水系統(tǒng)的優(yōu)化，盡可能縮短余熱鍋爐側(cè)生成滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求蒸汽的時(shí)間，縮短汽輪機(jī)側(cè)蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求的時(shí)間，縮短汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)及加負(fù)荷的時(shí)間，從而有效縮短整套機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)間，降低機(jī)組天然氣氣耗，提高機(jī)組的啟動(dòng)效率。

2．1 優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)清吹時(shí)間

在原設(shè)計(jì)程序中，燃?xì)廨啓C(jī)開機(jī)清吹的時(shí)間是15．00min。奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員通過(guò)與GE公司技術(shù)人員反復(fù)論證，對(duì)清吹容積、清吹流量、清吹倍率進(jìn)行了重新核算，按5倍的清吹倍率計(jì)算出的清吹時(shí)間應(yīng)為8．77min，考慮一定的安全裕量，確定優(yōu)化后的清吹時(shí)間為10．00min。

2．2 優(yōu)化啟動(dòng)過(guò)程操作

2．2．1 燃?xì)廨啓C(jī)方面

(1)燃?xì)廨啓C(jī)具有較高的靈活性和快速響應(yīng)能力，可根據(jù)余熱鍋爐及汽輪機(jī)的要求隨時(shí)調(diào)整負(fù)荷和排煙溫度。在汽輪機(jī)并網(wǎng)、主蒸汽旁路關(guān)閉后，可適當(dāng)增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷;并網(wǎng)25．00min后，增加燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷使其排氣溫度升高至380℃，再進(jìn)行汽輪機(jī)暖缸;暖缸35．00min后，增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷使其排氣溫度升高至420℃;之后，逐步增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，使其排氣溫度每15．00min提高40℃，直至燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到基本負(fù)荷。

(2)燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)汽輪機(jī)或鍋爐專業(yè)要求的排煙溫度快速調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，使排煙溫度滿足要求(誤差為±5℃，最大誤差不可超過(guò)10℃)。

(3)主蒸汽旁路關(guān)閉后，增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，提高燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度，以提高主蒸汽參數(shù)，增加汽輪機(jī)負(fù)荷。根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)手動(dòng)控制負(fù)荷，保持燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度與高壓缸內(nèi)缸溫偏差值(約130℃)。

2．2．2 鍋爐方面

(1)在鍋爐啟動(dòng)前，保持汽包低水位(高低壓鍋爐爐水循環(huán)泵啟動(dòng)前維持高、低壓汽包水位在－100 mm，啟動(dòng)后將高、低壓汽包水位降低到為 －270 mm)，以降低由于啟動(dòng)初期水位上升較快造成水位過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)在啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐專業(yè)技術(shù)人員密切監(jiān)視汽包水位及控制汽包上、下壁溫差≤40℃，當(dāng)汽包上、下任意2點(diǎn)壁溫差接近限值時(shí)，應(yīng)停止升溫、升壓。

2．2．3 汽輪機(jī)方面

(1)冷態(tài)啟動(dòng)，缸溫小于180℃時(shí)，在啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)之前先啟動(dòng)真空泵。

(2)當(dāng)凝汽器真空度達(dá)到－60 kPa時(shí)，鍋爐起壓后(0．12MPa)即可開啟旁路，關(guān)閉向空排氣閥。通過(guò)旁路閥開度控制主蒸汽壓力，使其維持在較低水平，能夠滿足軸封供汽要求即可，以增加蒸汽流量，增強(qiáng)暖管效果。

(3)盡早開啟主蒸汽門前疏水進(jìn)行主蒸汽閥門前管道暖管，當(dāng)高壓旁路前主蒸汽的壓力達(dá)到1．6MPa且溫度達(dá)到260℃以上時(shí)，可以進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。適當(dāng)減低汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)可增大汽輪機(jī)進(jìn)汽流量，提高暖缸效果，同時(shí)可增大調(diào)門開度，使調(diào)閥處于更好的線性區(qū)域。

2．2．4 優(yōu)化后的效果

通過(guò)實(shí)施以上啟動(dòng)優(yōu)化措施，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)令啟動(dòng)到聯(lián)合循環(huán)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到150MW的時(shí)間由原來(lái)的240．00min縮短至190．00min，節(jié)約啟動(dòng)時(shí)間達(dá)50．00min。同時(shí)，把優(yōu)化后的啟動(dòng)過(guò)程做成了機(jī)組啟動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間表(見表1)，作為日后機(jī)組啟動(dòng)的參照標(biāo)準(zhǔn)。

表1 啟動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間參照標(biāo)準(zhǔn)

3 啟動(dòng)過(guò)程的分析

在優(yōu)化后的啟動(dòng)過(guò)程中，適當(dāng)降低了汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)，增大汽輪機(jī)進(jìn)汽流量以提高暖缸效果。某次汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)曲線如圖1所示，汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)情況如圖2所示，高壓缸缸溫和缸脹曲線如圖3所示，汽包、除氧器和凝汽器水位曲線如圖4所示。由圖1可以看出，汽輪機(jī)負(fù)荷快速上升，節(jié)約了很多時(shí)間，取得了良好效果。

3．1 汽輪機(jī)振動(dòng)情況

汽輪機(jī)振動(dòng)是影響機(jī)組安全運(yùn)行的重要因素，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機(jī)軸振小于0．010mm，瓦振小于0．055mm，完全滿足機(jī)組安全生產(chǎn)要求。

3．2 高壓缸缸溫和缸脹

由圖3可以看出:在啟動(dòng)中，高壓缸上下缸溫差始終不超過(guò)39℃，符合機(jī)組安全運(yùn)行要求;汽輪機(jī)脹差一直維持在－4．0～5．5mm的安全范圍內(nèi)并且波動(dòng)很小;總脹也符合安全運(yùn)行要求。

3．3 汽包、除氧器和凝汽器水位

由圖4可以看出，在啟動(dòng)過(guò)程中高壓汽包水位、低壓汽包水位、除氧器水位和凝汽器水位均處于合理范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)與鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)之間的優(yōu)化配置和疏水系統(tǒng)的研究?jī)?yōu)化，奉賢發(fā)電公司9E燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的240．00min縮短為現(xiàn)在的188．00 min，并且燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)行安全，操作可靠，證明優(yōu)化取得了良好的效果，優(yōu)化措施是可行的。

(2)根據(jù)啟動(dòng)優(yōu)化結(jié)論，奉賢發(fā)電公司已經(jīng)對(duì)各項(xiàng)優(yōu)化措施進(jìn)行了落實(shí)和固化，并修改其運(yùn)行規(guī)程和操作票。這樣每次啟動(dòng)可以節(jié)省50．00min左右，以電廠1年調(diào)峰300臺(tái)(次)來(lái)計(jì)算，通過(guò)改進(jìn)啟動(dòng)方式，電廠每年可以增加效益1000萬(wàn)元左右。

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