400 MW級燃氣—蒸汽聯合循環分軸機組自啟停技術應用研究

周學志

(無錫西區燃氣熱電有限公司，江蘇 無錫 214000)

隨著環保要求的日益提高，燃氣—蒸汽聯合循環發電技術具有高效清潔等特點，在我國發展十分迅速[1]。燃氣輪機自動化程度普遍較高，燃機基本上可以實現自動啟停。目前各電廠都在探索實現整套機組的自動啟停技術(automatic plant startup and shutdown system，簡稱APS)， 能否實現機組的APS是機組自動化程度的標志，由于不同廠家、不同型號的燃氣輪機以及配套設備不同，造成各個發電廠的APS流程和實際效果不盡相同。 APS優勢在于可以減輕操作員的工作強度，最大限度防止人員誤操作，通過控制系統合理的邏輯、參數設計，向整個機組提供可靠、經濟的啟停指令。

本文主要介紹無錫西區燃氣熱電有限公司(簡稱西區熱電)機組的APS實現方法、效果，旨在為同類型機組提供借鑒。

1 設備概況

西區熱電一期工程采用西門子SGT5-4000F(4+)型燃氣輪機、無錫華光UG-SCC5-4000F-R型立式余熱鍋爐、上海汽輪機廠有限公司的LZC141.6-13.2/1.3/0.5型三壓再熱抽凝汽輪機共同組成一拖一分軸聯合循環機組，并采用SIEMENS SPPA-T3000控制系統[2]。

2 APS啟動工藝流程

APS啟動過程根據現場實際需要設有鍋爐上水、燃機點火前和聯合循環3個階段選項。當APS發出啟動命令后系統啟動順序：啟動循環水系統→啟動開式冷卻水系統→退出燃機減負荷控制→啟動閉式冷卻水系統→啟動燃機輔助系統(密封油系統無故障且潤滑油系統正常)→啟動汽輪機輔助系統(潤滑油、頂軸油、盤車、控制油)→啟動凝結水系統→啟動余熱鍋爐低壓省煤器系統→啟動余熱鍋爐低壓系統→啟動余熱鍋爐中壓系統→啟動余熱鍋爐高壓系統。如果啟動時選擇的啟動狀態為鍋爐上水，則程序執行到此處暫停。

當選擇的啟動狀態為燃機點火前、聯合循環時，APS檢查燃機發電機氫氣壓力正常(氫壓>280 kPa)后繼續執行啟動步序指令：投入汽輪機軸封及抽真空→投入汽輪機疏水聯鎖→檢測余熱鍋爐煙氣擋板已開。當選擇啟動狀態為燃機點火前，則程序執行到此處暫停，等待燃機啟動指令。

當選擇的啟動狀態為聯合循環時，燃機發出啟動命令，燃機啟動直至全速空載，等待燃機發電機并網，此處設置斷點，經操作員檢查確認后進行燃機發電機一鍵程控并網。

由于燃機的負荷、排氣溫度受環境溫度影響較大，為了使燃機排氣溫度與汽輪機沖轉溫度相匹配，對機組冷態啟動燃機并網后的初始負荷進行動態優化，燃機并網后自動投入燃機負荷控制，燃機在不同環境溫度下所帶初始負荷不同[3]。當壓氣機入口溫度>25 ℃時視為夏季，初始負荷30 MW；當壓氣機入口溫度<5 ℃時視為冬季，初始負荷50 MW；當5 ℃<壓氣機入口溫度<25 ℃時對應負荷在30～50 MW。

當汽輪機沖轉條件滿足后，點擊汽輪機沖轉按鈕，發出汽輪機沖轉命令，確認蒸汽品質后汽輪機開始升速。汽輪機根據冷態、熱態自行判斷是否需要在600 r/min時停留暖機，如需要暖機，則需將轉子溫度升至>200 ℃或暖機時間大于60 min，達到升速條件后，點擊釋放轉速按鈕將汽輪機升速至額定轉速；如不需要暖機，則汽輪機直接沖轉至額定轉速。汽輪機定速后經檢查確認無異常汽輪發電機程控一鍵并網，汽輪機并網后APS啟動程序結束。整個機組冷態啟動程序有燃機發電機并網、汽輪機沖轉、汽輪機升至額定轉速、汽輪發電機并網4個斷點；熱態啟動則只有燃機發電機并網、汽輪機沖轉、汽輪機升至額定轉速3個斷點。

3 APS停機工藝流程

在APS停機畫面中選擇機組停機，機組投入燃機減負荷程序，以17 MW/min的速率減負荷至200 MW，該階段設定時間為15 min，目的是保證機組在任何負荷下都有足夠的降負荷時間并且能夠降低鍋爐壓力，之后程序指令退出機組CCS方式，當CCS方式已退出、IGV關到最小閥位反饋指示燈亮起后，經運行操作員確認，汽輪機發出停機指令，汽輪機開始程控停機，當汽輪發電機負荷<10 MW時汽輪機跳閘、解列，汽輪機跳閘后燃機自動降負荷至30 MW，之后燃機發出停機指令，燃機自動停機，當燃機火檢信號消失后APS停機程序結束。

4 APS啟動水位控制

機組啟動階段的水位控制是機組啟動操作的重點，想要實現APS自動控制非常困難，各電廠在這方面也做過大量嘗試和努力，但效果差強人意，APS調試人員在調試期間嘗試了新的控制策略，其調試過程如下：首先利用汽包連續排污調整門、定期排污電動門與上水調門配合調整水位，由于連續排污管道較細，無法達到水位調節要求，同時連排擴容器體積較小，當高、中壓汽包連排同時開啟時會影響系統安全，還發現在機組啟動初期鍋爐產生汽壓之前，汽輪機側抽真空后，鍋爐側空氣會由連續排污管道經汽包串到汽輪機側，導致真空降低，只有關閉汽包連續排污調整門后真空明顯回升。

定期排污電動門跟蹤水位調節時，電動門頻繁動作調節，雖然可以滿足調節要求，但是電動門頻繁動作可能會燒毀電動門執行機構，定期排污電動門也沒有改成調節門的先例，必定考慮設備特性和成本。經過討論，決定對定期排污電動門增加模擬量開度反饋指令，控制策略上采用定期排污電動門階梯式開啟和關閉的方法控制汽包水位，以控制難度最大的高壓汽包為例：鍋爐啟動水位sp1設定值為-500±100 mm；在燃機點火后定期排污電動門開至25%；在汽包液位達到-300 mm時定期排污電動門開至50%；在汽包液位達到-150 mm時定期排污電動門開至75%；在汽包液位達到0 mm時定期排污電動門開至100%；一旦汽包內汽水繼續膨脹到100 mm時，汽包事故放水電動門聯鎖開啟，可起到水位調節的后備作用。當水位下降到某定值時增加5 s關閥延時，避免定期排污電動門頻繁開關[4]。

5 結束語

機組APS實施后效果明顯，數次機組啟停過程中無任何異常現象發生，鍋爐汽包的水位調節效果優于之前的人工調節，使機組啟動更加平穩，極

大提高了機組的自動化水平，減輕了運行人員在機組啟停過程中的操作量和操作壓力，降低了人員勞動強度，并且使操作規范化、流程化，提高發電廠管理水平，提高機組的安全性和經濟性，保證機組啟停機過程安全、可控。本機組APS控制策略可為同類型機組APS系統的設計和開發提供參考。

[1] 劉 楊，鄒 東，馮 利，等.基于單軸布置的聯合循環電站軸承振動研究[J].東北電力技術，2017，38(6)：14-21.

[2] 燃氣—蒸汽聯合循環機組集控運行規程：Q/XQRD—2016[S].

[3] 孟曉曦，王 朋，劉桂華.不同負荷下燃氣—蒸汽聯合循環機組性能分析[J].東北電力技術，2007，28(10)：23-26.

[4] 盧廣法.西門子F級燃氣—蒸汽聯合循環發電機組培訓教材[M].杭州：浙江大學出版社，2014:5-6.