F級單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組升負荷優(yōu)化

陳淼

F級單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組升負荷優(yōu)化

陳淼

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000）

單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組啟動時間長，不能及時響應電網(wǎng)調(diào)峰需求。通過適當參數(shù)調(diào)整，提升機組升負荷速率，能縮短機組升負荷時間，不僅能及時響應電網(wǎng)調(diào)峰需求，還能節(jié)約能源，減少NOx排放。探究機組變溫態(tài)啟動的可行性，由于機組大部分時間在溫態(tài)啟動，因此能大大縮短溫態(tài)啟動時間。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)；啟動時間；電網(wǎng)調(diào)峰；變溫態(tài)啟動

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有效率高、NOx排放低、建設周期短等優(yōu)點，是治理“霧霾”的利器。目前國內(nèi)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組軸系布置方式主要有“一拖一”單軸、“一拖一”分軸、“二拖一”分軸形式。目前在南方，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于不供熱，基本是“一拖一”單軸布置且機組用作調(diào)峰。由于單軸機組啟動時間主要受制于汽機開始進汽至汽機進汽完成時間，而這主要受汽機升負荷率影響。提高汽機的升負荷率能有效地縮短聯(lián)合循環(huán)機組到達額定負荷的時間，能夠及時響應電網(wǎng)的調(diào)峰需求，減少NOx排放，節(jié)約能源。

某新型設計的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)配套汽機初始設定機組冷態(tài)升負荷率為1.3 MW/min，溫態(tài)為2 MW/min，熱態(tài)為 2 MW/min。通過優(yōu)化提升汽機升負荷率后，機組到達滿負荷的時間冷態(tài)縮短了37 min，溫態(tài)縮短了25 min，熱態(tài)縮短了30 min。本文在現(xiàn)場收集冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負率提升后運行數(shù)據(jù)，分析提高升負荷率后對機組熱應力影響及汽機控制參數(shù)的相應變化，探究實施變溫態(tài)啟動的可行性。

1 冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負荷率提升對轉(zhuǎn)子熱應力影響

機組冷態(tài)升負荷率由1.3 MW/min提升至1.8 MW/min，溫態(tài)升負荷率由2 MW/min提升至3 MW/min，熱態(tài)升負荷率由由2 MW/min提升至4.5 MW/min后轉(zhuǎn)子熱應力明顯增加。溫態(tài)升負荷率提升后熱應力比較如圖1所示。

圖1 溫態(tài)升負荷率提升后熱應力比較

2 冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負荷率提升對調(diào)閥開啟速率影響

冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負荷率提升后，鍋爐的升溫、升壓速率提高，機組從汽機進汽開始至進汽完成的時間將變短。而汽機調(diào)閥的開啟是按照固定的速率開啟，由于時間縮短，調(diào)閥開啟速率將變大。但增加調(diào)閥開啟速率需考慮汽機高壓缸排汽溫度和鍋爐升溫、升壓速率的影響。通過大量試驗后確定的最佳開啟速率如表1所示。

表1 升負荷率提升后調(diào)閥開啟速率對比

流量/（%/min）負荷率提升前/（MW/min）負荷率提升后/（MW/min） HPCV冷態(tài)速率10.230.35 速率21.11.4 溫態(tài)速率10.61 速率21.22 熱態(tài)速率111.7 速率23.56.8 LPCV冷態(tài)速率10.30.8 速率20.30.8 溫態(tài)速率10.91.6 速率20.91.6 熱態(tài)速率11.23 速率21.23

其中，開啟速率1是指閥門開度從0開至10%（熱態(tài)和溫態(tài)20%）時開始轉(zhuǎn)換前速率，開啟速率2是指閥門開度從10%開至100%時快速開啟速率。

3 變溫態(tài)汽機啟動探究

機組高壓缸下半第1級金屬溫度小于230 ℃為冷態(tài)啟動，大于230 ℃而小于400 ℃為溫態(tài)啟動，大于400 ℃為熱態(tài)啟動。而機組周末停機后再次啟動一般為溫態(tài)啟動，缸溫也較高。實施變溫態(tài)啟動能縮短機組啟動時間，但又不會對機組安全運行造成影響。

3.1 變溫態(tài)啟動曖機負荷的確定

機組曖機負荷冷態(tài)為50 MW、溫態(tài)為72 MW、熱態(tài)為120 MW。而變溫態(tài)主要是指溫態(tài)到熱態(tài)這段區(qū)間，其暖機負荷是根據(jù)高壓缸下半第1級金屬溫度確定，其確定函數(shù)由溫態(tài)（230 ℃，72 MW）、熱態(tài)（400 ℃，120 MW）兩點確定的分段直線函數(shù)。例如當高壓缸下半第1級金屬溫度為350 ℃時，根據(jù)函數(shù)計算出曖機負荷為105.88 MW。

3.2 變溫態(tài)升負荷速率確定

機組冷態(tài)升負荷率為1.8 MW/min，溫態(tài)為3 MW/min，熱態(tài)為4.5 MW/min。變溫態(tài)升負荷率根據(jù)高壓缸入口溫度確定，其確定函數(shù)由溫態(tài)升負荷率（230 ℃，3 MW/min）、熱態(tài)升負荷率（400 ℃，4.5 MW/min）兩點確定的直線分段函數(shù)。例如當高壓缸下半第1級金屬溫度為350 ℃時，根據(jù)函數(shù)計算出其升負荷率為4.06 MW/min。變溫態(tài)暖機負荷和升負荷速率關(guān)系如圖2所示。

4 結(jié)論

根據(jù)提升冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負荷率后機組熱應力增加，但通過現(xiàn)場多次試驗調(diào)整調(diào)閥開啟速率，轉(zhuǎn)子熱應力控制在可接受范圍內(nèi)，機組脹差、軸振、瓦溫等其他運行參數(shù)正常。所以提高升負荷率后大大縮短了機組啟動時間，能快速響應電網(wǎng)調(diào)峰需求，同時也節(jié)約了能源。升負荷率提升情況如表2所示。

變溫態(tài)啟動能大大縮短機組啟動時間，尤其對于日啟停調(diào)峰機組。目前已在部分機組上成功應用，預計未來將會在單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組上大力推廣，應用前景廣闊。

圖2 變溫態(tài)暖機負荷和升負荷速率關(guān)系

表2 升負荷提升情況匯總

提升前負荷率/（MW/min）提升前進汽完成時間/min提升后負荷率/（MW/min）提升后進汽完成時間/min優(yōu)化后縮短時間/min 冷態(tài)1.3134.61.897.237.4 溫態(tài)2.076.53.051.025.5 熱態(tài)2.052.54.523.329.2

［1］江寧，曹祖慶.溫態(tài)、熱態(tài)啟動中的最佳溫度匹配方式探討［J］.中國電機工程學報，1999，19（9）：57-61.

［2］王坤.大型汽輪機轉(zhuǎn)子壽命問題研究［D］.武漢：華中科技大學，2004.

TK229.929

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.029

2095－6835（2019）19－0074－02

〔編輯：王霞〕