F級燃氣蒸汽聯合循環機組（分軸）啟動過程節能分析

江蘇國信淮安第二燃氣發電有限責任公司 朱樂平

江蘇國信淮安第二燃氣發電有限責任公司擁有兩套F級燃氣蒸汽聯合循環發電機組，為“一拖一”分軸型式，額定功率為460MW。其中燃機是三菱M701F4型燃氣輪機；汽輪機為東方汽輪機廠生產的150MW超高壓、雙缸、三壓、再熱、下排汽、抽凝汽式機組；余熱鍋爐型為三壓、再熱、臥式、無補燃、自除氧、自然循環余熱鍋爐。

1 燃氣機組啟動階段節能必要性

燃氣機組相對于燃煤機組運行中的節能手段較少，主要原因在于燃氣機組系統簡單，輔機設備較少，燃氣機組的燃燒、風煙系統[1]和燃煤機組不同，不會被運行人員干預，而且相關輔助系統運行的自動化程度較高，作為運行人員來說，正常運行中燃氣機組的節能操作手段就較少，下面通過該機組在啟、停、正常運行中一組數據的經濟性比較（表中天然氣價格及上網電價為舉例時段除稅價格），分析機組節能方向[2]。

燃氣機組啟、停速度快，是電網調峰的主力機型，不可避免的經常用被安排啟、停調峰運行。從表1、表2數據分析，機組冷態啟、停過程虧損約14.8萬元，熱態啟、停過程虧損約7.8萬元。以機組正常運行中帶400MW負荷，按照調峰時間段從8：00至23：00共15個小時考慮測算，如果機組是冷態啟動調峰，除去啟、停時間5小時30分，運行時間則為9小時30分，那么正常運行盈利為在7.79萬，不考慮電網補貼的情況下，冷態啟動明顯出于虧損狀況；如果是熱態啟動，啟、停時間3小時30分，運行時間為11小時30分，那么正常運行盈利為9.43萬元，處于微盈利狀況。由此可看出機組啟動階段的虧損最多，所以此階段的節能尤為關鍵，作為運行部門應盡量采取措施，降低機組啟動損失。

2 機組啟動過程分析

F級分軸燃氣機組的啟動過程主要由幾個節點組成（圖1），分為四個階段：機組啟動前做好準備工作；燃機啟動并網，隨后燃機升負荷產生高溫煙氣加熱余熱鍋爐；余熱鍋爐產生適配汽輪機缸溫參數的蒸汽對汽機沖轉并網；燃機、汽機并網后，聯合循環開始升負荷至啟動完成。

3 機組啟動過程節能分析

機組啟動階段節能重在節約啟動用天然氣量與廠用電量，所以縮短機組啟動時間，減少機組啟動不必要的能耗是啟動節能的切入點。

3.1 啟動準備階段

燃機發啟動令之后，燃機拖動、點火、升速等過程將自動進行，不可中斷，按照三菱M701F4燃機程序設定，燃機點火后如果停運，為防止壓氣機橢圓變形造成動靜摩擦，下次點火將會有延遲啟動保護，最長時間可達1.5小時，等待時間不到不允許再次啟動，所以啟動前必須做好相應準備[3]工作，避免浪費廠用電量與天然氣量。

表1 啟、停盈虧數據

表2 正常運行盈虧數據

相關措施如下：機組相關聯鎖試驗正常，保護完好；電動、氣動機構開關正常；重要輔機、發電機等絕緣測量合格，輔機設備轉熱備用；潤滑油、控制油溫度正常，燃機、汽機盤車按規定連續運行24h；熱力系統具備啟動條件；投入輔汽對鍋爐進行加熱（冷態啟動），提高鍋爐溫度，減少天然氣消耗；檢查相關工作票終結，發現缺陷及時聯系消缺；分析壓氣機效率曲線，根據需要開機前完成離線水洗。相關準備工作應提前一至兩天完成，發現問題可以有足夠的時間采取應對措施。

3.2 燃機并網升負荷階段

燃機發啟動令至燃機并網，三菱M701F4燃機一般在35min以內，此階段主要是程序自動控制，能耗基本固定。燃機并網后接帶初始負荷主要由汽輪機缸溫而定，根據汽輪機缸溫冷、溫、熱態，選擇合適的燃機排氣溫度，用以加熱余熱鍋爐產生相應適配的蒸汽參數，用于沖轉汽輪機，作為分軸機組，蒸汽參數的選取以及燃機初始負荷的選取需要操作人員來判斷，這是一個重要的節能點。

本套機組汽輪機是東方汽輪機廠所產的150MW機組，沖轉參數選取原則上應遵守廠家如下規定：冷態啟動。第一級缸溫T≤150℃，沖轉參數為主汽壓3.8Mpa、主汽溫320℃、滿足56℃過熱度；溫態啟動。第一級缸溫150℃300℃，沖轉參數為主汽壓7.8Mpa、主汽溫470℃，滿足56℃過熱度。實際運行中應根據缸溫具體數值對參數做適當修正，通過本機組運行摸索可適當降低廠家規定沖轉參數，但蒸汽參數的選擇必須滿足對應參數壓力下56℃以上過熱度，同時滿足主汽溫高于第一級缸溫100℃，因為單循環能耗較高，如果汽機早并網可以減少燃機單循環運行時間，提高天然氣使用效率，起到節能效果。

一般情況下每日中石油批復天然氣量固定，特別是天然氣銷售旺季，天然氣量有可能會供應不足，機組負荷率不高，所以機組啟動節省天然氣量更為重要，為了提高天然氣使用效率，應節省天然氣用于機組正常接帶負荷使用。機組啟動時應根據燃機排氣溫度與負荷對應曲線（圖2），只要排氣溫度滿足產生所需蒸汽參數，燃機單循環時盡量帶低負荷運行。

3.3 汽機沖轉至并網階段

根據廠家規范，該汽輪機熱態啟動時，沖轉至并網無需暖機；溫態啟動時，沖轉至3000RPM無需暖機，在3000RPM時需要暖機20分鐘方可并網；冷態啟動時，1500RPM需要暖機20分鐘，3000RPM需要暖機20分鐘方可并網。此階段操作一般應根據廠家規范操作，所以此階段機組能耗基本固定。

3.4 聯合循環升負荷階段

聯合循環升負荷的速度主要是根據汽輪機缸溫而定，熱態啟動的汽輪機缸溫較高，機組的高壓缸膨脹、脹差、軸振等參數都處于較好水平，升負荷速率較快，如表1所示，機組熱態啟動從發啟動令開始2個半小時左右即可完成，溫態啟動時間介于熱態與冷態啟動之間。機組冷態啟動有比較突出的矛盾存在，汽輪機主汽閥殼內外壁溫差及汽輪機缸體內外壁溫差較大，升負荷速度有拿捏不準情況發生，所以應按照廠家規定溫差曲線執行升負荷速度（圖3），避免升負荷拖沓情況發生。

聯合循環升負荷操作重在節約熱量損失，提高機組暖機效率，所以應做好四方面：盡快關閉汽輪機高、中、低壓旁路，全開汽輪機調門，減少蒸汽節流損失；汽輪機高旁關閉后應立即關閉高排通風閥，冷態啟動時可增加汽輪機暖機汽量，同時避免蒸汽損失；按照負荷要求及時關閉汽輪機及爐側疏水閥門，減少熱量損失；低負荷時段鍋爐盡量多排污，提高水質，化學專業注意跟蹤水質變化，盡早關閉鍋爐排污；熱力系統疏水閥門查漏[4]，閥門內漏缺陷不可避免的可能會存在，會增加熱量損失以及補水率，所以應檢查關閉的疏水氣動、電動閥是否有內漏情況，發現內漏應關閉相關管路疏水手動閥，登陸缺陷后續處理。

啟動過程廠用電節能分析。給水泵，循泵，凝泵等是燃氣電廠主要大功率輔機，在燃機發啟動令前應盡量推遲輔機啟動時間，同時采用變頻控制汽包水位，節約廠用電：鍋爐汽包水位在滿足條件的情況下，高壓、中壓給水泵、TCA水泵提前半小時啟動；兩臺真空泵抽真空，40分鐘即可將汽輪機真空由0抽至-95kpa以上，軸封真空系統提前40分鐘開始投入；循環水采取兩套機組公用聯絡運行方式，機組啟動前半小時，增加投入一臺低速循泵；開足高壓汽包與低壓汽包上水調節閥，高壓給水泵與凝泵采用變頻調整控制水位。

設備啟動提前量還需要根據操作人員水平，現場系統具體情況判斷，輔機啟動越遲，廠用電節省越明顯。