宋飛翔

（中海福建燃氣發(fā)電有限公司，福建 莆田 351156）

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有啟動速度快、熱效率高、環(huán)境污染小等突出優(yōu)點，近幾年在我國得到了快速發(fā)展。特別是在珠三角、長三角、京津等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。但大部分燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組用于調(diào)峰運行，極少數(shù)帶基本負荷運行，其中調(diào)峰機組一般采用兩班制運行方式，啟停頻繁。中海福建燃氣發(fā)電有限公司一期建設(shè)有四臺M701F單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，于2010年7月全部建成投產(chǎn)。

1 M701F單軸聯(lián)合循環(huán)啟動模式

M701F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的啟動模式根據(jù)汽輪機高壓缸入口金屬溫度可分為熱態(tài)、溫態(tài)和冷態(tài)三種狀態(tài)，三種狀態(tài)的界定：

（1） 熱態(tài)：汽輪機高壓缸入口金屬溫度≥400 ℃；

（2） 溫態(tài)：230 ℃＜汽輪機高壓缸入口金屬溫度＜400 ℃；

（3） 冷態(tài)：汽輪機高壓缸入口金屬溫度≤230 ℃。

機組啟動時，根據(jù)高壓缸入口金屬溫度自動選擇啟動模式，并網(wǎng)后燃機以16.7 MW/min的升負荷速率升至暖機負荷，冷態(tài)/溫態(tài)/熱態(tài)的暖機負荷分別為52 MW/78 MW/120 MW，達到暖機負荷后，保持負荷不變，直至汽輪機進汽條件滿足，汽機開始進汽，繼續(xù)升負荷，冷態(tài)/溫態(tài)/熱態(tài)升負荷速率分別為1.5 MW/2.5 MW/4 MW。冷態(tài)/溫態(tài)/熱態(tài)啟動耗時分別為 ：210 min/140 min/80 min。

2 溫態(tài)啟動的不足之處

M701F機組溫態(tài)模式定義為汽輪機高壓缸入口溫度介于230～400 ℃之間。由于燃氣輪機電廠在系統(tǒng)中兩班制的運行方式，且受上游氣源、天氣、電網(wǎng)、節(jié)假日等影響，機組不會每天啟停，常會停機備用幾天；M701F燃機離線水洗要求透平缸溫小于95 ℃，因此需停機自然冷卻兩天方可滿足，此時缸溫基本處于390～350 ℃的范圍。按三菱要求每月需水洗一次。單臺機組全年溫態(tài)啟動約20次。

汽輪機高壓缸入口金屬溫度在230～400 ℃之間時，通過邏輯自動判斷選擇溫態(tài)啟動，因此缸溫不管是在高點還是低點，汽機均以同樣的暖機負荷、升負荷速率，不合理。而且此溫度范圍較寬，特別機組缸溫接近熱態(tài)邊界點時，這時的缸溫與熱態(tài)相差很小。但是按照溫態(tài)模式，暖機負荷和升負荷率較熱態(tài)模式低較多，且汽機是負溫差進汽，因此在汽機進汽初期對汽機是一種冷卻，對汽機本身來說不利，且啟動時間長，經(jīng)濟性也差。

溫態(tài)啟動模式，暖機負荷均為78 MW，在缸溫較高接近熱態(tài)時的溫態(tài)啟動時，其排煙溫度430 ℃左右，熱態(tài)啟動暖機負荷120 MW時排煙溫度480 ℃，而此時的余熱鍋爐因停機后的保溫保壓還保持一定的壓力和溫度。因此低負荷時對余熱鍋爐是鼓風(fēng)冷卻過程。

3 溫態(tài)啟動優(yōu)化

3.1 簡單優(yōu)化

之前有同類型電廠在溫態(tài)啟動模式上進行過優(yōu)化，增設(shè)“熱溫態(tài)”啟動模式，即將溫態(tài)再劃分為兩個模式，350～400 ℃為熱溫態(tài)，230～350 ℃為溫態(tài)，設(shè)計的熱溫態(tài)暖機負荷100 MW，汽輪機啟動期間升負荷率 3 MW/min。這樣細分啟動狀態(tài)，可提高熱溫態(tài)的暖機負荷和汽輪機進汽后的升負荷率，縮短汽輪機進汽前的暖機等待時間和汽輪機進汽后的升負荷時間，提高啟動的經(jīng)濟性。

3.2 深度優(yōu)化

增加熱溫態(tài)模式，從一定程度上優(yōu)化了溫態(tài)啟機曲線、縮短啟動時間、提高經(jīng)濟性，但溫度一旦低于熱溫態(tài)下限，就不能實現(xiàn)。

經(jīng)分析認為，將溫態(tài)模式的溫度范圍線性分割，在不同的缸溫下采用不同的暖機負荷和升負荷速率，會更合理。并與三菱技術(shù)人員溝通，此方案得以通過并成功實施，具體優(yōu)化如下：

將原溫態(tài)啟機曲線改為根據(jù)汽機高壓缸進口溫度的不同而變化的曲線，該變化的曲線介于原溫態(tài)模式和熱態(tài)模式之間。燃機的暖機負荷由恒定的78 MW改為根據(jù)高壓缸入口金屬溫度在78～120 MW之間線性變動。機組的升負荷速率也隨著高壓缸入口溫度的變化在2.5～4.0 MW/min之間線性變化，如圖1所示。

圖1 溫態(tài)啟動曲線優(yōu)化前后對比圖

3.3 經(jīng)濟性

首先提高暖機負荷可以提高鍋爐側(cè)的蒸汽品質(zhì)，縮短進汽等待時間，減少暖機時段的燃氣輪機單循環(huán)運行時間，提高經(jīng)濟性；其次也增加了啟動過程中的汽輪機啟動速度，減少了啟動時間，提高經(jīng)濟性和減少排放。按照估算熱溫態(tài)啟動時間比以前溫態(tài)啟動時間縮短近 20 min，同時也間接地提高了負荷率，啟動過程在總的運行時間中的占比例變少，利于提高機組的負荷率。

根據(jù)一次缸溫330 ℃的溫態(tài)啟動，從發(fā)啟動令到負荷200 MW啟動完成，耗天然氣約2.81 萬m3，發(fā)電量約9.25 萬kWh，發(fā)電氣耗率平均0.303 8 m3/kWh。而按原溫態(tài)啟動模式耗天然氣約4.41 萬m3，發(fā)電量約13.9 萬kWh，發(fā)電氣耗率平均0.317 3 m3/kWh。時間上，從并網(wǎng)到啟動完成耗時43 min，按原溫態(tài)曲線需65 min，節(jié)約22 min。

4 結(jié)語

隨著對機組啟動工況認識的深入，發(fā)現(xiàn)機組對溫態(tài)模式的區(qū)分太寬泛、籠統(tǒng)，有時甚至對機組啟動產(chǎn)生不利影響。通過邏輯條件的修改，使得機組啟動過程更加吻合實際缸溫情況，細化了機組啟動過程。優(yōu)化后不僅對汽輪機有利，對燃氣輪機和鍋爐等也都沒有影響，同時提高機組溫態(tài)啟動的經(jīng)濟性，縮短啟動時間提高了負荷率，還能減少啟動過程中氮氧化物的排放，帶來環(huán)保效益。對兩班制運行、周末停機、溫態(tài)啟動較多的同類型電廠適用。