F级燃气蒸汽联合循环机组（分轴）启动过程节能分析
2020-06-19江苏国信淮安第二燃气发电有限责任公司朱乐平
江苏国信淮安第二燃气发电有限责任公司 朱乐平
江苏国信淮安第二燃气发电有限责任公司拥有两套F级燃气蒸汽联合循环发电机组，为“一拖一”分轴型式，额定功率为460MW。其中燃机是三菱M701F4型燃气轮机；汽轮机为东方汽轮机厂生产的150MW超高压、双缸、三压、再热、下排汽、抽凝汽式机组；余热锅炉型为三压、再热、卧式、无补燃、自除氧、自然循环余热锅炉。
1 燃气机组启动阶段节能必要性
燃气机组相对于燃煤机组运行中的节能手段较少，主要原因在于燃气机组系统简单，辅机设备较少，燃气机组的燃烧、风烟系统[1]和燃煤机组不同，不会被运行人员干预，而且相关辅助系统运行的自动化程度较高，作为运行人员来说，正常运行中燃气机组的节能操作手段就较少，下面通过该机组在启、停、正常运行中一组数据的经济性比较（表中天然气价格及上网电价为举例时段除税价格），分析机组节能方向[2]。
燃气机组启、停速度快，是电网调峰的主力机型，不可避免的经常用被安排启、停调峰运行。从表1、表2数据分析，机组冷态启、停过程亏损约14.8万元，热态启、停过程亏损约7.8万元。以机组正常运行中带400MW负荷，按照调峰时间段从8：00至23：00共15个小时考虑测算，如果机组是冷态启动调峰，除去启、停时间5小时30分，运行时间则为9小时30分，那么正常运行盈利为在7.79万，不考虑电网补贴的情况下，冷态启动明显出于亏损状况；如果是热态启动，启、停时间3小时30分，运行时间为11小时30分，那么正常运行盈利为9.43万元，处于微盈利状况。由此可看出机组启动阶段的亏损最多，所以此阶段的节能尤为关键，作为运行部门应尽量采取措施，降低机组启动损失。
2 机组启动过程分析
F级分轴燃气机组的启动过程主要由几个节点组成（图1），分为四个阶段：机组启动前做好准备工作；燃机启动并网，随后燃机升负荷产生高温烟气加热余热锅炉；余热锅炉产生适配汽轮机缸温参数的蒸汽对汽机冲转并网；燃机、汽机并网后，联合循环开始升负荷至启动完成。
3 机组启动过程节能分析
机组启动阶段节能重在节约启动用天然气量与厂用电量，所以缩短机组启动时间，减少机组启动不必要的能耗是启动节能的切入点。
3.1 启动准备阶段
燃机发启动令之后，燃机拖动、点火、升速等过程将自动进行，不可中断，按照三菱M701F4燃机程序设定，燃机点火后如果停运，为防止压气机椭圆变形造成动静摩擦，下次点火将会有延迟启动保护，最长时间可达1.5小时，等待时间不到不允许再次启动，所以启动前必须做好相应准备[3]工作，避免浪费厂用电量与天然气量。
表1 启、停盈亏数据
表2 正常运行盈亏数据
相关措施如下：机组相关联锁试验正常，保护完好；电动、气动机构开关正常；重要辅机、发电机等绝缘测量合格，辅机设备转热备用；润滑油、控制油温度正常，燃机、汽机盘车按规定连续运行24h；热力系统具备启动条件；投入辅汽对锅炉进行加热（冷态启动），提高锅炉温度，减少天然气消耗；检查相关工作票终结，发现缺陷及时联系消缺；分析压气机效率曲线，根据需要开机前完成离线水洗。相关准备工作应提前一至两天完成，发现问题可以有足够的时间采取应对措施。
3.2 燃机并网升负荷阶段
燃机发启动令至燃机并网，三菱M701F4燃机一般在35min以内，此阶段主要是程序自动控制，能耗基本固定。燃机并网后接带初始负荷主要由汽轮机缸温而定，根据汽轮机缸温冷、温、热态，选择合适的燃机排气温度，用以加热余热锅炉产生相应适配的蒸汽参数，用于冲转汽轮机，作为分轴机组，蒸汽参数的选取以及燃机初始负荷的选取需要操作人员来判断，这是一个重要的节能点。
本套机组汽轮机是东方汽轮机厂所产的150MW机组，冲转参数选取原则上应遵守厂家如下规定：冷态启动。第一级缸温T≤150℃，冲转参数为主汽压3.8Mpa、主汽温320℃、满足56℃过热度；温态启动。第一级缸温150℃
一般情况下每日中石油批复天然气量固定，特别是天然气销售旺季，天然气量有可能会供应不足，机组负荷率不高，所以机组启动节省天然气量更为重要，为了提高天然气使用效率，应节省天然气用于机组正常接带负荷使用。机组启动时应根据燃机排气温度与负荷对应曲线（图2），只要排气温度满足产生所需蒸汽参数，燃机单循环时尽量带低负荷运行。
3.3 汽机冲转至并网阶段
根据厂家规范，该汽轮机热态启动时，冲转至并网无需暖机；温态启动时，冲转至3000RPM无需暖机，在3000RPM时需要暖机20分钟方可并网；冷态启动时，1500RPM需要暖机20分钟，3000RPM需要暖机20分钟方可并网。此阶段操作一般应根据厂家规范操作，所以此阶段机组能耗基本固定。
3.4 联合循环升负荷阶段
联合循环升负荷的速度主要是根据汽轮机缸温而定，热态启动的汽轮机缸温较高，机组的高压缸膨胀、胀差、轴振等参数都处于较好水平，升负荷速率较快，如表1所示，机组热态启动从发启动令开始2个半小时左右即可完成，温态启动时间介于热态与冷态启动之间。机组冷态启动有比较突出的矛盾存在，汽轮机主汽阀壳内外壁温差及汽轮机缸体内外壁温差较大，升负荷速度有拿捏不准情况发生，所以应按照厂家规定温差曲线执行升负荷速度（图3），避免升负荷拖沓情况发生。
联合循环升负荷操作重在节约热量损失，提高机组暖机效率，所以应做好四方面：尽快关闭汽轮机高、中、低压旁路，全开汽轮机调门，减少蒸汽节流损失；汽轮机高旁关闭后应立即关闭高排通风阀，冷态启动时可增加汽轮机暖机汽量，同时避免蒸汽损失；按照负荷要求及时关闭汽轮机及炉侧疏水阀门，减少热量损失；低负荷时段锅炉尽量多排污，提高水质，化学专业注意跟踪水质变化，尽早关闭锅炉排污；热力系统疏水阀门查漏[4]，阀门内漏缺陷不可避免的可能会存在，会增加热量损失以及补水率，所以应检查关闭的疏水气动、电动阀是否有内漏情况，发现内漏应关闭相关管路疏水手动阀，登陆缺陷后续处理。
启动过程厂用电节能分析。给水泵，循泵，凝泵等是燃气电厂主要大功率辅机，在燃机发启动令前应尽量推迟辅机启动时间，同时采用变频控制汽包水位，节约厂用电：锅炉汽包水位在满足条件的情况下，高压、中压给水泵、TCA水泵提前半小时启动；两台真空泵抽真空，40分钟即可将汽轮机真空由0抽至-95kpa以上，轴封真空系统提前40分钟开始投入；循环水采取两套机组公用联络运行方式，机组启动前半小时，增加投入一台低速循泵；开足高压汽包与低压汽包上水调节阀，高压给水泵与凝泵采用变频调整控制水位。
设备启动提前量还需要根据操作人员水平，现场系统具体情况判断，辅机启动越迟，厂用电节省越明显。
