M701型燃气-蒸汽联合循环机组缩短启动暖机时间的分析及改进

关键词：机组商业投入运行

广东惠州天然气发电有限公司 (以下简称惠电) 一期工程为3*390MW M701F型燃气-蒸汽联合循环机组, 1号机组于2006年9月21日投入商业运行, 2号机组于2006年12月29日投入商业运行, 3号机组于2007年6月18日投入商业运行。机组多采用早启晚停的两班制运行方式, 机组启动频繁, 截止2008年9月1日, 1号、2号、3号机组累计启停次数分别为380次、279次、270次。其中超过90%以上为热态启动方式, 因而研究适当加快机组热态启动速度, 对于提高机组运行的经济性显得尤为重要。最后简单分析影响机组冷态、温态启机时间偏长的原因。

本文将以惠电2号机组热态启动为例, 通过较详细的分析, 找出影响机组启动时间的主要因素, 提出相应的改进措施, 缩短热态启动时间, 提高机组运行经济性。

1 影响机组热启动速度的主要因素

惠电M701F型燃气-蒸汽联合循环机组启动分三个阶段, 即机组升速至并网阶段, 金属温度匹配阶段 (暖机阶段) , 汽轮机进汽阶段, 各阶段实际耗时与三菱重工推荐耗时对比如表1所示。

由表1可知, 影响机组热态启动速度的主要因素为金属温度匹配耗时较长, 如何快速提高机组蒸汽温度, 缩短汽轮机金属温度与主蒸汽温度匹配的时间, 是加快机组热态启动的关键。金属温度与主蒸汽温度匹配时间较长的原因分析如下。

(1) 根据三菱重工设计的控制逻辑, 汽轮机金属温度与主蒸汽温度匹配, 汽轮机进汽需要满足下列两个条件:

综合历次机组运行数据, 上述两个条件中, 条件 (2) 较迟满足。

(2) 根据机组历史运行数据, 机组停机后, 汽轮机高压缸金属温度 (T高压缸金属) 、中压缸金属温度 (T中压缸金属) 只有略微降低, 到次日凌晨启动时, 温度分别约下降20℃, 能维持约440℃、450℃左右。

(3) 在启动过程中, 高压主蒸汽温度 (T高压主蒸汽) 、再热主蒸汽温度 (T再热主蒸汽) 经历先下降后上升的过程, 从燃机点火到燃机负荷约9 0 M W, 高压主蒸汽温度 (T高压主蒸汽) 、再热主蒸汽温度 (T再热主蒸汽) 逐渐降低;高于90MW后, 才缓慢上升, 由于蒸汽温度下降大, 延长了机组金属温度与主蒸汽温度匹配时间。产生此现象的主要原因:第一:在机组夜间停机后, 锅炉出口保温保压阀和汽轮机侧疏水阀内漏[1], 导致蒸汽不断从锅炉出口沿主蒸汽管道流到凝汽器, 造成次日启机时, 汽轮机高、中压主蒸汽阀前温度较低。第二:燃机点火前十多分钟的吹扫使余热锅炉的管道及蒸汽温度下降很多, 当燃机点火后, 高中压旁路阀后面的疏水阀联锁开启, 从余热锅炉过来的低温蒸汽进一步冷却汽轮机主汽门前温度测点。第三:中压旁路前后两个疏水点共用一个管径较小的疏水电动阀, 中主汽门前温度测点反映的实际温度较锅炉出口的温度有较大的滞后性, 不能及时反映真实的主蒸汽温度。

2 缩短暖机时间的可行性和运行操作方法

(1) 根据三菱重工设计的控制逻辑和设计思想, 机组热态启动时, 在120MW定负荷暖机过程只是一个等待主蒸汽温度与汽轮机缸金属温度匹配的过程, 只要主蒸汽温度与金属温度之差小于56℃, 即允许汽轮机进汽, 机组便可以快速升至额定负荷。因为M701F型燃机本身不需要带负荷暖机, 只需在点火到并网之间进行暖机;而适应快速启停的余热锅炉, 在热态启机前为保温保压状态, 汽包的温度变化率小于30℃/min则不需要进行负荷限制, 即不需要定速暖机。因此, 在不改变汽轮机进汽条件和修改余热锅炉温升率限制的前提下, 进行适当的操作改进, 缩短金属温度与主蒸汽温度匹配的时间, 能保证机组的安全运行。 (2) 缩短高压和中压温度匹配等待时间的操作如下:第一步:机组停机后, 关闭锅炉侧高、中压过热器出口电动阀, 开启汽轮机高、中压旁路阀, 将汽轮机侧管道内残余蒸汽泄压, 因汽轮机侧疏水阀汽轮机主汽门和调门可能有内漏, 可避免锅炉内的低温蒸汽持续过来冷却汽轮机侧管道, 使汽轮机侧高、中压主蒸汽温度持续下降。第二步:燃机点火后, 不马上开启高、中压旁后疏水阀, 待90MW左右, 余热锅炉产生的蒸汽温度高于汽轮机侧的蒸汽温度时, 开启高旁后疏水阀, 可以减少燃机点火初期产生的低温蒸汽对汽机侧主蒸汽温度测点的冷却, 降低该温度测点的滞后性, 缩短蒸汽温度与金属温度匹配时间。上述两项操作可以有效缩短金属温度匹配时间。

注:在金属温度匹配阶段 (暖机阶段) , 中压耗时比高压长, 因此中压数值为机组金属温度匹配时间。

3 通过改进操作后的经济性分析

惠电机组热态启动时, 从启动到并网和汽轮机进汽过程均是程序控制, 每次启动耗时相同, 消耗的天然气也相同。不同之处在并网到汽轮机进汽前, 等待金属温度匹配的过程, 通过改进操作方法后, 该过程的耗时缩短了约10min。

4 结语

惠电M701F型燃气-蒸汽联合循环机组热态启动时, 暖机时间偏长, 在保证机组安全的前提下, 不改变机组控制保护逻辑只通过合理的操作调整, 明显缩短了机组暖机时间, 从原来的约7 6 m i n缩短到约66min。通过经济性分析计算, 每年每台机组可增加收入约155.06万元, 三台机组每年约增加收入465.18万元, 具有良好的经济效益。

摘要：通过深入分析影响M701F型燃气-蒸汽联合循环机组热态启动暖机时间的主要因素, 提出通过运行操作方式上适当改进, 加快机组启动速度的方法, 显著提高机组运行的经济性。

关键词：M701型燃气