大型机组启动过程分析及优化措施

殷庆栋，魏颖莉，刘斌杰

（1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.国网河北省电力公司，石家庄 050021）

1 概述

近年来，随着我国经济的迅速发展，电网峰谷差越来越大，调峰问题成为电网运行中亟待解决的重要问题之一，而在火电机组承担调峰任务的过程中，会涉及到通过火电机组的启动和停机来调节负荷，如何能更好地掌握各种机组的启动时间、启动费用，对于电厂的经济运行将会起到积极作用。机组启动是一个复杂且不稳定的过程，启动过程中，机组工质温度和各部件温度会随着传热、流动等过程变化。

目前，河北省南部电网的主流大容量机组主要有SG－2080／25.4、SG－2028／17.5、B＆WB－2028／17.5、B＆WB－1025／17.5、DG－1025／17.4等多种类型，以下选取了4种类型机组进行分析，以掌握这几种典型机组的启动规律，为电网调度的优化提供可靠的依据。

2 机组启动方式的划分依据

机组的启动方式可分为冷态启动、温态启动、热态启动以及极热态启动4种，不同生产厂家、不同型号的机组其划分依据也不尽相同。以SG－2080／25.4和SG－2028／17.5机组为例：同样是上海锅炉厂制造的600 MW机组，前者为超临界参数，后者为亚临界机参数。由于在主蒸汽参数、制造材料以及结构设计等方面的差异，导致其启动方式的划分依据分别为汽轮机第1级金属温度和高压内缸调节级金属温度，且温度分界点也差别较大。各类机组启动方式的划分温度依据见表1。较为特殊的是SG－2080／25.4机组，由于其参数更高，启动过程的划分也较其他类型多一种方式，即有2种温态启动方式，温态启动1（120～280℃）和温态启动2（280～415℃），温态启动2也有资料称为半热态启动。研究各种启动方式以及在各种方式下的启动时间和启动费用，对提高电厂的经济性和优化电网调度有着十分重要的意义。

表1 各类机组启动方式的划分依据 ℃

3 启动过程分析

3.1 启动时间

一般来说，机组启动时间是指从锅炉点火到机组并网成功的时间，各类机组不同启动方式下的启动时间统计见表2。具体的启动过程步骤包括：点火前准备、锅炉点火、升温升压、汽轮机冲转到额定转速、并网成功［1］。锅炉冷态启动前，首先通过给水泵给锅炉上水，进行系统冷态清洗，清洗后的炉水通过大溢流阀排出系统外，水质合格后，关闭大溢流排污阀。在此期间要将省煤器放气阀打开，排除省煤器中的空气，以免流动不均造成受热面的氧腐蚀。其次冷态启动时还要进行3～4 h中、高速暖机。

表2 各类机组不同启动方式下的启动时间统计 h

由表2可以看出，机组类型不同，其启动时间也不同。上述4种类型机组在热态或极热态启动时，启动时间差别不大，这是因为热态、极热态启动往往是机组处于旋转备用或机组非停时采用的方式，在这2种状态下，机组的停炉时间较短，汽轮机侧高中压缸金属级温度较高，机组启动速度较快，启动时间较短。在冷态启动状态下，超临界机组SG－2080／ 25.4相比其他类型的亚临界机组启动时间长2～3 h，主要有两方面的原因：超临界机组主蒸汽温度高、压力大，要达到启动的满足条件，机组需要吸收更多的热量，所需要的时间也就相应长些；超临界机组与亚临界机组最大的区别在于超临界机组采用了直流锅炉，因此超临界机组有一个转直流过程。随燃烧率和负荷的增加，进入汽水分离器的汽水混合物的干度也逐渐提高，在锅炉负荷提高到本生点以上后，进入汽水分离器的将全部是蒸汽，锅炉进入直流运行模式，这也会延长超临界机组的启动时间［2］。掌握机组的启动时间，能给调度部门提供必要的依据，更有利于机组在不同状态下的启动。

3.2 启动费用

机组的启动成本与机组的容量、机组启动效率、机组性能等多种因素有关。一般来说，机组的启动成本主要由消耗成本和固定成本构成［3］。消耗成本包括机组启动过程中的耗煤量、耗油量、耗电量、无盐水消耗量费用等；固定成本则是指在启动过程中所发生的员工工资及设备折旧费等需要分摊的固定费用。各类机组不同启动方式下的启动费用统计见表3。

表3 各类机组不同启动方式下的启动费用统计 万元

从表3可以看出，4种机组在热态或极热态状态下的启动费用差别较小，最大差值仅为5万元，这是因为在这2种状态下，机组的温度较高，启动仅需要较短时间即可完成，无论是消耗成本还是固定成本都不高。

机组的启动费用与机组容量和机组蒸汽参数息息相关。大容量、高参数机组的启动费用相对要高。以冷态启动方式为例，SG－2080／25.4和SG－2028／ 17.5机组的启动费用相比B＆WB－1025／17.5和DG－1025／17.4机组要高出40万元以上，前2种机组的启动费用几乎为后2种机组的2倍。这是因为前2种机组的容量为2 028 t／h，是后2种机组容量1 025 t／h的2倍左右。但需要指出的是，启动成本虽与机组容量相关，但不是简单意义上的正比关系，还与机组启动效率等有直接关系。

机组启动费用还与机组参数有直接关系。SG－2080／25.4机组在冷态和温态启动时费用相比SG－2028／17.5机组要高出约21万元和13万元。在两者容量基本相同的情况下，SG－2080／25.4机组为超临界机组，其主蒸汽压力为25.4 MPa，而SG－2028／ 17.5类型的亚临界机组，其主蒸汽压力为17.5 MPa，这是导致启动费用不同的主要原因。

4 启动优化措施及效果

机组的启动过程是一个比较复杂、持续时间较长的生产过程，其间，锅炉燃烧效率大幅降低，甚至需要投油燃烧，汽轮机的内效率也保持在一个较低水平，机组整体运行的经济性相对较低，发电经济指标大幅升高。因此，深挖机组启动过程中的优化措施，对减少机组启停过程中的能源消耗，缩短机组的启停时间及启动费用，将会起到十分积极的作用。

4.1 采用等离子点火技术

等离子点火技术利用电能产生等离子炬直接点燃煤粉，是目前理想的技术途径，应用等离子点火技术可以节约锅炉点火期间的大量燃油，并且可以使电除尘器及早投入，大大减少粉尘的排放，避免环境污染，给电厂带来显著的经济效益和社会效益［4］。

锅炉冷态启动时，采用油枪点火和等离子点火启动时间无太大区别，主要是以控制锅炉升温、升压速率为主。热态启动时，由于可以直接投入制粉系统运行，较油枪相比更有利于锅炉升温、升压，启动时间比采用油枪点火明显缩短。

以上述SG－2080／25.4锅炉为例，应用等离子点火之后，从锅炉点火到并网需要耗煤约100 t，如果采用油枪点火，按照共投入8支油枪计算，从锅炉点火到并网需要耗柴油约50 t。加上等离子阴阳极的损耗，以现在市场价格计算显然等离子费用明显低于燃油费用，可大幅降低启动费用。另外采用等离子点火启动，点火即启动了制粉系统，为并网后启动其他制粉系统奠定了基础，启动更安全。随着机组容量的增大，等离子点火的优势将越来越明显。

4.2 使用邻炉加热技术

邻炉加热技术对锅炉冷态启动的节能效果十分明显，邻炉加热装置的投入影响着锅炉整个启动过程中的安全性与经济性。锅炉点火前，炉底充分加热投入能够在启动初期就建立稳定的水循环，均匀加热各受热面，能较快的提高炉温，对点火初期的燃烧十分有利，因此可缩短点火启动时间，节约厂用电及启动用油，是电厂普遍采用的启动过程优化方式。

据统计，2台600 MW（SG－2080／25.4）机组锅炉按照平均每年每台冷态启动3次计算，使用邻炉加热技术后，每年可节约燃油230 t，节约厂用电10万k Wh，可大幅降低启动费用［5］，经济效益十分可观。同时还可避免由于受热面膨胀不均匀而造成的锅炉爆燃概率，大大提高启动的安全性。

4.3 单侧风机运行技术

锅炉点火按要求应将全部风机启动，但是由于启动时负荷较低，往往单侧风机单独运行也能满足要求。某厂DG－1025／17.4机组采取相关安全措施后，在锅炉吹扫、点火以及升温升压、汽轮机冲转和发电机并网的全过程中，保持1台二次风机和引风机运行，一次风机的运行台数则以满足制粉系统需求为前提。由于风机运行台数的减少，可以节约大量厂用电，以启动时间9 h计，可节约电量2万k Wh，节省启动费用超过1万元。

4.4 凝结水系统优化技术

机组启动初期，不合格疏水水质排入凝汽器系统，导致凝结水水质较长时间不能达到合格要求，需要通过大量换水工作来提高水质。某厂SG－2080／ 25.4机组并网后，因为凝结水水质不合格，导致锅炉用水仅靠低流量的锅炉上水泵供应，在长达数小时的凝结水换水过程中，机组只能通过燃烧大量燃油来维持负荷，造成了燃油和厂用电的大量浪费，增加了机组的启动成本。因此，提前对凝结水进行大流量换水工作，减少并网后的等待时间，有利于减少启动成本，对优化启动过程起到十分重要的作用。

5 结束语

机组的启动过程是一项非常复杂的工作，机组的启动时间、启动费用等因素对电厂及电网的安全稳定运行起着十分重要的作用。不同类型机组在不同的启动方式下启动时间和费用均有区别，应根据机组的实际情况采取相应的启动优化措施，以便掌控机组的启动时间，利于机组在不同状态下的启动。在现实生产中，机组的每次启动均面临不同的设备状态和不同的操作人员，即使同一机组也会存在启动时间不相同的情况，启动能耗也有所差异的现象。因此，对机组的启停方式进行优化和进行必要的设备改造，挖掘机组在启动时的节能潜力，将是一项十分重要而且长期的工作。

［1］ 任 杰，冯桐刚，李文东.超临界锅炉启动系统技术特点分析比较［J］.内蒙古电力技术，2008，26（4）：27－29.

［2］ 樊泉桂，裴跃辉.600 MW超临界锅炉启动系统的技术分析［J］.锅炉技术，2006，（37）增刊：16－19.

［3］ 贺广中，周英彪，邬田华.一种基于收益的火电机组启动成本分析方法［J］.节能，2006，（1）：24－25.

［4］ 龚 鹏，毛永清.等离子点火技术在超超临界机组中的应用［J］.电站系统工程，2011，27（5）：31－34.

［5］ 邢希东，马成伟，吴宝忠.大容量火电机组启停过程中节能措施［J］.热电技术，2011，（1）：21－25.