F级单轴燃气-蒸汽联合循环机组升负荷优化

陈淼

F级单轴燃气-蒸汽联合循环机组升负荷优化

陈淼

（东方汽轮机有限公司，四川 德阳 618000）

单轴燃气-蒸汽联合循环机组启动时间长，不能及时响应电网调峰需求。通过适当参数调整，提升机组升负荷速率，能缩短机组升负荷时间，不仅能及时响应电网调峰需求，还能节约能源，减少NOx排放。探究机组变温态启动的可行性，由于机组大部分时间在温态启动，因此能大大缩短温态启动时间。

燃气-蒸汽联合循环；启动时间；电网调峰；变温态启动

燃气-蒸汽联合循环机组具有效率高、NOx排放低、建设周期短等优点，是治理“雾霾”的利器。目前国内燃气-蒸汽联合循环机组轴系布置方式主要有“一拖一”单轴、“一拖一”分轴、“二拖一”分轴形式。目前在南方，燃气-蒸汽联合循环机组由于不供热，基本是“一拖一”单轴布置且机组用作调峰。由于单轴机组启动时间主要受制于汽机开始进汽至汽机进汽完成时间，而这主要受汽机升负荷率影响。提高汽机的升负荷率能有效地缩短联合循环机组到达额定负荷的时间，能够及时响应电网的调峰需求，减少NOx排放，节约能源。

某新型设计的燃气-蒸汽联合循环配套汽机初始设定机组冷态升负荷率为1.3 MW/min，温态为2 MW/min，热态为 2 MW/min。通过优化提升汽机升负荷率后，机组到达满负荷的时间冷态缩短了37 min，温态缩短了25 min，热态缩短了30 min。本文在现场收集冷态、温态、热态升负率提升后运行数据，分析提高升负荷率后对机组热应力影响及汽机控制参数的相应变化，探究实施变温态启动的可行性。

1 冷态、温态、热态升负荷率提升对转子热应力影响

机组冷态升负荷率由1.3 MW/min提升至1.8 MW/min，温态升负荷率由2 MW/min提升至3 MW/min，热态升负荷率由由2 MW/min提升至4.5 MW/min后转子热应力明显增加。温态升负荷率提升后热应力比较如图1所示。

图1 温态升负荷率提升后热应力比较

2 冷态、温态、热态升负荷率提升对调阀开启速率影响

冷态、温态、热态升负荷率提升后，锅炉的升温、升压速率提高，机组从汽机进汽开始至进汽完成的时间将变短。而汽机调阀的开启是按照固定的速率开启，由于时间缩短，调阀开启速率将变大。但增加调阀开启速率需考虑汽机高压缸排汽温度和锅炉升温、升压速率的影响。通过大量试验后确定的最佳开启速率如表1所示。

表1 升负荷率提升后调阀开启速率对比

流量/（%/min）负荷率提升前/（MW/min）负荷率提升后/（MW/min） HPCV冷态速率10.230.35 速率21.11.4 温态速率10.61 速率21.22 热态速率111.7 速率23.56.8 LPCV冷态速率10.30.8 速率20.30.8 温态速率10.91.6 速率20.91.6 热态速率11.23 速率21.23

其中，开启速率1是指阀门开度从0开至10%（热态和温态20%）时开始转换前速率，开启速率2是指阀门开度从10%开至100%时快速开启速率。

3 变温态汽机启动探究

机组高压缸下半第1级金属温度小于230 ℃为冷态启动，大于230 ℃而小于400 ℃为温态启动，大于400 ℃为热态启动。而机组周末停机后再次启动一般为温态启动，缸温也较高。实施变温态启动能缩短机组启动时间，但又不会对机组安全运行造成影响。

3.1 变温态启动暧机负荷的确定

机组暧机负荷冷态为50 MW、温态为72 MW、热态为120 MW。而变温态主要是指温态到热态这段区间，其暖机负荷是根据高压缸下半第1级金属温度确定，其确定函数由温态（230 ℃，72 MW）、热态（400 ℃，120 MW）两点确定的分段直线函数。例如当高压缸下半第1级金属温度为350 ℃时，根据函数计算出暧机负荷为105.88 MW。

3.2 变温态升负荷速率确定

机组冷态升负荷率为1.8 MW/min，温态为3 MW/min，热态为4.5 MW/min。变温态升负荷率根据高压缸入口温度确定，其确定函数由温态升负荷率（230 ℃，3 MW/min）、热态升负荷率（400 ℃，4.5 MW/min）两点确定的直线分段函数。例如当高压缸下半第1级金属温度为350 ℃时，根据函数计算出其升负荷率为4.06 MW/min。变温态暖机负荷和升负荷速率关系如图2所示。

4 结论

根据提升冷态、温态、热态升负荷率后机组热应力增加，但通过现场多次试验调整调阀开启速率，转子热应力控制在可接受范围内，机组胀差、轴振、瓦温等其他运行参数正常。所以提高升负荷率后大大缩短了机组启动时间，能快速响应电网调峰需求，同时也节约了能源。升负荷率提升情况如表2所示。

变温态启动能大大缩短机组启动时间，尤其对于日启停调峰机组。目前已在部分机组上成功应用，预计未来将会在单轴燃气-蒸汽联合循环机组上大力推广，应用前景广阔。

图2 变温态暖机负荷和升负荷速率关系

表2 升负荷提升情况汇总

提升前负荷率/（MW/min）提升前进汽完成时间/min提升后负荷率/（MW/min）提升后进汽完成时间/min优化后缩短时间/min 冷态1.3134.61.897.237.4 温态2.076.53.051.025.5 热态2.052.54.523.329.2

［1］江宁，曹祖庆.温态、热态启动中的最佳温度匹配方式探讨［J］.中国电机工程学报，1999，19（9）：57-61.

［2］王坤.大型汽轮机转子寿命问题研究［D］.武汉：华中科技大学，2004.

TK229.929

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.029

2095－6835（2019）19－0074－02

〔编辑：王霞〕