基于两班制模式下的9F燃机机组启动锅炉运行方式优化研究

广东粤华发电有限责任公司 李民浩

1 启动锅炉运行方式及优化的必要性

某电厂规划建设4×390MW 级改进型（F级改进型）燃气蒸汽联合循环机组，首期已投产2×453MW 级改进型燃气—蒸汽联合循环机组。每台机组设置一套辅助蒸汽联箱，辅助蒸汽联箱汽源有三种，分别为启动锅炉、机组冷再热蒸汽及邻机的辅助蒸汽联箱。在一台机组停运、另一台机组两班制运行的情况下，启动锅炉、机组冷再热蒸汽可作为辅助蒸汽联箱的汽源。

从经济性的角度考虑，一般选择机组冷再热蒸汽作为辅助蒸汽联箱的汽源。但由于该电厂燃机在启动过程中清吹时间较长，高压主蒸汽在清吹过程中温降较大，无法完全满足辅助蒸汽联箱供轴封蒸汽的参数要求。因此该电厂在一台机组停运、另一台机组两班制运行的情况下，机组启动蒸汽的来源为启动锅炉，启动锅炉蒸汽通过厂用辅助蒸汽母管进入机组辅助蒸汽联箱。该电厂启动锅炉额定蒸发量为15t/h，额定蒸汽压力为1.3MPa，额定蒸汽温度为310℃，额定耗气量为1200Nm3/h。

关于启动锅炉的论文和文章并不多见，韩宏诚[1]讨论如何在每天日开夜停的燃气机组启动过程中减少启动锅炉运行时间，在中压汽包启压后，利用中压蒸汽代替启动锅炉蒸汽实现缩短启动锅炉运行时间目的；全炳文[2]对350MW 超临界机组冷态启动各阶段用汽情况进行分析，优化启动期间用汽方式，为新建机组启动炉容量选择及合理分配辅汽提供经验；马悦[3]分析了F 级联合循环机组不设置启动锅炉的可行性；杨学峰[4]分析某9F 级燃气-蒸汽联合循环机组在冷态启动调试过程出现的轴封供汽温度上升过慢而导致轴封蒸汽系统无法投运的原因，并提出解决方法。

李茂[5]分析某启动锅炉低负荷下燃烧器出力过大、各级受热面吸热量不匹配为蒸汽超温的主要原因,提出了包含燃烧器、减温水、炉膛烟道改造及炉内燃烧调整的综合方案；魏丽蓉[6]介绍某电厂2X600MW 机组启动锅炉调试过程中出现的问题并进行详细的分析；游友荣[7]分析了启动锅炉汽水取样的水样温度高的原因并提出技改建议；马兆东[8]针对启动锅炉燃烧器的常见故障现象,剖析燃烧器顺序控制器的工作原理和顺控步序，逐一检查排除燃烧器不能正常启动的各种原因并予以解决。

在两班制运行的情况下机组的启动状态为热态，该电厂机组热态下平均启动成本约为1.50万元，启动锅炉运行成本约0.50万元、占总启动成本的33.33%，因此启动锅炉是机组启动的重要设备，密切地影响机组启动的可靠性和经济性。现阶段启动锅炉运行方式存在以下两点不足，需要对运行方式进行优化：

暖炉时间过长。启动锅炉根据其状态的不同启动时暖炉时间有所不同，具体逻辑如下:若炉膛温度＜50℃，启动锅炉为冷态，点火后暖炉3600s；若50℃＜炉膛温度＜150℃，启动锅炉为温态，点火后暖炉1200s；若炉膛温度＞150℃，启动锅炉为热态，点火后暖炉240s。而在机组两班制运行的情况下，启动锅炉在汽机并网且辅助蒸汽联箱汽源由启动锅炉蒸汽切换至冷再热蒸汽后停运，在次日计划抽真空时间前2个小时启动，停炉时间不超过20个小时。但启动锅炉每次启动时均为温态，导致暖炉时间过长。

暖管时间过长。该电厂热态下启动轴封温度需大于250℃，考虑到蒸汽从辅助蒸汽联箱供至轴封联箱过程中的热量损失及减压导致的温降，以及保证机组设备安全的余量，辅助蒸汽联箱的温度要求为280℃。而启动锅炉的蒸汽温度为310℃，与辅助蒸汽联箱的温度要求相差较小，再加上厂用辅助蒸汽母管至机组辅助蒸汽联箱管道较长，导致暖管时间过长。

2 运行方式优化的措施

2.1 热工逻辑优化

经研究分析，该电厂启动锅炉保温良好，停炉时间不超过20小时的情况下不会从热态转变为温态。每次启动时均为温态的原因，是启动锅炉的热工逻辑存在不足。启动锅炉的启动过程如下：收到DCS发起的启动令后进行启动前试验，试验通过后启动送风机清吹150s，然后启动锅炉点火。热工逻辑中以点火瞬间的炉膛温度作为启动锅炉状态的判断条件，而启动锅炉炉膛温度在点火前的清吹过程中迅速从150℃以上降至50～150℃，因此热工逻辑判断启动锅炉为温态。这是由于清吹导致炉膛温度暂时性的下降，启动锅炉的汽包蓄热量并没有明显变化，停止清吹后炉膛温度会逐渐升高至150℃以上，启动锅炉的实际状态为热态。因此，启动锅炉的热工逻辑存在优化空间，可通过将启动锅炉状态的判断条件由点火瞬间的炉膛温度修改为发启动令瞬间的炉膛温度，更为准确地判断启动锅炉的状态。

在一台机组停运、另一台机组两班制运行的情况下，启动锅炉的暖炉时间从温态的1200s 缩短为热态的240s，暖炉时间缩短960s。启动锅炉暖炉过程中维持最低负荷，耗气量为200Nm3/h，每次启动可节约53Nm3。

2.2 提高启动锅炉出口蒸汽温度

启动锅炉出口蒸汽通过厂用辅助蒸汽母管进入机组辅助蒸汽联箱，启动锅炉出口蒸汽管道及厂用辅助蒸汽母管至机组辅助蒸汽联箱温度要求为330℃以下，在保证不损坏设备和管道的情况下，可将启动锅炉的出口蒸汽温度从310℃提高至320℃，提高与辅助蒸汽联箱温度要求280℃之差，缩短暖管时间。

2.3 加大暖管蒸汽流量

该电厂启动锅炉至机组辅助蒸汽联箱暖管阶段，厂用辅助蒸汽母管通过打开厂用辅助蒸汽母管沿线疏水阀进行暖管，机组辅助蒸汽联箱通过机组辅助蒸汽联箱疏水阀进行暖管。厂用辅助蒸汽母管沿线疏水阀有多个，因此暖管速度较快，而机组辅助蒸汽联箱只通过一个疏水阀进行暖管，蒸汽流量较小，暖管速度较慢，严重影响启动锅炉至机组辅助蒸汽联箱管道的暖管速度。因此，加大暖管蒸汽流量是缩短暖管时间的重要措施。

该电厂厂用辅助蒸汽母管除供机组辅助蒸汽联箱外，还供余热锅炉高压蒸发器加热以及低压汽包除氧头。在暖管过程中，除将厂用辅助蒸汽母管和机组辅助蒸汽联箱的疏水阀打开外，还可打开辅助蒸汽供余热锅炉电动阀、低压汽包除氧头排空电动阀，极大地增加了暖管蒸汽的流量，将暖管时间缩短近一倍。若通过打开辅助蒸汽供余热锅炉电动阀、低压汽包除氧头排空电动阀进行暖管，需关注低压汽包压力及上下壁温差。根据汽包压力适当打开低压过热器排空电动阀，防止低压汽包超压，同时降低启动锅炉暖管蒸汽与低压汽包的压差，加大暖管蒸汽流量。根据低压汽包上下壁温差，适当微开低压汽包给水调节阀，防止低压汽包上下壁温差过大、损坏设备。

2.4 操作优化

启动锅炉热工逻辑经过优化后，在正常情况下可准确判断启动锅炉的状态，但在异常情况如启动前清吹后启动锅炉点火失败，故障处理完毕后需再次发启动令，此时由于第一次清吹炉膛温度下降至50～150℃，若此时立刻再次发启动令热工逻辑依然会误判断启动锅炉处于温态。此时，在时间允许的情况下可等待炉膛温度重新升高至150℃以上，热工逻辑判断启动锅炉为热态再重新发启动令。

3 运行方式优化的经济性

该电厂通过多方面采取措施，取得良好效果。优化启动锅炉的运行方式，在一台机停运、另一台机两班制运行的情况下，启动锅炉的运行时间从3小时缩短至1小时40分钟，其中暖炉时间从20分钟缩短至4分钟，暖管时间从90分钟缩短至30分钟，耗气量从2000Nm3降低至1500Nm3。机组热态下启动锅炉运行成本从0.50万元降低至0.30万元，下降幅度达到40%。按照每年机组200次两班制启停计算，每年节省启动成本40万元。

综上，在电力改革的浪潮中，在电力峰谷相差较大的广东电力市场，广东的燃气—蒸汽联合循环机组大部分被用于调峰运行，肩负着电网安全调峰调频的重要作用。基于两班制运行模式下的9F 燃机联合循环机组，做好启停经济性分析，降低启动成本，是电厂生产经营工作的重要基础。