西門子V94.2型燃?xì)狻羝?lián)合啟動分析及優(yōu)化措施

徐洪

摘 要：本文介紹了西門子V92.4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動情況，分析了機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)啟動過程耗時存在差異的原因，并針對性的提出了縮短啟動過程時間的優(yōu)化措施，以達(dá)到節(jié)能降耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的目的。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)；機(jī)組啟動；優(yōu)化；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：TK478 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0105-02

1 概述

隨著天然氣資源的開發(fā)和應(yīng)用，我國電力系統(tǒng)中燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭，由于其熱效率高、環(huán)保、啟停迅速及建設(shè)周期短等特點，越來越受到電力行業(yè)的青睞。江蘇華電儀征熱電有限公司建有3×254MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。每套機(jī)組包括1臺西門子V94.2型燃?xì)廨啓C(jī)、1臺蒸汽輪機(jī)、2臺發(fā)電機(jī)和1臺無補(bǔ)燃雙壓余熱鍋爐及輔助設(shè)備。目前由于燃?xì)廨啓C(jī)（下文簡稱燃機(jī)）在電力系統(tǒng)中大多擔(dān)任調(diào)峰任務(wù)，公司2016年共啟停111次。因而研究如何優(yōu)化機(jī)組的啟動過程，縮短機(jī)組的啟動時間，提高機(jī)組啟動效率和經(jīng)濟(jì)性顯得極為重要。

2 西門子V94.2型燃機(jī)啟動過程簡介及分析

西門子V94.2型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)啟動過程大致為：通過各系統(tǒng)間的相互關(guān)系，將各系統(tǒng)設(shè)備按順序啟動，在滿足余熱鍋爐上水條件后上水至啟動水位。滿足燃機(jī)啟動條件后啟動燃機(jī)，此時發(fā)電機(jī)由SFC變頻啟動裝置（下文簡稱SFC）帶動，作為啟動電機(jī)拖動燃機(jī)升速至900RPM進(jìn)行清吹。10分鐘清吹結(jié)束后降速至420RPM左右進(jìn)行升速點火，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到2100RPM時SFC退出，燃機(jī)到達(dá)3000RPM后自動經(jīng)同期并網(wǎng)，燃機(jī)啟動至并網(wǎng)全過程僅需21分鐘。

燃機(jī)并網(wǎng)后通過提高燃機(jī)負(fù)荷的方式提高排氣溫度，從而對余熱鍋爐加熱提高蒸汽參數(shù)。汽輪機(jī)啟動通?？煞譃槔鋺B(tài)啟動、溫態(tài)啟動和熱態(tài)啟動三種，高壓內(nèi)缸內(nèi)壁金屬溫度小于200℃為冷態(tài)啟動，高壓內(nèi)缸內(nèi)壁金屬溫度200℃-390℃范圍內(nèi)為溫態(tài)啟動，高壓內(nèi)缸內(nèi)壁金屬溫度大于390℃時為熱態(tài)啟動。根據(jù)汽輪機(jī)的實際情況，選擇相應(yīng)的蒸汽參數(shù)以滿足汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)條件。冷態(tài)啟動時，汽輪機(jī)需在600RPM進(jìn)行暖機(jī)，熱態(tài)啟動可直接升速至3000RPM進(jìn)行同期并網(wǎng)[1]。

通過對公司2016年機(jī)組的啟動統(tǒng)計，全年三套機(jī)組共啟動111次。其中冷態(tài)啟動22次，溫態(tài)啟動86次，熱態(tài)啟動3次。由于機(jī)組的調(diào)峰特性，聯(lián)合循環(huán)一般為晝起夜停的運行方式，因而，溫態(tài)啟動所占比例高達(dá)77.5%。為進(jìn)一步分析機(jī)組啟動的差異，通過統(tǒng)計燃機(jī)走步至汽機(jī)并網(wǎng)的耗時，比較及分析得出：排除啟動失敗，冷態(tài)啟動正常耗時在100分鐘至130分鐘不等，溫態(tài)啟動耗時在80分鐘至110分鐘不等。冷態(tài)啟動由于需進(jìn)行暖機(jī)，啟動時間通常略長于溫態(tài)、熱態(tài)啟動。

3 機(jī)組啟動耗時差異的原因分析

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在啟動過程中，由于涉及到燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和汽輪機(jī)之間的相互配合，因此總的啟動耗時存在一定差異，啟動耗時差異的原因主要有一下幾點[2]：

（1）因設(shè)備原因?qū)е碌膯邮?。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，由于SFC故障、燃機(jī)盤車故障、燃機(jī)同期裝置故障等原因延誤機(jī)組啟動及并網(wǎng)的情況時有發(fā)生。設(shè)備故障通常對機(jī)組的啟動時間有較大影響，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組的啟動失敗，影響正常的頂峰任務(wù)。（2）冷態(tài)啟動需進(jìn)行相關(guān)試驗。根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義》要求，在機(jī)組停運達(dá)到一定時間后，需在冷態(tài)啟動后按要求進(jìn)行相關(guān)的試驗，如危急遮斷器注油試驗、AST電磁閥試驗等。為確保機(jī)組的安全運行，相關(guān)試驗是必不可少的過程，因此，進(jìn)行試驗是啟動耗時差異的原因之一。（3）汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的差異。根據(jù)汽輪機(jī)啟動對蒸汽參數(shù)的要求，冷態(tài)啟動蒸汽壓力2.0-2.5MPa，溫度300-350℃。溫態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)參數(shù)主要決定于汽機(jī)缸壁溫度，要求鍋爐蒸汽溫度比汽機(jī)高壓內(nèi)缸下壁溫度高50-100℃，并且至少要有50℃的過熱度。鍋爐和汽輪機(jī)由于受到金屬設(shè)備熱應(yīng)力的限制，不宜升速太快。往往冷態(tài)啟動時長略長于溫態(tài)、熱態(tài)啟動。（4）機(jī)組啟動運行人員溫升、溫差控制的差異。機(jī)組啟動對蒸汽、鍋爐及汽輪機(jī)各部件的溫升、溫差有嚴(yán)格要求。當(dāng)溫升過快，或相關(guān)部件溫差過大時，必須降低機(jī)組的加負(fù)荷速度。在對2016年的所有啟動統(tǒng)計分析中，并未發(fā)現(xiàn)超溫升的現(xiàn)象。但是存在由于人員溫升、溫差控制導(dǎo)致啟動耗時的差異。（5）操作不當(dāng)造成的啟動失敗。在啟動過程中，存在由于人員操作不當(dāng)，燃機(jī)啟動點火后觸發(fā)相關(guān)保護(hù)，導(dǎo)致啟動失敗的情況發(fā)生。燃機(jī)啟動失敗通常對機(jī)組啟動時間有較大的影響。

4 機(jī)組啟動的分析及優(yōu)化

4.1 燃機(jī)啟動的分析及優(yōu)化

燃機(jī)的啟動從走步到并網(wǎng)完全由T3000順控自動控制，人為干預(yù)的因素極少，優(yōu)化空間有限。但在整個過程中，清吹時間所占比例約達(dá)50%，通過優(yōu)化清吹時間，可以有效縮短啟動時間。清吹的目的是為了吹掉可能漏進(jìn)燃機(jī)中的燃料，避免發(fā)生爆燃?？梢酝ㄟ^機(jī)組的實際情況，檢測并計算出相應(yīng)的清吹時間，從而加快啟動的時間。提高燃機(jī)啟動的成功率可以有效的減少機(jī)組啟動的耗時，從而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。啟動前加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)備的檢查與校驗，可以大大增加設(shè)備的可靠性，從而提高啟動成功率。為確保燃機(jī)啟動的成功率，在機(jī)組啟動前，需要充分做好啟動準(zhǔn)備工作。

（1）啟動前對機(jī)組進(jìn)行全面檢查，對點火器閥，發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，潤滑油冷卻器等就地閥門位置進(jìn)行確認(rèn)，確保設(shè)備運轉(zhuǎn)正常。（2）啟動前對燃機(jī)防喘放氣閥、預(yù)混及擴(kuò)散球閥等進(jìn)行活動性試驗，防止因相關(guān)設(shè)備原因?qū)е聠友訒r。（3）加強(qiáng)盤面及就地保護(hù)裝置的檢查，對設(shè)備保護(hù)進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)歸。防止因檢查疏漏影響機(jī)組啟動。（4）合理安排輔助設(shè)備的啟動時間，縮短大容量輔機(jī)空載運行時間。

4.2 汽輪機(jī)啟動的分析及優(yōu)化

根據(jù)晝起夜停運行方式的特點，從燃機(jī)并網(wǎng)到汽機(jī)并網(wǎng)時間的長短，對整個聯(lián)合循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性有很大影響。因此，保證機(jī)組順利啟動，并使汽輪機(jī)盡快具備沖轉(zhuǎn)條件是加快啟動時間，提高經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵[3]。

（1）對于冷態(tài)啟動，鍋爐應(yīng)該提前上水，并在條件允許的情況下，利用相鄰機(jī)組的供熱蒸汽加熱爐水，以減少鍋爐啟動時間。對于溫態(tài)啟動，在鍋爐停運前，盡量保持汽包有較高的水位，關(guān)閉相關(guān)放水閥，及時關(guān)閉煙囪擋板保溫保壓，這樣可以保證在啟動前鍋爐有一定的水位，推遲凝泵、給水泵的啟動時間。（2）啟動前對汽輪機(jī)及輔機(jī)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)各系統(tǒng)就地閥門狀態(tài)，復(fù)歸相應(yīng)的設(shè)備保護(hù)，檢查各輔機(jī)系統(tǒng)參數(shù)是否滿足機(jī)組啟動要求，對軸封、旁路系統(tǒng)等管道進(jìn)行充分疏水，防止發(fā)生因管道振動過大影響機(jī)組正常啟動的情況。（3）由于三套機(jī)組全部停運情況較少，通?？梢岳孟噜彊C(jī)組供熱系統(tǒng)提前對汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)進(jìn)行暖管，并且在燃機(jī)啟動前供軸封建立凝汽器真空。此方法可以大大縮短汽輪機(jī)啟動時間，盡可能的減少燃機(jī)低負(fù)荷運行時間。（4）燃機(jī)并網(wǎng)后，需嚴(yán)格根據(jù)汽輪機(jī)缸溫，鍋爐汽包壁溫差等參數(shù)的變化及時調(diào)整蒸汽參數(shù)，在確保不超溫的情況下，及時增加燃機(jī)負(fù)荷，使汽輪機(jī)盡快具備沖轉(zhuǎn)條件。（5）汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時，選擇合理的升速率。冷態(tài)啟動低速暖機(jī)時，600RPM停留時間不宜過長，由于低速時汽輪機(jī)調(diào)門開度極小，暖機(jī)效果一般，根據(jù)汽輪機(jī)說明書要求，暖機(jī)5分鐘后即可繼續(xù)升速，暖機(jī)時間不應(yīng)超過15分鐘。在暖機(jī)過程中應(yīng)對機(jī)組進(jìn)行全面檢查。（6）汽機(jī)并網(wǎng)后，根據(jù)汽缸金屬溫度、相對膨脹等只指標(biāo)合理控制加負(fù)荷時間和速率，及時投入低壓補(bǔ)汽。并且提前做好廠用電切換和燃燒方式切換的準(zhǔn)備，以保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行。

5 結(jié)語

通過對西門子V94.2型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動情況的統(tǒng)計及分析，機(jī)組啟動過程具有一定優(yōu)化潛力。在確保機(jī)組安全的前提下，通過優(yōu)化燃機(jī)清吹時間，仔細(xì)排查設(shè)備隱患，合理安排輔機(jī)啟動順序，加強(qiáng)啟動過程監(jiān)控，能明顯提高機(jī)組啟動成功率，縮短啟動時間，提升經(jīng)濟(jì)性水平。

參考文獻(xiàn)

[1]趙楊，沙立成，雷一鳴，等.北京電網(wǎng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰運行特性[J].華北電力技術(shù)，2015，（2）：60-65.

[2]吳文健，李鴻坤，顧正皓，等.燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組運行與維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].浙江電力，2014，（10）：36-39.

[3]鄭李鵬.基于APDL的聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力計算及啟動優(yōu)化的研究[D].浙江大學(xué)，2011.