M701F4單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)無(wú)輔助鍋爐啟動(dòng)探討及應(yīng)用

引言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以效率高、污染少、啟動(dòng)快、調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在世界上廣泛使用。近年受多種因素影響，浙江電網(wǎng)燃機(jī)發(fā)電企業(yè)一直處于低發(fā)電利用小時(shí)狀態(tài)，且機(jī)組啟停頻繁，日開夜停成了目前燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的常態(tài)。

某燃機(jī)電廠#1機(jī)組由一臺(tái)M701F4（G324A）型燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)NG-M701F4-R型余熱鍋爐、一臺(tái)TC2F-35.4型蒸汽輪機(jī)和一臺(tái)QFR-480-2-21.5型發(fā)電機(jī)組成，采用單軸布置方式。其中余熱鍋爐為杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自身除氧、自然循環(huán)燃機(jī)余熱鍋爐。為保證該#1機(jī)組正常啟動(dòng)，配有一臺(tái)杭州華源前線能源設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SZS50-1.4/300-Q型輔助鍋爐，其額定蒸發(fā)量50t/h，額定蒸汽壓力1.4MPa（圖1）。機(jī)組每次啟動(dòng)前，利用輔助鍋爐提供輔助蒸汽滿足汽機(jī)軸封供汽需要（5t/h），以及低壓缸冷卻蒸汽需要（30t/h）。為此，熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中同樣需要消耗過(guò)多的天然氣及廠用電來(lái)提供輔助蒸汽。通過(guò)探討發(fā)現(xiàn)該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中存在可以優(yōu)化的地方。

1 現(xiàn)狀與分析

#1機(jī)為單軸9F 機(jī)組，且廠區(qū)無(wú)備用汽源供機(jī)組啟動(dòng)期間軸封及低壓缸冷卻蒸汽用汽，啟動(dòng)初期必須提前啟動(dòng)輔助鍋爐供汽滿足啟動(dòng)需求，且啟動(dòng)鍋爐距主機(jī)近300m，啟動(dòng)過(guò)程需靠沿途疏水進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間暖管，大大增加了啟動(dòng)氣耗，啟動(dòng)時(shí)間增加。

圖1 MF701F4單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主、輔助蒸汽系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

#1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程：?jiǎn)?dòng)輔助鍋爐，提升輔助蒸汽溫度；輔助蒸汽壓力、溫度滿足條件后，進(jìn)行投軸封、抽凝汽器真空操作；啟動(dòng)條件滿足，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)；點(diǎn)火條件滿足，機(jī)組點(diǎn)火升速，機(jī)組轉(zhuǎn)速2000rpm時(shí)投入低壓缸冷卻蒸汽；機(jī)組轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速后機(jī)組并網(wǎng)，升至汽輪機(jī)暖機(jī)負(fù)荷，汽輪機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，等待進(jìn)汽；汽輪機(jī)進(jìn)汽后，切換輔助蒸汽，停運(yùn)輔助鍋爐，機(jī)組正常升負(fù)荷至滿負(fù)荷。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，每次熱態(tài)啟動(dòng)，輔助鍋爐從點(diǎn)火至輔助蒸汽切換完成、輔助鍋爐停運(yùn)，不計(jì)耗電量及耗水量，單純天然氣消耗約4000方，每年機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)次數(shù)50次左右，如果采用熱態(tài)無(wú)啟動(dòng)爐啟動(dòng)，將大大減少啟動(dòng)過(guò)程水汽、電消耗，縮短啟動(dòng)時(shí)間，降低啟動(dòng)成本。

表1 日開夜停模式下機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)前余熱鍋爐各系統(tǒng)蒸汽參數(shù)

2 熱態(tài)無(wú)輔助鍋爐啟動(dòng)試驗(yàn)開展

2.1 開展熱態(tài)無(wú)輔助鍋爐啟動(dòng)試驗(yàn)可行性分析

通過(guò)收集近些年本地區(qū)燃機(jī)機(jī)組啟動(dòng)情況以及啟動(dòng)間隔時(shí)間，統(tǒng)計(jì)分析該啟動(dòng)工況下的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)查看輔汽系統(tǒng)配置及走向，結(jié)合機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程邏輯排查，并開展相關(guān)電廠調(diào)研走訪，制定無(wú)啟動(dòng)鍋爐啟動(dòng)試驗(yàn)方案。從燃?xì)廨啓C(jī)熄火余熱鍋爐停運(yùn)至次日開機(jī)，余熱鍋爐各系統(tǒng)蒸汽參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況分析（表1），各系統(tǒng)保溫保壓效果較好，通過(guò)分析計(jì)算及初步試驗(yàn)，采用余熱鍋爐余汽基本能滿足日開夜停模式啟動(dòng)下熱態(tài)啟機(jī)過(guò)程的輔汽用量。

2.2 開展設(shè)備系統(tǒng)排查整改

啟動(dòng)過(guò)程中，由于輔汽系統(tǒng)暖管手段單一，基本只能通過(guò)沿途疏水提升管道末端汽溫，輔汽系統(tǒng)的暖管占用了約1小時(shí)。經(jīng)改造，在主機(jī)側(cè)、輔汽母管末端增設(shè)了電動(dòng)排空閥，大大提升了暖管升溫速度，僅此一項(xiàng)節(jié)約啟動(dòng)時(shí)間近30分鐘。

2.3 啟機(jī)過(guò)程分階段逐級(jí)用汽，推進(jìn)試驗(yàn)開展

提高機(jī)組停機(jī)后的汽包壓力，增加能量?jī)?chǔ)備。機(jī)組解列后，為保證熱態(tài)無(wú)輔助鍋爐方案的順利進(jìn)行，檢查余熱鍋爐高、低壓系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽出口電動(dòng)門關(guān)閉，待凝汽器真空為零，軸封蒸汽撤出后及時(shí)關(guān)閉余熱鍋爐中壓過(guò)熱蒸汽出口電動(dòng)門，同時(shí)注意各汽包水位調(diào)整在正常范圍內(nèi)。

采用中壓汽包系統(tǒng)對(duì)輔汽管道進(jìn)行暖管疏水。首先對(duì)中壓過(guò)熱器以及中壓過(guò)熱蒸汽集箱進(jìn)行疏水，疏水完畢開啟中壓過(guò)熱蒸汽旁路出口電動(dòng)門，對(duì)再熱器、冷再管道以及輔汽管道進(jìn)行疏水，待中壓過(guò)熱器出口電動(dòng)門前后壓力接近平衡時(shí)，開啟中壓過(guò)熱器出口電動(dòng)門，進(jìn)而對(duì)輔汽管道進(jìn)行疏水暖管。

利用余熱鍋爐高壓系統(tǒng)進(jìn)行暖管供軸封操作。采用中壓系統(tǒng)對(duì)輔汽管道暖管過(guò)程中，當(dāng)輔汽母管溫度上升過(guò)慢時(shí)，開啟高壓過(guò)熱蒸汽出口電動(dòng)門對(duì)高壓機(jī)側(cè)主汽管道進(jìn)行疏水，然后開啟高壓蒸汽旁路閥，通過(guò)冷再管道對(duì)輔汽管道進(jìn)行暖管。當(dāng)輔汽母管溫度與高壓缸端壁溫差在110℃以內(nèi)時(shí)，進(jìn)行投軸封，抽真空操作。

采用低壓汽包蒸汽供低壓缸冷卻蒸汽。機(jī)組啟動(dòng)條件滿足后，機(jī)組啟動(dòng)，隨著余熱鍋爐各系統(tǒng)逐步起壓，對(duì)輔汽管道進(jìn)行壓力調(diào)整。在此期間，機(jī)組2000rpm時(shí)投入低壓缸冷卻蒸汽對(duì)低壓缸葉片進(jìn)行冷卻。當(dāng)?shù)蛪哼^(guò)熱蒸汽過(guò)熱度大于30℃時(shí)，開啟機(jī)側(cè)低壓主汽電動(dòng)門，采用低壓主汽對(duì)低壓缸進(jìn)行冷卻，同時(shí)退出輔汽對(duì)低壓缸冷卻蒸汽的供應(yīng)。

3 試驗(yàn)過(guò)程中幾個(gè)需注意的問題

3.1 啟動(dòng)及點(diǎn)火條件邏輯優(yōu)化

由于改變了機(jī)組正常啟動(dòng)程序，為滿足試驗(yàn)開展條件，試驗(yàn)過(guò)程中需對(duì)輔汽系統(tǒng)蒸汽壓力允許值、點(diǎn)火前要求低壓缸冷卻蒸汽壓力允許值，以及高、中、低壓旁路調(diào)節(jié)閥自動(dòng)條件控制、低壓主汽調(diào)閥冷卻開度等邏輯條件等在原有機(jī)組邏輯設(shè)定基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及對(duì)比試驗(yàn)，在確保汽輪機(jī)低壓缸金屬溫度正常，輔助蒸汽過(guò)熱度滿足要求等基礎(chǔ)上，可對(duì)其設(shè)定值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

原有機(jī)組啟動(dòng)條件中，當(dāng)凝汽器真空抽至-87kPa 方允許機(jī)組啟動(dòng)，在此期間，需持續(xù)提供機(jī)組軸封供汽，且在真空在-80kPa 以后，真空整體提升速度緩慢。為節(jié)省啟機(jī)前余熱蒸汽的消耗，可將凝汽器真空機(jī)組啟動(dòng)允許值適當(dāng)降低滿足機(jī)組啟動(dòng)要求。

3.2 設(shè)備優(yōu)化

通過(guò)試驗(yàn)，我廠機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)輔助鍋爐的熱態(tài)下啟動(dòng)，但主機(jī)軸封蒸汽溫度會(huì)出現(xiàn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求溫度的情況，即軸封溫度與高壓缸端壁金屬溫度會(huì)超過(guò)110℃。如果長(zhǎng)期以這種方式運(yùn)行容易造成機(jī)組的軸封齒變形，造成機(jī)組漏氣增加，甚至大軸抱死等惡性事件的發(fā)生。為此根據(jù)F4機(jī)組的布置情況，綜合考慮加熱的最佳效果，加裝軸封電加熱裝置布置在主廠房6.5m 層的平臺(tái)上（表2）。

表2 軸封電加熱裝置配置參數(shù)

4 效益分析

機(jī)組日開夜停，采用熱態(tài)開機(jī)無(wú)輔助鍋爐方式啟動(dòng)，每次大約可節(jié)省輔助鍋爐天然氣消耗4000方，節(jié)省廠用電700kWh，不計(jì)除鹽水損耗，采用無(wú)輔助鍋爐啟動(dòng)每次可節(jié)省12000元左右，單輔助鍋爐爐消耗每年可節(jié)省近70萬(wàn)元，同時(shí)減少了輔助鍋爐檢修費(fèi)用成本。另一方面，用于主機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備啟動(dòng)時(shí)間大大縮短，減少啟動(dòng)等待時(shí)間近1小時(shí)，也大大增加了單機(jī)運(yùn)行電廠啟動(dòng)的可靠性和安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)M701F4單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)需啟動(dòng)輔助鍋爐提供輔助蒸汽，整個(gè)過(guò)程中會(huì)消耗過(guò)多的天然氣以及廠用電，本文通過(guò)對(duì)該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，優(yōu)化出適合M701F4單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)無(wú)輔助鍋爐啟動(dòng)的運(yùn)行方式，并通過(guò)技改等措施進(jìn)一步優(yōu)化了該運(yùn)行方式，使得在節(jié)能降耗、人員分配、安全運(yùn)行等方面體現(xiàn)出非常顯著成效。