論加負(fù)荷速率對(duì)V94.3A燃?xì)鈾C(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

東亞電力（廈門(mén)）有限公司 陳福坤

某燃?xì)怆姀S(chǎng)配置有兩臺(tái)西門(mén)子V94.3A 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃機(jī)、汽機(jī)及發(fā)電機(jī)由上海電氣和西門(mén)子公司聯(lián)合生產(chǎn)，鍋爐為杭州鍋爐集團(tuán)生產(chǎn)的三壓、再熱、無(wú)補(bǔ)燃、臥式自然循環(huán)余熱鍋爐。燃機(jī)與發(fā)電機(jī)剛性聯(lián)結(jié)，再通過(guò)3S 離合器與汽輪機(jī)聯(lián)接，額定裝機(jī)容量為393MW。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入聯(lián)合循環(huán)，機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定經(jīng)人工手動(dòng)輸入后，經(jīng)過(guò)SPG 設(shè)定導(dǎo)向模塊進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)負(fù)荷分配計(jì)算器，最終分出燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷預(yù)先設(shè)定部分，再經(jīng)過(guò)修正后送入燃?xì)廨啓C(jī)控制部分。其中SPG 設(shè)定導(dǎo)向模塊也稱(chēng)為機(jī)組加、減負(fù)荷速率控制器，而進(jìn)入SPG 設(shè)定導(dǎo)向模塊的機(jī)組加負(fù)荷速率是加快機(jī)組加負(fù)荷的關(guān)鍵。

1 機(jī)組加負(fù)荷速率的種類(lèi)

人工手動(dòng)設(shè)定。該速率取決于人工手動(dòng)設(shè)定的數(shù)值，區(qū)間為0～16MW/min。按照該省電力調(diào)度規(guī)程的要求，燃?xì)鈾C(jī)組升降負(fù)荷速率應(yīng)達(dá)到每分鐘3.5%額定出力的要求，即393MW×3.5%=13.755MW/min。故常規(guī)情況下該數(shù)值不低于14MW/min 即可，常規(guī)取最大值。

汽機(jī)溫度限制。區(qū)間為0～20MW/min，汽機(jī)溫度限制邏輯如圖1，該邏輯劃分了兩種情況：汽機(jī)嚙合前。汽機(jī)溫度限制主要受限于高壓主汽隔離閥、高壓主汽調(diào)閥兩個(gè)閥門(mén)溫度的計(jì)算裕度，取小值后參與控制；汽機(jī)嚙合后。參與限制的條件如下：在汽機(jī)嚙合后，汽機(jī)溫度限制受限于高壓主汽隔離閥、高壓主汽調(diào)閥、高壓缸、高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子五個(gè)溫度的計(jì)算裕度，取小值后參與控制。從上述邏輯可看出，只要機(jī)組啟動(dòng)前參與計(jì)算的各溫度越高，汽機(jī)溫度限制就越小，相應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)加負(fù)荷的速率也越大。

圖1 機(jī)組負(fù)荷設(shè)定的模式

鍋爐溫度限制。區(qū)間為0～20MW/min，鍋爐溫度限制邏輯如圖3，該邏輯劃分了兩個(gè)主要條件：高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度的升降速率；高壓汽包上下壁最大溫差。兩者取最小值后參與控制。取這兩個(gè)數(shù)值的目的，是為保證余熱鍋爐在啟停過(guò)程中確保鍋爐受熱面與汽包能受熱均勻。

圖2 汽機(jī)溫度限制條件

圖3 汽機(jī)嚙合后的限制條件

圖4 鍋爐溫度限制條件

鍋爐壓力限制。區(qū)間為0～20MW/min，主要是限制高壓主汽的升壓速率。其主要目的是為了防止溫升過(guò)快，從而使鍋爐汽包及受熱面產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力。

2 提高機(jī)組加負(fù)荷速率的方法

2.1 減少機(jī)組的熱量損失

減少機(jī)組的熱量損失可延長(zhǎng)機(jī)組冷卻時(shí)間，同時(shí)使機(jī)組在啟動(dòng)前能維持較高溫度。主要措施有以下幾個(gè)方面：

為便于主汽、疏水管道的布置及缸體受熱的自由膨脹，汽缸本體基本上是懸空放置的，汽缸本體下部的保溫材料會(huì)因長(zhǎng)期運(yùn)行中的振動(dòng)及自身的重力而產(chǎn)生松脫。某廠(chǎng)利用機(jī)組小修的時(shí)間重新對(duì)汽機(jī)本體保溫做了敷設(shè)和緊固，提高了保溫效果，延長(zhǎng)了汽缸溫度的冷卻時(shí)間，同時(shí)能有效減少汽缸因保溫引起的上下缸溫差；該廠(chǎng)位于福建東南沿海，爐頂為半敞開(kāi)式，常年刮海風(fēng)，鹽分及水分較高，對(duì)汽包的保溫要求較高。日常的消缺工作或定檢工作后一定要將保溫恢復(fù)完整，并利用機(jī)組大小修等機(jī)會(huì)定期查看汽包的保溫，有效防止汽包熱量損失、溫降過(guò)快。

主廠(chǎng)房屋頂風(fēng)機(jī)的控制策略由之前夏季開(kāi)三臺(tái)、其他季節(jié)開(kāi)兩臺(tái)運(yùn)行，改為廠(chǎng)房門(mén)關(guān)閉的情況下（熱控對(duì)控制機(jī)柜增加冷卻風(fēng)扇）開(kāi)啟一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行；廠(chǎng)房門(mén)打開(kāi)時(shí)停止屋頂風(fēng)機(jī)運(yùn)行，既節(jié)約了廠(chǎng)用電也可有效延長(zhǎng)機(jī)組的冷卻時(shí)間。原來(lái)機(jī)組停運(yùn)6天后會(huì)進(jìn)入冷態(tài)，通過(guò)上述措施后可延長(zhǎng)至7天進(jìn)入冷態(tài)。

余熱鍋爐在停機(jī)后存在熱量后移現(xiàn)象，所以在機(jī)組停運(yùn)后中低壓汽包壓力不降反升，所以爐側(cè)的疏水閥動(dòng)作比較頻繁，加上機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行、兩班制啟停，其它的疏水等閥門(mén)動(dòng)作也都比較頻繁，所以閥門(mén)故障、跑冒滴漏是常見(jiàn)的問(wèn)題。為此該廠(chǎng)運(yùn)行中加大對(duì)閥門(mén)的巡視力度，加強(qiáng)對(duì)閥門(mén)的保養(yǎng)、維修，盡早發(fā)現(xiàn)閥門(mén)異常問(wèn)題并盡快消缺，確保各閥門(mén)關(guān)閉嚴(yán)密。通過(guò)上述措施并結(jié)合優(yōu)化運(yùn)行效果顯著，整改前（2011年）、整改后（2018年）的高壓汽包液位（熄火時(shí)）分別為186mm，高壓汽包液位（熄火后四個(gè)小時(shí)）分別為-720mm、-201mm，補(bǔ)水率分別為4.09%、1.57%。

2011年翌日啟動(dòng)前汽包液位基本上是空的，為滿(mǎn)足啟動(dòng)條件（啟動(dòng)液位需大于-350mm），做啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)都需大量補(bǔ)水，過(guò)多的冷水進(jìn)入汽包必然引起汽包壁溫降過(guò)多且上下壁溫差大，進(jìn)而會(huì)引起鍋爐溫度限制加負(fù)荷速率，機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷會(huì)被壓制在低負(fù)荷較長(zhǎng)時(shí)間。重視閥門(mén)內(nèi)漏問(wèn)題后，翌日啟動(dòng)前基本不用上水，可大大提升鍋爐溫度限制引起的加負(fù)荷速率，縮短啟動(dòng)階段的時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)閥門(mén)的整治，補(bǔ)水率從2011年的4.09%降至2018年的1.57%，不論是經(jīng)濟(jì)還節(jié)能降耗上都起到了巨大的改善作用。

2.2 操作優(yōu)化

2.2.1 提前收高旁

該廠(chǎng)燃機(jī)與汽機(jī)的連接是通過(guò)3S 離合器，在機(jī)組正常停運(yùn)的過(guò)程中燃機(jī)、汽機(jī)都在降負(fù)荷，當(dāng)蒸汽品質(zhì)下降至不足于滿(mǎn)足汽機(jī)裕度要求時(shí)，汽機(jī)通過(guò)3S 離合器脫扣。汽機(jī)脫扣時(shí)燃機(jī)的負(fù)荷還有120MW 左右，余熱鍋爐的蒸汽只能通過(guò)旁路回收，大量的熱量浪費(fèi)。如何減少上述熱量的浪費(fèi)，增加鍋爐的蓄熱是優(yōu)化方向。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)提出以下操作：在汽機(jī)脫扣后機(jī)組負(fù)荷在25MW 左右，手動(dòng)將高壓旁路提前關(guān)閉，將本該通過(guò)旁路浪費(fèi)的一部分熱量轉(zhuǎn)化為鍋爐的蓄熱。收旁路的負(fù)荷不能過(guò)高，否則鍋爐容易超壓，過(guò)低也就沒(méi)多少熱量可轉(zhuǎn)化。選取某兩天的工況參數(shù)對(duì)比如下：

正常情況下，高壓主汽壓力（MPa）、高壓主汽溫度（℃）、高壓汽包溫度（℃）在熄火后高壓主汽壓力達(dá)到最大時(shí)的參數(shù)分別為9.8/441/307.8，熄火6小時(shí)后的參數(shù)分別為5.7/390/291；提前收高旁下分別為11.6/501/309、6.8/432301?？梢?jiàn)通過(guò)手動(dòng)收高旁，鍋爐的壓力和溫度都較之前要高出許多。一方面減少了停機(jī)時(shí)經(jīng)旁路的熱量損失，另一方面因鍋爐壓力和溫度的提升，減少了鍋爐溫度、鍋爐壓力引起的加負(fù)荷速率的限制，提縮短啟動(dòng)階段的時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 合理疏水

鍋爐溫度限制條件之一是高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度的升降速率。如何加快該溫度點(diǎn)的升速率成為研究方向。該廠(chǎng)高壓蒸汽的系統(tǒng)構(gòu)造如圖5所示，紅色圈的溫度測(cè)點(diǎn)即為鍋爐溫度限制的采集點(diǎn)。依照鍋爐高壓系統(tǒng)SGC 的程序，在SGC 走至第二步時(shí)高壓疏水SLC 會(huì)自動(dòng)投入，高壓蒸汽各部分的疏水會(huì)按設(shè)定條件自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

圖5 高壓蒸汽的系統(tǒng)構(gòu)造

除聯(lián)鎖投入外，高壓各疏水閥自動(dòng)開(kāi)條件(與的關(guān)系)與自動(dòng)關(guān)條件(與的關(guān)系)設(shè)定分別為：高壓過(guò)熱器1底部疏水。高壓主汽壓力<0.05MPa/高壓主汽壓力>0.07MPa；一級(jí)減溫器出口疏水。一級(jí)減溫器出口溫度過(guò)熱度<11.9K/一級(jí)減溫器出口溫度過(guò)熱度>13.9K；高壓過(guò)熱器2底部疏水。高壓主汽壓力<0.05MPa/高壓主汽壓力>0.07MPa；高壓過(guò)熱器3底部疏水。高壓主汽壓力<0.05MPa/高壓主汽壓力>0.07MPa；二級(jí)減溫器出口疏水。一級(jí)減溫器出口溫度過(guò)熱度<27.8K/一級(jí)減溫器出口溫度過(guò)熱度>29.8K；過(guò)熱器底部疏水總閥。高壓主汽壓力<0.05MPa/高壓主汽壓力>0.07MPa。

在機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，上述疏水閥的開(kāi)關(guān)對(duì)高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度的影響很小，按程序自動(dòng)執(zhí)行即可。但是在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，高壓過(guò)熱器1、2、3底部疏水閥不具備開(kāi)啟條件。但高過(guò)一級(jí)、二級(jí)減溫器出口溫度在啟動(dòng)前均會(huì)因過(guò)熱度不滿(mǎn)足而啟。高過(guò)2、3受熱面底部較冷的蒸汽會(huì)順著管道，經(jīng)過(guò)高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度測(cè)點(diǎn)，再通過(guò)高過(guò)2級(jí)減溫器出口疏水閥排掉。溫差達(dá)100K 的冷蒸汽會(huì)將高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度迅速拉低。

為此該廠(chǎng)進(jìn)行了以下總結(jié)和優(yōu)化：機(jī)組停運(yùn)后，將高壓蒸汽疏水聯(lián)鎖退出，防止翌日凌晨疏水閥自動(dòng)開(kāi)啟；機(jī)組發(fā)啟動(dòng)令前，將各疏水閥掛禁操后再將疏水閥聯(lián)鎖投自動(dòng)，這樣既不影響SGC 執(zhí)行又可防止上述疏水閥開(kāi)啟；在燃機(jī)點(diǎn)火后，按照汽水流程的方向逐個(gè)開(kāi)啟疏水閥將前面的冷蒸汽提前疏掉，以免拉低后頭的蒸汽溫度；當(dāng)高旁開(kāi)啟后，大流量的蒸汽會(huì)經(jīng)過(guò)高壓過(guò)熱蒸汽2級(jí)減溫器入口溫度測(cè)點(diǎn)，這時(shí)將上述的閥門(mén)投自動(dòng)即可。通過(guò)上述操作優(yōu)化，可有效將機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)階段的時(shí)長(zhǎng)縮短15～25分鐘（根據(jù)啟停機(jī)間隔的時(shí)間長(zhǎng)短而有所不同），經(jīng)濟(jì)性非?？捎^(guān)。