燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)優(yōu)化

鄭彥豪

摘 要：通過(guò)分析某西門(mén)子V94.3A型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程，運(yùn)用質(zhì)量控制（Quality Control，QC）的方法查找出導(dǎo)致冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的原因，并制定并實(shí)施了有效對(duì)策。通過(guò)采取優(yōu)化余熱鍋爐停爐保養(yǎng)、縮短汽水取樣表計(jì)投入時(shí)間以及規(guī)范化學(xué)操作等措施，達(dá)到了縮短聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間和降低啟動(dòng)發(fā)電成本的目的，提高了機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)機(jī)組;冷態(tài)啟動(dòng);暖機(jī)時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)：TM611.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）17-0040-03

Optimization of Cold Start of Gas-Steam Combined Cycle

ZHENG Yanhao

（State Power Investment Group Zhengzhou Gas Power Generation Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： This paper by analyzing the cold start up process of a Siemens V94.3A gas-steam combined cycle unit， the reasons for the long cold start up time are found out by using Quality Control （QC） method， and the effective countermeasures are formulated and implemented. By optimizing the maintenance of waste heat boiler， shortening the input time of soda sampling meter and standardizing chemical operation， the purpose of shortening the cold start-up time and reducing the start-up cost of combined cycle unit is achieved， and the economy of cold start-up unit is improved.

Keywords： combined cycle units;cold start-up;warming-up time

某燃?xì)怆姀S采用兩套德國(guó)西門(mén)子公司制造的GUD 1S.V94.3A燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，單機(jī)額定容量為387.3 MW。燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為V94.3A，采用單缸單軸、軸向排氣的結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠、壽命長(zhǎng)、適合多種燃料以及檢修方便等優(yōu)點(diǎn)[1]。汽輪機(jī)型號(hào)為H30-25，E-30-25-1×12.5（TCF1），是三壓、再熱、雙缸凝汽式汽輪機(jī)，室內(nèi)安裝。鍋爐采用由荷蘭NEM公司設(shè)計(jì)、武漢鍋爐廠生產(chǎn)的三壓（高壓作為主蒸汽，中壓和汽輪機(jī)高壓缸排汽作為再熱蒸汽，低壓作為汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽補(bǔ)汽）、再熱、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)、臥式余熱鍋爐。

目前，燃?xì)怆姀S實(shí)行兩部制電價(jià)政策，兩臺(tái)機(jī)組在電網(wǎng)中發(fā)揮應(yīng)急調(diào)峰作用，存在機(jī)組冷態(tài)啟停頻繁、負(fù)荷率低以及在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間短等問(wèn)題[2]。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)至聯(lián)合循環(huán)過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且能耗高。為進(jìn)一步降低發(fā)電成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，提高機(jī)組調(diào)峰響應(yīng)能力，結(jié)合設(shè)備實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)積累，發(fā)電部某班組開(kāi)展了以縮短冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程并網(wǎng)至聯(lián)合循環(huán)時(shí)間為課題的質(zhì)量控制（Quality Control，QC）活動(dòng)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 歷史數(shù)據(jù)調(diào)查

確定課題后，小組成員進(jìn)行了現(xiàn)狀調(diào)查，統(tǒng)計(jì)了上一年度機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)數(shù)據(jù)，具體如表1所示。上一年度兩臺(tái)機(jī)組共冷態(tài)啟動(dòng)8次，并網(wǎng)到聯(lián)合循環(huán)總時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)343 min，8次的平均時(shí)間為297 min。查看每次啟動(dòng)記錄，發(fā)現(xiàn)每次并網(wǎng)至聯(lián)合循環(huán)用時(shí)差別大往往是由于汽水參數(shù)測(cè)點(diǎn)顯示異?；騾?shù)不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致釋放蒸汽品質(zhì)等待時(shí)間較長(zhǎng)。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)至聯(lián)合循環(huán)，經(jīng)過(guò)了“發(fā)電機(jī)并網(wǎng)→燃機(jī)帶負(fù)荷至120 MW→鍋爐升溫升壓汽機(jī)XZ準(zhǔn)則滿(mǎn)足→汽水品質(zhì)合格→釋放蒸汽品質(zhì)→汽輪機(jī)中速暖機(jī)→汽機(jī)沖轉(zhuǎn)→進(jìn)入聯(lián)合循環(huán)”的過(guò)程[3]。根據(jù)兩臺(tái)機(jī)組的目前情況，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)至XZ準(zhǔn)則滿(mǎn)足的過(guò)程約需要40 min，中速暖機(jī)階段調(diào)整凝汽器真空至25 kPa，從釋放蒸汽品質(zhì)到進(jìn)入聯(lián)合循環(huán)的時(shí)間約為217 min。在汽機(jī)過(guò)程保持全程自動(dòng)、不改變現(xiàn)有控制邏輯的情況下，這兩部分時(shí)間相對(duì)固定，共為257 min。因此，要縮短并網(wǎng)至聯(lián)合循環(huán)用時(shí)，關(guān)鍵在于如何減少等待汽水品質(zhì)合格的等待時(shí)間。

1.2 設(shè)定目標(biāo)

結(jié)合部門(mén)要求，經(jīng)過(guò)小組成員共同討論，小組將QC課題目標(biāo)設(shè)定為將等待汽水品質(zhì)合格的時(shí)間降低至10 min，即冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)到聯(lián)合循環(huán)時(shí)間縮短到267 min，比現(xiàn)狀縮短30 min。

2 原因分析

通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查，基本找到了問(wèn)題的癥結(jié)。小組成員細(xì)致分析導(dǎo)致汽水品質(zhì)合格等待時(shí)間長(zhǎng)的原因，從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面繪制了魚(yú)骨圖，共查找出9條末端因素，并逐一進(jìn)行了確認(rèn)。

①人員技能水平不夠。通過(guò)查閱培訓(xùn)和考試記錄，值班人員每月按要求完成培訓(xùn)計(jì)劃，且考試成績(jī)合格，技能水平符合崗位要求，確認(rèn)為非要因。

②人員責(zé)任心不強(qiáng)。經(jīng)過(guò)調(diào)查，運(yùn)行人員遵章守紀(jì)，工作積極負(fù)責(zé)，確認(rèn)為非要因。

③人員數(shù)量不足。班組存在副值班員崗位人員未配齊的情況，尤其中班后夜，集控室巡操員不僅需要值班，還需要負(fù)責(zé)相關(guān)的化學(xué)工作。但是，冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程部門(mén)會(huì)增加值班員，保證足夠的技術(shù)力量，確認(rèn)為非要因。

④鍋爐保養(yǎng)效果不好。目前，兩臺(tái)機(jī)組在鍋爐長(zhǎng)期停運(yùn)期間，通常采取放水充氮的保養(yǎng)方式。然而，由于省調(diào)計(jì)劃等，鍋爐放水充氮時(shí)經(jīng)常已處于冷態(tài)、無(wú)壓狀態(tài)，可能存在水無(wú)法放凈的情況，造成鍋爐腐蝕，導(dǎo)致下次啟動(dòng)時(shí)需要大量時(shí)間進(jìn)行汽水排污，因此該末端因素確認(rèn)為要因。

⑤測(cè)量表計(jì)投入時(shí)間晚。啟機(jī)過(guò)程中，汽水測(cè)量表計(jì)需要等待取樣冷卻架充分排污后再投入，經(jīng)常存在表計(jì)投入時(shí)間晚于汽水品質(zhì)合格的情況，導(dǎo)致工作人員無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)汽水品質(zhì)變化，增加了等待汽水品質(zhì)合格的時(shí)間，因此該末端因素確認(rèn)為要因。

⑥汽水取樣水樣小。鍋爐上水操作票中有檢查確認(rèn)取樣閥門(mén)開(kāi)啟的步驟，每次機(jī)組啟動(dòng)前還要核查閥門(mén)狀態(tài)，在鍋爐升壓后保證足夠的取樣流量，確認(rèn)為非要因。

⑦取樣架樹(shù)脂失效。樹(shù)脂失效會(huì)導(dǎo)致表計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，啟機(jī)過(guò)程中運(yùn)行及檢修人員實(shí)時(shí)監(jiān)視樹(shù)脂變化，發(fā)現(xiàn)失效可及時(shí)進(jìn)行更換，因此確認(rèn)為非要因。

⑧取樣架排污操作流程不規(guī)范。針對(duì)取樣架排污操作，目前沒(méi)有規(guī)范的操作流程，人員通常憑經(jīng)驗(yàn)操作，導(dǎo)致排污時(shí)機(jī)及效果差別較大，因此該末端因素確認(rèn)為要因。

⑨涉及溝通協(xié)調(diào)的部門(mén)和單位多。啟動(dòng)過(guò)程需要與電網(wǎng)調(diào)度、天然氣供氣站、環(huán)保管理部門(mén)、公司設(shè)備部以及生技部等溝通。目前，多部門(mén)和單位溝通順暢，未出現(xiàn)因溝通問(wèn)題影響機(jī)組啟動(dòng)的情況，確認(rèn)為非要因。

3 制定對(duì)策

針對(duì)確認(rèn)的3條要因，制定了對(duì)策，如表2所示。

4 對(duì)策實(shí)施

4.1 針對(duì)鍋爐保養(yǎng)效果不好的對(duì)策

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃安排，預(yù)計(jì)停爐時(shí)間，優(yōu)化鍋爐放水、充氮操作方法。

如果預(yù)計(jì)鍋爐長(zhǎng)期停運(yùn)（大于7 d），待汽包壓強(qiáng)下降至0.5 MPa、溫度為150 ℃時(shí)，采用正壓放水、熱爐烘干的方式放盡爐水，充分利用余熱烘干鍋爐。

如果因省調(diào)計(jì)劃不確定等導(dǎo)致鍋爐汽包壓強(qiáng)已降至0 MPa，則采用氮?dú)饷芊夥╗4]。只打開(kāi)放水閥不開(kāi)放氣閥，邊充氮邊放水，保持系統(tǒng)內(nèi)氮?dú)廨^高壓強(qiáng)，排盡爐水，同時(shí)避免放水時(shí)進(jìn)入空氣，不用經(jīng)過(guò)氮?dú)庵脫Q空氣的過(guò)程，節(jié)省氮?dú)馐褂昧俊?/p>

進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組保養(yǎng)期間參數(shù)記錄表，增加鍋爐高壓、中壓、低壓及凝加系統(tǒng)氧含量數(shù)據(jù)測(cè)量。充氮保養(yǎng)期間，每日白班測(cè)量，維持鍋爐內(nèi)氧含量在2%以下。

4.2 針對(duì)測(cè)量表計(jì)投入時(shí)間晚的對(duì)策

機(jī)組啟動(dòng)前，準(zhǔn)備啟動(dòng)條件，待凝泵投運(yùn)后立即對(duì)凝結(jié)水取樣并進(jìn)行排污。相比以往點(diǎn)火后再排污，該操作可提前約60 min，從而縮短點(diǎn)火后凝結(jié)水水質(zhì)合格的等待時(shí)間。

與熱工人員保持良好溝通，在達(dá)到足夠的排污時(shí)間且汽水測(cè)量表計(jì)具備投入條件時(shí)，及時(shí)投入運(yùn)行。在兼顧取樣表計(jì)使用壽命的前提下，減少汽水品質(zhì)合格的等待時(shí)間。

4.3 針對(duì)取樣架排污操作流程不規(guī)范的對(duì)策

編制化學(xué)操作手冊(cè)，包括啟動(dòng)前準(zhǔn)備、啟動(dòng)過(guò)程、正常運(yùn)行過(guò)程以及停機(jī)過(guò)程等各階段汽水排污、取樣化驗(yàn)、藥品投加的操作方法以及水質(zhì)劣化處理方法[5]，使各項(xiàng)操作標(biāo)準(zhǔn)化。

5 效果檢查及鞏固措施

通過(guò)采取優(yōu)化鍋爐停爐保養(yǎng)、縮短汽水取樣表計(jì)投入時(shí)間以及規(guī)范化學(xué)操作等措施，2021年4次冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)到聯(lián)合循環(huán)時(shí)間平均為264 min，相比之前縮短了33 min，具體如表3所示。

以暖機(jī)負(fù)荷110 MW、相同氣量下聯(lián)合循環(huán)負(fù)荷200 MW測(cè)算，每次冷態(tài)啟動(dòng)可增加4.95×104 kW·h的發(fā)電量，增加收益約2.03×104元。按20年冷態(tài)啟動(dòng)14次測(cè)算，每年可增發(fā)電量6.93×105 kW·h，增加收益約3.22×105元，同時(shí)提高了電網(wǎng)調(diào)峰響應(yīng)速度。

6 結(jié)語(yǔ)

兩部制電價(jià)政策下，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組作為電網(wǎng)調(diào)峰機(jī)組，冷態(tài)啟動(dòng)次數(shù)增多。冷態(tài)啟動(dòng)由于時(shí)間長(zhǎng)且負(fù)荷率低，效率較低，嚴(yán)重影響整體的經(jīng)濟(jì)性。本文通過(guò)采取措施縮短冷態(tài)啟動(dòng)汽水品質(zhì)等待時(shí)間，將冷態(tài)啟動(dòng)至聯(lián)合循環(huán)時(shí)間縮短了33 min，在保證機(jī)組安全的同時(shí)，有效提高了冷態(tài)啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。

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