摘要：介绍了F型燃气—蒸汽联合循环发电机组利用余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动的必要性、可行性、及实践过程。指出了该操作方式具有较好的节能效果。
关键词：燃气调峰机组；三压余热锅炉；高、中压蒸汽供辅汽；启动；节能
Feasibility Study on High and Medium Pressure Steam for Auxiliary Steam Start Up of the Three Pressure Heat Recovery Steam Generator
Zhang Xiaojun
(Jiangsu Datang International Jintan Thermal Power Generation Co., Ltd.,
Changzhou 213200, Jiangsu Province, China)
Abstract: This paper introduced the necessity, feasibility and practical process in using the high and medium pressure steam of the heat recovery steam generator for auxiliary steam start up, and the heat recovery steam generator was part of the F-type gas-steam combined cycle generator. It was pointed out that the operation mode had better energy saving effect.
Keywords: Gas peaking unit; Three pressure heat recovery steam generator; High and medium pressure steam for auxiliary steam; Start up; Energy saving
0 引言
随着经济的高速发展和工业化水平的不断提高，电网的峰谷差值越来越大，电网需要有一定容量的调峰电源支持以保障电网的安全稳定和经济运行。F级重型燃气发电机组是目前世界上较为先进的大型燃气—蒸汽联合循环循环发电机组，因其环保、启停迅速、升降负荷快调峰能力强等优点而被电网用作调峰机组。
国内F型重型燃气发电机组一般在电网中承担深度调峰与浅度调峰相结合的调峰任务，每台机组都要昼开夜停。保障机组每天都能安全、快速的启动，是全厂工作的重中之重。利用余热锅炉高、中压蒸汽供机组启动用辅助蒸汽，能安全、迅速的启动机组，且是挖掘机组节能潜力的有效途径之一。
1 燃气调峰机组的启动与余热锅炉
某S109FA燃气—蒸汽联合循环机组在极热态（汽轮机高压第一级金属温度>480℃）情况下启动，从发启动令到机组并网约需30分钟，从并网到满负荷约需45分钟。机组在启动过程中需要由辅助蒸汽提供轴封蒸汽和低压缸冷却蒸汽。机组热态启动准备时，要先送入轴封蒸汽才能进行凝汽器建立真空的操作；机组在启动升速过程中或者停机时降速熄火之前，均需要足够的低压缸冷却蒸汽投入来冷却带走低压叶片的鼓风摩擦产生的热量；因此，轴封蒸汽和低压缸冷却蒸汽的正常运行是保障机组成功启动必不可少的条件。
全厂第一台机组冷态启动时，机组的辅助蒸汽由#1或者#2启动锅炉供给。机组做启机准备前，首先启动一台启动锅炉，待启动锅炉升温升压后，品质合格的蒸汽经启动锅炉出口母管电动闸阀送入全厂辅助蒸汽母管，沿途设有自动疏水系统，以保证辅助蒸汽的过热度符合要求。每台机组的辅助蒸汽母管均有手动闸阀和电动闸阀和全厂辅助蒸汽母管联络，以保证单元机组运行时的安全与检修时的可靠隔离。
电厂配置的启动锅炉过热蒸汽参数：蒸汽压力1.2 MPa，温度230℃，流量41t/h。基于调峰需要，机组每天都要启停，全厂机组启动需要的辅助蒸汽由启动锅炉供给时，机组启动台数与启动锅炉消耗的天然气统计见表1所示。
由表1折算成单台机组启动过程中，需要启动锅炉消耗的天然气约为：2071m³/台。
机组投产初期，#1、#2启动锅炉因燃烧器控制不良、风机挡板卡涩、烟气挡板开裂和火焰探测器底座不稳等缺陷的存在，陆续发生无法启动及正常运行中多次跳闸现象。造成机组启动过程中辅助蒸汽供气不足、轴封蒸汽不能正常供给，导致机组启动过程中被迫启动中断和延时启动的事件频繁发生，影响了机组的准时并网发电及经济性考核，给公司经济效益及企业形象造成一定的负面影响。
必须寻找一个替代启动锅炉供辅助蒸汽的其他途径，才能改变这种只能依靠启动锅炉才能安全启动机组的被动局面。机组夜间停运后，一般对余热锅炉进行关闭烟囱挡板、与汽机侧进行系统隔离的保温保压操作。机组两班制调峰运行在夜间停运6～8小时保温保压后，高压系统压力略有下降，中、低压汽包压力不但没有下降反而有所上升。假如能利用余热锅炉停机后积蓄的余热，在机组停运6～8小时后能够提供机组启动过程中需要的辅助蒸汽，那么，依靠启动锅炉才能启动机组的被动局面就会得到扭转，也为全厂节能降耗找到了一个有效途径。
2 余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动的可行性分析
参考机组热力系统设计图及现场设备安装设置情况，在余热锅炉高压汽包饱和蒸汽侧设置有一路饱和蒸汽通过电动隔离阀和气动调节阀连接至中压汽包，中压主蒸汽提供一部分蒸汽到辅助蒸汽，辅助蒸汽提供到低压缸去的冷却蒸汽。当机组刚启动或汽轮机运行中跳闸时，需要提供足够的冷却汽到低压缸，这种情况可能导致中压汽包压力低，需要从高压汽包补充一部分蒸汽，作为中压系统产汽量不足或用汽量过大时的补充汽源。气动调节阀通过调整开度控制高压汽包至中压汽包的蒸汽流量，使中压汽包处于需求压力下的平衡稳定状态。
从图1可以看出，在全厂第一台机组冷态启动初期，机组的辅助蒸汽由#1或者#2启动锅炉供给。当中压汽包压力大于1.0MPa，中压主蒸汽温度大于210℃时，机组辅助蒸汽即可由启动锅炉供汽切为本机组中压主蒸汽供，停运启动锅炉。机组达到60%满负荷时，低压主蒸汽通过低压补汽管路至低压缸做功；机组的轴封系统达到自密封的状态，高中压轴封漏气可以提供低压轴封密封用汽，辅助蒸汽供轴封用汽处于备用状态；机组未设置单独的除氧器，采用凝气器真空除氧，辅助蒸汽供除氧蒸汽仅在机组启动初始阶段凝结水溶解氧不合格时短时间使用，机组正常运行后，辅助蒸汽供凝汽器除氧蒸汽也处于备用状态。故机组在正常运行带负荷阶段，辅助蒸汽的运行方式为：中压蒸汽通过减温减压调节供给本机组辅助蒸汽或兼供全厂辅助蒸汽。
F型燃气—蒸汽联合循环机组具有启停速度快调峰能力强的特点，全厂机组均参与电网调峰。由于电网的峰谷负荷相差大，机组每天都要进行一次启停操作。正常调度下，机组在零点左右停机备用，早上6时至7时相继并网发电，8时至23时参与电网浅度调峰运行，两班制运行方式下机组的启动属于极热态启动。高、中压汽包压力高低与停机后时间长短有关，停机后2小时以内，由于机组的余热作用，高、中压汽包压力缓慢上升并达到最高值；停机2小时以后，高、中压汽包压力由于系统散热开始缓慢下降。处于极热态备用状态下的机组，停机后一般采取保温保压操作，启动前，高压汽包压力一般能维持在7.0MPa、270℃以上，中压汽包压力维持在1.3MPa、180℃以上，低压汽包压力维持在0.35MPa、170℃以上。系统对辅助蒸汽母管要求在0.6MPa、温度大于170℃，轴封蒸汽压力0.02MPa、温度大于150℃，低压缸冷却蒸汽压力0.25MPa、温度大于145℃。整个启动过程，轴封蒸汽用汽量约5t,除氧蒸汽用汽量约3t,仅中压蒸发器和正常水位下中压汽包的水容积就有30t,再加上高压汽包的补汽，足够辅助蒸汽在启动过程中的用汽量。实际运行中，低压主蒸汽在机组达2000r/min以后就开始升温升压，启动过程中的低压冷却蒸汽可以由辅助蒸汽供，也可以直接由低压主蒸汽供给。由此可见，具有良好蓄热能力的余热锅炉无论是蒸汽量、还是蒸汽参数上均能够满足机组在极热态启动下的辅助蒸汽用汽需求。
3 余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动的可行性探索
针对该S109FA机组，经过专业技术人员充分讨论，大家一致认为：通过分析各系统参数，余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动机组是可行的，该项工作虽然在机组启动调试过程中没有进行调试，但我们可以进行试验摸索；这种操作方式试验成功后，不仅能保障机组在两台启动锅炉均有故障的情况下安全的启动机组，还能为全厂机组节能减排、经济运行方式的优化提供一个很好的途径。
首先，进行#2机组高、中压蒸汽供辅助蒸汽到机组满足启动条件试验，数据如表2所示。
操作说明：10:00中压开始供辅汽母管暖管疏水；10:16辅助蒸汽暖管疏水后供轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；10:47机组启动条件满足：真空<127mmHg，轴封母管温度>149℃。
随后又择机安排某日进行#2机组中压蒸汽供辅助蒸汽启动机组至全速空载试验，数据如表3所示。
操作说明：08:06中压开始供辅汽母管暖管疏水；08:17辅助蒸汽暖管疏水后供机组轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；09:14机组启动条件满足：真空<127mmHg，轴封母管温度>149℃，发启动令；09:38机组达到全速空载。
最后，连续四天，#2机组利用中压蒸汽供辅助蒸汽启动至机组并网带负荷运行，数据如表4～7所示。
操作说明：05:30中压开始供辅汽母管，暖管疏水后供机组轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；06:16机组发启动令；06:45机组并网；06:50并网带负荷5分钟后，中压主蒸汽压力回升，关闭高压汽包至中压汽包补汽电动阀及气动调节阀。
操作说明：05:00中压开始供辅汽母管，暖管疏水后供机组轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；06:26机组发启动令；06:50机组并网；06:55并网带负荷5分钟后，中压主蒸汽压力回升，关闭高压汽包至中压汽包补汽电动阀及气动调节阀。
操作说明：05:00中压开始供辅汽母管，暖管疏水后供机组轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；05:54机组发启动令；06:23机组并网；06:28并网带负荷5分钟后，中压主蒸汽压力回升，关闭高压汽包至中压汽包补汽电动阀及气动调节阀。
操作说明：05:15中压开始供辅汽母管，暖管疏水后供机组轴封蒸汽，压力设定0.02MPa，并进行凝汽器抽真空操作；05:56机组发启动令；06:20机组并网；06:25并网带负荷5分钟后，中压主蒸汽压力回升，关闭高压汽包至中压汽包补汽电动阀及气动调节阀。
机组并网带负荷5分钟后，中压主蒸汽压力回升，关闭高压汽包至中压汽包补汽调整门，机组进入正常运行操作方式。证明余热锅炉在机组极热态下能够提供辅助蒸汽，安全、迅速的启动机组。
通过文[3]中论述可知，虽然M701F与S109FA机组的系统布置方式略有差异，但M701F同样能够在机组极热态启动时利用余热锅炉供辅助蒸汽启动机组，只不过由于系统布置的差异在操作方式上略有不同。
4 利用余热锅炉供辅助蒸汽启动需注意的问题
采用余热锅炉供辅助蒸汽启动机组，当机组熄火投入盘车后，需要及时关闭烟囱挡板，以减少热量流失损失和减缓热量后移速度，使余热锅炉高、中压系统尽可能的维持在较高温度的环境空间内，高、中压蒸汽的温度尽可能高一些。机组停运汽机退汽后，根据操作经验，当高、中压蒸汽压力降到一定程度后即可手动关闭高、中压旁路调阀或者关闭汽机侧与锅炉侧隔离电动门，使高、中压系统尽可能维持在较高压力状态下而又不至于超压，这样即使机组调峰停机8小时，仍能采用余热锅炉供辅助蒸汽启动机组。
采用余热锅炉供辅助蒸汽启动机组，在操作方式上一定要在送轴封蒸汽之前，确保余热锅炉供辅助蒸汽管路沿途的疏水彻底、辅助蒸汽有一定的过热度且尽可能高一些，以防辅助蒸汽带水进入汽轮机，引起机组振动大甚至启动失败。
需要特别指出的是，无论对于何种型号机组，当使用余热锅炉供机组辅助蒸汽启动后，启动锅炉的定期维护和保养工作应引起足够的重视。当无邻机运行时，机组冷态、温态均需要使用启动锅炉供辅助蒸汽启动。对于热电联产机组，当机组停运维护时，启动锅炉需要承担向用户供热的任务。
5 结论
F型燃气—蒸汽联合循环循环发电机组在电网中承担深度调峰与浅度调峰相结合的调峰任务，具有昼开夜停的运行特点，机组的启动属于极热态启动。通过对S109FA、M701F机组极热态启动方式的研究，可以得出：
（1）利用余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动机组，可以在启动锅炉故障状态下，安全的启动机组，及时并网发电承担电网调峰运行任务。这种操作方式是可行的。
（2）利用余热锅炉高、中压蒸汽供辅助蒸汽启动机组，可以节约启动锅炉过程中所消耗的燃料。按每台机组启动平均需要启动锅炉消耗天然气2071m³计算，每年启动220次(按机组年运行4000小时，每天运行18小时计算)，全年单台可节约天然气45.5万m³，理论上全厂四台机组合计节省天然气45.5*4=182万m³，如果这些天然气用来发电，将会产生950万kWh的电能，经济效益十分可观。因此利用余热锅炉中压蒸汽供辅助蒸汽启动机组不但在机组发电可靠性方面得到了保障，而且在节能减排方面效果也十分明显。
参考文献：
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[2] 姜凯超.燃气轮机启动过程缩短清吹时间的可行性与节能效果分析［J］.燃气轮机发电技术，2010,12（2），47-49.
[3] 宋飞翔，黄文辉.M701F型燃气轮机热态启动利用余热锅炉蒸汽供辅汽探索［J］.燃气轮机技术，2011,24（2），70-72.
作者简介：
张晓军（1979～），男，山东菏泽人，华北电力大学热能与动力工程专业，工学学士，工程师，从事燃气轮机发电运行管理。
论文作者:张晓军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/1
标签：蒸汽论文; 机组论文; 汽包论文; 锅炉论文; 中压论文; 余热论文; 疏水论文; 《电力设备》2017年第18期论文;