0引言

潮州某聯(lián)合循環(huán)電廠是上海電氣國產(chǎn)化6F級燃 氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的首次應(yīng)用,這套機(jī)組自投運以來,顯著減輕了潮州市及其周邊地區(qū)的電力供應(yīng)壓力,確保了電網(wǎng)在緊急情況下能夠靈活調(diào)整電力供應(yīng),同時在推動潮州市的能源結(jié)構(gòu)朝更加環(huán)保和高效的方向發(fā)展方面起到了關(guān)鍵作用。

作為燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組,應(yīng)具備快速啟停、運行靈活、高效調(diào)峰的特性,同時從經(jīng)濟(jì)運行方面考慮,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組從燃?xì)廨啓C(jī)啟動至帶滿負(fù)荷的時間應(yīng)盡可能短。然而,此聯(lián)合循環(huán)電廠在啟機(jī)過程中多次出現(xiàn)低壓補(bǔ)汽投入允許條件不滿足,使得投補(bǔ)汽階段等待時間較長,導(dǎo)致整體啟機(jī)時間增長,啟機(jī)階段的廠用電率增高,經(jīng)濟(jì)性下降。

本文通過對6F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組低壓補(bǔ)汽投入允許條件的介紹和低壓補(bǔ)汽投入困難的原因分析,提出相應(yīng)的解決措施,以提高低壓補(bǔ)汽投入成功率,縮短機(jī)組啟機(jī)時長,提高啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性。

1問題描述

1.1電廠基本情況介紹

潮州某電廠現(xiàn)有兩套6F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組,其中燃?xì)廨啓C(jī)為上海電氣和安薩爾多公司聯(lián)合設(shè)計制造的AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī),余熱鍋爐為上海鍋爐廠設(shè)計制造的雙壓、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐,汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠設(shè)計制造的LZC38.3—6.9/[0.6]/1.35/565/[265]型單缸、單軸、雙壓無再熱、反動式、單抽凝汽式汽輪機(jī)。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用分軸布 置,有高壓、低壓蒸汽系統(tǒng),設(shè)置100%容量高壓旁路和低壓旁路^[1]。

1.2 啟機(jī)過程介紹

當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)處于連續(xù)盤車狀態(tài),余熱鍋爐水位正常,閉式水系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等各輔機(jī)系統(tǒng)運行正常后,機(jī)組啟動條件滿足。6F級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟機(jī)過程如下^[2]:

1)燃?xì)廨啓C(jī)程控啟動,點火升速至額定轉(zhuǎn)速5400r/min。

2)燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng),升負(fù)荷至初始暖機(jī)負(fù)荷8 MW,余熱鍋爐升溫升壓,投入汽輪機(jī)旁路系統(tǒng),匹配汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)。

3)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)條件滿足,順控啟動,汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至900 r/min進(jìn)行低速暖機(jī)(其中溫態(tài)和熱態(tài)不需要進(jìn)行低速暖機(jī)),低速暖機(jī)完成后手動釋放額定轉(zhuǎn)速,汽輪機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。

4)汽輪機(jī)并網(wǎng)后,汽輪機(jī)負(fù)荷逐漸上升,高壓旁路逐漸關(guān)閉,汽輪機(jī)由負(fù)荷控制模式切換為初壓模式,手動投入汽輪機(jī)協(xié)調(diào)模式。

5)燃?xì)廨啓C(jī)升負(fù)荷至20 MW左右,等待汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽投入允許條件滿足,投入低壓補(bǔ)汽。

6)低壓補(bǔ)汽投入后,機(jī)組升負(fù)荷至滿負(fù)荷狀態(tài)運行。

根據(jù)制造商相關(guān)資料,6F級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動類型和啟動時間如表1所示。

1.3 機(jī)組問題描述

該電廠啟機(jī)過程中,在燃?xì)廨啓C(jī)升負(fù)荷至20 MW 等待汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽投入階段,當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷大于額定負(fù)荷的40%后,等待低壓補(bǔ)汽投入允許條件滿足的耗時較長,有時甚至需要熱控人員介入強(qiáng)制邏輯來投入低壓補(bǔ)汽,影響整體啟機(jī)效率。其中,2023年第四季度該電廠#1機(jī)組均為冷態(tài)啟動,每次啟機(jī)時長數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù),啟機(jī)時長差異大的主要影響因素是等待低壓補(bǔ)汽投入允許條件滿足的時間差異較大,且等待低壓補(bǔ)汽投入時間較長,#1機(jī)組的實際冷態(tài)啟動時間均超出了制造商給出的標(biāo)準(zhǔn)啟動時間。

2 原因分析

該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽投入允許條件包括^[3]:

1)汽輪機(jī)功率大于額定功率的40%。

2)低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度比飽和溫度高11℃。

3)低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽與補(bǔ)汽段蒸汽溫度之差小于50℃。

4)低壓補(bǔ)汽閥組油開關(guān)閉合。

5)高壓進(jìn)汽壓力(調(diào)節(jié)閥后壓力)與低壓補(bǔ)汽壓 力(補(bǔ)汽閥后壓力)之比大于2.0。

6)在低壓補(bǔ)汽閥關(guān)閉時,低壓補(bǔ)汽閥前與補(bǔ)汽 處的壓差大于0.05 Mpa。

7)低壓補(bǔ)汽閥前壓力在0.3~0.75 Mpa范圍內(nèi)。

8)低壓補(bǔ)汽在自動方式,或汽輪機(jī)在手動方式,但控制跟蹤偏差在允許范圍內(nèi)。

9)低壓補(bǔ)汽壓力變送器沒有故障。

10)鍋爐低壓補(bǔ)汽部分沒有報警(過熱度滿足要求)。

11)汽輪機(jī)已掛閘。

經(jīng)過觀察,主要導(dǎo)致汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽投入受阻的因素是低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度未滿足條件2)或低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度與補(bǔ)汽段蒸汽溫度差值未滿足條件3)。為深入了解6F級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在啟動過程中低壓補(bǔ)汽投入困難的原因,對汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽控制邏輯、低壓補(bǔ)汽現(xiàn)場測點布置情況進(jìn)行認(rèn)真核查,分析得出啟機(jī)過程中導(dǎo)致低壓補(bǔ)汽投入困難的具體原因如下。

2.1低壓補(bǔ)汽閥組前溫度測點布置不合理

低壓補(bǔ)汽投入允許條件中的條件2)在組態(tài)里是選擇低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度(測點:_0LBA20CT111)與飽和溫度的差值來計算過熱度是否滿足要求。通過核對,低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度測點和閥前疏水設(shè)計圖如圖1所示,現(xiàn)場低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度測點及閥前疏水布置如圖2所示,發(fā)現(xiàn)條件2)不滿足主要是補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度測點(_0LBA20CT111)的布局不合理導(dǎo)致。具體來說,該測點位于補(bǔ)汽閥前疏水管道之后,并安裝在垂直管段,導(dǎo)致在補(bǔ)汽未投入前,該測點處的蒸汽不流通,形成了所謂的“死汽”。這種布置導(dǎo)致疏水無法有效提高補(bǔ)汽閥前的溫度,進(jìn)而使得低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度上升緩慢,難以在短時間內(nèi)達(dá)到所需的過熱度。

2.2低壓補(bǔ)汽控制邏輯不合理

低壓補(bǔ)汽投入允許條件中的條件3)在組態(tài)里選擇低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度(測點:_0LBA20CT111)與外缸補(bǔ)汽段上半金屬溫度(測點:_0MAA10CT136)

之差來計算。圖3是該廠#1機(jī)組某次溫態(tài)啟機(jī)過程曲線,在燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)帶初始負(fù)荷8 MW后,余熱鍋爐低壓蒸汽系統(tǒng)開始升溫升壓,低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度快速升高至167℃ ,此時外缸補(bǔ)汽段上半金屬溫度為212℃ ;隨著汽輪機(jī)開始升負(fù)荷,主汽調(diào)閥的開啟程度增大,導(dǎo)致進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量相應(yīng)增加,這一變化使得汽輪機(jī)的換熱量得到顯著提升,同時外缸補(bǔ)汽段上半金屬溫度的升溫率開始高于低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度的升溫率。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷升至16MW (40%額定負(fù)荷),此時外缸補(bǔ)汽段上半金屬溫度為231℃ ,低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度為170℃ ,溫差超過50℃ ,低壓補(bǔ)汽投入允許條件中的條件3)不滿足,且后續(xù)因外缸補(bǔ)汽段上半金屬溫度的升溫率更高,低壓補(bǔ)汽投入允許條件將一直無法滿足,只能通過聯(lián)系熱控人員強(qiáng)制邏輯來投入補(bǔ)汽。

3處理措施

3.1優(yōu)化低壓補(bǔ)汽測點及疏水的現(xiàn)場布置

經(jīng)過調(diào)研其他電廠和咨詢設(shè)計院,檢修人員對低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度的測量位置進(jìn)行了優(yōu)化,將低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度測點改裝至低壓補(bǔ)汽閥組疏水口前,優(yōu)化后的低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度測點和疏水管路現(xiàn)場布置如圖4所示。優(yōu)化后,在啟機(jī)過程中,通過開啟低壓補(bǔ)汽閥組前的疏水閥來促進(jìn)蒸汽流動,從而提升了低壓補(bǔ)汽閥組前管道的暖管速率,有效提高了低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度,確保了低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽的過熱度能夠更快地滿足低壓補(bǔ)汽投入允許條件,提高了整個系統(tǒng)的啟動效率和安全性。

3.2優(yōu)化補(bǔ)汽控制邏輯

通過分析補(bǔ)汽控制邏輯和啟機(jī)過程曲線,發(fā)現(xiàn)在啟機(jī)過程中'外缸補(bǔ)汽段下半部分的金屬溫度通常低于外缸補(bǔ)汽段上半部分'并且與低壓補(bǔ)汽閥組前的蒸汽溫度差值更小,所以對補(bǔ)汽投入允許條件3)的計算方法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,將條件3)“低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽與補(bǔ)汽段蒸汽溫度之差小于50℃ ”改為選擇

低壓補(bǔ)汽閥組前蒸汽溫度(測點:_0LBA20CT111)與外缸補(bǔ)汽段下半金屬溫度(測點:_0MAA10CT137)之差來計算'能使條件3)更容易滿足。

3.3優(yōu)化啟機(jī)運行操作

在對該電廠多次啟機(jī)操作進(jìn)行詳細(xì)對比分析后,針對汽輪機(jī)負(fù)荷超過額定負(fù)荷40%時低壓補(bǔ)汽投入允許條件不滿足的問題,提出以下運行操作建議:

1)針對條件2)不滿足的情況:如果低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度未能比飽和溫度高11℃,可以通過增大低壓旁路閥的開度來降低補(bǔ)汽閥前蒸汽壓力,從而降低對應(yīng)飽和溫度,使條件2)盡快滿足。同時在操作過程中,要密切監(jiān)視低旁閥后的溫度,避免因超溫而導(dǎo)致低旁閥閉鎖,確保操作的安全性。

2)針對條件3)不滿足的情況:如果是長時間停機(jī)后啟機(jī)(冷態(tài)啟機(jī)),此時補(bǔ)汽段缸溫遠(yuǎn)低于低壓補(bǔ)汽閥前溫度,在啟機(jī)過程中需要及時關(guān)閉低壓補(bǔ)汽閥前疏水閥和低壓旁路閥來控制補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度上升過快;如果是溫態(tài)或熱態(tài)啟機(jī),此時補(bǔ)汽段缸溫高于補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度,在余熱鍋爐低壓蒸汽系統(tǒng)起壓后保持低壓補(bǔ)汽閥前疏水閥一直打開狀態(tài),同時保持低壓旁路閥打開狀態(tài)來加快低壓補(bǔ)汽段暖管進(jìn)度,快速提高低壓補(bǔ)汽閥前蒸汽溫度,減小溫差,使條件3)快速滿足。

3)在等待低壓補(bǔ)汽投入過程中需要密切關(guān)注相關(guān)參數(shù)變化,低壓補(bǔ)汽投入允許條件滿足后盡快投入補(bǔ)汽。

4 取得的效果

上述措施實施后,該電廠無論是冷態(tài)啟機(jī)還是溫態(tài)啟機(jī),再未出現(xiàn)過需要熱控人員強(qiáng)制邏輯來投入低壓補(bǔ)汽的情況,同時當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷大于額定負(fù)荷的40%后,低壓補(bǔ)汽投入允許條件也能快速滿足,順利投入低壓補(bǔ)汽。統(tǒng)計優(yōu)化后2024年第一季度#1機(jī)組冷態(tài)啟動的平均啟動時間、天然氣成本、啟動耗電成本等數(shù)據(jù),得到#1機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)效益分析對比如表3所示。

通過對比可見,上述優(yōu)化措施實施后,冷態(tài)啟機(jī)平均時長縮短20 min,天然氣成本和啟動耗電成本均有明顯降低,平均啟機(jī)總成本降低10 714元,相比優(yōu)化前下降13.5%。整個啟機(jī)過程變得更加迅速和高效,減少了因啟機(jī)延遲帶來的各種潛在風(fēng)險,同時避免了因啟機(jī)延誤受到電力調(diào)度部門考核的風(fēng)險,保障了電廠的運營效益和市場信譽。

5 結(jié)束語

對于6F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組而言,汽輪機(jī)的低壓補(bǔ)汽能夠快速穩(wěn)定投入是確保機(jī)組在啟機(jī)過程中能夠快速升負(fù)荷至滿負(fù)荷狀態(tài)運行的重要環(huán)節(jié)。本文通過分析影響6F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組低壓補(bǔ)汽投入困難的因素,從現(xiàn)場測點布置優(yōu)化、控制邏輯優(yōu)化、運行操作優(yōu)化方面提出相應(yīng)的解決措施,有效提高了補(bǔ)汽投入成功率,顯著縮短了機(jī)組啟機(jī)時長,提高了啟機(jī)經(jīng)濟(jì)性,可供同類型機(jī)組在解決類似問題時借鑒參考。

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2024年第21期第6篇