殷慶棟，魏穎莉，劉斌杰

（1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司，石家莊 050021）

1 概述

近年來，隨著我國經濟的迅速發(fā)展，電網峰谷差越來越大，調峰問題成為電網運行中亟待解決的重要問題之一，而在火電機組承擔調峰任務的過程中，會涉及到通過火電機組的啟動和停機來調節(jié)負荷，如何能更好地掌握各種機組的啟動時間、啟動費用，對于電廠的經濟運行將會起到積極作用。機組啟動是一個復雜且不穩(wěn)定的過程，啟動過程中，機組工質溫度和各部件溫度會隨著傳熱、流動等過程變化。

目前，河北省南部電網的主流大容量機組主要有SG－2080／25.4、SG－2028／17.5、B＆WB－2028／17.5、B＆WB－1025／17.5、DG－1025／17.4等多種類型，以下選取了4種類型機組進行分析，以掌握這幾種典型機組的啟動規(guī)律，為電網調度的優(yōu)化提供可靠的依據。

2 機組啟動方式的劃分依據

機組的啟動方式可分為冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動以及極熱態(tài)啟動4種，不同生產廠家、不同型號的機組其劃分依據也不盡相同。以SG－2080／25.4和SG－2028／17.5機組為例：同樣是上海鍋爐廠制造的600 MW機組，前者為超臨界參數，后者為亞臨界機參數。由于在主蒸汽參數、制造材料以及結構設計等方面的差異，導致其啟動方式的劃分依據分別為汽輪機第1級金屬溫度和高壓內缸調節(jié)級金屬溫度，且溫度分界點也差別較大。各類機組啟動方式的劃分溫度依據見表1。較為特殊的是SG－2080／25.4機組，由于其參數更高，啟動過程的劃分也較其他類型多一種方式，即有2種溫態(tài)啟動方式，溫態(tài)啟動1（120～280℃）和溫態(tài)啟動2（280～415℃），溫態(tài)啟動2也有資料稱為半熱態(tài)啟動。研究各種啟動方式以及在各種方式下的啟動時間和啟動費用，對提高電廠的經濟性和優(yōu)化電網調度有著十分重要的意義。

表1 各類機組啟動方式的劃分依據 ℃

3 啟動過程分析

3.1 啟動時間

一般來說，機組啟動時間是指從鍋爐點火到機組并網成功的時間，各類機組不同啟動方式下的啟動時間統(tǒng)計見表2。具體的啟動過程步驟包括：點火前準備、鍋爐點火、升溫升壓、汽輪機沖轉到額定轉速、并網成功［1］。鍋爐冷態(tài)啟動前，首先通過給水泵給鍋爐上水，進行系統(tǒng)冷態(tài)清洗，清洗后的爐水通過大溢流閥排出系統(tǒng)外，水質合格后，關閉大溢流排污閥。在此期間要將省煤器放氣閥打開，排除省煤器中的空氣，以免流動不均造成受熱面的氧腐蝕。其次冷態(tài)啟動時還要進行3～4 h中、高速暖機。

表2 各類機組不同啟動方式下的啟動時間統(tǒng)計 h

由表2可以看出，機組類型不同，其啟動時間也不同。上述4種類型機組在熱態(tài)或極熱態(tài)啟動時，啟動時間差別不大，這是因為熱態(tài)、極熱態(tài)啟動往往是機組處于旋轉備用或機組非停時采用的方式，在這2種狀態(tài)下，機組的停爐時間較短，汽輪機側高中壓缸金屬級溫度較高，機組啟動速度較快，啟動時間較短。在冷態(tài)啟動狀態(tài)下，超臨界機組SG－2080／ 25.4相比其他類型的亞臨界機組啟動時間長2～3 h，主要有兩方面的原因：超臨界機組主蒸汽溫度高、壓力大，要達到啟動的滿足條件，機組需要吸收更多的熱量，所需要的時間也就相應長些；超臨界機組與亞臨界機組最大的區(qū)別在于超臨界機組采用了直流鍋爐，因此超臨界機組有一個轉直流過程。隨燃燒率和負荷的增加，進入汽水分離器的汽水混合物的干度也逐漸提高，在鍋爐負荷提高到本生點以上后，進入汽水分離器的將全部是蒸汽，鍋爐進入直流運行模式，這也會延長超臨界機組的啟動時間［2］。掌握機組的啟動時間，能給調度部門提供必要的依據，更有利于機組在不同狀態(tài)下的啟動。

3.2 啟動費用

機組的啟動成本與機組的容量、機組啟動效率、機組性能等多種因素有關。一般來說，機組的啟動成本主要由消耗成本和固定成本構成［3］。消耗成本包括機組啟動過程中的耗煤量、耗油量、耗電量、無鹽水消耗量費用等；固定成本則是指在啟動過程中所發(fā)生的員工工資及設備折舊費等需要分攤的固定費用。各類機組不同啟動方式下的啟動費用統(tǒng)計見表3。

表3 各類機組不同啟動方式下的啟動費用統(tǒng)計 萬元

從表3可以看出，4種機組在熱態(tài)或極熱態(tài)狀態(tài)下的啟動費用差別較小，最大差值僅為5萬元，這是因為在這2種狀態(tài)下，機組的溫度較高，啟動僅需要較短時間即可完成，無論是消耗成本還是固定成本都不高。

機組的啟動費用與機組容量和機組蒸汽參數息息相關。大容量、高參數機組的啟動費用相對要高。以冷態(tài)啟動方式為例，SG－2080／25.4和SG－2028／ 17.5機組的啟動費用相比B＆WB－1025／17.5和DG－1025／17.4機組要高出40萬元以上，前2種機組的啟動費用幾乎為后2種機組的2倍。這是因為前2種機組的容量為2 028 t／h，是后2種機組容量1 025 t／h的2倍左右。但需要指出的是，啟動成本雖與機組容量相關，但不是簡單意義上的正比關系，還與機組啟動效率等有直接關系。

機組啟動費用還與機組參數有直接關系。SG－2080／25.4機組在冷態(tài)和溫態(tài)啟動時費用相比SG－2028／17.5機組要高出約21萬元和13萬元。在兩者容量基本相同的情況下，SG－2080／25.4機組為超臨界機組，其主蒸汽壓力為25.4 MPa，而SG－2028／ 17.5類型的亞臨界機組，其主蒸汽壓力為17.5 MPa，這是導致啟動費用不同的主要原因。

4 啟動優(yōu)化措施及效果

機組的啟動過程是一個比較復雜、持續(xù)時間較長的生產過程，其間，鍋爐燃燒效率大幅降低，甚至需要投油燃燒，汽輪機的內效率也保持在一個較低水平，機組整體運行的經濟性相對較低，發(fā)電經濟指標大幅升高。因此，深挖機組啟動過程中的優(yōu)化措施，對減少機組啟停過程中的能源消耗，縮短機組的啟停時間及啟動費用，將會起到十分積極的作用。

4.1 采用等離子點火技術

等離子點火技術利用電能產生等離子炬直接點燃煤粉，是目前理想的技術途徑，應用等離子點火技術可以節(jié)約鍋爐點火期間的大量燃油，并且可以使電除塵器及早投入，大大減少粉塵的排放，避免環(huán)境污染，給電廠帶來顯著的經濟效益和社會效益［4］。

鍋爐冷態(tài)啟動時，采用油槍點火和等離子點火啟動時間無太大區(qū)別，主要是以控制鍋爐升溫、升壓速率為主。熱態(tài)啟動時，由于可以直接投入制粉系統(tǒng)運行，較油槍相比更有利于鍋爐升溫、升壓，啟動時間比采用油槍點火明顯縮短。

以上述SG－2080／25.4鍋爐為例，應用等離子點火之后，從鍋爐點火到并網需要耗煤約100 t，如果采用油槍點火，按照共投入8支油槍計算，從鍋爐點火到并網需要耗柴油約50 t。加上等離子陰陽極的損耗，以現在市場價格計算顯然等離子費用明顯低于燃油費用，可大幅降低啟動費用。另外采用等離子點火啟動，點火即啟動了制粉系統(tǒng)，為并網后啟動其他制粉系統(tǒng)奠定了基礎，啟動更安全。隨著機組容量的增大，等離子點火的優(yōu)勢將越來越明顯。

4.2 使用鄰爐加熱技術

鄰爐加熱技術對鍋爐冷態(tài)啟動的節(jié)能效果十分明顯，鄰爐加熱裝置的投入影響著鍋爐整個啟動過程中的安全性與經濟性。鍋爐點火前，爐底充分加熱投入能夠在啟動初期就建立穩(wěn)定的水循環(huán)，均勻加熱各受熱面，能較快的提高爐溫，對點火初期的燃燒十分有利，因此可縮短點火啟動時間，節(jié)約廠用電及啟動用油，是電廠普遍采用的啟動過程優(yōu)化方式。

據統(tǒng)計，2臺600 MW（SG－2080／25.4）機組鍋爐按照平均每年每臺冷態(tài)啟動3次計算，使用鄰爐加熱技術后，每年可節(jié)約燃油230 t，節(jié)約廠用電10萬k Wh，可大幅降低啟動費用［5］，經濟效益十分可觀。同時還可避免由于受熱面膨脹不均勻而造成的鍋爐爆燃概率，大大提高啟動的安全性。

4.3 單側風機運行技術

鍋爐點火按要求應將全部風機啟動，但是由于啟動時負荷較低，往往單側風機單獨運行也能滿足要求。某廠DG－1025／17.4機組采取相關安全措施后，在鍋爐吹掃、點火以及升溫升壓、汽輪機沖轉和發(fā)電機并網的全過程中，保持1臺二次風機和引風機運行，一次風機的運行臺數則以滿足制粉系統(tǒng)需求為前提。由于風機運行臺數的減少，可以節(jié)約大量廠用電，以啟動時間9 h計，可節(jié)約電量2萬k Wh，節(jié)省啟動費用超過1萬元。

4.4 凝結水系統(tǒng)優(yōu)化技術

機組啟動初期，不合格疏水水質排入凝汽器系統(tǒng)，導致凝結水水質較長時間不能達到合格要求，需要通過大量換水工作來提高水質。某廠SG－2080／ 25.4機組并網后，因為凝結水水質不合格，導致鍋爐用水僅靠低流量的鍋爐上水泵供應，在長達數小時的凝結水換水過程中，機組只能通過燃燒大量燃油來維持負荷，造成了燃油和廠用電的大量浪費，增加了機組的啟動成本。因此，提前對凝結水進行大流量換水工作，減少并網后的等待時間，有利于減少啟動成本，對優(yōu)化啟動過程起到十分重要的作用。

5 結束語

機組的啟動過程是一項非常復雜的工作，機組的啟動時間、啟動費用等因素對電廠及電網的安全穩(wěn)定運行起著十分重要的作用。不同類型機組在不同的啟動方式下啟動時間和費用均有區(qū)別，應根據機組的實際情況采取相應的啟動優(yōu)化措施，以便掌控機組的啟動時間，利于機組在不同狀態(tài)下的啟動。在現實生產中，機組的每次啟動均面臨不同的設備狀態(tài)和不同的操作人員，即使同一機組也會存在啟動時間不相同的情況，啟動能耗也有所差異的現象。因此，對機組的啟停方式進行優(yōu)化和進行必要的設備改造，挖掘機組在啟動時的節(jié)能潛力，將是一項十分重要而且長期的工作。

［1］ 任 杰，馮桐剛，李文東.超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)技術特點分析比較［J］.內蒙古電力技術，2008，26（4）：27－29.

［2］ 樊泉桂，裴躍輝.600 MW超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的技術分析［J］.鍋爐技術，2006，（37）增刊：16－19.

［3］ 賀廣中，周英彪，鄔田華.一種基于收益的火電機組啟動成本分析方法［J］.節(jié)能，2006，（1）：24－25.

［4］ 龔 鵬，毛永清.等離子點火技術在超超臨界機組中的應用［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，27（5）：31－34.

［5］ 邢希東，馬成偉，吳寶忠.大容量火電機組啟停過程中節(jié)能措施［J］.熱電技術，2011，（1）：21－25.