陳淼

F級(jí)單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組升負(fù)荷優(yōu)化

陳淼

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽 618000）

單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，不能及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需求。通過適當(dāng)參數(shù)調(diào)整，提升機(jī)組升負(fù)荷速率，能縮短機(jī)組升負(fù)荷時(shí)間，不僅能及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需求，還能節(jié)約能源，減少NOx排放。探究機(jī)組變溫態(tài)啟動(dòng)的可行性，由于機(jī)組大部分時(shí)間在溫態(tài)啟動(dòng)，因此能大大縮短溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)間。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)；啟動(dòng)時(shí)間；電網(wǎng)調(diào)峰；變溫態(tài)啟動(dòng)

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有效率高、NOx排放低、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，是治理“霧霾”的利器。目前國(guó)內(nèi)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組軸系布置方式主要有“一拖一”單軸、“一拖一”分軸、“二拖一”分軸形式。目前在南方，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由于不供熱，基本是“一拖一”單軸布置且機(jī)組用作調(diào)峰。由于單軸機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間主要受制于汽機(jī)開始進(jìn)汽至汽機(jī)進(jìn)汽完成時(shí)間，而這主要受汽機(jī)升負(fù)荷率影響。提高汽機(jī)的升負(fù)荷率能有效地縮短聯(lián)合循環(huán)機(jī)組到達(dá)額定負(fù)荷的時(shí)間，能夠及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)峰需求，減少NOx排放，節(jié)約能源。

某新型設(shè)計(jì)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)配套汽機(jī)初始設(shè)定機(jī)組冷態(tài)升負(fù)荷率為1.3 MW/min，溫態(tài)為2 MW/min，熱態(tài)為 2 MW/min。通過優(yōu)化提升汽機(jī)升負(fù)荷率后，機(jī)組到達(dá)滿負(fù)荷的時(shí)間冷態(tài)縮短了37 min，溫態(tài)縮短了25 min，熱態(tài)縮短了30 min。本文在現(xiàn)場(chǎng)收集冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負(fù)率提升后運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析提高升負(fù)荷率后對(duì)機(jī)組熱應(yīng)力影響及汽機(jī)控制參數(shù)的相應(yīng)變化，探究實(shí)施變溫態(tài)啟動(dòng)的可行性。

1 冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負(fù)荷率提升對(duì)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力影響

機(jī)組冷態(tài)升負(fù)荷率由1.3 MW/min提升至1.8 MW/min，溫態(tài)升負(fù)荷率由2 MW/min提升至3 MW/min，熱態(tài)升負(fù)荷率由由2 MW/min提升至4.5 MW/min后轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力明顯增加。溫態(tài)升負(fù)荷率提升后熱應(yīng)力比較如圖1所示。

圖1 溫態(tài)升負(fù)荷率提升后熱應(yīng)力比較

2 冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負(fù)荷率提升對(duì)調(diào)閥開啟速率影響

冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負(fù)荷率提升后，鍋爐的升溫、升壓速率提高，機(jī)組從汽機(jī)進(jìn)汽開始至進(jìn)汽完成的時(shí)間將變短。而汽機(jī)調(diào)閥的開啟是按照固定的速率開啟，由于時(shí)間縮短，調(diào)閥開啟速率將變大。但增加調(diào)閥開啟速率需考慮汽機(jī)高壓缸排汽溫度和鍋爐升溫、升壓速率的影響。通過大量試驗(yàn)后確定的最佳開啟速率如表1所示。

表1 升負(fù)荷率提升后調(diào)閥開啟速率對(duì)比

流量/（%/min）負(fù)荷率提升前/（MW/min）負(fù)荷率提升后/（MW/min） HPCV冷態(tài)速率10.230.35 速率21.11.4 溫態(tài)速率10.61 速率21.22 熱態(tài)速率111.7 速率23.56.8 LPCV冷態(tài)速率10.30.8 速率20.30.8 溫態(tài)速率10.91.6 速率20.91.6 熱態(tài)速率11.23 速率21.23

其中，開啟速率1是指閥門開度從0開至10%（熱態(tài)和溫態(tài)20%）時(shí)開始轉(zhuǎn)換前速率，開啟速率2是指閥門開度從10%開至100%時(shí)快速開啟速率。

3 變溫態(tài)汽機(jī)啟動(dòng)探究

機(jī)組高壓缸下半第1級(jí)金屬溫度小于230 ℃為冷態(tài)啟動(dòng)，大于230 ℃而小于400 ℃為溫態(tài)啟動(dòng)，大于400 ℃為熱態(tài)啟動(dòng)。而機(jī)組周末停機(jī)后再次啟動(dòng)一般為溫態(tài)啟動(dòng)，缸溫也較高。實(shí)施變溫態(tài)啟動(dòng)能縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，但又不會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成影響。

3.1 變溫態(tài)啟動(dòng)曖機(jī)負(fù)荷的確定

機(jī)組曖機(jī)負(fù)荷冷態(tài)為50 MW、溫態(tài)為72 MW、熱態(tài)為120 MW。而變溫態(tài)主要是指溫態(tài)到熱態(tài)這段區(qū)間，其暖機(jī)負(fù)荷是根據(jù)高壓缸下半第1級(jí)金屬溫度確定，其確定函數(shù)由溫態(tài)（230 ℃，72 MW）、熱態(tài)（400 ℃，120 MW）兩點(diǎn)確定的分段直線函數(shù)。例如當(dāng)高壓缸下半第1級(jí)金屬溫度為350 ℃時(shí)，根據(jù)函數(shù)計(jì)算出曖機(jī)負(fù)荷為105.88 MW。

3.2 變溫態(tài)升負(fù)荷速率確定

機(jī)組冷態(tài)升負(fù)荷率為1.8 MW/min，溫態(tài)為3 MW/min，熱態(tài)為4.5 MW/min。變溫態(tài)升負(fù)荷率根據(jù)高壓缸入口溫度確定，其確定函數(shù)由溫態(tài)升負(fù)荷率（230 ℃，3 MW/min）、熱態(tài)升負(fù)荷率（400 ℃，4.5 MW/min）兩點(diǎn)確定的直線分段函數(shù)。例如當(dāng)高壓缸下半第1級(jí)金屬溫度為350 ℃時(shí)，根據(jù)函數(shù)計(jì)算出其升負(fù)荷率為4.06 MW/min。變溫態(tài)暖機(jī)負(fù)荷和升負(fù)荷速率關(guān)系如圖2所示。

4 結(jié)論

根據(jù)提升冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)升負(fù)荷率后機(jī)組熱應(yīng)力增加，但通過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)調(diào)整調(diào)閥開啟速率，轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力控制在可接受范圍內(nèi)，機(jī)組脹差、軸振、瓦溫等其他運(yùn)行參數(shù)正常。所以提高升負(fù)荷率后大大縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，能快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需求，同時(shí)也節(jié)約了能源。升負(fù)荷率提升情況如表2所示。

變溫態(tài)啟動(dòng)能大大縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，尤其對(duì)于日啟停調(diào)峰機(jī)組。目前已在部分機(jī)組上成功應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來將會(huì)在單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組上大力推廣，應(yīng)用前景廣闊。

圖2 變溫態(tài)暖機(jī)負(fù)荷和升負(fù)荷速率關(guān)系

表2 升負(fù)荷提升情況匯總

提升前負(fù)荷率/（MW/min）提升前進(jìn)汽完成時(shí)間/min提升后負(fù)荷率/（MW/min）提升后進(jìn)汽完成時(shí)間/min優(yōu)化后縮短時(shí)間/min 冷態(tài)1.3134.61.897.237.4 溫態(tài)2.076.53.051.025.5 熱態(tài)2.052.54.523.329.2

［1］江寧，曹祖慶.溫態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)中的最佳溫度匹配方式探討［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999，19（9）：57-61.

［2］王坤.大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命問題研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2004.

TK229.929

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.029

2095－6835（2019）19－0074－02

〔編輯：王霞〕