摘要：聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，存在主汽升溫慢且容易超壓的問(wèn)題，影響機(jī)組調(diào)峰性能。本文通過(guò)供熱管路優(yōu)化，在機(jī)組啟動(dòng)階段對(duì)外供熱，加快主汽升溫速度。通過(guò)壓力控制優(yōu)化，并增加供熱流量限制和超壓保護(hù)功能，確保熱網(wǎng)流量和鍋爐壓力穩(wěn)定。優(yōu)化改造后，機(jī)組提早投入溫度匹配，調(diào)峰性能提高，并減少了蒸汽工質(zhì)浪費(fèi)，取得了較好經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：調(diào)峰運(yùn)行;熱態(tài)啟動(dòng);供熱管路優(yōu)化

目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度要求日趨嚴(yán)峻。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組憑借啟動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，更加頻繁地參與到電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行中，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

但是，受天然氣供應(yīng)限制，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組一般采用“兩班制”方式運(yùn)行。機(jī)組經(jīng)夜間停機(jī)冷卻，余熱鍋爐汽水參數(shù)過(guò)低，無(wú)法滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)溫度匹配要求。而蒸汽較長(zhǎng)的升溫過(guò)程，導(dǎo)致機(jī)組整體啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，調(diào)峰性能差。為提高聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的響應(yīng)能力，研究機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)快速提升蒸汽參數(shù)的方法，并對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化存在必要性。

1 存在問(wèn)題

采用“兩班制”方式運(yùn)行的機(jī)組，在熱態(tài)啟動(dòng)前，汽輪機(jī)壁溫往往較高。為避免高溫汽輪機(jī)受冷后產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)前，一般需控制高壓主蒸汽溫度高于高壓內(nèi)缸內(nèi)壁金屬溫度50℃-100℃的正溫差[2]。而本文研究機(jī)組經(jīng)夜間6-9小時(shí)的停機(jī)冷卻后，高壓主汽溫度與汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)壁金屬溫度差最大會(huì)達(dá)到200℃，過(guò)大的溫差無(wú)法滿足汽輪機(jī)溫度匹配要求。

機(jī)組啟動(dòng)階段，受汽水物理動(dòng)態(tài)特性影響，蒸汽參數(shù)提升需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。在煙氣與汽水熱交換過(guò)程中，汽水溫度和焓的變化速度明顯低于壓力和流量的變化速度[3]。所以，在達(dá)到溫度匹配要求前，余熱鍋爐極易產(chǎn)生超壓風(fēng)險(xiǎn)。

而研究機(jī)組缺少對(duì)蒸汽壓力的調(diào)節(jié)手段。燃?xì)廨啓C(jī)的最低排氣溫度限制、未配置旁路煙囪和較小的向空排汽管路等因素導(dǎo)致蒸汽壓力無(wú)法良好控制。

為保證蒸汽的快速升溫及控壓要求，目前只能通過(guò)新蒸汽對(duì)空排汽，并減溫減壓至凝汽器的方式解決。這種升溫控壓方式，壓力調(diào)節(jié)效果差，升溫速度慢，而且會(huì)造成蒸汽工質(zhì)的嚴(yán)重浪費(fèi)。

2 方案選擇

本文研究機(jī)組為聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組，配置“一拖一、多軸”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。同時(shí)，機(jī)組對(duì)外實(shí)現(xiàn)高壓、中壓和低壓三種不同方式供熱。

根據(jù)機(jī)組配置、供熱蒸汽參數(shù)和機(jī)組啟動(dòng)蒸汽參數(shù)的比對(duì)研究，制定了一套利用供熱管路優(yōu)化提升機(jī)組啟動(dòng)速度的方案。在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)余熱鍋爐蒸汽參數(shù)達(dá)到低壓供熱要求時(shí)，就開(kāi)始對(duì)外供熱，以此加快蒸汽升溫速度，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)熱網(wǎng)回收機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中蒸汽工質(zhì)，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3 優(yōu)化改造

為較好利用供熱管路實(shí)現(xiàn)蒸汽快速升溫的目的，本文通過(guò)以下2點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化控制：

1、利用供熱管路提升蒸汽升溫速度;

2、蒸汽升壓速度和供熱流量的合理控制。

3.1 利用供熱管路提升蒸汽升溫速度

為實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)階段對(duì)外進(jìn)行低壓供熱要求，對(duì)廠內(nèi)供熱管網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在高壓供熱管路與供壓供熱管路之間增裝一套高壓轉(zhuǎn)低壓系統(tǒng)，見(jiàn)圖3.1。在機(jī)組啟動(dòng)階段，鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽只要滿足低壓供熱蒸汽參數(shù)要求，即通過(guò)高壓供熱管路，經(jīng)高壓轉(zhuǎn)低壓系統(tǒng)，對(duì)外實(shí)現(xiàn)低壓供熱。

相較于以往的疏水升溫方式，優(yōu)化后的高壓主汽利用供熱管網(wǎng)加快對(duì)外流速，從300℃升溫至500℃，時(shí)間由24.8分鐘縮短至12.8分鐘，效果明顯，見(jiàn)圖3.2。隨后，汽輪機(jī)可盡快實(shí)現(xiàn)溫度匹配要求，加快機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電速度。

3.2 蒸汽升壓速度和供熱流量的合理控制

在機(jī)組啟動(dòng)階段，為避免蒸汽快速升壓導(dǎo)致余熱鍋爐超壓，需要對(duì)余熱鍋爐的背壓進(jìn)行有效控制。雖然，優(yōu)化后可以利用供熱管路實(shí)現(xiàn)蒸汽的泄壓，控制蒸汽壓力。但是，仍需兼顧熱網(wǎng)壓力和流量的要求，避免供熱流量突變的問(wèn)題發(fā)生。

所以，結(jié)合高壓轉(zhuǎn)低壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套“兩級(jí)調(diào)壓”控制邏輯，既可實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐的背壓控制要求，又保證供熱壓力穩(wěn)定。所謂“兩級(jí)調(diào)壓”控制邏輯，就是利用高壓主汽供熱管道調(diào)壓閥控制閥后壓力，間接控制鍋爐背壓。同時(shí)，利用新增的高壓至低壓供熱壓力調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入供熱管路的壓力，實(shí)現(xiàn)供熱壓力的穩(wěn)定控制。

同時(shí)，增加低壓供熱限流量控制保護(hù)邏輯，保證供熱穩(wěn)定和機(jī)組運(yùn)行安全[4]。利用高壓主汽供熱管道調(diào)壓閥參與低壓供熱限流量控制，通過(guò)手動(dòng)設(shè)置流量限制值和閥后壓力限制值，調(diào)節(jié)對(duì)象經(jīng)PID運(yùn)算和小值比較后，可計(jì)算得到高壓主汽供熱管道調(diào)壓閥最大開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)最大供熱流量保護(hù)，防止流量突變，邏輯見(jiàn)圖3.3。

為了防止啟動(dòng)后期限流量后鍋爐超壓，增加余熱鍋爐超壓保護(hù)邏輯。當(dāng)鍋爐高壓汽包壓力高于9.5MPa時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)撤出限流量控制，增加了一種保護(hù)手段，保證系統(tǒng)安全性。

經(jīng)過(guò)“兩級(jí)調(diào)壓”控制優(yōu)化、低壓供熱限流量控制保護(hù)和鍋爐超壓保護(hù)，機(jī)組啟動(dòng)階段的供熱流量突變問(wèn)題得到較好解決，熱網(wǎng)穩(wěn)定性得到提高，限流量控制優(yōu)化前后效果見(jiàn)圖3.4。

4 效果檢查

通過(guò)供熱管路改造及控制邏輯優(yōu)化，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的蒸汽升溫速度慢且容易超壓的問(wèn)題得到了較好解決，機(jī)組整體啟動(dòng)速度加快，電網(wǎng)調(diào)峰能力得到提升。

期間，熱網(wǎng)較好地接收了以往浪費(fèi)的汽水工質(zhì)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。每次啟動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)外低壓供熱約45噸左右。按低壓供熱價(jià)格200元/噸，除鹽水價(jià)格10元/噸，損失系數(shù)1.05計(jì)算，每次啟動(dòng)增加供熱收益達(dá)8527.5元。

5 結(jié)論

在聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)供熱管路優(yōu)化控制，取得較好的成果，總結(jié)如下：

1、機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，余熱鍋爐內(nèi)高溫?zé)煔馀c汽水熱交換劇烈。由于汽水熱交換的物理動(dòng)態(tài)特性差異較大，導(dǎo)致升壓較快，升溫較慢。如控制不當(dāng)，存在余熱鍋爐主汽超壓風(fēng)險(xiǎn)。

2、國(guó)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組存在設(shè)計(jì)缺陷。在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，可利用供熱管網(wǎng)特點(diǎn)，將高壓主汽轉(zhuǎn)成低壓供熱蒸汽，加快蒸汽升溫速度，并可防止超壓。

3、優(yōu)化余熱鍋爐升壓控制，通過(guò)“兩級(jí)調(diào)壓”可保證供熱管路壓力穩(wěn)定，并間接實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐背壓控制。利用限流控制保護(hù)，保障熱網(wǎng)流量穩(wěn)定。

4、通過(guò)余熱鍋爐供熱管路優(yōu)化改造，使主汽升溫時(shí)間縮短約12分鐘，提高機(jī)組啟動(dòng)速度。并通過(guò)熱網(wǎng)回收蒸汽工質(zhì)，每次啟動(dòng)可創(chuàng)造收益8527.5元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 田甜.燃?xì)怆娬驹陔娋W(wǎng)調(diào)峰中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究[D].華北電力大學(xué)，2015：5.

作者簡(jiǎn)介：胡軍，工程師，從事電廠熱控專(zhuān)業(yè)管理工作，浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，

浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，寧波?315200