刘兵
中电（四会）热电有限责任公司 广东省肇庆市四会市 526299
摘要：主要分析了燃气-蒸汽联合循环机组的设备组成和特点，存在的问题及热启动时间过长的主要原因，提出了缩短高压主蒸汽管道加热时间、运行和技术改造的措施，从而缩短热态启动时间，降低机组热态启动成本，满足电网快速调峰的需要。
关键词：燃气—蒸汽联合循环机组；热态启动时间；方法与策略
1燃气—蒸汽联合循环机组的设备组成及特点
目前应用最广泛的联合循环是以天然气和液体燃料为燃料的余热锅炉式燃气-蒸汽联合循环。有些机组是非补燃型，有些机组是补燃型。所谓无补燃联合循环机组，是在燃机后安装一台余热锅炉，利用燃机的余热对锅炉进行加热，炉内给水和凝结水产生高温高压蒸汽，将被送到汽轮机进行膨胀和工作。显然，这将产生更多的机械功，这将不可避免地提高化学能与燃料机械功的转换效率，提高机组的整体效率。
2燃气—蒸汽联合循环机组目前运行存在的问题及原因分析
2.1大气环境温度对机组负荷的影响和限制
随着环境温度的升高，燃气轮机的效率将大大降低，机组的最大负荷将被限制在一个较低的值，这将严重影响电网的调峰和生产效率。对于燃气轮机来说，压气机消耗的功率占燃气轮机输出功率的三分之一以上，这直接影响到燃气轮机的效率。随着SAVAGE-NT温度的升高，压气机进口温度升高，在相同工况下，压气机的功耗和输出功率都会增加。S型燃气轮机输出下降，导致燃气轮机效率下降。
2.2天然气热值低或品质不好
在装置运行过程中，如果天然气热值低或质量差，也会影响装置的效率。在空燃比一定的情况下，天然气低热值会导致燃机燃烧室出口温度下降，燃气轮机的工作效率降低，而汽轮机出口排汽温度低也会导致进入汽轮机工作的蒸汽参数降低，降低联合循环效率，降低电厂效益。
2.3燃气轮机进气系统入口滤网差压大
在我国北方地区，由于部分地区空气质量差、沙尘天气等原因，燃气轮机进气系统进气滤网常出现压差大、进气量降低等现象，影响了燃气轮机压气机的正常运行，降低了压气机的压缩比，降低了机组效率。
2.4大气湿度对燃气轮机效率的影响
对于燃气轮机来说，环境湿度对机组的效率有一定的影响。大气湿度影响进入压气机的空气质量流量，从而影响压气机的工作效率，间接降低压气机的压缩比，从而降低燃气轮机的整体效率。
3联合循环机组热态启动情况
自2018年6月电厂投入商业运行以来，为应对电网快速调峰的需求，首套机组实行启停两班制。在对同类型F级机组的调研中发现，其他电厂从热态启动到AGC运行的基本耗时控制在1.5-2小时内，而该厂以往热态启动时间在2小时以上，最长时间在3小时以上，联合循环机组的热态启动可以分为三个阶段：A.燃机启动吹扫并网；B.汽轮机暖机阶段；C.汽轮机升负荷阶段。热态启动的具体过程：燃机启动吹气10min，转速降至210rpm后点火。当转速升至2100rpm自持转速时，自动退出SFC装置，继续升速至3000rpm，并网带80MW。燃机带负荷启动时，打开炉侧疏水阀，提高锅炉温度和压力。当锅炉侧蒸汽压力大于0.3MPa或疏水开启时，开启汽侧疏水阀和暖机旁路阀，使机侧温升、升压。在满足汽轮机热态启动和冲转参数后，当总负荷大于270MW时，燃机投入AGC后，汽轮机发出启动指令，转为3000rpm并网。
4影响机组热态启动速度的原因
4.1热态启动三个阶段耗时分析
在整个热态启动过程中，第一阶段燃机启动到并网完全由TCS控制，需要24天的时间保持不变；第二阶段，高压主汽阀前温度高于高压缸金属最高温度，原因是高压主汽停炉后温度下降较快，第三次启动过程中高压主汽阀温度上升，由于中压轴平均温度上升缓慢，中压转子的裕度受到限制，从而限制了燃气轮机的负荷增长。因此，缩短热态启动时间的关键是保证启动前高压主汽温度处于较高的温度，提高高压主汽温升率是缩短热态启动时间的关键。
4.2某次热态启动具体过程
9月26日22:00～27日07:00，高压主汽阀前温压下降率远高于中压主汽阀前。高压主汽阀前温度、压力急剧下降的主要原因是高压旁路阀和高压主蒸汽疏水阀1、2内漏，高压汽包内的水汽流向阀前汽轮机高压主汽，高压主汽阀前温度急剧下降，是加热时间增加的原因之一。2019年9月27日07:04，燃机启动指令下达，吹扫10min，大量空气吹扫会降低锅炉侧换热面和高压主蒸汽温度。07:28燃机发电机初并网10MW，排烟温度312℃；07:35高压主疏水阀2开启，暖管旁路阀07:41热面尚未完全吸热，炉侧高压主蒸汽温度只有33l℃。因此，开启高压主蒸汽疏水阀2和加热管旁路阀后，07:49高压主汽阀前温度由412℃降至378℃，如图1所示。07:40燃机负荷升至80MW，07:55排烟温度稳定在530℃，高压主汽阀前温度升至原来的421℃。此时，锅炉侧高压主蒸汽温度升至502℃。8:38汽机满足进汽条件，转3000rpm并网。09:06机组总负荷大于270MW，投入AGC控制。
机组启动前，高压缸金属最高温度为468℃，机组冲转条件必须满足高压主汽阀前温度高于高压缸最高金属温度50℃的要求，即：，高压主汽阀前温度必须高于518℃。高压主汽阀前温度在高压主汽疏水2和暖管旁路阀开启后经历了先下降后快速上升的过程。打开排水阀2和暖管旁通阀后14min内（07:35-07:49），温度下降了34℃，12min（07:49-08:01）温度又回到下降前的412℃，比正常升温速度慢了10min，升温时间延长。
5缩短暖管时间操作方法和策略
1）前一晚机组停运后，关闭高压主蒸汽疏水器1、高压主蒸汽疏水器2和暖机旁路门前的手动阀，以减少高压主蒸汽的内漏，降低高压主蒸汽的温降率和压降率；2）当燃机达到低负荷级（小于40MW），由于排烟温度低，为了防止锅炉侧低温蒸汽从高压主汽阀前的高温管道引起冷却。保持高压主疏水阀2和加热管旁路阀关闭，同时保持高压主疏水阀1和锅炉侧疏水阀开启：3）在燃机启动过程中，手动打开10%的高压旁路阀进行暖管，当燃机负荷升至60MW时，当高压主汽温度略高于高压主汽阀前温度时，逐渐打开高压旁路阀，冬季环境温度低（14℃），手动开启高压主疏水阀2并进行暖机，当燃机负荷为80mw时，排气温度仅为530℃，比夏季555℃（环境温度28℃）低25℃。热态启动时要求高压主汽阀前温度高于518℃，暖管后期升温速度慢，延长了暖机时间。因此，在冬季暖机阶段，燃机负荷将增加到90-100MW，废气温度约为550℃，这将有助于提高后期的加热速度，缩短暖机时间约5min。
6结论
通过上述运行调整，使汽轮机热态暖机过程由70min缩短到55min，热态启动缩短15min，联合循环机组在80MW加热时，平均耗气量为0.3915m3/kW·h，发电量为Q=80MW×0.25h=20000kW·h、天然气消耗量V=2万kW·h×0.395lm3/kW·h=7902m3。燃气-蒸汽联合循环机组对我国电力的发展具有重大影响。它不仅提高了电厂的热效率，而且减轻了我国的环境污染。它是一种节能、清洁的生产技术，更符合当前的经济效益和社会效益。提高燃气-蒸汽联合循环机组效率，降低能耗，提高机组整体效率，促进我国燃气-蒸汽联合循环机组的发展，更好地为社会服务。
参考文献：
[1]卢广法，沈建明，朱国雷．西门子级燃气一蒸汽联合循环发电机组培训教材[M]．杭州：浙江大学出版社。2014：264—265．