朱涛
中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院，安徽合肥 230001
摘 要：以某燃机电厂联合循环机组热态启动过程为依据，对启动过程进行分析，找出影响启动时间关键因素为热态启动过程中轴封系统暖管时间较长，通过无压疏水改造、增加轴封系统电加热器等措施，使启动时间缩短约1小时，并对增加轴封电加热器进行了经济性分析，对同类型机组具有借鉴意义。
关键词：联合循环；启动时间；轴封电加热器
0 引言
燃气—蒸汽联合循环发电技术作为世界上较先进的发电技术之一，具有经济环保、启停迅速、升降负荷快、调峰能力强等优点[1]。目前燃气—蒸汽联合循环机组多做为调峰机组运行，早启晚停较为普遍，如何加快机组温、热态启动进程、缩短启动时间、减少启停成本则是燃机电厂的一项重要的节能研究项目。
1 概述
某燃机电厂为分轴布置，燃机为安萨尔多AE94.3型，汽轮机为上海电气生产的三压、再热、反动式、轴向排汽、抽汽凝汽式汽轮机，型号为LZC139.5。在某次热态启动过程中，从启动炉点火至汽轮机开始冲转一共用时约3小时，启动时间较长。
2 原因分析
由于汽机热态启动过程中高压转子温较高，轴封供汽温度必须达到与之匹配的温度后才能向轴封供汽。
汽轮机热态启动过程中轴封暖管时间较长，严重制约了联合循环机组快速启动的特点。目前联合循环机组一般采取以下措施：
（1）牺牲联合循环的快速启动特点，待轴封供汽温度与高压转子温度匹配后再投入轴封。该措施安全可靠，但是启动时间较长。
（2）牺牲汽轮机的启停次数寿命，降低轴封供汽的温度。该措施虽然可达到快速启动的目的，但是长期以低于高压转子温度过多的情况下投运轴封，缩短汽轮机使用寿命，长时间运行造成设备损坏。
制约启动时间主要有两点原因：（1）汽轮机对机组热态、极热态启动要求轴封供汽温度在280℃-320℃，轴封供汽温度要求较高[2]。（2）启动炉出口至轴封供汽管道距离较远，暖管时间长。
3 采取措施
3.1 无压疏水改造
将轴封供汽站前无压疏水管DN20改为DN50，增加疏水管直径增大暖管期间蒸汽通流量，以此缩短暖管时间。
单独改造疏水后启动时间缩短约15分钟，但由于暖管期间疏水量大，无压疏水管蒸汽返流，造成主厂房内出现大量蒸汽。
3.2 增加轴封电加热器
为达到快速启动特点，在轴封系统中增加轴封电加热器，轴封系统改造简图如图1所示。
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4 增加轴封电加热器必要性分析
4.1 缩短暖管时间，减少工质浪费
机组停机时间小于10小时属于热态启动。机组热态情况启动，启动锅炉大约运行3小时，其中用于供轴封管暖管2小时，燃机冷拖至并网带负荷0.5小时，低温再热蒸汽供轴封管路暖管0.5小时。在机组热态启动的情况下，启动锅炉大部分运行时间用于轴封管路暖管，影响机组启动进程，也造成大量热量与工质浪费。设置电加热器可以缩短暖管时间，减少工质的浪费。
4.2 稳定辅汽温度
在启动过程中，启动炉除了给轴封供汽外，还需要给余热锅炉除氧器供蒸汽（用量约2t/h~10t/h）。启动锅炉来的辅助蒸汽在设计流量下能满足各个启动工况下的轴封供汽的要求。但是，当余热锅炉除氧器需要的蒸汽量较小时，辅助蒸汽的总量会大大减少，辅汽蒸汽在经过管道的沿程损失后，温降很大，到轴封供汽阀门组之前的温度达不到机组热态、极热态启动轴封供汽要求。在同类型机组启动过程中曾出现辅汽的供汽量仅为设计量的一半，小流量导致温降达到50℃的情况。设置电加热器就可以在辅汽温降下降很多的时候再次加热辅汽，稳定辅汽的温度。
4.3 提高机组安全运行可靠性
单机运行时轴封备用汽源为辅汽母管供给，当出现事故停机时，由于正常运行期间轴封系统为自密封，不需要外界供汽，导致辅汽母管至轴封供汽门前蒸汽不流通，温度较低，停机后会出现部分冷汽进入汽缸的情况。设置电加热器就可以保证轴封供汽温度始终满足要求，保证汽机的安全运行。
4.4 减少辅汽无压疏水的时间
辅汽管道的疏水分为有压疏水和无压疏水，在凝汽器真空没有建立之前通过无压疏水，真空建立之后使用有压疏水。在热态启机过程中，轴封系统暖管通过无压疏水，要提高暖管速度就需要开大无压疏水门，开大无压疏水门后无压疏水母管会有大量水蒸气返至厂房内。设置电加热器加快机组的启动速度，辅汽无压疏水的时间也就相应缩短。
5 轴封电加热器应用情况
在增加轴封电加热器前，每次温热态启机都需要先运行启动锅炉，将汽机轴封电动阀前的蒸汽加热至280℃以上方可投运轴封；燃机并网后，从高旁来的低温再热蒸汽升温升压，也需要将低温再热蒸汽的管路暖透，方可将汽机轴封供汽由启动锅炉切至低温再热蒸汽，否则切换过程中将会导致轴封供汽温度剧烈下降。
增加轴封电加热器之后，每次温热态启机时只需确保启动锅炉供轴封管路沿途疏水已疏尽，启动锅炉产汽量能够维持汽机轴封，即可通过轴封电加热器将其出口蒸汽加热至280℃以上然后投轴封，而无需再等待长时间的疏水暖管。当燃机点火之后，只要低温再热蒸汽流量满足汽机轴封用量，低温再热蒸汽供轴封母管管路沿途疏水已疏尽，即可通过轴封电加热器的运行来确保轴封汽源切换过程中轴封供汽温度稳定。
增加轴封电加热器后，温热态启机时启动锅炉运行时间减至1.5小时，其中供轴封管路暖管0.7小时，燃机冷拖至并网带负荷0.5小时，低温再热蒸汽供轴封管路暖管0.3小时。
通过比较发现，机组在增加轴封电加热器后，整个机组启动进程加快1小时，效果十分明显。
6 改造轴封电加热器经济性分析
增加电加热器后，启动炉点火到轴封供汽温度满足要求，可以缩短1小时左右。启动炉的天然气耗量约为923Nm3/h，即每次机组启动可节省启动炉天然气耗气量923Nm3，折合人民币约2160元（燃气价格暂按2.34元/ Nm3）。按每台调峰机组年利用小时数3000小时，两班制运行每日利用小时数约10小时，每台机约需启动300次。第一台机组使用启动炉供汽启动，第二台机组可以借用第一台机组的低温再热蒸汽满足开机条件。即按照启动锅炉每年启动300次，每次节省1小时的使用时间，全年可节省燃料费用约64.8万元。
轴封电加热器的用电功率是330KW，启动锅炉的辅助设备总的用电功率是198KW。每年增加的运行费用约2.83万元。也就是说，增加电热器可为两台机组每年节省费用59.14万元。
加装电加热装置约70万元左右，机组运行一年多即可收回相应投资。
7 结论
通过对轴封系统改造，增加轴封电加热器，满足了机组热态启动对轴封温度的需要，确保了机组安全运行。实践表明轴封电加热器的投运对加快特殊工况下机组的启动具有显著效果，提高了事故情况下机组的安全稳定性。在联合循环机组中增加轴封电加热器，系统结构简单，操作方便，节能效果显著，对同类型机组具有重要的参考意义。
参考文献：
[1] 曹智强, 陈晓辉, 林士涛, 轴封蒸汽加热器在国产联合循环汽机辅助系统配置中的作用[J]. 热力透平, 2003.32(4).
[2] 上海汽轮机厂说明书[Z]. 79.E880-01.
作者简介：
朱涛（1990－），男，工程师，主要从事火力发电厂汽轮机组调试、主辅机故障分析及性能试验。