大型联合循环电厂温态启动模式优化探索

宋飞翔

（中海福建燃气发电有限公司，福建 莆田 351156）

燃气-蒸汽联合循环机组具有启动速度快、热效率高、环境污染小等突出优点，近几年在我国得到了快速发展。特别是在珠三角、长三角、京津等经济发达地区。但大部分燃气-蒸汽联合循环机组用于调峰运行，极少数带基本负荷运行，其中调峰机组一般采用两班制运行方式，启停频繁。中海福建燃气发电有限公司一期建设有四台M701F单轴燃气-蒸汽联合循环机组，于2010年7月全部建成投产。

1 M701F单轴联合循环启动模式

M701F燃气-蒸汽联合循环机组的启动模式根据汽轮机高压缸入口金属温度可分为热态、温态和冷态三种状态，三种状态的界定：

（1） 热态：汽轮机高压缸入口金属温度≥400 ℃；

（2） 温态：230 ℃＜汽轮机高压缸入口金属温度＜400 ℃；

（3） 冷态：汽轮机高压缸入口金属温度≤230 ℃。

机组启动时，根据高压缸入口金属温度自动选择启动模式，并网后燃机以16.7 MW/min的升负荷速率升至暖机负荷，冷态/温态/热态的暖机负荷分别为52 MW/78 MW/120 MW，达到暖机负荷后，保持负荷不变，直至汽轮机进汽条件满足，汽机开始进汽，继续升负荷，冷态/温态/热态升负荷速率分别为1.5 MW/2.5 MW/4 MW。冷态/温态/热态启动耗时分别为 ：210 min/140 min/80 min。

2 温态启动的不足之处

M701F机组温态模式定义为汽轮机高压缸入口温度介于230～400 ℃之间。由于燃气轮机电厂在系统中两班制的运行方式，且受上游气源、天气、电网、节假日等影响，机组不会每天启停，常会停机备用几天；M701F燃机离线水洗要求透平缸温小于95 ℃，因此需停机自然冷却两天方可满足，此时缸温基本处于390～350 ℃的范围。按三菱要求每月需水洗一次。单台机组全年温态启动约20次。

汽轮机高压缸入口金属温度在230～400 ℃之间时，通过逻辑自动判断选择温态启动，因此缸温不管是在高点还是低点，汽机均以同样的暖机负荷、升负荷速率，不合理。而且此温度范围较宽，特别机组缸温接近热态边界点时，这时的缸温与热态相差很小。但是按照温态模式，暖机负荷和升负荷率较热态模式低较多，且汽机是负温差进汽，因此在汽机进汽初期对汽机是一种冷却，对汽机本身来说不利，且启动时间长，经济性也差。

温态启动模式，暖机负荷均为78 MW，在缸温较高接近热态时的温态启动时，其排烟温度430 ℃左右，热态启动暖机负荷120 MW时排烟温度480 ℃，而此时的余热锅炉因停机后的保温保压还保持一定的压力和温度。因此低负荷时对余热锅炉是鼓风冷却过程。

3 温态启动优化

3.1 简单优化

之前有同类型电厂在温态启动模式上进行过优化，增设“热温态”启动模式，即将温态再划分为两个模式，350～400 ℃为热温态，230～350 ℃为温态，设计的热温态暖机负荷100 MW，汽轮机启动期间升负荷率 3 MW/min。这样细分启动状态，可提高热温态的暖机负荷和汽轮机进汽后的升负荷率，缩短汽轮机进汽前的暖机等待时间和汽轮机进汽后的升负荷时间，提高启动的经济性。

3.2 深度优化

增加热温态模式，从一定程度上优化了温态启机曲线、缩短启动时间、提高经济性，但温度一旦低于热温态下限，就不能实现。

经分析认为，将温态模式的温度范围线性分割，在不同的缸温下采用不同的暖机负荷和升负荷速率，会更合理。并与三菱技术人员沟通，此方案得以通过并成功实施，具体优化如下：

将原温态启机曲线改为根据汽机高压缸进口温度的不同而变化的曲线，该变化的曲线介于原温态模式和热态模式之间。燃机的暖机负荷由恒定的78 MW改为根据高压缸入口金属温度在78～120 MW之间线性变动。机组的升负荷速率也随着高压缸入口温度的变化在2.5～4.0 MW/min之间线性变化，如图1所示。

图1 温态启动曲线优化前后对比图

3.3 经济性

首先提高暖机负荷可以提高锅炉侧的蒸汽品质，缩短进汽等待时间，减少暖机时段的燃气轮机单循环运行时间，提高经济性；其次也增加了启动过程中的汽轮机启动速度，减少了启动时间，提高经济性和减少排放。按照估算热温态启动时间比以前温态启动时间缩短近 20 min，同时也间接地提高了负荷率，启动过程在总的运行时间中的占比例变少，利于提高机组的负荷率。

根据一次缸温330 ℃的温态启动，从发启动令到负荷200 MW启动完成，耗天然气约2.81 万m3，发电量约9.25 万kWh，发电气耗率平均0.303 8 m3/kWh。而按原温态启动模式耗天然气约4.41 万m3，发电量约13.9 万kWh，发电气耗率平均0.317 3 m3/kWh。时间上，从并网到启动完成耗时43 min，按原温态曲线需65 min，节约22 min。

4 结语

随着对机组启动工况认识的深入，发现机组对温态模式的区分太宽泛、笼统，有时甚至对机组启动产生不利影响。通过逻辑条件的修改，使得机组启动过程更加吻合实际缸温情况，细化了机组启动过程。优化后不仅对汽轮机有利，对燃气轮机和锅炉等也都没有影响，同时提高机组温态启动的经济性，缩短启动时间提高了负荷率，还能减少启动过程中氮氧化物的排放，带来环保效益。对两班制运行、周末停机、温态启动较多的同类型电厂适用。