燃气-蒸汽联合循环机组冷态启动优化

郑彦豪

摘 要：通过分析某西门子V94.3A型燃气-蒸汽联合循环机组冷态启动过程，运用质量控制（Quality Control，QC）的方法查找出导致冷态启动时间长的原因，并制定并实施了有效对策。通过采取优化余热锅炉停炉保养、缩短汽水取样表计投入时间以及规范化学操作等措施，达到了缩短联合循环机组的冷态启动时间和降低启动发电成本的目的，提高了机组冷态启动的经济性。

关键词：联合循环机组;冷态启动;暖机时间

中图分类号：TM611.31文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0040-03

Optimization of Cold Start of Gas-Steam Combined Cycle

ZHENG Yanhao

（State Power Investment Group Zhengzhou Gas Power Generation Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： This paper by analyzing the cold start up process of a Siemens V94.3A gas-steam combined cycle unit， the reasons for the long cold start up time are found out by using Quality Control （QC） method， and the effective countermeasures are formulated and implemented. By optimizing the maintenance of waste heat boiler， shortening the input time of soda sampling meter and standardizing chemical operation， the purpose of shortening the cold start-up time and reducing the start-up cost of combined cycle unit is achieved， and the economy of cold start-up unit is improved.

Keywords： combined cycle units;cold start-up;warming-up time

某燃氣电厂采用两套德国西门子公司制造的GUD 1S.V94.3A燃气-蒸汽联合循环机组，单机额定容量为387.3 MW。燃气轮机型号为V94.3A，采用单缸单轴、轴向排气的结构，具有设计合理、运行可靠、寿命长、适合多种燃料以及检修方便等优点[1]。汽轮机型号为H30-25，E-30-25-1×12.5（TCF1），是三压、再热、双缸凝汽式汽轮机，室内安装。锅炉采用由荷兰NEM公司设计、武汉锅炉厂生产的三压（高压作为主蒸汽，中压和汽轮机高压缸排汽作为再热蒸汽，低压作为汽轮机低压缸进汽补汽）、再热、无补燃、自然循环、卧式余热锅炉。

目前，燃气电厂实行两部制电价政策，两台机组在电网中发挥应急调峰作用，存在机组冷态启停频繁、负荷率低以及在网运行时间短等问题[2]。机组冷态启动至联合循环过程，持续时间长且能耗高。为进一步降低发电成本，增加经济效益，提高机组调峰响应能力，结合设备实际和经验积累，发电部某班组开展了以缩短冷态启动过程并网至联合循环时间为课题的质量控制（Quality Control，QC）活动。

1 现状调查

1.1 历史数据调查

确定课题后，小组成员进行了现状调查，统计了上一年度机组冷态启动数据，具体如表1所示。上一年度两台机组共冷态启动8次，并网到联合循环总时间最长达343 min，8次的平均时间为297 min。查看每次启动记录，发现每次并网至联合循环用时差别大往往是由于汽水参数测点显示异常或参数不达标，导致释放蒸汽品质等待时间较长。

联合循环机组冷态启动并网至联合循环，经过了“发电机并网→燃机带负荷至120 MW→锅炉升温升压汽机XZ准则满足→汽水品质合格→释放蒸汽品质→汽轮机中速暖机→汽机冲转→进入联合循环”的过程[3]。根据两台机组的目前情况，发电机并网至XZ准则满足的过程约需要40 min，中速暖机阶段调整凝汽器真空至25 kPa，从释放蒸汽品质到进入联合循环的时间约为217 min。在汽机过程保持全程自动、不改变现有控制逻辑的情况下，这两部分时间相对固定，共为257 min。因此，要缩短并网至联合循环用时，关键在于如何减少等待汽水品质合格的等待时间。

1.2 设定目标

结合部门要求，经过小组成员共同讨论，小组将QC课题目标设定为将等待汽水品质合格的时间降低至10 min，即冷态启动并网到联合循环时间缩短到267 min，比现状缩短30 min。

2 原因分析

通过现状调查，基本找到了问题的症结。小组成员细致分析导致汽水品质合格等待时间长的原因，从人、机、料、法、环5个方面绘制了鱼骨图，共查找出9条末端因素，并逐一进行了确认。

①人员技能水平不够。通过查阅培训和考试记录，值班人员每月按要求完成培训计划，且考试成绩合格，技能水平符合岗位要求，确认为非要因。

②人员责任心不强。经过调查，运行人员遵章守纪，工作积极负责，确认为非要因。

③人员数量不足。班组存在副值班员岗位人员未配齐的情况，尤其中班后夜，集控室巡操员不仅需要值班，还需要负责相关的化学工作。但是，冷态启动过程部门会增加值班员，保证足够的技术力量，确认为非要因。

④鍋炉保养效果不好。目前，两台机组在锅炉长期停运期间，通常采取放水充氮的保养方式。然而，由于省调计划等，锅炉放水充氮时经常已处于冷态、无压状态，可能存在水无法放净的情况，造成锅炉腐蚀，导致下次启动时需要大量时间进行汽水排污，因此该末端因素确认为要因。

⑤测量表计投入时间晚。启机过程中，汽水测量表计需要等待取样冷却架充分排污后再投入，经常存在表计投入时间晚于汽水品质合格的情况，导致工作人员无法及时监测汽水品质变化，增加了等待汽水品质合格的时间，因此该末端因素确认为要因。

⑥汽水取样水样小。锅炉上水操作票中有检查确认取样阀门开启的步骤，每次机组启动前还要核查阀门状态，在锅炉升压后保证足够的取样流量，确认为非要因。

⑦取样架树脂失效。树脂失效会导致表计测量数据偏差较大，启机过程中运行及检修人员实时监视树脂变化，发现失效可及时进行更换，因此确认为非要因。

⑧取样架排污操作流程不规范。针对取样架排污操作，目前没有规范的操作流程，人员通常凭经验操作，导致排污时机及效果差别较大，因此该末端因素确认为要因。

⑨涉及沟通协调的部门和单位多。启动过程需要与电网调度、天然气供气站、环保管理部门、公司设备部以及生技部等沟通。目前，多部门和单位沟通顺畅，未出现因沟通问题影响机组启动的情况，确认为非要因。

3 制定对策

针对确认的3条要因，制定了对策，如表2所示。

4 对策实施

4.1 针对锅炉保养效果不好的对策

根据电网调度计划安排，预计停炉时间，优化锅炉放水、充氮操作方法。

如果预计锅炉长期停运（大于7 d），待汽包压强下降至0.5 MPa、温度为150 ℃时，采用正压放水、热炉烘干的方式放尽炉水，充分利用余热烘干锅炉。

如果因省调计划不确定等导致锅炉汽包压强已降至0 MPa，则采用氮气密封法[4]。只打开放水阀不开放气阀，边充氮边放水，保持系统内氮气较高压强，排尽炉水，同时避免放水时进入空气，不用经过氮气置换空气的过程，节省氮气使用量。

进一步优化机组保养期间参数记录表，增加锅炉高压、中压、低压及凝加系统氧含量数据测量。充氮保养期间，每日白班测量，维持锅炉内氧含量在2%以下。

4.2 针对测量表计投入时间晚的对策

机组启动前，准备启动条件，待凝泵投运后立即对凝结水取样并进行排污。相比以往点火后再排污，该操作可提前约60 min，从而缩短点火后凝结水水质合格的等待时间。

与热工人员保持良好沟通，在达到足够的排污时间且汽水测量表计具备投入条件时，及时投入运行。在兼顾取样表计使用寿命的前提下，减少汽水品质合格的等待时间。

4.3 针对取样架排污操作流程不规范的对策

编制化学操作手册，包括启动前准备、启动过程、正常运行过程以及停机过程等各阶段汽水排污、取样化验、药品投加的操作方法以及水质劣化处理方法[5]，使各项操作标准化。

5 效果检查及巩固措施

通过采取优化锅炉停炉保养、缩短汽水取样表计投入时间以及规范化学操作等措施，2021年4次冷态启动并网到联合循环时间平均为264 min，相比之前缩短了33 min，具体如表3所示。

以暖机负荷110 MW、相同气量下联合循环负荷200 MW测算，每次冷态启动可增加4.95×104 kW·h的发电量，增加收益约2.03×104元。按20年冷态启动14次测算，每年可增发电量6.93×105 kW·h，增加收益约3.22×105元，同时提高了电网调峰响应速度。

6 结语

两部制电价政策下，燃气-蒸汽联合循环机组作为电网调峰机组，冷态启动次数增多。冷态启动由于时间长且负荷率低，效率较低，严重影响整体的经济性。本文通过采取措施缩短冷态启动汽水品质等待时间，将冷态启动至联合循环时间缩短了33 min，在保证机组安全的同时，有效提高了冷态启动的经济性。

参考文献：

[1]杨小锋.西门子V94.3A型燃气-蒸汽联合循环机组冷态启动及优化[J].燃气轮机发电技术，2012（1）：63-66.

[2]王文飞，刘志坦.我国两部制电价制度对天然气发电企业盈利能力的影响[J].天然气工业，2020（7）：138-145.

[3]周晓峰.M701F型燃气蒸汽联合循环机组启停过程经济性分析[J].发电设备，2011（5）：317-320.

[4]周红星.燃气-蒸汽联合循环余热锅炉停炉保养方法[J].电力安全技术，2020（3）：20-24.

[5]朱樱雅，李欣.三汽包余热锅炉调峰机组汽水品质控制方法[J].广东电力，2017（6）：17-21.