S209FA燃气-蒸汽联合循环机组的启动概述及优化

第２４卷第１期　２０１１年３月　《燃气轮机技术》　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．，２０１１　ＧＡＳ　ＴＵＲＢＩＮＥ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　Ｓ２０９　ＦＡ燃气一蒸汽联合循环机组的启动概述及优化　陈元锁，王建伟　（神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司，浙江　宁波摘３１５４００）　要：国内引进的９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环发电机组中，大多数是“一拖一”单轴机组（燃机、汽轮机、发电　机同轴布置），“二拖一”多轴机组（燃机、汽轮机为分轴布置，各自带动发电机发电）在国内只有少数几套。　“二拖一”机组在我国作为调峰机组使用，启停频繁，因此对其启动模式、启动过程中存在的一些问题及其对　策和优化、以及启动过程的耗时和天然气耗量等进行讨论和阐述，具有～定的借鉴作用。　关键词：燃气一蒸汽联合循环；“二拖一”启动；问题的对策和优化；耗时和耗气量　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—２８８９（２０１１）０１—０ｏ６０一Ｏ５　中图分类号：ＴＭ６１１．３　神华浙江国华余姚燃气发电有限公司采用的是　美国ＧＥ公司生产的Ｓ２０９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环　机组，采用“二拖一”型式，主要包括两台ＧＥ公司的　１．２多轴机组的启动　多轴机组，也即“二拖一”机组则是燃气轮机和　汽轮机分轴布置，各自带动发电机发电。第一台燃　ＰＧ９３５１ＦＡ燃气轮机发电机组，两台Ｄｅｌｔａｋ公司的　卧式三压再热自然循环余热锅炉，一台ＧＥ公司的　Ｄ１１型汽轮机发电机组。　两台燃气轮机各自带动发电机发电，其作功后　气轮机由ＬＣＩ带动至全速后并网，其作功后的高温　排出的高温烟气进入各自余热锅炉，两台余热锅炉　产生的蒸汽合并后进入汽轮机作功。　烟气进入余热锅炉，余热锅炉产生的高温再热蒸汽　符合汽轮机的冲转条件时，开启汽轮机的中调门，利　用中压缸冲转汽轮机至３　Ｏ００ｒ／ｍｉｎ，然后并网。待　主蒸汽流量、高压旁路开度等参数符合条件时，进行　汽轮机的高压缸顺流切缸操作，高压缸顺流稳定运　行后，两个中调门逐渐开大至全开并保持，由高压缸　的两个高调门对汽轮机进行负荷控制，接下来根据　汽轮机转子的表面和中心孔热应力情况，逐渐升负　荷至最低技术出力（燃机１６０ＭＷ，汽机８０ＭＷ，下　同），至此，“一拖一”启动完成。之后，再启动第二　余热锅炉主蒸汽、再热蒸汽采用串级旁路，汽轮　机采用中压缸启动模式。　燃气轮机额定出力２５０ＭＷ，汽轮机额定出力　２８０ＭＷ，总出力７８０ＭＷ。　１“二拖一＂机组的启动　１．１单轴机组的启动　台燃气轮机，并网后带上一定的负荷，待第二台余热　锅炉产生的蒸汽与第一台余热锅炉的蒸汽参数匹配　国内大多数９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环机组为　单轴机组，即燃气轮机和汽轮机同轴布置，共同带动　一台发电机发电。其启动过程是先由ＬＣＩ（发电机　时，进行并汽操作，使两台余热锅炉的蒸汽全部通过　汽轮机作功，并汽完成后，逐渐提升第二台燃气轮机　的负荷，直至最低技术出力，至此“二拖一”启动完　成。　１．３多轴机组的启动模式探讨　静态变频启动装置）带动燃气轮机从盘车状态升速　至全速空载，然后并网，此时同轴布置的汽轮机也已　升至３　０００ｒ／ｍｉｎ；待燃气轮机排出的高温烟气进入　余热锅炉后所产生的蒸汽符合汽轮机的进汽条件　时，开启汽轮机的调门，蒸汽进入汽轮机作功，然后　逐渐升负荷至最低技术出力或调度所需负荷。　收稿日期：２０１０—０６—０４　第一种模式是“一拖一”启动至汽轮机顺流稳　定运行后，启动第二台燃气轮机，待两台余热锅炉产　生蒸汽参数匹配后，进行并汽操作，并汽完成后，逐　渐提升两台燃气轮机的负荷至最低技术出力。　作者简介：陈元锁（１９７５一），男，浙江三门人，助理工程师，从事燃气轮机电厂运行工作。　第１期　Ｓ２０９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环机组的启动概述及优化　６１　第二种模式是“一拖一”启动至最低技术出力，　锅炉蒸汽的挤占，另一方面可以通过逐渐升高主蒸　汽压力的方式避开这一容易超温的负荷区域。　在主蒸汽减温水喷至最大极限情况下，如果主　然后再启动第二台燃气轮机，待两台余热锅炉产生　的蒸汽参数匹配后，进行并汽操作，并汽完成后逐渐　升负荷至最低技术出力。　第一种启动模式存在下列几个问题：　蒸汽仍然超温，一般会采取开大汽轮机调门的方式　来增加主蒸汽流量，提高主蒸汽流速，缩短过热器内　烟气和蒸汽的换热时间，增大换热端差，从而达到降　低主蒸汽温度的目的。但是，当主蒸汽超温幅度过　大时，这种调节手段不能完全有效解决主蒸汽的超　１）Ｄ１１型汽轮机为中压缸启动，高压缸切缸顺　流后，其能否顺流稳定运行，对主、再热蒸汽压力的　变化比较敏感；在低负荷下，两台余热锅炉产生的蒸　汽流量相对较小，并汽操作对主、再热蒸汽的压力相　温问题。为此，在汽轮机高压缸顺流切缸稳定运行　互扰动大，容易导致汽轮机顺流不稳。　后到燃机带８０ＭＷ负荷这段时间内，在确保汽轮机　２）卧式三压再热自然循环余热锅炉在燃气轮　高压缸顺流稳定运行的前提下，逐渐提高主蒸汽的　机８０～１６０ＭＷ负荷区域，普遍存在主蒸汽容易超　压力在９．０　ＭＰａ以上，通过提高主蒸汽的比热来降　温现象，其主要原因是该负荷区域燃机的排气温度　低主蒸汽温度。　已达到６４８．９℃，ＩＧＶ温控介入，ＩＧＶ的开启使得进　Ｑ＝ＣＭ（ｔ　一ｔ２）　（１）　入余热锅炉的高温烟气流量大幅度增加，而此时余　式中：Ｑ一热量，ｋＪ；　热锅炉高压蒸发器所产生的蒸汽量偏小，最终导致　Ｃ一比热，ｋＪ／（ｋｇ・℃）；　主蒸汽超温。另外，如果在低负荷下先并汽再升负　一蒸汽质量流量，ｋｇ；　荷，则由于汽轮机的通流阻力作用，导致主蒸汽在过　ｔ．一过热器出口蒸汽温度，℃；　热器中的滞留换热时间增加，主蒸汽更容易超温。　ｔ：一过热器入口蒸汽温度，ｃＣ；　因此，第一种启动模式不建议采用。　从公式（１）可以看出，在过热器烟气和主蒸汽　第二种启动模式，能有效解决上述两个问题：　热交换量一定的情况下，流过相同的主蒸汽流量，随　１）第一台燃机“一拖一”启动至最低技术出力　着比热的提高，过热器出口蒸汽温度ｔ．将下降，而　后，此时余热锅炉产生的蒸汽流量足以保证汽轮机　蒸汽比热则是随着蒸汽压力的升高而增大，压力越　高压缸能够顺流稳定运行；此后启动第二台燃机，待　高，比热越大。　余热锅炉蒸汽参数匹配时进行并汽操作，由于第二　由上述可知，通过提高主蒸汽的流量和预先升　台燃机负荷较低，余热锅炉的蒸发量较小，在并汽操　高主蒸汽的压力，能有效解决余热锅炉的主蒸汽超　作时，对原运行余热锅炉的主、再蒸汽压力扰动有　温问题，因此，第二种启动模式比较符合实际情况。　限。　２）第一台燃机“一拖一”启动至最低技术出力　２“二拖一＂机组的启动耗时　过程中，在燃气轮机８０～１６０ＭＷ负荷区域，余热锅　２．１机组冷态启动耗时　炉同样存在主蒸汽超温问题，但因为是“一拖一”方　第一台燃气轮机冷态启动耗时，见表１。　式，一方面汽轮机的通流通道没有受到第二台余热　第二台燃气轮机启动耗时，见表２。　表１　第一台燃气轮机冷态启动耗时　单位：ｈ　６２　燃气轮机技术　第２４卷　节点　燃机点火　燃机并网　汽机冲转　汽机并网　汽机顺流　技术出力　第１期　Ｓ２０９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环机组的启动概述及优化　６３　４　“二拖一＂机组启动过程中的几个　优化　４．１性能加热器投运时间的改进　ＧＥ公司原有的性能加热器投运时间是在燃机　气、预热时间设定为５ｍｉｎ，另外性能加热器出口至　燃气轮机ＦＴＧ温度测点之间的管路较长，当性能加　热器出口温度达到设计的１８５　ｏＣ时，ＦＴＧ温度升至　１７６．６℃至少需要１５ｍｉｎ以上。因此，将性能加热器　的许可投运时间改为燃气轮机并网后，即可提前将　天然气温度提升至接近设计温度，这样待燃气轮机　退出温度匹配、汽轮机转子应力趋于稳定后，调整性　ＴＩ＇ＲＦ１达８９８．９℃后允许投入，此时燃机负荷约３０　～４０ＭＷ，而汽轮机在冷态启动时，考虑到蒸汽温度　与汽轮机金属温度的匹配，要求燃气轮机投入温度　匹配，利用ＩＧＶ控制燃气轮机的排气温度在　３７１．１　ｏＣ，但燃气轮机在投入温度匹配情况下，其负　荷在２０ＭＷ以下，ＴＴＲＦ１达不到８９８．９℃，性能加热　能加热器出口温度至设计值，ＦＴＧ温度即可达到　１７６．６Ｔ：以上，不耽误启动升负荷时间。　另外，按原有设计，性能加热器所有阀门都应当　开、关到位，当任一阀门因为反馈故障时，都会触发　器无法投入。待汽轮机启动冲转、并网、顺流切缸、　暖缸等一系列操作完成后，燃气轮机退出温度匹配，　ＩＧＶ关小，燃气轮机排气温度上升，蒸汽温度随之升　高，汽轮机转子热应力增大，此时燃气轮机不能增加　负荷，待汽轮机的转子热应力趋于稳定后，再增加燃　气轮机负荷。当燃气轮机负荷升至３０ＭＷ（随环境　温度变化，冬季和夏季略有不同）左右时，ＴＴＲＦ１达　性能加热器跳闸而关闭出口温度调节阀，这大大降　低了设备可靠性。为此除了对露天布置的各阀门进　行防雨水侵蚀等措施外，还对逻辑进行优化，即当阀　门开反馈或关反馈信号同时为“０”时，取消对本阀　门的保护，不再发出使本阀门退出运行状态的指令；　当阀门开反馈或关反馈信号同时为“０”时，取消对　性能加热器温度调节阀的联锁，不再发出使温度调　节阀全关的指令。　再则，性能加热器原有逻辑不对性能加热器状　到８９８．９℃，投人性能加热器，当燃气轮机负荷升至　４０ＭＷ左右时，ＴＴＲＦ１达到９８２．２℃，燃机进入先导　预混燃烧模式，ＧＣＶ３开启。而根据天然气低氮燃　烧要求，进入先导预混燃烧模式时，天然气温度至少　在１７６．６￣Ｃ以上，而此时性能加热器刚投入不久，天　态进行判断，无论是冷态还是热态，性能加热器投入　时都需要进行５ｍｉｎ的预热，一旦性能加热器跳闸，　即使是热态，也需要进行预热，严重影响其投入的及　时性，给机组运行带来很大影响。为此，增设性能加　热器投入的状态判断，当其出口温度高于１２０￣Ｃ时，　性能加热器处于热态，取消５ｍｉｎ的预热；反之，认为　性能加热器处于冷态，需要进行５ｍｉｎ预热。　＃２再热蒸汽＃２再热蒸汽　调节阀　截止阀　然气温度提升有限，延误了机组启动时间。　为此，将性能加热器的许可投运时间从ＴｒＲＦ１　达８９８．９℃改为燃气轮机并网后，这样可以缩短启　动时间在２０ｒａｉｎ以上。性能加热器投运的初始排空　图１　ＤＩ　１型汽轮机的高压缸逆流冷却　燃气轮机技术　第２４卷　４．２冷态启动时汽轮机高压缸采用逆流暖缸措施　投用开启，实现高压缸的逆流暖缸，以快速提升高压　缸的金属温度，缩短机组启动时间。经过实践证明，　采取该措施后，汽机冷态启动至最低技术出力，时间　总体缩短了２５ｍｉｎ。　ＧＥ公司的ＤＩ１型汽轮机，其采用中压缸启动，　高压缸则设有一路逆流冷却回路，在汽轮机的高压　缸排汽逆止阀设有旁路逆流阀，高压缸的联合主汽　门后管段上设有逆流排放阀通往凝汽器，利用低温　再热蒸汽逆流经过高压缸排至凝汽器，目的是汽轮　机在热态启动时，可以带走中压缸启动期间高压缸　内的鼓风摩擦所产生的热量，见图ｌ。　５　结语　Ｓ２０９ＦＡ燃气一蒸汽联合循环“二拖一”机组作　为电力系统的调峰机组，其调峰的快速性和及时性　非常重要。对于当前国内普遍存在的天然气短缺问　ＤＩ１型汽轮机冷态启动时，高压缸温度接近环　境温度，中压缸启动期间高压缸温度的提升是依靠　题，如何准确、合理地安排使用天然气，安排“二拖　高压转子的鼓风磨擦和轴封蒸汽的漏人，这个过程　一”机组的启停，对响应电网的负荷需求，高效地使　比较缓慢，尤其是冬天环境温度偏低时，耗时过长，　用宝贵的天然气资源等，都具有非常现实的意义。　且汽轮机顺流切缸后高压转子的热应力快速上升。　针对这种情况，将原有汽轮机热态启动时的高压缸　参考文献：　逆流冷却回路加以利用，在汽轮机冷态启动时将其　［１］ＧＥ公司相关培训资料。　Ｓｔａｒｔ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ２０９　ＦＡ　Ｇａｓ——ｓｔｅａｍ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｃｙｃｌｅ“Ｔｗｏ—Ｏｎ—Ｏｎｅ’’Ｕｎｉｔ　ＣＨＥＮ　Ｙｕａｎ—ＳＯ０，ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｗｅｉ　（Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｇｕｏｈｕａ　Ｙｕｙａｏ　Ｆｕｅｌ　Ｇａｓ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｎｉｎｇｂｏ　３１５４００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓ２０９ＦＡ　ｇａｓ—ｓｔｅａｍ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｙｃｌｅ“Ｔｗｏ—ｏｎ—Ｏｎｅ”ｕｎｉｔ　ｉｓ　ａｒｒａｎｇｅｄ　ｉｎ　ｍｕｌｔｉ—ｓｈａｆｔ．Ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｉｓ　ｓｔａｒｔｅｄ　ｂｙ　ＩＰ　ｃｙｌｉｎ—　ｄｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｔａｒｔ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｓｈａｆｔ　ｕｎｉｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｒｔ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｓｔａｒｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｃｃｕｒｒｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｓｔａｒｔｕｐ，ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔｅｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｕｐ．Ｗｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ—ｓｔｅａｍ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｙｃｌｅ；“Ｔｗｏ一０ｎ—Ｏｎｅ”ｕｎｉｔ　ｓｔａｒｔｕｐ；ｐｒｏｂｌｅｍ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ　驴驴驴驴　驴痧痧　驴　来稿请注意．　内容正确　文字简洁　图表清晰　单位符号符合标准　、：重　、≤　、；西　、护、护驴驴驴驴、　蚕