6F级联合循环机组低压补汽投入困难的优化处理

0引言

潮州某联合循环电厂是上海电气国产化6F级燃 气—蒸汽联合循环机组的首次应用,这套机组自投运以来,显著减轻了潮州市及其周边地区的电力供应压力,确保了电网在紧急情况下能够灵活调整电力供应,同时在推动潮州市的能源结构朝更加环保和高效的方向发展方面起到了关键作用。

作为燃气—蒸汽联合循环机组,应具备快速启停、运行灵活、高效调峰的特性,同时从经济运行方面考虑,联合循环机组从燃气轮机启动至带满负荷的时间应尽可能短。然而,此联合循环电厂在启机过程中多次出现低压补汽投入允许条件不满足,使得投补汽阶段等待时间较长,导致整体启机时间增长,启机阶段的厂用电率增高,经济性下降。

本文通过对6F级燃气—蒸汽联合循环机组低压补汽投入允许条件的介绍和低压补汽投入困难的原因分析,提出相应的解决措施,以提高低压补汽投入成功率,缩短机组启机时长,提高启机经济性。

1问题描述

1.1电厂基本情况介绍

潮州某电厂现有两套6F级燃气—蒸汽联合循环机组,其中燃气轮机为上海电气和安萨尔多公司联合设计制造的AE64.3A型燃气轮机,余热锅炉为上海锅炉厂设计制造的双压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉,汽轮机为上海汽轮机厂设计制造的LZC38.3—6.9/[0.6]/1.35/565/[265]型单缸、单轴、双压无再热、反动式、单抽凝汽式汽轮机。联合循环机组采用分轴布 置,有高压、低压蒸汽系统,设置100%容量高压旁路和低压旁路^[1]。

1.2 启机过程介绍

当燃气轮机、汽轮机处于连续盘车状态,余热锅炉水位正常,闭式水系统、空压机系统、循环水系统、轴封系统、真空系统等各辅机系统运行正常后,机组启动条件满足。6F级联合循环机组的启机过程如下^[2]:

1)燃气轮机程控启动,点火升速至额定转速5400r/min。

2)燃气轮机并网,升负荷至初始暖机负荷8 MW,余热锅炉升温升压,投入汽轮机旁路系统,匹配汽轮机冲转蒸汽参数。

3)汽轮机冲转条件满足,顺控启动,汽轮机冲转至900 r/min进行低速暖机(其中温态和热态不需要进行低速暖机),低速暖机完成后手动释放额定转速,汽轮机升速至额定转速3 000 r/min。

4)汽轮机并网后,汽轮机负荷逐渐上升,高压旁路逐渐关闭,汽轮机由负荷控制模式切换为初压模式,手动投入汽轮机协调模式。

5)燃气轮机升负荷至20 MW左右,等待汽轮机低压补汽投入允许条件满足,投入低压补汽。

6)低压补汽投入后,机组升负荷至满负荷状态运行。

根据制造商相关资料,6F级联合循环机组的启动类型和启动时间如表1所示。

1.3 机组问题描述

该电厂启机过程中,在燃气轮机升负荷至20 MW 等待汽轮机低压补汽投入阶段,当汽轮机负荷大于额定负荷的40%后,等待低压补汽投入允许条件满足的耗时较长,有时甚至需要热控人员介入强制逻辑来投入低压补汽,影响整体启机效率。其中,2023年第四季度该电厂#1机组均为冷态启动,每次启机时长数据统计如表2所示。根据表中数据,启机时长差异大的主要影响因素是等待低压补汽投入允许条件满足的时间差异较大,且等待低压补汽投入时间较长,#1机组的实际冷态启动时间均超出了制造商给出的标准启动时间。

2 原因分析

该联合循环机组的汽轮机低压补汽投入允许条件包括^[3]:

1)汽轮机功率大于额定功率的40%。

2)低压补汽阀前蒸汽温度比饱和温度高11℃。

3)低压补汽阀前蒸汽与补汽段蒸汽温度之差小于50℃。

4)低压补汽阀组油开关闭合。

5)高压进汽压力(调节阀后压力)与低压补汽压 力(补汽阀后压力)之比大于2.0。

6)在低压补汽阀关闭时,低压补汽阀前与补汽 处的压差大于0.05 Mpa。

7)低压补汽阀前压力在0.3~0.75 Mpa范围内。

8)低压补汽在自动方式,或汽轮机在手动方式,但控制跟踪偏差在允许范围内。

9)低压补汽压力变送器没有故障。

10)锅炉低压补汽部分没有报警(过热度满足要求)。

11)汽轮机已挂闸。

经过观察,主要导致汽轮机低压补汽投入受阻的因素是低压补汽阀前蒸汽温度未满足条件2)或低压补汽阀前蒸汽温度与补汽段蒸汽温度差值未满足条件3)。为深入了解6F级联合循环机组在启动过程中低压补汽投入困难的原因,对汽轮机低压补汽控制逻辑、低压补汽现场测点布置情况进行认真核查,分析得出启机过程中导致低压补汽投入困难的具体原因如下。

2.1低压补汽阀组前温度测点布置不合理

低压补汽投入允许条件中的条件2)在组态里是选择低压补汽阀组前蒸汽温度(测点:_0LBA20CT111)与饱和温度的差值来计算过热度是否满足要求。通过核对,低压补汽阀组前蒸汽温度测点和阀前疏水设计图如图1所示,现场低压补汽阀组前蒸汽温度测点及阀前疏水布置如图2所示,发现条件2)不满足主要是补汽阀组前蒸汽温度测点(_0LBA20CT111)的布局不合理导致。具体来说,该测点位于补汽阀前疏水管道之后,并安装在垂直管段,导致在补汽未投入前,该测点处的蒸汽不流通,形成了所谓的“死汽”。这种布置导致疏水无法有效提高补汽阀前的温度,进而使得低压补汽阀组前蒸汽温度上升缓慢,难以在短时间内达到所需的过热度。

2.2低压补汽控制逻辑不合理

低压补汽投入允许条件中的条件3)在组态里选择低压补汽阀组前蒸汽温度(测点:_0LBA20CT111)与外缸补汽段上半金属温度(测点:_0MAA10CT136)

之差来计算。图3是该厂#1机组某次温态启机过程曲线,在燃气轮机并网带初始负荷8 MW后,余热锅炉低压蒸汽系统开始升温升压,低压补汽阀组前蒸汽温度快速升高至167℃ ,此时外缸补汽段上半金属温度为212℃ ;随着汽轮机开始升负荷,主汽调阀的开启程度增大,导致进入汽轮机的蒸汽量相应增加,这一变化使得汽轮机的换热量得到显著提升,同时外缸补汽段上半金属温度的升温率开始高于低压补汽阀组前蒸汽温度的升温率。当汽轮机负荷升至16MW (40%额定负荷),此时外缸补汽段上半金属温度为231℃ ,低压补汽阀组前蒸汽温度为170℃ ,温差超过50℃ ,低压补汽投入允许条件中的条件3)不满足,且后续因外缸补汽段上半金属温度的升温率更高,低压补汽投入允许条件将一直无法满足,只能通过联系热控人员强制逻辑来投入补汽。

3处理措施

3.1优化低压补汽测点及疏水的现场布置

经过调研其他电厂和咨询设计院,检修人员对低压补汽阀组前蒸汽温度的测量位置进行了优化,将低压补汽阀组前蒸汽温度测点改装至低压补汽阀组疏水口前,优化后的低压补汽阀组前蒸汽温度测点和疏水管路现场布置如图4所示。优化后,在启机过程中,通过开启低压补汽阀组前的疏水阀来促进蒸汽流动,从而提升了低压补汽阀组前管道的暖管速率,有效提高了低压补汽阀组前蒸汽温度,确保了低压补汽阀组前蒸汽的过热度能够更快地满足低压补汽投入允许条件,提高了整个系统的启动效率和安全性。

3.2优化补汽控制逻辑

通过分析补汽控制逻辑和启机过程曲线,发现在启机过程中'外缸补汽段下半部分的金属温度通常低于外缸补汽段上半部分'并且与低压补汽阀组前的蒸汽温度差值更小,所以对补汽投入允许条件3)的计算方法进行优化调整,将条件3)“低压补汽阀前蒸汽与补汽段蒸汽温度之差小于50℃ ”改为选择

低压补汽阀组前蒸汽温度(测点:_0LBA20CT111)与外缸补汽段下半金属温度(测点:_0MAA10CT137)之差来计算'能使条件3)更容易满足。

3.3优化启机运行操作

在对该电厂多次启机操作进行详细对比分析后,针对汽轮机负荷超过额定负荷40%时低压补汽投入允许条件不满足的问题,提出以下运行操作建议:

1)针对条件2)不满足的情况:如果低压补汽阀前蒸汽温度未能比饱和温度高11℃,可以通过增大低压旁路阀的开度来降低补汽阀前蒸汽压力,从而降低对应饱和温度,使条件2)尽快满足。同时在操作过程中,要密切监视低旁阀后的温度,避免因超温而导致低旁阀闭锁,确保操作的安全性。

2)针对条件3)不满足的情况:如果是长时间停机后启机(冷态启机),此时补汽段缸温远低于低压补汽阀前温度,在启机过程中需要及时关闭低压补汽阀前疏水阀和低压旁路阀来控制补汽阀前蒸汽温度上升过快;如果是温态或热态启机,此时补汽段缸温高于补汽阀前蒸汽温度,在余热锅炉低压蒸汽系统起压后保持低压补汽阀前疏水阀一直打开状态,同时保持低压旁路阀打开状态来加快低压补汽段暖管进度,快速提高低压补汽阀前蒸汽温度,减小温差,使条件3)快速满足。

3)在等待低压补汽投入过程中需要密切关注相关参数变化,低压补汽投入允许条件满足后尽快投入补汽。

4 取得的效果

上述措施实施后,该电厂无论是冷态启机还是温态启机,再未出现过需要热控人员强制逻辑来投入低压补汽的情况,同时当汽轮机负荷大于额定负荷的40%后,低压补汽投入允许条件也能快速满足,顺利投入低压补汽。统计优化后2024年第一季度#1机组冷态启动的平均启动时间、天然气成本、启动耗电成本等数据,得到#1机组冷态启机优化前后经济效益分析对比如表3所示。

通过对比可见,上述优化措施实施后,冷态启机平均时长缩短20 min,天然气成本和启动耗电成本均有明显降低,平均启机总成本降低10 714元,相比优化前下降13.5%。整个启机过程变得更加迅速和高效,减少了因启机延迟带来的各种潜在风险,同时避免了因启机延误受到电力调度部门考核的风险,保障了电厂的运营效益和市场信誉。

5 结束语

对于6F级燃气—蒸汽联合循环机组而言,汽轮机的低压补汽能够快速稳定投入是确保机组在启机过程中能够快速升负荷至满负荷状态运行的重要环节。本文通过分析影响6F级燃气—蒸汽联合循环机组低压补汽投入困难的因素,从现场测点布置优化、控制逻辑优化、运行操作优化方面提出相应的解决措施,有效提高了补汽投入成功率,显著缩短了机组启机时长,提高了启机经济性,可供同类型机组在解决类似问题时借鉴参考。

[参考文献]

[1]谢为良,夏小勇,刘源,等.燃气—蒸汽联合循环机组低压主蒸汽温度突降事件分析及对策[J].燃气轮机技术,2023,36(4):69—72.

[2]崔磊,刘景晨,梁智威,等.安萨尔多联合循环机组冷态启动优化及分析[C]//2023年电力行业技术监督工作交流会暨专业技术论坛论文集(下册),2023:716—721.

[3]上海电气集团股份有限公司汽轮机厂.汽轮机运维手册[Z],2020.

2024年第21期第6篇