E级燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷态启动优化

戴传辉

摘 要：经过运行实验，对比在暖管、冲转、升负荷等阶段的数据，发现在一定的温差状态下直接启动能够提升整体汽轮机的工作效率和减少损耗。本文对于新旧方案还进行了可行性和经济性的分析对比，最终确认新方案不但减少了损耗，而且还能够保证运行的效率，是非常值得操作的冷态启动方案。

关键词：冷态启动;经济运行;性能试验;9E燃机联合循环机组

目前燃气-蒸汽联合循环发电机组已经成为电网调峰的重要力量，国内各个地区也纷纷建设了一大批联合循环发电机组。但在实际的运行过程中，我们对于如何提升汽轮机的效率和提高机组供电的响应速度、降低启动能耗等并没有进行深入的分析和研究，大都根据厂家提供的各种相关操作方案、操作参数进行运行。本文针对如何在安全的情况下，在保证机组效率的基础上，提升启动时的供电的响应速度以及降低启动能耗进行探讨，最终提出了一套新态启动的方案。

1汽轮机启动方案概述

1.1汽轮机启动概述

温态启动的方式是在150℃～380℃范围内进行启动。此时汽轮机的溫度已经达到一定数值，在此状态启动下可以较好的稳定设备的运行，不会造成设备的温差、膨胀差等问题，也减少了热应力导致的设备变形和损耗。

热态启动和极热态启动是在温度高于380℃～450℃时进行启动。此时启动整个设备，由于温度已经达到较高，汽轮机不会产生热应力、热变形，使动、静部分膨胀不均匀产生胀差，造成部件寿命降低，甚至损坏部件等情况。但此种方式需要汽轮机运行较长的时间，损耗较多的资源后才能开启启动，造成公司的较多浪费。

1.2 公司概述

余热锅炉型号：DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106型，双压、无补燃、卧式、自然循环露天布置余热锅炉。高压额定蒸汽流量：233.87t/h，高压额定压力：7.95MPa，高压额定温度：523.4℃。低压蒸汽额定流量：57.38t/h，低压额定压力：0.63MPa，低压额定温度：225.7℃。

汽机型号：LZCC81-7.65/2.3/1.3/0.6型，联合循环蒸汽轮机，次高压、单缸、双压、无再热、无回热、抽汽凝汽式。额定功率：81.5 MW，主汽压力：7.65MPa（a），主蒸汽温度：520.4℃，补汽压力0.594 MPa（a），补汽温度222.3C，一级抽汽压力2.3MPa（a），一级抽汽温度373.3℃，一级抽汽流量40t/h（最大70t/h），二级抽汽压力1.3MPa（a），二级抽汽温度328.1℃，二级抽汽流量50 t/h（最大75t/h）。

2冷态启动方案对比

2.1冷态启动原方案

E级燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机的冷态启动原方案为：

（1）、锅炉升温升压的操作。燃机点火后，打开锅炉的电动阀门，开始进行升压，保证低压旁路的压力保持在0.15MPa以下，启动真空泵将空气抽出，并且让温度压力继续保持。

（2）、电动门启动操作。主汽电动门前后温度进行对比，当电动门前大于门后温度，并且真空≥-80kPa时，打开疏水门，保持两侧压力平衡，全开主汽电动门。等电动门的压力平衡之后，既可以关闭旁路电动门。

（3）、暖管过程操作。调节高压旁路开度，保证主蒸汽的压力不会太高。接着进行调节主蒸汽旁路前压力，控制整个主蒸汽压力和温度上升速度。当主蒸汽旁路前的温度上升至120℃时，需要进行压力控制。

（4）、在冲转之后，需要关注各个设备的状态：

①、转速未达到600 转/分钟。先暖机5分钟，并且保证上升速度在120转/分钟2。

②、转速600-1200转/分钟时。控制整个主蒸汽压力保持在2.0-2.5 MPa，温度250℃-300℃。上下缸的温差不能超过50℃，并且暖机时间需要根据经验判断上下缸温度、相对膨胀差等相关数据，保证各个设备的温度场已经充分。

③、转速1200-2200转/分钟时。待温度达到2200转/分钟时，保持此转速等待温度的稳定。温度稳定之后，再次提升转速。

④、转速2200-3000转/分钟时。保证转速稳定，温度稳定。

（5）、暖机控制。燃机运行过程中，观察各个设备的状态：排烟温度400℃以下;主蒸汽压力稳定在2.0-2.5MPa;主蒸汽温度保持300℃-350℃;上下缸温度差在50℃以内。此时暖机过程基本完成，剩余就是调节过热蒸汽减温水，缓慢提升主蒸汽温度，保证锅炉的压力、温度稳定。

2.2 冷态启动新方案

根据实际的测试运行之后，得出新的冷态启动程序方案如下：

（1）冲转和投轴封同步进行。在轴封联箱开启过程中，进行投轴封的条件判断，先用蒸汽到轴封联箱进行压力调节。当达到投轴封和冲转的运行条件时，同步开启冲转和投轴封。

（2）运行冷态冲转。将主汽门温度前的温度控制在250℃以上，通过高压旁路将压力先提升后降至2.0-2.5MPa，进而让冲转速度和暖缸效果效率提升。

（3）暖机操作。整个暖机在冲转已经运行起来之后，先保持1200r/min转速、-90kPa真空。待缸温稳定，就可以升速操作。燃机负荷从10MW提升至25MW，保证排烟温度约为470℃，主蒸汽温度400℃左右等。主汽门打开之后，缸温上升会很快，此时要控制缸温缓慢升速，待缸温稳定之后，燃机可升负荷至40MW。

（4）新方案的操作过程主要需要关注三个焦点： 胀差、总胀和上下缸温差。

2.3 冷态启动新方案的特点

（1）暖机时间缩短。新的冷态启动方案根据现有的数据进行分析和推算，通过针对提升

暖机转速，降低暖机时间的方式进行调整，并在温度达到一定的合理范围内才可以启动汽轮机。这种方案可以直接将暖机时间降低将近一半，大大减少因为暖机时间过长导致汽轮机空转的资源消耗。

限定了投轴封的启动条件。新方案根据现有设备进行专门的区分，这是避免主汽门的温度过低而让转子由于温度不够而产生膨胀差的现象出现。

（2）启动负荷的调整。新方案为了保证整个汽轮机对于温度的适应性，对于燃机的负荷

进行了较为详细的规定。例如：中速暖机时燃机的负荷增加，高速运行时负荷可以适当的减少等。此规定是保证整个汽轮机启动过程中，损耗资源的减少和设备的稳定性。

3 新方案安全可行性分析

（1）整体的内缸温度和蒸汽温度的差值不能差别过于低，一般是在50℃～110℃。

（2）高压内缸的上下缸温差也不宜过大。一般是上缸温度会高于下缸温度。上缸温度高热膨胀变大，而下缸温度低热膨胀小。温差过大到一定数值，产生上汽缸变形向上拱起，同时下气缸底部的径向间隙减小。导致汽轮机内部摩擦增大，直接磨损下汽缸下部的隔板汽封和复环汽封。最终汽轮机发生巨大的振动。

（3）膨胀差控制在-2mm～3mm。此部分的主要确保气缸运行过程中不会因为温差的因素，而导致的胀差过大，造成运行摩擦增大。影响汽轮机的寿命。

（4）振动值需要进行控制。汽轮机在正常运行过程中产生的振动需要及时检查，在旧方案是温差小时才启动，而新方案时在温度达到规定值时，既可以启动运行。因此两者之间产生的振动会不一致。新方案的振动会较大，而这种振动的差异需要控制在合理的范围内。

以下表1为进行新方案启动获得的各种实验参数，从表中的详细数据可以得出，使用新的启动进程方案，上下缸温差值、蒸汽温度差值，以及膨胀差值分别都不高，均是在说明书规定的差异范围内，而且并未达到上限的控制要求。因此新方案的安全运行可行性是存在的，也是可以执行的。但由于新方案和旧方案之间的数据对比上，旧方案的稳定性会比新方案较高，因此新方案在执行过程中，需要进行振動值的检查，保证新方案的冷态启动是在安全的环境下运行的。

4 新方案经济可行性分析

通过实验可以看出，新方案从刚开始的启动开始，到汽轮机机组满负荷的运行，对于时间、耗气量、发电量、供电消耗等多个内容都比旧冷态启动方案具有很高的经济效益，新旧对比方案的差异如下表所示：

从数据上看，在新方案是在启动过程中缸温较低时，而旧方案则是在缸温已经达到132℃时才进行启动。这样的启动导致的巨大的能量耗损，增加汽耗和厂用电率。从而导致了各项判断的标准提高。

5结论

本文主要针对9E型联合循环机组的汽轮机冷态启动方案提提出了新的启动方案，主要针对旧方案的各种现状进行分析，以及新方案的各种优势特点和安全性、经济性的分析，得出新方案的提升效果。从整体而言冷态启动新方案实践过程中降低发电气耗，而且减少天然气损耗，并且提升了整体汽轮机的负荷，能够给用户减少更多的运行成本，增加效益。

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