论加负荷速率对V94.3A燃气机组经济性的影响

东亚电力（厦门）有限公司 陈福坤

某燃气电厂配置有两台西门子V94.3A 燃气轮机联合循环机组，燃机、汽机及发电机由上海电气和西门子公司联合生产，锅炉为杭州锅炉集团生产的三压、再热、无补燃、卧式自然循环余热锅炉。燃机与发电机刚性联结，再通过3S 离合器与汽轮机联接，额定装机容量为393MW。当机组进入联合循环，机组目标负荷设定经人工手动输入后，经过SPG 设定导向模块进入燃气轮机和汽轮机负荷分配计算器，最终分出燃气轮机负荷预先设定部分，再经过修正后送入燃气轮机控制部分。其中SPG 设定导向模块也称为机组加、减负荷速率控制器，而进入SPG 设定导向模块的机组加负荷速率是加快机组加负荷的关键。

1 机组加负荷速率的种类

人工手动设定。该速率取决于人工手动设定的数值，区间为0～16MW/min。按照该省电力调度规程的要求，燃气机组升降负荷速率应达到每分钟3.5%额定出力的要求，即393MW×3.5%=13.755MW/min。故常规情况下该数值不低于14MW/min 即可，常规取最大值。

汽机温度限制。区间为0～20MW/min，汽机温度限制逻辑如图1，该逻辑划分了两种情况：汽机啮合前。汽机温度限制主要受限于高压主汽隔离阀、高压主汽调阀两个阀门温度的计算裕度，取小值后参与控制；汽机啮合后。参与限制的条件如下：在汽机啮合后，汽机温度限制受限于高压主汽隔离阀、高压主汽调阀、高压缸、高压转子、中压转子五个温度的计算裕度，取小值后参与控制。从上述逻辑可看出，只要机组启动前参与计算的各温度越高，汽机温度限制就越小，相应的启动时加负荷的速率也越大。

图1 机组负荷设定的模式

锅炉温度限制。区间为0～20MW/min，锅炉温度限制逻辑如图3，该逻辑划分了两个主要条件：高压过热蒸汽2级减温器入口温度的升降速率；高压汽包上下壁最大温差。两者取最小值后参与控制。取这两个数值的目的，是为保证余热锅炉在启停过程中确保锅炉受热面与汽包能受热均匀。

图2 汽机温度限制条件

图3 汽机啮合后的限制条件

图4 锅炉温度限制条件

锅炉压力限制。区间为0～20MW/min，主要是限制高压主汽的升压速率。其主要目的是为了防止温升过快，从而使锅炉汽包及受热面产生过大的热应力。

2 提高机组加负荷速率的方法

2.1 减少机组的热量损失

减少机组的热量损失可延长机组冷却时间，同时使机组在启动前能维持较高温度。主要措施有以下几个方面：

为便于主汽、疏水管道的布置及缸体受热的自由膨胀，汽缸本体基本上是悬空放置的，汽缸本体下部的保温材料会因长期运行中的振动及自身的重力而产生松脱。某厂利用机组小修的时间重新对汽机本体保温做了敷设和紧固，提高了保温效果，延长了汽缸温度的冷却时间，同时能有效减少汽缸因保温引起的上下缸温差；该厂位于福建东南沿海，炉顶为半敞开式，常年刮海风，盐分及水分较高，对汽包的保温要求较高。日常的消缺工作或定检工作后一定要将保温恢复完整，并利用机组大小修等机会定期查看汽包的保温，有效防止汽包热量损失、温降过快。

主厂房屋顶风机的控制策略由之前夏季开三台、其他季节开两台运行，改为厂房门关闭的情况下（热控对控制机柜增加冷却风扇）开启一台风机运行；厂房门打开时停止屋顶风机运行，既节约了厂用电也可有效延长机组的冷却时间。原来机组停运6天后会进入冷态，通过上述措施后可延长至7天进入冷态。

余热锅炉在停机后存在热量后移现象，所以在机组停运后中低压汽包压力不降反升，所以炉侧的疏水阀动作比较频繁，加上机组调峰运行、两班制启停，其它的疏水等阀门动作也都比较频繁，所以阀门故障、跑冒滴漏是常见的问题。为此该厂运行中加大对阀门的巡视力度，加强对阀门的保养、维修，尽早发现阀门异常问题并尽快消缺，确保各阀门关闭严密。通过上述措施并结合优化运行效果显著，整改前（2011年）、整改后（2018年）的高压汽包液位（熄火时）分别为186mm，高压汽包液位（熄火后四个小时）分别为-720mm、-201mm，补水率分别为4.09%、1.57%。

2011年翌日启动前汽包液位基本上是空的，为满足启动条件（启动液位需大于-350mm），做启动准备时都需大量补水，过多的冷水进入汽包必然引起汽包壁温降过多且上下壁温差大，进而会引起锅炉温度限制加负荷速率，机组在启动时负荷会被压制在低负荷较长时间。重视阀门内漏问题后，翌日启动前基本不用上水，可大大提升锅炉温度限制引起的加负荷速率，缩短启动阶段的时长。通过阀门的整治，补水率从2011年的4.09%降至2018年的1.57%，不论是经济还节能降耗上都起到了巨大的改善作用。

2.2 操作优化

2.2.1 提前收高旁

该厂燃机与汽机的连接是通过3S 离合器，在机组正常停运的过程中燃机、汽机都在降负荷，当蒸汽品质下降至不足于满足汽机裕度要求时，汽机通过3S 离合器脱扣。汽机脱扣时燃机的负荷还有120MW 左右，余热锅炉的蒸汽只能通过旁路回收，大量的热量浪费。如何减少上述热量的浪费，增加锅炉的蓄热是优化方向。经过多次试验提出以下操作：在汽机脱扣后机组负荷在25MW 左右，手动将高压旁路提前关闭，将本该通过旁路浪费的一部分热量转化为锅炉的蓄热。收旁路的负荷不能过高，否则锅炉容易超压，过低也就没多少热量可转化。选取某两天的工况参数对比如下：

正常情况下，高压主汽压力（MPa）、高压主汽温度（℃）、高压汽包温度（℃）在熄火后高压主汽压力达到最大时的参数分别为9.8/441/307.8，熄火6小时后的参数分别为5.7/390/291；提前收高旁下分别为11.6/501/309、6.8/432301。可见通过手动收高旁，锅炉的压力和温度都较之前要高出许多。一方面减少了停机时经旁路的热量损失，另一方面因锅炉压力和温度的提升，减少了锅炉温度、锅炉压力引起的加负荷速率的限制，提缩短启动阶段的时长，进而提高了机组的经济性。

2.2.2 合理疏水

锅炉温度限制条件之一是高压过热蒸汽2级减温器入口温度的升降速率。如何加快该温度点的升速率成为研究方向。该厂高压蒸汽的系统构造如图5所示，红色圈的温度测点即为锅炉温度限制的采集点。依照锅炉高压系统SGC 的程序，在SGC 走至第二步时高压疏水SLC 会自动投入，高压蒸汽各部分的疏水会按设定条件自动开关。

图5 高压蒸汽的系统构造

除联锁投入外，高压各疏水阀自动开条件(与的关系)与自动关条件(与的关系)设定分别为：高压过热器1底部疏水。高压主汽压力<0.05MPa/高压主汽压力>0.07MPa；一级减温器出口疏水。一级减温器出口温度过热度<11.9K/一级减温器出口温度过热度>13.9K；高压过热器2底部疏水。高压主汽压力<0.05MPa/高压主汽压力>0.07MPa；高压过热器3底部疏水。高压主汽压力<0.05MPa/高压主汽压力>0.07MPa；二级减温器出口疏水。一级减温器出口温度过热度<27.8K/一级减温器出口温度过热度>29.8K；过热器底部疏水总阀。高压主汽压力<0.05MPa/高压主汽压力>0.07MPa。

在机组冷态、温态启动时，上述疏水阀的开关对高压过热蒸汽2级减温器入口温度的影响很小，按程序自动执行即可。但是在热态启动时，高压过热器1、2、3底部疏水阀不具备开启条件。但高过一级、二级减温器出口温度在启动前均会因过热度不满足而启。高过2、3受热面底部较冷的蒸汽会顺着管道，经过高压过热蒸汽2级减温器入口温度测点，再通过高过2级减温器出口疏水阀排掉。温差达100K 的冷蒸汽会将高压过热蒸汽2级减温器入口温度迅速拉低。

为此该厂进行了以下总结和优化：机组停运后，将高压蒸汽疏水联锁退出，防止翌日凌晨疏水阀自动开启；机组发启动令前，将各疏水阀挂禁操后再将疏水阀联锁投自动，这样既不影响SGC 执行又可防止上述疏水阀开启；在燃机点火后，按照汽水流程的方向逐个开启疏水阀将前面的冷蒸汽提前疏掉，以免拉低后头的蒸汽温度；当高旁开启后，大流量的蒸汽会经过高压过热蒸汽2级减温器入口温度测点，这时将上述的阀门投自动即可。通过上述操作优化，可有效将机组热态启动阶段的时长缩短15～25分钟（根据启停机间隔的时间长短而有所不同），经济性非常可观。