三菱F4单轴机组温热态无辅助锅炉启动研究

引言

某电厂#1机组由一台M701F4（G324A）型燃气轮机、一台NG-M701F4-R型余热锅炉、一台TC2F-35.4型蒸汽轮机和一台OFR-480-2-21.5型发电机组成,采用单轴布置方式。天然气经过调压站分离、过滤和调压,再经过燃机天然气前置模块的计量、加热、再过滤后,与进入燃机燃烧室的压缩空气混合,通过燃料喷嘴喷入环绕在燃机主轴上的环管式燃烧室燃烧后,成为高温烟气进入透平膨胀做功,带动燃气轮机转子转动,拖动发电机发电。燃机排出的高温烟气通过烟道进入余热锅炉。烟气中的热量被余热锅炉各模块充分吸收和利用,烟气经余热锅炉的主烟囱排入大气。汽轮机接收来自余热锅炉（HRsG）产生的蒸汽,通过蒸汽膨胀做功将热能转化为动能,并带动发电机发电。汽轮机为双缸三压结构,一个汽缸是高压和中压段（高/中压缸）,另一个汽缸为低压段（低压缸）,蒸汽从低压缸排出并进入凝汽器。

该机组属于调峰机组,基本以日开夜停的方式运行。同时,该机组属于同轴机组,燃机和汽机共用一台发电机,没有3s离合器,汽机高中压缸与低压缸为刚性连接。启动过程中,发电机通过sFC将机组拖至点火转速,点火成功后汽机也随之被冲转,为此,机组在温态和热态也需要启动启动锅炉作为轴封用气,同时为减少鼓风热量,当汽机转速拖到2000r/min时需要提供冷却用辅助蒸汽。机组长期以来在温热态开机时存在轴封温度提升慢,满足启动条件的时间较长,需要开启辅助锅炉等问题,严重影响机组热效率和并网时间。

1无辅助锅炉启动试验研究过程

为了利用余热,满足机组启动要求,无辅助锅炉启动试验分3个阶段进行。

1.1第一阶段:采用中压汽包余热、高压汽包余热供给辅汽用户

（1）机组解列后,检查锅炉、汽机高中压系统各疏水阀、放水阀是否关闭,解列后手动关闭高、中压主汽旁路调节阀,提高停机后高、中压汽包压力,增加锅炉蓄热,同时注意高、中压汽包水位调整是否在正常范围。

（2）接到机组启动命令后,启动启动锅炉,保持启动锅炉20%负荷运行,检查辅汽集箱至启动锅炉的供汽电动阀是否在关闭位置。

（3）疏水暖管至辅汽集箱启动锅炉供汽电动阀前。

（4）开始辅汽母管疏水。

（5）开启炉侧中压旁路电动门,当前后压差接近后,打开中压过热蒸汽主路电动门,供气至冷再至辅汽管道,注意加强

5疏水,暖管

(6）打开#1机冷再至供热逆止阀、#1机冷再至供热旁路二次气动调节阀,调节辅汽母暖压力至0.25MPa左右,利用辅汽集箱5疏排地沟、辅汽集箱排汽电动阀提高辅汽母暖温度管

（7）待辅汽母暖温度为200℃、压力0.8MPa时,开始供轴封,抽真空管

1.2第二阶段:采用低压汽包余热供低压缸冷却蒸汽

（1）机组启动阶段,打开炉侧低压主汽电动阀,暖暖至#1机低压电动主汽门前,待过热度>30℃后,打开#1机低压电动主汽门,并暖暖至#1机低压主汽阀前。

（2）低压缸冷却蒸汽>0.2MPa（过热度>30℃）,机组可以启动。

1.3优化机组启动条件

（1）启机条件的真空由-87kPa调整至-80kPa管

（2）点火条件中,低压缸冷却蒸汽温度>160C,压力>0.3MPa,降低参数要求。

（3）低压缸冷却蒸汽投入时,低压调阀自动开启开度由30%调整至20%。

（4）启机条件中,辅汽母暖压力由0.8MPa调整至0.6MPa。

（5）启动条件中,高压旁路自动强制撤出。

（6）高压、中压、低压炉侧以及低压主汽机侧、辅汽母暖增加过热度报警管

2设备技术改造

通过试验,机组可以实现在无辅助锅炉的温热状态下启动,但是由于余热量的限制,轴封温度达不到设计要求的温度,轴封温度与高压缸金属温度超过110℃。如果长期以这种方式运行容易造成机组的轴封齿变形,造成机组振动增大,为此需要计算增加一套加热装置。根据F4机组的布置情况,综合考虑加热的最佳效果,辅热装置布置在6.5m的平台上,轴封辅热装置具体布置如图1所示。

3轴封辅热装置选型及控制

轴封辅热装置采用深孔氩弧焊接设备,将加热元件的暖壳与法兰利用深孔焊接技术进行深孔焊接,使电热暖与暖板固定,并成为受压容器的一部分管轴封辅热装置采用深孔焊接技术,直接隔绝由容器内部所散发出来的热量向接线盒部位传递,保证接线盒内部温度低于60℃。辅热装置示意图如图2所示。

轴封辅热装置参数如表1所示。

4经济效益分析

轴封电加热器的使用,在机组热态日开夜停的模式下可以不用启动辅助锅炉,每次开机小锅炉的燃气量在4000m3左右,直接节约成本1万元/次,按年均启动40次计算,可以节约40万元。机组冷态开机时,至少可以节省联合循环启动时间30min:按30min汽机负荷80Mw计算,每天可以多发电40Mw电量,经济效益明显。

4结语

MF701F4同轴机组,温热态启动时需要向汽机轴封供气后才能进行抽真空,从而满足机组启动条件。而利用汽包余热,可以不用启动辅助锅炉,节约运行成本。

本文经过对三菱机组的设备特性及运行状况进行研究,探讨了影响机组启动时间的因素:研究了温热态开机中利用汽包余热提供轴封汽源和低压缸冷却蒸汽的投入,并根据轴封参数,节省轴封加热器的投入时间,研究了快速启动过程中,真空条件等参数调整对机组启动安全性的影响。在实现无需辅助锅炉启动的同时,还需要进一步研究投入轴封加热器的时间和操作,机组启停操作还有很大的优化空间,在保证机组安全运行的前提下实现真正的节能。