三菱F4單軸機(jī)組溫?zé)釕B(tài)無輔助鍋爐啟動研究

引言

某電廠#1機(jī)組由一臺M701F4（G324A）型燃?xì)廨啓C(jī)、一臺NG-M701F4-R型余熱鍋爐、一臺TC2F-35.4型蒸汽輪機(jī)和一臺OFR-480-2-21.5型發(fā)電機(jī)組成,采用單軸布置方式。天然氣經(jīng)過調(diào)壓站分離、過濾和調(diào)壓,再經(jīng)過燃機(jī)天然氣前置模塊的計量、加熱、再過濾后,與進(jìn)入燃機(jī)燃燒室的壓縮空氣混合,通過燃料噴嘴噴入環(huán)繞在燃機(jī)主軸上的環(huán)管式燃燒室燃燒后,成為高溫?zé)煔膺M(jìn)入透平膨脹做功,帶動燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃機(jī)排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道進(jìn)入余熱鍋爐。煙氣中的熱量被余熱鍋爐各模塊充分吸收和利用,煙氣經(jīng)余熱鍋爐的主煙囪排入大氣。汽輪機(jī)接收來自余熱鍋爐（HRsG）產(chǎn)生的蒸汽,通過蒸汽膨脹做功將熱能轉(zhuǎn)化為動能,并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)為雙缸三壓結(jié)構(gòu),一個汽缸是高壓和中壓段（高/中壓缸）,另一個汽缸為低壓段（低壓缸）,蒸汽從低壓缸排出并進(jìn)入凝汽器。

該機(jī)組屬于調(diào)峰機(jī)組,基本以日開夜停的方式運行。同時,該機(jī)組屬于同軸機(jī)組,燃機(jī)和汽機(jī)共用一臺發(fā)電機(jī),沒有3s離合器,汽機(jī)高中壓缸與低壓缸為剛性連接。啟動過程中,發(fā)電機(jī)通過sFC將機(jī)組拖至點火轉(zhuǎn)速,點火成功后汽機(jī)也隨之被沖轉(zhuǎn),為此,機(jī)組在溫態(tài)和熱態(tài)也需要啟動啟動鍋爐作為軸封用氣,同時為減少鼓風(fēng)熱量,當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速拖到2000r/min時需要提供冷卻用輔助蒸汽。機(jī)組長期以來在溫?zé)釕B(tài)開機(jī)時存在軸封溫度提升慢,滿足啟動條件的時間較長,需要開啟輔助鍋爐等問題,嚴(yán)重影響機(jī)組熱效率和并網(wǎng)時間。

1無輔助鍋爐啟動試驗研究過程

為了利用余熱,滿足機(jī)組啟動要求,無輔助鍋爐啟動試驗分3個階段進(jìn)行。

1.1第一階段:采用中壓汽包余熱、高壓汽包余熱供給輔汽用戶

（1）機(jī)組解列后,檢查鍋爐、汽機(jī)高中壓系統(tǒng)各疏水閥、放水閥是否關(guān)閉,解列后手動關(guān)閉高、中壓主汽旁路調(diào)節(jié)閥,提高停機(jī)后高、中壓汽包壓力,增加鍋爐蓄熱,同時注意高、中壓汽包水位調(diào)整是否在正常范圍。

（2）接到機(jī)組啟動命令后,啟動啟動鍋爐,保持啟動鍋爐20%負(fù)荷運行,檢查輔汽集箱至啟動鍋爐的供汽電動閥是否在關(guān)閉位置。

（3）疏水暖管至輔汽集箱啟動鍋爐供汽電動閥前。

（4）開始輔汽母管疏水。

（5）開啟爐側(cè)中壓旁路電動門,當(dāng)前后壓差接近后,打開中壓過熱蒸汽主路電動門,供氣至冷再至輔汽管道,注意加強(qiáng)

5疏水,暖管

(6）打開#1機(jī)冷再至供熱逆止閥、#1機(jī)冷再至供熱旁路二次氣動調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)輔汽母暖壓力至0.25MPa左右,利用輔汽集箱5疏排地溝、輔汽集箱排汽電動閥提高輔汽母暖溫度管

（7）待輔汽母暖溫度為200℃、壓力0.8MPa時,開始供軸封,抽真空管

1.2第二階段:采用低壓汽包余熱供低壓缸冷卻蒸汽

（1）機(jī)組啟動階段,打開爐側(cè)低壓主汽電動閥,暖暖至#1機(jī)低壓電動主汽門前,待過熱度>30℃后,打開#1機(jī)低壓電動主汽門,并暖暖至#1機(jī)低壓主汽閥前。

（2）低壓缸冷卻蒸汽>0.2MPa（過熱度>30℃）,機(jī)組可以啟動。

1.3優(yōu)化機(jī)組啟動條件

（1）啟機(jī)條件的真空由-87kPa調(diào)整至-80kPa管

（2）點火條件中,低壓缸冷卻蒸汽溫度>160C,壓力>0.3MPa,降低參數(shù)要求。

（3）低壓缸冷卻蒸汽投入時,低壓調(diào)閥自動開啟開度由30%調(diào)整至20%。

（4）啟機(jī)條件中,輔汽母暖壓力由0.8MPa調(diào)整至0.6MPa。

（5）啟動條件中,高壓旁路自動強(qiáng)制撤出。

（6）高壓、中壓、低壓爐側(cè)以及低壓主汽機(jī)側(cè)、輔汽母暖增加過熱度報警管

2設(shè)備技術(shù)改造

通過試驗,機(jī)組可以實現(xiàn)在無輔助鍋爐的溫?zé)釥顟B(tài)下啟動,但是由于余熱量的限制,軸封溫度達(dá)不到設(shè)計要求的溫度,軸封溫度與高壓缸金屬溫度超過110℃。如果長期以這種方式運行容易造成機(jī)組的軸封齒變形,造成機(jī)組振動增大,為此需要計算增加一套加熱裝置。根據(jù)F4機(jī)組的布置情況,綜合考慮加熱的最佳效果,輔熱裝置布置在6.5m的平臺上,軸封輔熱裝置具體布置如圖1所示。

3軸封輔熱裝置選型及控制

軸封輔熱裝置采用深孔氬弧焊接設(shè)備,將加熱元件的暖殼與法蘭利用深孔焊接技術(shù)進(jìn)行深孔焊接,使電熱暖與暖板固定,并成為受壓容器的一部分管軸封輔熱裝置采用深孔焊接技術(shù),直接隔絕由容器內(nèi)部所散發(fā)出來的熱量向接線盒部位傳遞,保證接線盒內(nèi)部溫度低于60℃。輔熱裝置示意圖如圖2所示。

軸封輔熱裝置參數(shù)如表1所示。

4經(jīng)濟(jì)效益分析

軸封電加熱器的使用,在機(jī)組熱態(tài)日開夜停的模式下可以不用啟動輔助鍋爐,每次開機(jī)小鍋爐的燃?xì)饬吭?000m3左右,直接節(jié)約成本1萬元/次,按年均啟動40次計算,可以節(jié)約40萬元。機(jī)組冷態(tài)開機(jī)時,至少可以節(jié)省聯(lián)合循環(huán)啟動時間30min:按30min汽機(jī)負(fù)荷80Mw計算,每天可以多發(fā)電40Mw電量,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4結(jié)語

MF701F4同軸機(jī)組,溫?zé)釕B(tài)啟動時需要向汽機(jī)軸封供氣后才能進(jìn)行抽真空,從而滿足機(jī)組啟動條件。而利用汽包余熱,可以不用啟動輔助鍋爐,節(jié)約運行成本。

本文經(jīng)過對三菱機(jī)組的設(shè)備特性及運行狀況進(jìn)行研究,探討了影響機(jī)組啟動時間的因素:研究了溫?zé)釕B(tài)開機(jī)中利用汽包余熱提供軸封汽源和低壓缸冷卻蒸汽的投入,并根據(jù)軸封參數(shù),節(jié)省軸封加熱器的投入時間,研究了快速啟動過程中,真空條件等參數(shù)調(diào)整對機(jī)組啟動安全性的影響。在實現(xiàn)無需輔助鍋爐啟動的同時,還需要進(jìn)一步研究投入軸封加熱器的時間和操作,機(jī)組啟停操作還有很大的優(yōu)化空間,在保證機(jī)組安全運行的前提下實現(xiàn)真正的節(jié)能。