摘 要：本文介绍了西门子V92.4型燃气-蒸汽联合循环机组启动情况，分析了机组冷态、温态启动过程耗时存在差异的原因，并针对性的提出了缩短启动过程时间的优化措施，以达到节能降耗，提高机组经济性的目的。

关键词：联合循环；机组启动；优化；经济性

中图分类号：TK478 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0105-02

1 概述

随着天然气资源的开发和应用，我国电力系统中燃气-蒸汽联合循环发电机组呈现快速发展的势头，由于其热效率高、环保、启停迅速及建设周期短等特点，越来越受到电力行业的青睐。江苏华电仪征热电有限公司建有3×254MW燃气-蒸汽联合循环发电机组。每套机组包括1台西门子V94.2型燃气轮机、1台蒸汽轮机、2台发电机和1台无补燃双压余热锅炉及辅助设备。目前由于燃气轮机（下文简称燃机）在电力系统中大多担任调峰任务，公司2016年共启停111次。因而研究如何优化机组的启动过程，缩短机组的启动时间，提高机组启动效率和经济性显得极为重要。

2 西门子V94.2型燃机启动过程简介及分析

西门子V94.2型燃气-蒸汽联合循环启动过程大致为：通过各系统间的相互关系，将各系统设备按顺序启动，在满足余热锅炉上水条件后上水至启动水位。满足燃机启动条件后启动燃机，此时发电机由SFC变频启动装置（下文简称SFC）带动，作为启动电机拖动燃机升速至900RPM进行清吹。10分钟清吹结束后降速至420RPM左右进行升速点火，当转速达到2100RPM时SFC退出，燃机到达3000RPM后自动经同期并网，燃机启动至并网全过程仅需21分钟。

燃机并网后通过提高燃机负荷的方式提高排气温度，从而对余热锅炉加热提高蒸汽参数。汽轮机启动通常可分为冷态启动、温态启动和热态启动三种，高压内缸内壁金属温度小于200℃为冷态启动，高压内缸内壁金属温度200℃-390℃范围内为温态启动，高压内缸内壁金属温度大于390℃时为热态启动。根据汽轮机的实际情况，选择相应的蒸汽参数以满足汽轮机的冲转条件。冷态启动时，汽轮机需在600RPM进行暖机，热态启动可直接升速至3000RPM进行同期并网[1]。

通过对公司2016年机组的启动统计，全年三套机组共启动111次。其中冷态启动22次，温态启动86次，热态启动3次。由于机组的调峰特性，联合循环一般为昼起夜停的运行方式，因而，温态启动所占比例高达77.5%。为进一步分析机组启动的差异，通过统计燃机走步至汽机并网的耗时，比较及分析得出：排除启动失败，冷态启动正常耗时在100分钟至130分钟不等，温态启动耗时在80分钟至110分钟不等。冷态启动由于需进行暖机，启动时间通常略长于温态、热态启动。

3 机组启动耗时差异的原因分析

燃气-蒸汽联合循环机组在启动过程中，由于涉及到燃气轮机、余热锅炉和汽轮机之间的相互配合，因此总的启动耗时存在一定差异，启动耗时差异的原因主要有一下几点[2]：

（1）因设备原因导致的启动失败。通过统计发现，由于SFC故障、燃机盘车故障、燃机同期装置故障等原因延误机组启动及并网的情况时有发生。设备故障通常对机组的启动时间有较大影响，甚至会导致机组的启动失败，影响正常的顶峰任务。（2）冷态启动需进行相关试验。根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》要求，在机组停运达到一定时间后，需在冷态启动后按要求进行相关的试验，如危急遮断器注油试验、AST电磁阀试验等。为确保机组的安全运行，相关试验是必不可少的过程，因此，进行试验是启动耗时差异的原因之一。（3）汽轮机冲转参数的差异。根据汽轮机启动对蒸汽参数的要求，冷态启动蒸汽压力2.0-2.5MPa，温度300-350℃。温态启动冲转参数主要决定于汽机缸壁温度，要求锅炉蒸汽温度比汽机高压内缸下壁温度高50-100℃，并且至少要有50℃的过热度。锅炉和汽轮机由于受到金属设备热应力的限制，不宜升速太快。往往冷态启动时长略长于温态、热态启动。（4）机组启动运行人员温升、温差控制的差异。机组启动对蒸汽、锅炉及汽轮机各部件的温升、温差有严格要求。当温升过快，或相关部件温差过大时，必须降低机组的加负荷速度。在对2016年的所有启动统计分析中，并未发现超温升的现象。但是存在由于人员温升、温差控制导致启动耗时的差异。（5）操作不当造成的启动失败。在启动过程中，存在由于人员操作不当，燃机启动点火后触发相关保护，导致启动失败的情况发生。燃机启动失败通常对机组启动时间有较大的影响。

4 机组启动的分析及优化

4.1 燃机启动的分析及优化

燃机的启动从走步到并网完全由T3000顺控自动控制，人为干预的因素极少，优化空间有限。但在整个过程中，清吹时间所占比例约达50%，通过优化清吹时间，可以有效缩短启动时间。清吹的目的是为了吹掉可能漏进燃机中的燃料，避免发生爆燃。可以通过机组的实际情况，检测并计算出相应的清吹时间，从而加快启动的时间。提高燃机启动的成功率可以有效的减少机组启动的耗时，从而提高机组的经济性。启动前加强对相关设备的检查与校验，可以大大增加设备的可靠性，从而提高启动成功率。为确保燃机启动的成功率，在机组启动前，需要充分做好启动准备工作。

（1）启动前对机组进行全面检查，對点火器阀，发电机空气冷却器，润滑油冷却器等就地阀门位置进行确认，确保设备运转正常。（2）启动前对燃机防喘放气阀、预混及扩散球阀等进行活动性试验，防止因相关设备原因导致启动延时。（3）加强盘面及就地保护装置的检查，对设备保护进行相应的复归。防止因检查疏漏影响机组启动。（4）合理安排辅助设备的启动时间，缩短大容量辅机空载运行时间。

4.2 汽轮机启动的分析及优化

根据昼起夜停运行方式的特点，从燃机并网到汽机并网时间的长短，对整个联合循环的经济性有很大影响。因此，保证机组顺利启动，并使汽轮机尽快具备冲转条件是加快启动时间，提高经济性的关键[3]。

（1）对于冷态启动，锅炉应该提前上水，并在条件允许的情况下，利用相邻机组的供热蒸汽加热炉水，以减少锅炉启动时间。对于温态启动，在锅炉停运前，尽量保持汽包有较高的水位，关闭相关放水阀，及时关闭烟囱挡板保温保压，这样可以保证在启动前锅炉有一定的水位，推迟凝泵、给水泵的启动时间。（2）启动前对汽轮机及辅机进行全面检查，确认各系统就地阀门状态，复归相应的设备保护，检查各辅机系统参数是否满足机组启动要求，对轴封、旁路系统等管道进行充分疏水，防止发生因管道振动过大影响机组正常启动的情况。（3）由于三套机组全部停运情况较少，通常可以利用相邻机组供热系统提前对汽轮机轴封系统进行暖管，并且在燃机启动前供轴封建立凝汽器真空。此方法可以大大缩短汽轮机启动时间，尽可能的减少燃机低负荷运行时间。（4）燃机并网后，需严格根据汽轮机缸温，锅炉汽包壁温差等参数的变化及时调整蒸汽参数，在确保不超温的情况下，及时增加燃机负荷，使汽轮机尽快具备冲转条件。（5）汽机冲转时，选择合理的升速率。冷态启动低速暖机时，600RPM停留时间不宜过长，由于低速时汽轮机调门开度极小，暖机效果一般，根据汽轮机说明书要求，暖机5分钟后即可继续升速，暖机时间不应超过15分钟。在暖机过程中应对机组进行全面检查。（6）汽机并网后，根据汽缸金属温度、相对膨胀等只指标合理控制加负荷时间和速率，及时投入低压补汽。并且提前做好厂用电切换和燃烧方式切换的准备，以保证机组的经济运行。

5 结语

通过对西门子V94.2型燃气-蒸汽联合循环机组启动情况的统计及分析，机组启动过程具有一定优化潜力。在确保机组安全的前提下，通过优化燃机清吹时间，仔细排查设备隐患，合理安排辅机启动顺序，加强启动过程监控，能明显提高机组启动成功率，缩短启动时间，提升经济性水平。

参考文献

[1]赵杨，沙立成，雷一鸣，等.北京电网燃气-蒸汽联合循环机组调峰运行特性[J].华北电力技术，2015，（2）：60-65.

[2]吴文健，李鸿坤，顾正皓，等.燃气—蒸汽联合循环机组运行与维护关键技术研究综述[J].浙江电力，2014，（10）：36-39.

[3]郑李鹏.基于APDL的联合循环汽轮机转子热应力计算及启动优化的研究[D].浙江大学，2011.