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摘要：以三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象，通过对机组温态启动部分参数进行优化，实现缩短温态启动时间、提高温态启动经济性的目的，对同类型联合循环发电机组有一定借鉴意义。

关键词：M701F4，温态启动，暖机负荷，优化

Optimization of Warm Mode Start-Up Process of M701F4

Gas-Steam Combined Cycle Unit

LIU Zhongjie

（Zhejiang Datang International Shaoxing Jiangbin thermal power generation co.，ltd， Zhejiang Shaoxing， 312366）

Abstract： MITSUBISHI M701F4 gas-steam combined cycle unit is taken as the research object. By optimizing some factors of the warm mode start-up， the purpose of shortening the start-up time and improving the economy of the start-up process can be achieved， which has certain reference significance for the same type gas-steam combined cycle units.

Key words：M701F4，warm mode start-up，warm up load，optimization

0 引言

燃氣-蒸汽联合循环机组具有启动快速、热效率高、环境污染小等突出优点，近几年在我国得到了快速发展。同时由于燃气发电价格成本高、电网峰谷差值大等因素，在国内大部分地区尤其是南方地区如广东、浙江的燃气机组多采取两班制运行的方式，启停频繁。对于M701F4联合循环机组而言，汽轮机高压缸入口金属温度在230-395℃之间时为温态，一般在停机时间为30-144小时（即停机1天到6天）之间。温态启动的停机时间区间长导致温态启动次数较多，以某电厂为例其两台M701F4型机组2016年温态启动次数达46次之多，对温态启动的启动过程进行优化十分必要。

1 温态启动暖机负荷问题的提出

对于M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组，汽轮机进汽的条件包括高中压蒸汽压力（高压蒸汽压力大于4.7MPa，中压进汽压力大于1.0MPa）、高中压蒸汽过热度（均大于56℃）、高压主蒸汽温度和高压缸入口金属温度匹配（经过高压主蒸汽压力修正后的温度差值在-56℃和110℃之间）、中压主蒸汽温度和中压缸叶片持环温度金属温度匹配（经过中压主蒸汽修正后的温度差值大于-56℃）共四个条件。对于温态启动来说，最后满足的条件为高中压蒸汽温度和金属温度的匹配度，在缸体温度确定的条件下意味着高中压蒸汽温度需要提高到一定数值。

汽轮机高压缸入口金属温度在230-395℃之间时认为机组处于温态。温态暖机负荷逻辑统一设定为72MW，即暖机负荷不考虑环境温度和汽轮机缸体金属温度，在大气温度低、汽轮机缸体金属温度高的情况下会出现暖机时间长，经济性差的问题。

以某次温态启动（温态启动例一）为例，当时环境温度1.88℃，机组停运34小时，在72MW下的暖机负荷下，暖机时间为60分钟，较额定暖机时间（35分钟）长25分钟，机组长时间停留在暖机负荷下严重影响了机组启动的经济性。相关数据如下：

汽轮机刚刚从热态进入温态时，汽轮机缸体金属温度仍然很高，要求与其匹配的高中压蒸汽进汽温度也很高。上例中较低的环境温度下（1.88℃）燃机排烟温度为373.8℃，而最后满足进汽条件的高、中压主蒸汽温度分别为370.5℃、349.9℃，排烟温度和高中压主蒸汽温度接近导致蒸汽温度上升缓慢，暖机时间长。在环境温度更低、汽轮机缸体温度更高的情况下，暖机时间会进一步增加，某次温态启动（环境温度-0.2℃、高压缸入口金属温度386℃）的暖机时间为73分钟。

2 温态启动暖机负荷的初步优化

经过和制造厂家沟通，温态启动暖机负荷从72MW提高到80MW，负荷优化后机组机组温态启动（温态启动例二）相关数据和温态启动例一比较如下：

暖机负荷优化后的这次启动（温态启动例二），环境温度较修改前提高了3.36℃，由于暖机负荷从72MW提高到80MW，燃机排烟温度提高12.5℃（从373.8℃提高到386.3℃）。这次启动停机时间较原来更短，缸体金属温度更高（修改前停机34小时，修改后停机29小时;修改前高压缸入口金属温度为382.7℃，中压透平叶片持环温度为376.8℃，修改后高压缸入口金属温度为393.7℃，中压透平叶片持环温度为388.22℃），暖机时间缩短11分钟，暖机负荷修改后效果十分明显。但本次启动暖机时间较之温态启动额定暖机时间（35分钟）仍然多出13分钟，需要进一步进行优化。

3 温态启动暖机负荷的再次优化

由于在机组停运时间短、汽轮机缸体温度高的情况下80MW的暖机负荷仍然偏低，兼顾整个温态范围内的缸体温度，设定温态启动暖机负荷和高压缸入口金属温度曲线，并根据暖机负荷的不同对高中压调阀速率、汽轮机进汽期间的升负荷率进行了修改：

3.1温态启动暖机负荷的优化

依据不同汽轮机高压缸入口金属温度来设定不同的暖机负荷，制定温态启动暖机负荷曲线如下：

温态启动暖机负荷继续优化后机组温态启动（温态启动例三）相关数据和温态启动例一比较如下：

暖机负荷优化后的这次启动（温态启动例三），環境温度较修改前下降了4.77℃，由于暖机负荷从72MW提高到111MW，燃机排烟温度提高55.3℃。在高压缸入口金属温度和中压透平持环温度基本一致的情况下，暖机时间缩短26分钟，较80MW负荷下暖机时间缩短14分钟，低于额定暖机时间（35分钟）。

3.2温态启动暖机负荷优化后的机组升负荷率调整

按照M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组初始设计，汽轮机进汽期间的机组升负荷率为3MW/min，即从汽轮机进汽时负荷72MW到机组启动完成（机组负荷225MW）需用时51分钟。本次对进汽期间的机组升负荷率同步进行了修订，机组升负荷率随高压缸入口金属温度的升高而升高。温态启动时汽轮机进汽期间的机组升负荷率曲线如下：

由于温态启动例三中高压缸入口金属温度为363℃，其升负荷率为4.17MW/min，从汽轮机进汽时负荷111MW到机组启动完成负荷225MW共用时27分钟，较原设计值51分钟节省24分钟。

3.3温态启动暖机负荷优化后的高中压主汽调节阀开启速率调整

按照M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组初始设计，汽轮机进汽时高中压主汽调节阀同时开启，在机组负荷达到225MW时汽轮机高中低压主汽调节阀开启完毕，两者同步需用时51分钟。在温态启动暖机负荷优化、升负荷率优化后，需要对高中压主汽调节阀开启速率同步进行调整，否则会导致机组负荷达到225MW后高中压主汽调节阀尚未开启完毕，高中压主汽调阀完全开启前机组将闭锁机组继续增加负荷，影响机组运行的经济性。

汽轮机高中压主汽调节阀开启速率根据汽轮机高压缸入口金属温度设定，原则为机组负荷达到225MW时高中压主汽调节阀开启完毕。修改前的高中压主汽调节阀开启速率固定为1.85，修改后的高中压主汽调节阀开启速率在1.85和7.2之间，曲线如下：

4 温态启动暖机负荷优化后经济性比较

经过暖机负荷优化后，对机组自并网到机组启动完成（机组负荷225MW，高中压主汽调节阀开启完毕）期间的相关数据进行对比：

比较温态启动暖机负荷优化前后，按照天然气2.21元/Nm3、上网电价0.507元/kWh计算，自并网至机组启动完成（机组负荷225MW、汽轮机高中压主汽调节阀完全开启）发电量、耗气量、厂用电量比较，缩短启动时间50分钟，节约费用3.68万元。若考虑到环境温度相差4.77℃，折合到同等状况下启动节省费用会更多。

由于暖机负荷优化后，汽轮机进汽时的机组升负荷率取决于高压缸入口金属温度，温度越高，升负荷率越高，进汽时间越短，温态启动的经济性越好。

相同汽轮机缸体温度下，环境温度较低时燃机排烟温度越低造成暖机时间偏长，暖机负荷优化效果更明显。

在环境温度9.8℃、高压缸入口金属温度384℃时，暖机负荷优化后启动时间缩短35分钟，节省费用2.78万元;在环境温度16.8℃、高压缸入口金属温度393℃时，暖机负荷优化后启动时间缩短30分钟，节省费用2.2万元;

5 温态启动暖机负荷优化后安全性检查

暖机负荷优化后，机组暖机负荷、高中压主汽调节阀开启速率、机组升负荷率均有所提高，对余热锅炉和汽轮机本体产生影响。温态启动例三的启动过程中相关安全参数如下：

结合上表数据分析，温态启动暖机负荷优化后，余热锅炉和汽轮机本体相应参数均在允许范围内且距离限值有较大裕度，机组启动安全并未收到影响。分析其他几次优化后的温态启动，各参数均在安全范围内。

5 结语

M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组通过修改逻辑，优化温态启动暖机负荷、汽轮机高中压主汽调节阀开启速率、汽轮机进汽期间升负荷率，在保证机组运行安全的情况下温态启动的时间明显缩短，启动经济性明显提高，启动过程的气耗和供电煤耗明显下降，对同类型机组有一定借鉴意义。

参考文献

焦树建. 燃气-蒸汽联合循环.【M】，北京：机械工业出版社，2000

广东惠州天然气发电有限公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电设备与运行：机务分册.北京.机械工业出版社，2013

作者简介：刘忠杰（1983-），男，汉族，大学本科学历，工程师，浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司，主要从事燃气轮机运行技术管理工作。