300MW燃气-蒸汽联合循环余热锅炉快速启动研究

300MW燃气-蒸汽联合循环余热锅炉快速启动研究

2007-04-11 10:45:08 张纪平刘文涛能动信息网关注：98次文字大小:[大][中][小] 进入论坛讨论

核心提示：通过对镇海300 MW联合循环余热锅炉热力系统、自动控制程序和实际运行数据的分析研究，找出该余热锅炉启动速度慢的根本原因，经过设备和控制程序的相应改造，实现了余热锅炉的安全快速启动，取得很好的经济效益。

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0 概况

海300 MW燃气轮机－蒸汽联合循环机组由两台GE公司PG9171E型燃气轮机、两台荷兰NEM公司立式非补燃单压强制循环炉和一台GECAl－sthom单缸纯凝式、轴向排气蒸汽机组成。燃气轮机和余热锅炉之间有烟气挡板相隔，当烟气挡板关闭时，燃气轮机排烟从旁路烟囱排掉，为简单循环。挡板打开后，燃气轮机排烟经余热锅炉排至主烟囱，锅炉产生的蒸汽通过主汽管道送至汽机，为联合循环。每台锅炉均配有设计容量为额定蒸发量100％的旁路。

燃气轮机控制采用MKV，汽轮机控制采用GEM80，余热锅炉及电站的主控采用INFI －90 DCS控制系统，自动化水平较高，可以实现整个电站的全自动启、停，完成简单循环或联合循环等各种运行方式，并可实现自动负荷控制（AGC）。由于外方系统设备及控制程序设计不合理，联合循环启动速度较慢，特别是在余热锅炉处于冷态的情况下，启动时间需3～4 h，按设计余热锅炉启动前燃气轮机需减负荷到18 MW，并切至轻油运行，燃气轮机

在此期间不仅AGC要撤出，而且负荷较低，经济效益差，大大制约燃气轮机快速调节负荷的优势，使经济效益明显下降。为适应电力市场对调峰的要求，应增加锅炉启动灵活性和加快联合循环启动的速度，进行余热锅炉快速启动的研究和实践。

1余热锅炉启动速度慢的原因分析

通过对余热锅炉热力系统、自动控制程序和近2年的实际运行数据的分析研究，找出了影响启动速度慢的主要因素有以下几方面。

1．1自动控制和保护设计不合理

本厂自动化程度很高，机组的启动实现全自动，余热锅炉挡板、阀门和泵组启动全进入程控，在程序设计上加入许多限制条件，经常因为次要环节条件不满足，导致整个程序无法执行。集中反映在以下方面：

（1）设计余热锅炉启动时燃气轮机负荷为18MW，需切轻油运行，这种运行方式不但经济效益极差，而且需要燃机降负荷，重油切回轻油，影响启动速度。

（2）烟气挡板开启前对汽包和除氧器水位有严格的要求，如汽包启动水位设计为－515 mm，水位波动限制在±30 mm／s之内且需稳定30 s，经常因为水位条件不满足而无法开启挡板。特别在一台余热锅炉运行的情况下，由于疏水箱（注两台炉共同一个疏水箱）压力较高，导致另一台炉汽包或除氧器水位偏高时无法放掉，不能满足启动水位条件。根据实际运行经验，不需要设置如此严格的水位条件。

（3）除氧器、汽包、主汽温度控制特性不好，无法满足在高负荷快速启动时水位和温度控制。

（4）主控和联合循环启动程序设计存在不合理的限制条件。

（5）与同类燃机电厂比较，我厂锅炉保护过于复杂，如设计中测量信号的扰动容易引起锅炉的误跳，在锅炉启动时，由于工况的不稳定更容易出现误跳，严重影响机组的正常启动及启动速度。

1．2 余热锅炉热力系统方面因素

余热锅炉热力系统设计不合理影响启动速度，主要有以下几个因素：

（1）烟气挡板力矩不足，经常出现无法打开现象，在高负荷启动余热锅炉时烟道挡板开启更困难。

（2）主蒸汽管道较长，而且疏水管径小，因此其暖管、疏水时间较长。

2 余热锅炉综合改造

2．1自动控制及保护的改进

（1）修改余热锅炉启动时对燃气轮机负荷的限制，即在燃气轮机并网后即可开启挡板，允许开挡板的燃机负荷为0～50 MW，并允许在重油状态下启动锅炉，在锅炉旁路系统投运后，负荷允许在50～100 MW任意调节。

（2）在高负荷下启动，可以通过减小烟气挡板的开度来控制烟气流量，从原来的50％改为30％，另外调整烟气挡板及液压油控制系统，使满足在高负荷下能开启挡板，而且能在0％～100％全程调节。

（3）在安全范围内对汽包及除氧器注水水位和启动水位都进行适当的放低，另外开挡板时接近启动水位的条件放大，根据实际的运行经验，在锅炉挡板开启至

旁路投运前，保持汽包水位处于低水位（－300 mm左右），可以明显提高启动速度。具体情况如下：1）除氧器水位：原注水水位为－100mm，启动水位为－150 mm，接近启动水位的条件为：水位波动在±12 mm／s之内且稳定30 s。水位在－200～0 mm之间，相应改为：注水水位－250mm，启动水位－300 mm，接近启动水位条件改为：水位波动在±50 mm／s之内，稳定时间为10 s，水位在－400～150 mm之内。2）汽包水位原注水水位为－115 mm，启动水位为－515 mm，接近启动水位条件为：水位波动在±30 mm／s之内且稳定30 s，水位在－540～405 mm 之内。相应改为：注水水位－250 mm，启动水位－550 mm，接近启动水位条件为：水位波动在±50 mm／s且稳定10 s，水位在－600～－400 mm之间。

（4）对锅炉保护盘组态进行修改，取消除氧器水位、汽包水位、高压循泵循环水流量、低压循泵循环水流量、主汽温度各变送器测量信号之间的偏差大跳锅炉的保护，保留上述各信号偏差大至DCS的报警。

（5）修改主控和联合循环启动程序、余热锅炉启动程序、电站负荷控制程序。在确保机组安全的前提下，尽可能减少锅炉启动前条件和启动过程中不必要的限制，实现全自动的启动。如放宽对锅炉启动时汽包、除氧器启动水位的限制：修改电站负荷控制和AGC控制的条件，在锅炉启动过程中电站负荷控制和AGC能正常投运，满足调度的需要。合理调整子程序执行过程中时间参数，避免程序中断等。

（6）修改除氧器水位、汽包水位、主汽温度控制参数，满足在高负荷快速启动时水位和温度的控制。如：对主汽温度控制加入燃气轮机排气温度作为前馈信号，以加快在燃气轮机负荷快速变化时主汽温度控制的响应速度，避免超温跳炉。

（7）修改余热锅炉旁路开启压力设定值，避免在锅炉冷态启动时低压力下旁路和向空排汽阀同时开启而引起凝汽器真空低跳汽机和锅炉的现象，现改为旁路开启压力设定值低限为500 kPa。

（8）增装向空排汽电动门，加快锅炉疏水速度，并能在DCS运行操作台上实现遥控操作。

2．2 热力系统改造

（1）改造烟道挡板执行机构，提高挡板开启力矩，保证在燃机高负荷下，烟气挡板能顺利开启。烟道挡板执行机构改造方法：烟道挡板在余热锅炉全关位置（烟气走旁路烟囱）时，其初始启动力只有16°。而从全开位置（烟气走主烟囱）向关闭方向运动时其初始启动角有29°。如图1所示。