（国电投周口燃气热电有限公司 河南周口市 466000）
摘要：分析安萨尔多AE94.3A型燃气-蒸汽联合循环机组冷态启动过程中的节点控制及优化，讨论减少冷态启动时间、提高机组冷态启动过程的安全性和经济性。
关键词：联合循环；燃气轮机；冷态启动；节点控制；优化
燃气－蒸汽联合循环机组以其启动快、调峰性能力强的特点在电力系统中的应用日益广泛。运行实践表明，联合循环机组的启动过程直接关系着电厂的安全经济运行以及机组的运行寿命。本文结合本电厂的实际情况，提出机组冷态启动过程中的节点控制及优化。
一、机组概况
国电投周口燃气热电有限公司建有2套45万千瓦级的燃气－蒸汽联合循环机组，采用“1 + 1 + 1”分轴布置，即1套联合循环机组由1台燃气轮发电机组、1台余热锅炉和1台蒸汽轮发电机组构成。
二、机组冷态启动准备阶段
辅助系统投入启动前状态或正常运行状态，为机组启动准备，包括以下系统。①润滑油、密封油、定冷水和控制油系统投入正常运行；燃机、汽轮机盘车系统，盘车投入时间不低于24h。②闭冷水、凝结水系统，余热锅炉系统省煤器、蒸发器和汽包等受热面注水完成；天然气供应系统和辅助蒸汽系统正常投入运行；轴封及真空系统、给水泵系统、旁路除氧系统、开式水及循环水系统等各辅助系统投入。各辅助系统投入正常运行，并确认发变组、励磁及拖动等电气系统正常备用。各设备和系统状态信号反馈正常，机组即具备启动条件。
三、机组冷态联合循环启动
1、燃气轮机启动并网至带初负荷阶段控制及优化
安萨尔多AE94.3A型多轴燃气-蒸汽联合循环一拖一机组燃气轮机以天然气作为燃料，在环形燃烧室与压气机出口空气混合燃烧，产生1230℃（ISO工况）高温烟气进入透平做功，透平以585℃的排气送入到余热锅炉，经热交换后，最终将烟气排入大气，燃气轮机燃具有“一键启动”的特点。燃机启动并网逐渐加负荷至50MW左右（燃机负荷根据汽轮机高压和再热主汽推荐温度确定），在此负荷下锅炉升温升压至汽轮机启动冲转蒸汽参数。在此负荷下要注意燃机烟气排放NOx 不超标。冷态启动过程中，控制好燃气轮机排气温度与汽轮机缸温合理匹配，使高压主汽温与高压缸内缸上壁金属温度差在 50 ～ 70 ℃，保证汽轮机金属应力在最小范围。在整个启动过程中，燃气轮机升负荷主要有二个阶段的限制：第一阶段，锅炉方面的限制；第二阶段，汽轮机在中速暖机，等待暖机计时的结束及中压轴的计算温度大于 300 ℃，而耗时最多的就是在第二阶段，中速暖机阶段。
2、余热锅炉启动与升压阶段控制及优化
余热锅炉体积庞大，为使其在启动过程中不致产生过大的热应力而造成损害，需要足够时间暖炉。根据机组启动前余热锅炉的状态参数不同划分为余热锅炉的冷态与热态。锅炉压力为零，温度不足100℃时启动为冷态，反之为热态，冷态启动过程与热态启动有很大不同，最明显的是余热锅炉必须经过一个初负荷暖管的过程。锅炉升温升压过程中，开启锅炉疏水、过热器向空排汽电动门，控制汽包初压力缓慢上升。开启锅炉定排、连排阀门，控制好汽包主汽压力、温度上升速率，使锅炉初步建立汽水循环，并控制好汽包水位。此阶段要严格保证在启炉过程中，升温升压过程缓慢均匀，严格监视汽包上下壁温差不大于40 ℃，升温速度＜5 ℃/min，升压速度＜0.3 MPa /min。
3、汽轮机冲转并网至滑压运行阶段控制及优化
此阶段燃气轮机逐渐加至汽机冷态对应冲转负荷，排烟温度维持在 420 ℃左右，待主蒸汽压力5.0Mpa、主汽温度350℃、再热主蒸汽压力1.15Mpa、再热主汽温度350℃等参数满足蒸汽轮机冲转条件后，执行机组冲转操作。机组从盘车转速升速，升速至600 r /min，暖机60 min。此后机组升速至额定转速、并网（冲转过程中注意高排逆止阀要给开指令，汽轮机并网后检查高排通风阀及时关闭）。汽轮机启动过程中要注意高压主汽温度和再热主汽温度不超限，根据汽轮机缸温及时调整。蒸汽轮机和燃气轮机适当加负荷，注意燃机负荷和汽轮机负荷、余热锅炉负荷的匹配，蒸汽轮机在低负荷下暖机。
在蒸汽参数一定的情况下，可以通过调节凝汽器真空度来缩短暖机时间。由于真空度越低，汽机鼓风摩擦热量越大，转子温度升高越快。实践证明将凝汽器真空调整到25KPa可以大幅缩短暖机时间。使缸温和转子温度满足要求后，自动切至滑压运行。至此机组整体启动过程结束，进入带负荷运行阶段。（注意汽轮机高、中旁路开启后，注意减温水是否跟踪正常，高旁后温度和中旁后温度不超限值）
4、燃气轮机、汽轮机加负荷至额定负荷阶段控制及优化
加负荷过程中注意燃机负荷和汽轮机负荷、余热锅炉负荷的匹配，需控制主汽温度与蒸汽轮机内缸壁温保持约40 ～60 ℃的温度梯度，以使蒸汽轮机均匀加热暖机，同时注意避免上下缸温差过大及差胀超限。机组全冷态时注意负荷不要增加过快。燃机120MW注意投入RDS，汽轮机低压补汽满足要求后及时投入（投入时注意低压汽包液位不大幅度波动，主要是控制低压主汽门前压力和中压缸排气压力偏差不应过大，否则低压主汽调门开启过快），负荷稳定后及时将辅助蒸汽汽源切至低压补汽带。燃机一次调频、AVC、汽机AVC、机组CCS满足条件后及时投入。
四、影响机组启动的问题
1、影响燃气轮机启动不成功的因素及优化措施
燃气轮机启动程序为一键启动，若启动过程中出现步序超时，则燃气轮机启动不成功。其常见的情况及原因有以下几种：
（1）燃气轮机启动时点火失败
燃气轮机点火是机组启动过程中最关键的步骤之一，因此对点火成功率要求很高。导致点火失败 的原因主要有以下几个方面：
1）离线水洗后点火电极潮湿，导致点火失败。因此，水洗后建议投入清吹功能以达到干燥点火电 极的目的。
2）点火天然气流量设置不合适。通过做点火试验，尝试不同的点火气流量，寻找能成功点火流量围，取中间值即为最佳点火气压力。
3）火焰探测器故障或在规定时间内探测不到火焰，从而造成逻辑判断点火失败。建议做好点火系统维护，定期拆出火花塞进行点火试验并检查其 点火头部是否有变形、松动、烧坏、陶瓷脱落等迹象，及时检查火焰探测器是否损坏，如有异常则应及时 更换。
4）点火变压器及点火电极问题，利用停机期间加强设备检修维护
5）ESV阀开启缓慢，导致点火失败，更换伺服阀，加强维护，防止卡涩。
2、辅机系统的启动优化
合理优化辅机系统启动时间有利于启动过程中减少汽水损失和厂用电耗量，同时也能加快启动速度。按照机组启动方案，在正常启炉前启动给水泵，在汽包水位正常时最小流量打循环，现由于锅炉快速启动，在旁路投入前疏水量和向空排汽量不大，很容易使汽包水位上升过快，如过早启动给水泵，一方面可能给水系统阀门内漏严重，导致汽包水位过高，最终大量放水；另一方面在给水调节阀前电动阀关闭严密的情况下导致省煤器超压。因此，在综合考虑汽包水位和省煤器充水时间合理启动给水泵，可避免汽水损失和电耗，同时控制好汽包水位也有利于快速启炉。循环水泵机组在较低负荷时一台小循泵即可满足要求，选择恰当的时机启动大循环水泵。其它辅机系统如凝泵、真空泵等都应合理按照启动过程适当进行优化，使整体启动电耗更趋于合理，有利节能工作。
五、结语
通过对机组启动前及启动过程中的节点控制及优化，可以在保证机组运行安全的前提下通过适当调整优化控制，提高冷态启动过程的经济性。
参考文献：
[1]焦树建.燃气轮机与燃气－蒸汽联合装置［M］．北京：中国电力出版社，2007：580-585．
[2]安萨尔多AE94.3A型燃气轮机运行手册．
[3]周建，李军，李晓柯等． 9E 燃气-蒸汽联合循环机组冷态启动优化． 江苏省电机工程学会 2017 年论文集．