2024年4月7日发(作者：)
第3期
2023年9月
DONGFANGTURBINE
No.3
Sep.2023
DOI:10.13808/1674-9987.2023.03.017
陈琦袁燕金栋
(广东粤电大亚湾综合能源有限公司袁广东惠州袁516082)
摘要院
相比单轴的燃气蒸汽联合循环机组袁分轴机组的汽轮机有独立的启动过程袁其中包括冲转尧并网尧升负荷遥运行人员
通过多次的启动经验和查阅厂家资料袁提出了汽轮机启动方式的优化方案遥通过优化袁汽轮机在启动过程中的安全性和经济
性有了大幅提高遥
关键词院
分轴袁汽轮机启动袁调阀控制
中图分类号院
TK262
文献标识码院
A
文章编号院
1674-9987渊2023冤03-0073-05
OptimizationSchemeforSteamTurbineStartupModeof
M701F4CombinedCycleUnit
渊GuangdongYuDeanDaYaBayComprenesiveEnergyCo.,Ltd,516080,HuiZhou,GuangDong冤
Abstract院Comparedtothesingleshaftgassteamcombinedcycleunit,thesteamturbineofthesplitshaftunithasanindependent
startupprocess,includingimpulsestarting,gridconnection,ratingpersonnelofplanthaveproposedan
hoptimization,thesafetyandeconomyofthesteamturbineduringstartuphavebeengreatlyimproved.
Keywords院split-shaft,turbinestart,control
optimizationschemeforthestartupmodeofsteamturbinesthroughmultiplestartupexperiencesandconsultingthemanufacturer's
CHENQi袁YANJindong
某电厂机组为三菱M701F4型分轴燃气蒸汽
联合循环机组袁其中燃机为三菱M701F4型重型
燃机袁汽轮机为东汽三压尧再热尧双缸尧向下排
汽尧抽凝供热汽轮机渊一拖一分轴冤遥汽轮机高压和
低压阀门采用一个主汽阀加一个调节阀结构型式袁
中压阀门采用一大一小两个联合汽阀结构型式遥
二期机组汽轮机高中压调阀采用综合阀位控
制模式袁即高中压调阀共用一个阀门总指令袁高
压调阀指令由阀门总指令与高压调阀开度曲线计
1汽轮机高中调阀的控制方式
第一作者简介院陈琦渊1989-冤袁男袁本科袁工程师袁毕业于华南理工大学能源工程及自动化专业袁现任职于大亚湾综合能源有限公司遥
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窑73窑
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算得出袁中压调阀的控制与高压调阀同理遥
2
1.1高中压调阀的转速控制模式
在汽轮机冲转阶段袁高中压调阀根据汽轮机
目标转速和升速率计算得到的阀门开度指令控制
进入汽轮机的蒸汽量袁达到控制汽轮机转速的目
的遥当汽轮机并网后袁自动退出此模式遥
1.2高中压调阀的负荷控制模式
在汽轮机升降负荷阶段袁高中压调阀根据汽
轮机实际负荷与目标负荷偏差值计算得到的阀门
开度指令控制进入汽轮机的蒸汽量袁达到控制汽
轮机负荷的目的遥当高中压调阀进入压力控制模
式后袁自动退出此模式遥
升负荷模式院在汽轮机启动阶段袁控制汽轮
机从并网初始负荷渊约8MW冤升至15MW进行暖
机遥该模式为APS模块内置功能袁无法手动投退遥
降负荷模式院在汽轮机停机阶段袁控制汽轮
机负荷从100MW降至打闸负荷渊15MW冤遥
1.3高中压调阀的压力控制模式
高中压调阀根据高尧中压蒸汽系统的压力设
定值袁对主汽系统的压力进行控制袁保证进入汽
轮机的主蒸汽压力在设定范围内袁且不低于最低
压力遥
高压调阀进入压力控制模式条件院汽轮机负
荷大于15MW袁延时20min遥
中压调阀进入压力控制模式条件院汽轮机负
荷大于15MW袁延时20min袁且高压调阀进入压
力控制模式遥
高中压调阀的压力控制模式为最高优先级的
控制模式袁进入此模式后无法手动退出袁正常情
况下只有汽轮机发出停机指令才能退出该模式遥
1.4高中压调阀的手动控制模式
在汽轮机升降负荷阶段袁高中压调阀根据手
动输入的汽轮机高中压调阀目标阀位控制高尧中
压调阀的阀门总指令遥
当高中低压任一调阀进入压力控制模式后袁
高中压调阀的手动控制模式自动退出遥
窑74窑
汽轮机启动升负荷模式
2.1手动设定阀门总指令模式
汽轮机并网后袁采用手动设定目标阀位和开
阀速率的方式开启汽轮机高中压调阀遥图1为机
组通过手动设定阀门总指令的热态启动曲线遥
第一阶段
中压调阀开度
高压压控投入信号
第二阶段
阀门总指令
汽轮机负荷
第三阶段
高压调阀开度
中压压控投入信号
图1现有手动设定阀门总指令启动模式
由图1可见袁从汽轮机并网至调阀全开的过
程中袁可分为3个阶段院
第一阶段院
令逐渐增大袁高中压调阀逐渐开大遥根据中压调
门的控制曲线袁中压调阀在阀门总指令50%时达
到全开袁高压调阀开度仍将继续缓慢开大遥
制模式退出袁进入第二阶段遥
第二阶段院
式退出袁等待高中压压控信号遥在此阶段袁高中
压调阀退出手动控制模式袁又不满足压控条件袁
进入控制真空期袁即调阀保持现有位置袁无法操作遥
力控制模式袁进入第三阶段遥
第三阶段院
高中压压控条件满足袁高压调阀在压力控制
模式的控制下袁逐渐全开渊中压调阀在第一阶段已
全开冤袁汽轮机启动完成遥
2.2APS启动模式
渊2冤高中压压控条件满足袁高中压调阀进入压
渊员冤因低压压控投入袁高中压调阀手动控制模
渊2冤当低压压控条件满足袁高中压调阀手动控
渊员冤手动设定目标阀位为100%后袁阀门总指
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汽轮机并网后袁通过APS逻辑内设定的启动
程序袁进行汽轮机启动遥图2为机组通过APS启
动模块的热态启动曲线遥
第二阶段
2.3.2
期
启动阶段汽轮机高中压调阀存在控制真空
现行的两种启动模式均无法手动退出高中压
调阀压力控制模式袁导致高中调阀不能直接控制
开度遥当机组因中调要求或设备故障需要中断启
停时袁运行人员无法中断汽轮机启动袁维持汽轮
机当前状态遥#5机调试期尝试通过切除野手动降
负荷冶模块的操作中断汽轮机停机袁但高中压调
阀从负荷控制模式向压力控制模式的切换导致高
中压调阀快速开启袁汽包水位波动剧烈袁严重影
响机组的启停安全遥
2.3.3汽轮机并网后暖机时间设置不合理
第一阶段
图2现有APS启动模式
热态启动前汽轮机转子尧缸体都已充分受热
膨胀袁汽轮机在低负荷阶段袁因进入汽轮机的蒸
由图可见袁从汽轮机并网至调阀全开的过程
中袁可分为两个阶段院
第一阶段院触发APS内汽轮机启动程序袁高
中压调阀进入负荷控制模式袁将汽轮机负荷升至
15.2MW暖机20min袁等待高中压压控信号遥
第二阶段院高中压压控条件满足袁手动输入
汽流量小尧焓降高尧温度较低袁导致汽轮机转子
冷却收缩袁汽轮机胀差向负方向进行遥所以在热
态启动时袁汽轮机并网后应尽快提升机组负荷袁
加大蒸汽流量尧提升蒸汽温度袁防止汽轮机出现
负胀差遥
根据厂家提供的启动曲线袁汽轮机在热态启
动时袁汽轮机并网后无需暖机袁可直接进行升负
荷操作遥在现有的控制逻辑下袁汽轮机并网后需
在低负荷停留袁待进入压力控制模式后袁高中调
阀逐渐开启袁汽轮机负荷随之升高遥
2.3现有控制模式存在的问题
2.3.1
启动
汽轮机没有按照厂家提供的启动曲线进行
2.3.4
制模式变更
低压调阀的压力控制模式导致高中调阀控
高中压调阀压力控制的目标值袁高中压旁路在后
备模式控制下逐渐全关袁高中压阀在压力控制模
式下袁逐渐全开遥
现有逻辑中袁当低压调阀进入压力控制模式
会导致高中调阀退出手动控制模式遥但低压主蒸
汽系统对高中压主蒸汽系统并无影响袁该逻辑设
置不合理遥
图3为汽轮机厂家提供的热态启动曲线袁从
曲线中可以看出袁在汽轮机并网后袁根据机组启
动状态袁汽轮机按照相应的升负荷速率进行启动遥
在现有的两种启动模式下袁启动过程均以高中压
调阀开度为控制目标袁而不是汽轮机负荷袁汽轮
机负荷跟随高中压调阀的开启而升高遥
100%
50%
3000r/min
200r/min/min
150MW
3优化方案
3.1汽轮机并网后高中调门进入负荷控制模式进
行汽轮机启动
根据汽轮机厂家提供的启动曲线袁增设野手
动升负荷冶功能模块袁即高中压调阀在负荷控制
模式下袁控制汽轮机负荷由并网初始负荷升至设
计负荷遥汽轮机启动阶段袁可随时退出野手动升
负荷冶模式袁高中调阀进入手动控制模式袁并保
窑75窑
r/min
3000
2000
1000
3MW/min
3%
0
120
Speed
Load
Time(min)
图3汽轮机厂家提供的汽轮机热态启动曲线
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持当前阀位曰汽轮机需要继续启动时袁重新投入
野手动升负荷冶模式袁汽轮机继续进行升负荷遥
3.2修改高中压调阀进入压力控制模式的条件
高中压调阀的压力控制模式应为机组正常运
行阶段的控制模式袁启动阶段不应投入该模式遥
汽轮机高中压调阀全开是三菱F3单轴机组汽轮机
启动完成的条件遥参考三菱F3单轴机组将压力控
制模式的条件进行修改袁见表1遥
表1高中压调阀压力控制模式条件优化前后对比
修改前
高压调阀
汽轮机负荷大于15MW袁
延时20min
汽轮机负荷大于15MW袁
中压调阀延时20min袁且高压调阀
进入压力控制模式
修改后
高压调阀开度大于95%袁且
没有野汽轮机降负荷指令冶
高压调阀开度大于95%袁且
高压调阀进入压力控制模式袁
且没有野汽轮机降负荷指令冶
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
表2优化前机组热态启动负胀差数据
机组启动时间
机组启动方式
启动时最小胀差/mm
汽轮机负荷/MW
优化前APS
-0.025
12.082
11月30日
手动开调阀
-0.041
12.149
11月27日
手动开调阀
-0.212
11.683
11月6日
汽
轮
机
并
网
12.19手动升负荷
模块渊优化后APS
启动冤
12.18优化后手动
开调阀
11.30优化前APS
启动
11.27优化前手动
开调阀
冲转阶段
升负荷阶段
3.3删除低压调阀压力控制模式对高中调阀控制
模式的影响
高中压调阀控制模式选择和低压调阀控制模
式相互独立袁互不影响遥因此将高中压调阀手动
控制模式的退出条件中的低压调阀压力控制模式
删除遥
3.4增加手动退出高中调阀压力控制模式按钮
为防止出现中压主蒸汽压力测点故障导致机
组跳闸故障袁增加手动退出高中调阀压力控制模
式按钮遥当高中压主蒸汽压力测点出现故障时袁
手动退出压力控制模式进入手动控制模式袁防止
调阀误动作导致机组跳闸遥
图4优化前后汽轮机热态启动阶段胀差变化趋势
通过历史数据可以看出袁汽轮机热态启动时袁
汽轮机缸体在充分加热膨胀后袁缸体膨胀值基本
维持不变袁胀差的变化可直观体现汽轮机转子膨
胀尧收缩的情况遥
通过曲线可看出袁优化前的APS启动在汽轮
机并网后袁汽轮机高中压的胀差提升较慢袁汽轮
机转子受冷却的时间较长袁且出现负胀差遥优化
后的手动升负荷模块在汽轮机并网后袁高中压胀
差升速率与手动开调阀的升速率差别不大袁转子
受冷却时间较短遥
统计#4机优化后6次热态启动数据袁汽轮机
并网后均未出现负胀差现象遥
4优化效果
4.2实现机组启停机阶段的中断功能
优化后的汽轮机启停机阶段高中压调阀均在
负荷控制模式袁手动控制模式的指令值始终跟踪
调阀当前阀位遥当需要中断启停机时袁只需要退
出野手动升/降负荷冶模块袁高中压调阀进入手动控
制模式袁并维持当前开度遥需要重新启停机时袁
重新投入野手动升/降负荷冶模块即可遥此功能模块
提高了机组启停机阶段的灵活性袁同时对主蒸汽
压力尧汽包水位均无明显影响袁稳定可靠遥
4.1改善机组热态启动胀差袁减小转子热应力
统计#4机优化前25次热态启动数据袁其中
有3次汽轮机并网后高中压缸出现负胀差尧2次胀
差接近为0的情况袁汽轮机胀差最低点均出现在
汽轮机并网初期袁具体数据见表2遥
对比优化前后在不同启动方式下的汽轮机胀
差的变化情况袁如图4所示遥
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发了二期机组启动经济性批量自动计算模块袁对
4.3缩短机组热态启动时间袁提高机组经济性
在一期运行分析系统的基础上袁项目小组开
启动日期
启动方式
启动耗时/min
发电量/万渊kW窑h冤
天然气耗量/t
发电功率/豫
厂用电量/万渊kW窑h冤
供电量/万渊kW窑h冤
直接厂用电率/豫
供电效率/豫
发电气耗/渊g窑kWh
-1
冤
供电气耗/渊g窑kWh
-1
冤
启动过程收益/万元
启动过程等效收益/万元
天然气低位热值/渊kJ窑kg
-1
冤
启动期间补水/t
2018-12-182018-12-19
APS优化后
101.30
49528.3
36.00
44.30
31.38
14.52
232.77
248.82
-4.69
-7.43
29.35
6.45
1.00
15.50
2018-12-20
APS优化后
103.50
49488.5
37.00
31.36
14.90
232.89
249.06
-4.77
-7.65
29.32
6.49
1.03
0.00
15.90
本次优化前后的典型热态启动进行了经济性计算袁
结果见表3遥
2018-11-30
APS优化前
119.00
49626.0
41.50
32.24
17.08
226.55
244.77
-5.13
-8.37
29.84
7.44
1.37
0.00
18.50
2018-11-272018-11-262018-11-252018-11-24
表3#4机优化前后热态启动经济性对比
APS优化后渊手
动设定阀门总
指令为100豫冤
109.80
18.20
40.90
32.46
17.15
225.01
239.27
-4.84
-8.02
30.52
5.96
1.09
2.80
APS优化前渊手
动设定阀门总
指令为100豫冤
133.50
23.30
50.70
33.48
22.03
218.17
231.07
-5.47
-9.41
31.61
5.58
1.30
2.50
APS优化前渊手
动设定阀门总
指令为100豫冤
125.80
20.20
47.20
31.15
18.96
234.47
249.40
-6.13
-9.81
29.28
5.98
1.21
0.00
APS优化前渊手
动设定阀门总
指令为100豫冤
133.00
22.60
50.30
32.79
21.34
222.72
236.32
-5.80
-9.71
30.91
5.76
1.30
1.20
APS优化前渊手
动设定阀门总
指令为100豫冤
131.80
23.90
53.00
13.20
32.94
22.51
221.70
235.82
-10.21
-6.10
30.97
5.99
1.43
49473.449538.149395.749396.649354.8
优化前袁汽轮机的启动均采用手动设定阀门
总指令模式遥在这种启动模式下袁热态平均启动
过程等效收益约-9.79万元遥优化后的热态平均启
动过程等效收益提高至-7.53万元袁则优化后的每
次热态启动成本降低约2.26万元遥根据二期年计
划发电量估算袁二期机组每年约有150次热态启
动遥因此袁可粗略得出二期机组汽轮机启动方式
优化后全年可节省热态启动成本约339.0万元遥
员通过多次启动经验袁总结出此优化方案袁经与
汽轮机厂家尧东汽自控的讨论袁按照优化方案对
该项目机组汽轮机启动方式进行优化袁机组安全
性尧经济性尧灵活性都得到大幅提高遥
参考文献
[1]牛火平.关于提高M701F4燃气-蒸汽联合循环机组热态
启动速度的研究[J].科技与创新,2017(1):73-74.
[2]陈淼.F级单轴燃气-蒸汽联合循环机组升负荷优化[J].科
技与创新,2019(19):74-75.
[3]陈坚红,顾正皓,张梦可,等.燃气要蒸汽联合循环机组的
汽轮机启动过程优化[J].浙江电力,2014,33(10):40-44.
5结束语
该项目机组调试工期短尧机组控制系统复杂袁
调试单位并未对控制逻辑进行仔细审阅遥运行人
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