殷慶棟，魏穎莉，劉斌杰

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021）

1 概述

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)峰谷差越來(lái)越大，調(diào)峰問(wèn)題成為電網(wǎng)運(yùn)行中亟待解決的重要問(wèn)題之一，而在火電機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的過(guò)程中，會(huì)涉及到通過(guò)火電機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，如何能更好地掌握各種機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)費(fèi)用，對(duì)于電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將會(huì)起到積極作用。機(jī)組啟動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜且不穩(wěn)定的過(guò)程，啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)組工質(zhì)溫度和各部件溫度會(huì)隨著傳熱、流動(dòng)等過(guò)程變化。

目前，河北省南部電網(wǎng)的主流大容量機(jī)組主要有SG－2080／25.4、SG－2028／17.5、B＆WB－2028／17.5、B＆WB－1025／17.5、DG－1025／17.4等多種類型，以下選取了4種類型機(jī)組進(jìn)行分析，以掌握這幾種典型機(jī)組的啟動(dòng)規(guī)律，為電網(wǎng)調(diào)度的優(yōu)化提供可靠的依據(jù)。

2 機(jī)組啟動(dòng)方式的劃分依據(jù)

機(jī)組的啟動(dòng)方式可分為冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)以及極熱態(tài)啟動(dòng)4種，不同生產(chǎn)廠家、不同型號(hào)的機(jī)組其劃分依據(jù)也不盡相同。以SG－2080／25.4和SG－2028／17.5機(jī)組為例：同樣是上海鍋爐廠制造的600 MW機(jī)組，前者為超臨界參數(shù)，后者為亞臨界機(jī)參數(shù)。由于在主蒸汽參數(shù)、制造材料以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的差異，導(dǎo)致其啟動(dòng)方式的劃分依據(jù)分別為汽輪機(jī)第1級(jí)金屬溫度和高壓內(nèi)缸調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度，且溫度分界點(diǎn)也差別較大。各類機(jī)組啟動(dòng)方式的劃分溫度依據(jù)見表1。較為特殊的是SG－2080／25.4機(jī)組，由于其參數(shù)更高，啟動(dòng)過(guò)程的劃分也較其他類型多一種方式，即有2種溫態(tài)啟動(dòng)方式，溫態(tài)啟動(dòng)1（120～280℃）和溫態(tài)啟動(dòng)2（280～415℃），溫態(tài)啟動(dòng)2也有資料稱為半熱態(tài)啟動(dòng)。研究各種啟動(dòng)方式以及在各種方式下的啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)費(fèi)用，對(duì)提高電廠的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度有著十分重要的意義。

表1 各類機(jī)組啟動(dòng)方式的劃分依據(jù) ℃

3 啟動(dòng)過(guò)程分析

3.1 啟動(dòng)時(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間是指從鍋爐點(diǎn)火到機(jī)組并網(wǎng)成功的時(shí)間，各類機(jī)組不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表2。具體的啟動(dòng)過(guò)程步驟包括：點(diǎn)火前準(zhǔn)備、鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)成功［1］。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)前，首先通過(guò)給水泵給鍋爐上水，進(jìn)行系統(tǒng)冷態(tài)清洗，清洗后的爐水通過(guò)大溢流閥排出系統(tǒng)外，水質(zhì)合格后，關(guān)閉大溢流排污閥。在此期間要將省煤器放氣閥打開，排除省煤器中的空氣，以免流動(dòng)不均造成受熱面的氧腐蝕。其次冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)還要進(jìn)行3～4 h中、高速暖機(jī)。

表2 各類機(jī)組不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)時(shí)間統(tǒng)計(jì) h

由表2可以看出，機(jī)組類型不同，其啟動(dòng)時(shí)間也不同。上述4種類型機(jī)組在熱態(tài)或極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間差別不大，這是因?yàn)闊釕B(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng)往往是機(jī)組處于旋轉(zhuǎn)備用或機(jī)組非停時(shí)采用的方式，在這2種狀態(tài)下，機(jī)組的停爐時(shí)間較短，汽輪機(jī)側(cè)高中壓缸金屬級(jí)溫度較高，機(jī)組啟動(dòng)速度較快，啟動(dòng)時(shí)間較短。在冷態(tài)啟動(dòng)狀態(tài)下，超臨界機(jī)組SG－2080／ 25.4相比其他類型的亞臨界機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)2～3 h，主要有兩方面的原因：超臨界機(jī)組主蒸汽溫度高、壓力大，要達(dá)到啟動(dòng)的滿足條件，機(jī)組需要吸收更多的熱量，所需要的時(shí)間也就相應(yīng)長(zhǎng)些；超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組最大的區(qū)別在于超臨界機(jī)組采用了直流鍋爐，因此超臨界機(jī)組有一個(gè)轉(zhuǎn)直流過(guò)程。隨燃燒率和負(fù)荷的增加，進(jìn)入汽水分離器的汽水混合物的干度也逐漸提高，在鍋爐負(fù)荷提高到本生點(diǎn)以上后，進(jìn)入汽水分離器的將全部是蒸汽，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行模式，這也會(huì)延長(zhǎng)超臨界機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間［2］。掌握機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，能給調(diào)度部門提供必要的依據(jù)，更有利于機(jī)組在不同狀態(tài)下的啟動(dòng)。

3.2 啟動(dòng)費(fèi)用

機(jī)組的啟動(dòng)成本與機(jī)組的容量、機(jī)組啟動(dòng)效率、機(jī)組性能等多種因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)組的啟動(dòng)成本主要由消耗成本和固定成本構(gòu)成［3］。消耗成本包括機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的耗煤量、耗油量、耗電量、無(wú)鹽水消耗量費(fèi)用等；固定成本則是指在啟動(dòng)過(guò)程中所發(fā)生的員工工資及設(shè)備折舊費(fèi)等需要分?jǐn)偟墓潭ㄙM(fèi)用。各類機(jī)組不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 各類機(jī)組不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)費(fèi)用統(tǒng)計(jì) 萬(wàn)元

從表3可以看出，4種機(jī)組在熱態(tài)或極熱態(tài)狀態(tài)下的啟動(dòng)費(fèi)用差別較小，最大差值僅為5萬(wàn)元，這是因?yàn)樵谶@2種狀態(tài)下，機(jī)組的溫度較高，啟動(dòng)僅需要較短時(shí)間即可完成，無(wú)論是消耗成本還是固定成本都不高。

機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用與機(jī)組容量和機(jī)組蒸汽參數(shù)息息相關(guān)。大容量、高參數(shù)機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用相對(duì)要高。以冷態(tài)啟動(dòng)方式為例，SG－2080／25.4和SG－2028／ 17.5機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用相比B＆WB－1025／17.5和DG－1025／17.4機(jī)組要高出40萬(wàn)元以上，前2種機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用幾乎為后2種機(jī)組的2倍。這是因?yàn)榍?種機(jī)組的容量為2 028 t／h，是后2種機(jī)組容量1 025 t／h的2倍左右。但需要指出的是，啟動(dòng)成本雖與機(jī)組容量相關(guān)，但不是簡(jiǎn)單意義上的正比關(guān)系，還與機(jī)組啟動(dòng)效率等有直接關(guān)系。

機(jī)組啟動(dòng)費(fèi)用還與機(jī)組參數(shù)有直接關(guān)系。SG－2080／25.4機(jī)組在冷態(tài)和溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)費(fèi)用相比SG－2028／17.5機(jī)組要高出約21萬(wàn)元和13萬(wàn)元。在兩者容量基本相同的情況下，SG－2080／25.4機(jī)組為超臨界機(jī)組，其主蒸汽壓力為25.4 MPa，而SG－2028／ 17.5類型的亞臨界機(jī)組，其主蒸汽壓力為17.5 MPa，這是導(dǎo)致啟動(dòng)費(fèi)用不同的主要原因。

4 啟動(dòng)優(yōu)化措施及效果

機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，其間，鍋爐燃燒效率大幅降低，甚至需要投油燃燒，汽輪機(jī)的內(nèi)效率也保持在一個(gè)較低水平，機(jī)組整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較低，發(fā)電經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅升高。因此，深挖機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的優(yōu)化措施，對(duì)減少機(jī)組啟停過(guò)程中的能源消耗，縮短機(jī)組的啟停時(shí)間及啟動(dòng)費(fèi)用，將會(huì)起到十分積極的作用。

4.1 采用等離子點(diǎn)火技術(shù)

等離子點(diǎn)火技術(shù)利用電能產(chǎn)生等離子炬直接點(diǎn)燃煤粉，是目前理想的技術(shù)途徑，應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)可以節(jié)約鍋爐點(diǎn)火期間的大量燃油，并且可以使電除塵器及早投入，大大減少粉塵的排放，避免環(huán)境污染，給電廠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［4］。

鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，采用油槍點(diǎn)火和等離子點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)間無(wú)太大區(qū)別，主要是以控制鍋爐升溫、升壓速率為主。熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于可以直接投入制粉系統(tǒng)運(yùn)行，較油槍相比更有利于鍋爐升溫、升壓，啟動(dòng)時(shí)間比采用油槍點(diǎn)火明顯縮短。

以上述SG－2080／25.4鍋爐為例，應(yīng)用等離子點(diǎn)火之后，從鍋爐點(diǎn)火到并網(wǎng)需要耗煤約100 t，如果采用油槍點(diǎn)火，按照共投入8支油槍計(jì)算，從鍋爐點(diǎn)火到并網(wǎng)需要耗柴油約50 t。加上等離子陰陽(yáng)極的損耗，以現(xiàn)在市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算顯然等離子費(fèi)用明顯低于燃油費(fèi)用，可大幅降低啟動(dòng)費(fèi)用。另外采用等離子點(diǎn)火啟動(dòng)，點(diǎn)火即啟動(dòng)了制粉系統(tǒng)，為并網(wǎng)后啟動(dòng)其他制粉系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，啟動(dòng)更安全。隨著機(jī)組容量的增大，等離子點(diǎn)火的優(yōu)勢(shì)將越來(lái)越明顯。

4.2 使用鄰爐加熱技術(shù)

鄰爐加熱技術(shù)對(duì)鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)的節(jié)能效果十分明顯，鄰爐加熱裝置的投入影響著鍋爐整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中的安全性與經(jīng)濟(jì)性。鍋爐點(diǎn)火前，爐底充分加熱投入能夠在啟動(dòng)初期就建立穩(wěn)定的水循環(huán)，均勻加熱各受熱面，能較快的提高爐溫，對(duì)點(diǎn)火初期的燃燒十分有利，因此可縮短點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約廠用電及啟動(dòng)用油，是電廠普遍采用的啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化方式。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2臺(tái)600 MW（SG－2080／25.4）機(jī)組鍋爐按照平均每年每臺(tái)冷態(tài)啟動(dòng)3次計(jì)算，使用鄰爐加熱技術(shù)后，每年可節(jié)約燃油230 t，節(jié)約廠用電10萬(wàn)k Wh，可大幅降低啟動(dòng)費(fèi)用［5］，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。同時(shí)還可避免由于受熱面膨脹不均勻而造成的鍋爐爆燃概率，大大提高啟動(dòng)的安全性。

4.3 單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行技術(shù)

鍋爐點(diǎn)火按要求應(yīng)將全部風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，但是由于啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷較低，往往單側(cè)風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行也能滿足要求。某廠DG－1025／17.4機(jī)組采取相關(guān)安全措施后，在鍋爐吹掃、點(diǎn)火以及升溫升壓、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的全過(guò)程中，保持1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)則以滿足制粉系統(tǒng)需求為前提。由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的減少，可以節(jié)約大量廠用電，以啟動(dòng)時(shí)間9 h計(jì)，可節(jié)約電量2萬(wàn)k Wh，節(jié)省啟動(dòng)費(fèi)用超過(guò)1萬(wàn)元。

4.4 凝結(jié)水系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

機(jī)組啟動(dòng)初期，不合格疏水水質(zhì)排入凝汽器系統(tǒng)，導(dǎo)致凝結(jié)水水質(zhì)較長(zhǎng)時(shí)間不能達(dá)到合格要求，需要通過(guò)大量換水工作來(lái)提高水質(zhì)。某廠SG－2080／ 25.4機(jī)組并網(wǎng)后，因?yàn)槟Y(jié)水水質(zhì)不合格，導(dǎo)致鍋爐用水僅靠低流量的鍋爐上水泵供應(yīng)，在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的凝結(jié)水換水過(guò)程中，機(jī)組只能通過(guò)燃燒大量燃油來(lái)維持負(fù)荷，造成了燃油和廠用電的大量浪費(fèi)，增加了機(jī)組的啟動(dòng)成本。因此，提前對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行大流量換水工作，減少并網(wǎng)后的等待時(shí)間，有利于減少啟動(dòng)成本，對(duì)優(yōu)化啟動(dòng)過(guò)程起到十分重要的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)費(fèi)用等因素對(duì)電廠及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著十分重要的作用。不同類型機(jī)組在不同的啟動(dòng)方式下啟動(dòng)時(shí)間和費(fèi)用均有區(qū)別，應(yīng)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況采取相應(yīng)的啟動(dòng)優(yōu)化措施，以便掌控機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，利于機(jī)組在不同狀態(tài)下的啟動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，機(jī)組的每次啟動(dòng)均面臨不同的設(shè)備狀態(tài)和不同的操作人員，即使同一機(jī)組也會(huì)存在啟動(dòng)時(shí)間不相同的情況，啟動(dòng)能耗也有所差異的現(xiàn)象。因此，對(duì)機(jī)組的啟停方式進(jìn)行優(yōu)化和進(jìn)行必要的設(shè)備改造，挖掘機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)的節(jié)能潛力，將是一項(xiàng)十分重要而且長(zhǎng)期的工作。

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