2 150 t/h超臨界直流鍋爐穩(wěn)壓吹管工藝優(yōu)化

汪潮洋，杜建橋，周若明，楊守偉，樊 旭

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司二期工程2臺(tái)SG-2150/25.4-M976型660 MW機(jī)組，四角切向燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的Ⅱ型超臨界變壓器直流鍋爐。啟動(dòng)系統(tǒng)采用內(nèi)置式無(wú)循環(huán)泵的啟動(dòng)分離系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)初期去除了分離器至除氧器的疏水管路，并優(yōu)化了啟動(dòng)系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐設(shè)有6臺(tái)HP1003/Dyn型中速磨，每臺(tái)磨煤機(jī)分別對(duì)應(yīng)鍋爐同層的4只燃燒器，共24只燃燒器分6層分別布置在鍋爐的四角上。將A磨對(duì)應(yīng)的下層4個(gè)燃燒器改為等離子燃燒器，并設(shè)計(jì)了相關(guān)的輔助系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鍋爐冷態(tài)無(wú)油啟動(dòng)?；瘜W(xué)除鹽水系統(tǒng)最大制水能力280 t/h，由3個(gè)2 000 m3的除鹽水箱、2臺(tái)170 t/h的凝補(bǔ)泵，容積為300 m3的凝補(bǔ)水箱、3臺(tái)給水流量為35%BMCR的電動(dòng)給水泵組成。

2 吹管參數(shù)的選擇及吹管范圍

根據(jù)大容量、高參數(shù)、直流鍋爐蓄熱能力較差的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性及吹管效果考慮，采用串級(jí)穩(wěn)壓蒸汽吹管法，主蒸汽系統(tǒng)和再熱蒸汽系統(tǒng)串級(jí)一次沖洗。主要參數(shù)：分離器壓力5.0～6.0 MPa、主蒸汽溫度 420～450 ℃、再熱蒸汽溫度480～520 ℃、主蒸汽流量45%～50%BMCR。

采用鍋爐點(diǎn)火燃燒自生蒸汽對(duì)管道進(jìn)行吹管，吹管期間，鍋爐主要投用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)及制粉系統(tǒng)(A磨)進(jìn)行點(diǎn)火、升溫、升壓，逐步投入B磨、C磨穩(wěn)定燃燒，必要時(shí)再投用油槍進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒。吹掃蒸汽流程為：鍋爐啟動(dòng)分離器→各段過(guò)熱器→末級(jí)過(guò)熱器集汽集箱→主蒸汽管道→汽機(jī)高壓主汽門(mén)沖管套閥→臨時(shí)管→吹管臨時(shí)電動(dòng)閥→臨時(shí)管→靶板→臨時(shí)管→集粒器→臨時(shí)管→再熱器冷段→鍋爐再熱器→再熱器熱段→汽機(jī)中壓缸主汽門(mén)沖管套閥→臨時(shí)管→靶板→臨時(shí)管→消音器。

在該階段吹管期間，臨時(shí)抽出高、中壓自動(dòng)主蒸汽門(mén)門(mén)芯，并安裝廠家提供的假門(mén)芯及臨時(shí)堵板，使蒸汽從閥門(mén)的閥蓋經(jīng)汽輪機(jī)廠家提供的臨時(shí)管路引出，由于吹管期間汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)裝置不能投入，吹管過(guò)程中不安裝高壓及中壓導(dǎo)汽管，所有與汽機(jī)本體及排汽裝置相關(guān)的疏水有效的進(jìn)行隔絕，以防止任何蒸汽進(jìn)入汽缸。

3 吹管前相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1 空氣預(yù)熱器吹灰汽源的優(yōu)化

空氣預(yù)熱器吹灰汽源正常設(shè)計(jì)為兩路汽源，一路為鍋爐本體汽源，即屏式過(guò)熱器減溫減壓后的主汽源；另一路接自輔助蒸汽?？紤]到吹管期間鍋爐本體汽源不具備投運(yùn)條件，而輔助蒸汽引自一期輔助蒸汽聯(lián)箱，加熱給水需大量的蒸汽，吹灰器汽源參數(shù)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，影響吹灰效果，為了提高吹灰效果，增設(shè)了臨時(shí)供汽系統(tǒng)，方案如下：

鍋爐空氣預(yù)熱器吹灰汽源從已投運(yùn)鄰爐本體吹灰汽源引接，引接位置在鄰爐主、輔汽供汽匯合后，并加裝手動(dòng)門(mén)。在最低處加裝疏水，并安裝就地壓力表，具體方案由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，施工單位安裝；正式投運(yùn)前利用蒸汽對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃。

3.2 吹管臨時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)化

根據(jù)穩(wěn)壓吹管的參數(shù)，臨時(shí)系統(tǒng)高壓缸主蒸汽門(mén)至冷段再熱器管臨時(shí)管選用與冷段再熱器管材相同材質(zhì)的臨時(shí)材料，且厚度滿足要求；中壓主蒸汽門(mén)至消音器前臨時(shí)管材選可以承受蒸汽參數(shù) (1.6 MPa、500 ℃)長(zhǎng)時(shí)間沖擊的合金鋼；消音器選用合金鋼消音器，可以承受540 ℃。

吹管導(dǎo)則明確要求一次蒸汽出口需安裝靶板，但根據(jù)同類(lèi)機(jī)組吹管情況看，存在以下問(wèn)題：一方面一次蒸汽安裝靶板后增加了一次蒸汽的阻力；另一方面，一次蒸汽靶板處流速高、壓力大，靶板極易吹飛，可能造成靶板卡澀在主蒸汽門(mén)、臨時(shí)吹管門(mén)和集粒器處，增加了系統(tǒng)的不安全因素，因此在吹管前取消一次汽出口處的靶板。根據(jù)吹管導(dǎo)則要求，吹管臨時(shí)系統(tǒng)中吹管隔離閥后至再熱冷段進(jìn)口選材應(yīng)滿足壓力5.0 MPa、溫度500 ℃，而集粒器選材要求壓力3.0 MPa、溫度450 ℃，低于吹管隔離閥后的管材參數(shù)，因此，在布置臨時(shí)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)集粒器按照壓力5.0 MPa、溫度500 ℃進(jìn)行校核計(jì)算，校核結(jié)果滿足要求。根據(jù)穩(wěn)壓吹管的特點(diǎn)，吹管隔離閥前后不再要求旁路。

3.3 臨時(shí)補(bǔ)水能力的優(yōu)化

化學(xué)制水、補(bǔ)給水均不能滿足吹管的要求，因此，在吹管前設(shè)計(jì)了臨時(shí)系統(tǒng)以滿足吹管的要求，主要體現(xiàn)在兩方面：增設(shè)臨時(shí)補(bǔ)水系統(tǒng)、臨時(shí)管路和疏水泵，在化學(xué)除鹽水箱出口母管處接引管路，在除鹽水箱附近設(shè)置臨時(shí)泵，泵的流量為1 100 t/h，揚(yáng)程大于等于1.7 m；排汽裝置改造，底部加支撐，內(nèi)部打堵板至排汽裝置喉部，并加裝水位計(jì)。經(jīng)過(guò)上述改造后，排汽裝置增加儲(chǔ)水量500 t。

4 吹管關(guān)鍵環(huán)節(jié)的優(yōu)化

4.1 鍋爐冷態(tài)沖洗環(huán)節(jié)的優(yōu)化

從鍋爐首次上水沖洗至鍋爐首次點(diǎn)火前冷態(tài)沖洗合格，歷時(shí)7 天耗水量約為20 000 t；在冷態(tài)沖洗過(guò)程中驗(yàn)證了臨時(shí)補(bǔ)水能力和除氧器加熱能力，投入了分離器水位自動(dòng)，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)HWL閥門(mén)液壓油站油壓波動(dòng)的情況，并及時(shí)處理。冷態(tài)沖洗的提前開(kāi)始，為整個(gè)吹管過(guò)程縮短了時(shí)間。冷態(tài)沖洗的主要特點(diǎn)有:

a. 大流量沖洗，將電動(dòng)給水泵出力調(diào)整至最大并保持20 min，此時(shí)HWL1、 HWL2調(diào)節(jié)門(mén)須同時(shí)開(kāi)啟，保持全開(kāi)，并觀察分離器水位情況，防止排水不及，在沖洗的過(guò)程中未發(fā)生溢水至過(guò)熱器的情況。

b. 變流量沖洗，將電動(dòng)給水泵出力調(diào)整至最大并保持5 min，再將電動(dòng)給水泵出力調(diào)整至300 t/h保持5 min，重復(fù)操作，鍋爐進(jìn)入冷態(tài)沖洗程序。在沖洗的過(guò)程中采用變流量沖洗，通過(guò)改變流速增加擾動(dòng)，提高沖洗效果。

c. 除氧器加熱的投入，使水溫保持在80 ℃以上，提高了水的攜帶能力及雜質(zhì)的溶解能力，使得沖洗效果較好。

d. 在沖洗過(guò)程中，采用間隔沖洗，為提高給水溫度，沖洗持續(xù)30 min左右，停止沖洗利用輔汽加熱給水溫度，提高給水至120 ℃，再繼續(xù)沖洗。

e. 為縮短工期，節(jié)省工質(zhì)，在冷態(tài)沖洗前啟動(dòng)分離器排水，水質(zhì)從ρFe小于500 mg/L變成ρFe小于1 000 mg/L為冷態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗合格，即可通過(guò)精處理回收沖洗水進(jìn)行循環(huán)沖洗，凝結(jié)水可達(dá)到給水要求。

4.2 鍋爐熱態(tài)沖洗環(huán)節(jié)的優(yōu)化

首次點(diǎn)火至熱態(tài)沖洗水質(zhì)合格，耗時(shí)8 h，其中分離器水溫穩(wěn)定在190 ℃左右，沖洗不到3 h，分離器回水水質(zhì)ρFe小于100 mg/L。熱態(tài)沖洗時(shí)的沖洗工藝與冷態(tài)沖洗時(shí)的工藝基本一樣，進(jìn)行大流量和變流量沖洗，熱態(tài)沖洗的快速合格與冷態(tài)沖洗時(shí)的工藝有直接關(guān)系。

4.3 吹管時(shí)給水流量的優(yōu)化

為確保鍋爐啟動(dòng)時(shí)水冷壁的安全，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定了鍋爐的最小給水流量，同時(shí)設(shè)計(jì)了水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁溫測(cè)點(diǎn)。最小給水流量是從水動(dòng)力理論計(jì)算方面提出的一個(gè)參數(shù)，具有一定的裕量，水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁溫是實(shí)際運(yùn)行中考察水冷壁安全的參數(shù)。最小給水流量的減小幅度是否安全可通過(guò)水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁溫來(lái)佐證。

根據(jù)同類(lèi)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及吹管過(guò)程中遇到的問(wèn)題，在保證機(jī)組安全的前提下，制定了以下啟動(dòng)措施：

a. 在啟動(dòng)初期把最小給水流量由30%BMCR降低至25%BMCR，在運(yùn)行過(guò)程中確保升溫升壓速度不超限；

b. 升溫升壓過(guò)程中監(jiān)視水冷壁螺旋管和垂直管壁溫度是否超限以及相鄰測(cè)點(diǎn)偏差是否大于15 ℃；

c. 在啟動(dòng)后隨著熱負(fù)荷的提高逐步提高給水流量，在轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行時(shí)，控制給水流量在30%BMCR。

在吹管的過(guò)程中各處壁溫顯示正常、相鄰測(cè)點(diǎn)無(wú)明顯偏差現(xiàn)象，同時(shí)給水流量的降低有利于啟動(dòng)過(guò)程中過(guò)熱器和再熱器蒸汽溫度的控制。

4.4 吹管時(shí)過(guò)熱器及再熱器溫度的優(yōu)化

針對(duì)同類(lèi)機(jī)組吹管過(guò)程中及啟動(dòng)初期存在過(guò)熱器和再熱器溫度偏高、甚至減溫水不夠用的情況，在吹管的過(guò)程中采取如下措施：

a. 盡可能提高風(fēng)粉混合物的溫度，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，在啟動(dòng)初期，制粉系統(tǒng)出力為30 t/h時(shí)，出口風(fēng)粉混合物溫度仍能維持60 ℃，有效提高了煤粉的燃盡率；

b. 臨時(shí)鍋爐供輔汽有四段抽汽倒至再熱器冷段，有效的增加了輔汽聯(lián)箱壓力，提高給水溫度，在相同熱負(fù)荷下增加蒸汽產(chǎn)量；

c. 降低最小給水流量至25%BMCR，根據(jù)需要可降低至23%BMCR左右，給水流量降低的同時(shí)有效緩解了給水溫度低和蒸汽產(chǎn)量小的問(wèn)題；

d. 考慮穩(wěn)壓吹管需要大量的減溫水，正常設(shè)計(jì)減溫水量不足，采取了靠關(guān)小主給水旁路門(mén)和主給水電動(dòng)門(mén)改點(diǎn)動(dòng)用來(lái)改變主給水流量和減溫水的分配關(guān)系，滿足過(guò)熱器、再熱器汽溫的需要。在穩(wěn)壓吹管的過(guò)程中，過(guò)熱器減溫水差壓控制在7～8 MPa，能有效的控制過(guò)熱器蒸汽溫度在400 ℃和再熱器蒸汽溫度在460 ℃左右。

e. 針對(duì)再熱器蒸汽溫度高，吹管臨時(shí)系統(tǒng)難以承受的特點(diǎn)，制定了1臺(tái)電泵單列運(yùn)行，提高電泵轉(zhuǎn)速專(zhuān)門(mén)來(lái)滿足再熱器減溫水需要的備用方案。

4.5 啟動(dòng)初期時(shí)給水溫度的優(yōu)化

根據(jù)水質(zhì)情況，及時(shí)回收疏水至排汽裝置提高凝結(jié)水溫度，在吹管過(guò)程中，凝結(jié)水溫升可達(dá)到50 ℃。在吹管過(guò)程中，輔助蒸汽至除氧器調(diào)門(mén)全開(kāi)，最大程度提供輔助蒸汽加熱給水。

4.6 吹管工藝參數(shù)的優(yōu)化

擬采取在保證K大于1.0的基礎(chǔ)上增加Vb，降低Gb，以減少吹管時(shí)的耗水量，縮短吹管周期。把分離器處參數(shù)(6.0 MPa、280 ℃)優(yōu)化成(4.7 MPa、280 ℃)使得吹管系數(shù)從1.0提高至1.1，吹管流量從860 t/h降低770 t/h，吹管效率提高了11.2%。在實(shí)際控制過(guò)程中，給水流量約在750 t/h即能滿足吹管要求，因此降低吹管壓力，提高分離器處蒸汽過(guò)熱度，在制水和補(bǔ)水能力不變的情況下，能提高吹管效率。

5 吹管過(guò)程的實(shí)施

5.1 降壓試吹管

在熱態(tài)沖洗合格后，為考驗(yàn)臨時(shí)系統(tǒng)的安全性，安排了4次降壓試吹管，在分離器壓力分別為2.05 MPa、3.24 MPa、4.07 MPa和5.0 MPa時(shí)降壓吹管。在每次試吹吹管門(mén)關(guān)閉后，進(jìn)行全面檢查，尤其對(duì)汽水系統(tǒng)(包括吹管臨時(shí)系統(tǒng))的嚴(yán)密性及膨脹變形情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。在確認(rèn)系統(tǒng)安全可靠、工作正常后，方可繼續(xù)升壓。

5.2 穩(wěn)壓吹管

a. 在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)的過(guò)程中啟動(dòng)流量由30%BMCR調(diào)整至25%BMCR，減少了啟動(dòng)過(guò)程單位時(shí)間的耗水量，同時(shí)啟動(dòng)流量降低減少了熱量的損失，增加了產(chǎn)汽量，有利于過(guò)熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度的控制，提高了吹管時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

b. 吹管過(guò)程中監(jiān)視分離器處、過(guò)熱器出口、再熱器入口和再熱器出口的吹管系數(shù)，在系統(tǒng)系數(shù)最小的分離器處吹管系數(shù)大于1.0時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，每次穩(wěn)壓吹管30 min。穩(wěn)壓吹管進(jìn)行了4口后，經(jīng)靶板檢驗(yàn)后靶板合格，為比較及驗(yàn)證穩(wěn)壓吹管效果，分別進(jìn)行驗(yàn)證性的降壓靶板和全程打靶板的穩(wěn)壓吹管試驗(yàn)。穩(wěn)壓吹管時(shí)的主要參數(shù)：給煤量125 t/h，給水流量815 t/h，分離器壓力4.85 MPa，過(guò)熱度10 ℃，過(guò)熱器出口溫度420 ℃，再熱器出口溫度470 ℃。吹管系數(shù)分別如下：分離器處1.2、過(guò)熱器處1.32、再熱器入口1.45、再熱器出口2.01。

c． 在沖洗工藝優(yōu)化和啟動(dòng)流量降低的前提下，減少了除鹽水的消耗，實(shí)現(xiàn)了第1口和第2口穩(wěn)壓吹管時(shí)進(jìn)行不停爐連續(xù)吹，即在第1口30 min結(jié)束后，鍋爐進(jìn)行降壓，減少燃料量，減少給水流量，使鍋爐維持單套制粉運(yùn)行，壓力滑至3.0 MPa時(shí)，進(jìn)行再次升壓，增加燃料和給水量進(jìn)行第2口穩(wěn)壓吹管。第3口、第4口穩(wěn)壓吹管和上述過(guò)程相同，連續(xù)2次穩(wěn)壓吹管節(jié)省了大量的時(shí)間和水，提高了吹管的經(jīng)濟(jì)性。

d. 對(duì)穩(wěn)壓吹管和降壓吹管的效果進(jìn)行對(duì)比。提高分離器壓力至5.3 MPa左右時(shí)，迅速開(kāi)啟兩側(cè)臨時(shí)吹管門(mén)進(jìn)行降壓吹管，分離器處吹管系數(shù)大于1.0的時(shí)間持續(xù)5 s左右，最大值為1.08，由此可見(jiàn)在此壓力下吹管，吹管有效時(shí)間較短，且低于降壓吹管系數(shù)大于1.4的要求，但很難保證吹管質(zhì)量。如需進(jìn)一步增加吹管系數(shù)，提高吹管有效時(shí)間，需提高吹管壓力，這對(duì)臨時(shí)系統(tǒng)的選材和施工有了更高的要求，因此對(duì)于過(guò)熱系統(tǒng)阻力較大的超臨界機(jī)組應(yīng)選擇穩(wěn)壓吹管。

e. 穩(wěn)壓吹管合格后，對(duì)目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的打靶方法進(jìn)行了檢驗(yàn)，即再次進(jìn)行穩(wěn)壓吹管，且全程打靶，打靶時(shí)間20 min，靶板檢驗(yàn)質(zhì)量符合吹管導(dǎo)則要求。

6 效果分析

a. 吹管前采取的各項(xiàng)臨時(shí)措施，有效的保證了吹管的實(shí)現(xiàn)，并增加了吹管期間機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

b. 機(jī)組的冷態(tài)、熱態(tài)沖洗工藝的優(yōu)化，提高了沖洗效果，節(jié)省大量除鹽水，為吹管的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

c. 機(jī)組啟動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化，避免了無(wú)油吹管蒸汽溫度偏高難以控制的現(xiàn)象，使吹管過(guò)程更加容易控制、參數(shù)更合理，對(duì)同類(lèi)機(jī)組穩(wěn)壓吹管具有指導(dǎo)意義。

d. 通過(guò)對(duì)吹管參數(shù)的優(yōu)化，在保證吹管效果的前提下，順利實(shí)現(xiàn)了不熄火連續(xù)吹管，節(jié)省了大量的除鹽水，縮短了吹管周期。

e. 以穩(wěn)壓吹管全程打靶的試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)吹管效果，結(jié)果表明吹管效果良好，系統(tǒng)內(nèi)部干凈，工藝更加合理。

參考文獻(xiàn)：

[1] Q/GH 001-2008，超/超超臨界機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則[S].