燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)中水汽品質(zhì)控制與監(jiān)督

彭　群

(浙江大唐國(guó)際 紹興江濱熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312366)

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燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)中水汽品質(zhì)控制與監(jiān)督

彭群

(浙江大唐國(guó)際 紹興江濱熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312366)

摘要：針對(duì)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組快速啟動(dòng)中，余熱鍋爐化學(xué)水系統(tǒng)在機(jī)組熱態(tài)、溫態(tài)、冷態(tài)啟動(dòng)過程中如何保證蒸汽的氫電導(dǎo)率和啟動(dòng)階段水汽品質(zhì)快速合格等問題進(jìn)行分析，為同類型機(jī)組快速啟動(dòng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組；快速啟動(dòng)；余熱鍋爐；水汽品質(zhì)

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)方面的重視，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組越來越多。燃機(jī)利用天然氣燃燒發(fā)電，其排放的煙氣中幾乎沒有SO2產(chǎn)生。M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)采用干式低NOx燃燒技術(shù)燃燒氣體燃料，在燃燒天然氣時(shí)，無需注入蒸汽和水就能達(dá)到低NOx排放，能有效保護(hù)環(huán)境和改善環(huán)境質(zhì)量。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有啟動(dòng)快速、成功率高、運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，大大改善了電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，增強(qiáng)了系統(tǒng)的調(diào)峰能力和事故應(yīng)急能力[1]。

1機(jī)組介紹

某公司采用三菱M701F4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，全廠共配有2套。每套機(jī)組配置由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)和1臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，按燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的順序排列，從發(fā)電機(jī)端看，機(jī)組轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。機(jī)組聯(lián)合循環(huán)最大出力可達(dá)452 MW。汽輪機(jī)為三壓、再熱、雙缸、向下排汽、可背壓可純凝式汽輪機(jī)，型號(hào)為TC2F-35.4。余熱鍋爐采用杭州鍋爐廠生產(chǎn)的三壓、再熱、臥式、無補(bǔ)燃、自身除氧、自然循環(huán)鍋爐，露天布置，型號(hào)為NG-M701F4-R2。余熱鍋爐水汽品質(zhì)依據(jù)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 12145—2008)[2]和《浙江省燃機(jī)電廠水汽質(zhì)量合格率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的規(guī)定(試行)》進(jìn)行控制。

2水汽監(jiān)督方式

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組的化學(xué)補(bǔ)給水處理流程是：工業(yè)水→陽(yáng)床→除碳器→陰床→混床→除鹽水箱。余熱鍋爐通過自身除氧，給水采用氨-聯(lián)氨的還原性全揮發(fā)處理(AVT(R))方式。同時(shí)，由于系統(tǒng)采用低壓汽包爐水(由低壓給水組成)作為中、高壓爐水的給水，所以低壓爐水不進(jìn)行處理，中、高壓汽包爐水采用低磷酸鹽處理(LPT)方式。中、高壓爐水系統(tǒng)壓力等級(jí)不同，水汽指標(biāo)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和《浙江省燃機(jī)電廠水汽質(zhì)量合格率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的規(guī)定(試行)》要求進(jìn)行控制。

鍋爐啟動(dòng)后，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前的蒸汽質(zhì)量按表1所示的相關(guān)數(shù)據(jù)執(zhí)行，并應(yīng)在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)8 h內(nèi)，溫態(tài)沖轉(zhuǎn)6 h內(nèi)，熱態(tài)沖轉(zhuǎn)2 h內(nèi)恢復(fù)到正常運(yùn)行水平。

表1　汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前的蒸汽質(zhì)量

燃機(jī)啟動(dòng)中壓旁路打開后(旁路循環(huán)建立)，低壓爐水質(zhì)量按表2執(zhí)行，并在熱啟動(dòng)2 h內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行水平。

表2　鍋爐啟動(dòng)后低壓爐水質(zhì)量

機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)的水汽質(zhì)量按表3執(zhí)行[2]。

表3　機(jī)組運(yùn)行中的化學(xué)監(jiān)督項(xiàng)目

表3　(續(xù))

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組化學(xué)監(jiān)督與一般火電廠的不同點(diǎn)如下所示。

1)鍋爐沒有直接的燃料，燃?xì)廨啓C(jī)做功后的煙氣溫度依然很高，高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐煙道，煙氣中的熱量被余熱鍋爐各模塊充分吸收，加熱水后產(chǎn)生蒸汽來推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。因此，余熱鍋爐-汽輪機(jī)的水汽系統(tǒng)是監(jiān)督的重點(diǎn)[1]。

2)余熱鍋爐具有3個(gè)不同壓力等級(jí)(高壓12.93 MPa、中壓4.41 MPa、低壓0.79 MPa)的汽包和水汽系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)之間既緊密聯(lián)系又相互獨(dú)立。因此，在水汽監(jiān)督上應(yīng)采用不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

3)機(jī)組一般作為調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行，具有啟?？焖?、成功率高的特點(diǎn)。機(jī)組采用的晝起夜停運(yùn)行方式對(duì)水汽系統(tǒng)水質(zhì)有很大的沖擊，為保持鍋爐化學(xué)水工況的平衡和機(jī)組水汽品質(zhì)的穩(wěn)定性帶來了一定難度，對(duì)水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求。

4)由于燃?xì)鈾C(jī)組自動(dòng)化程度高，人員編制少(一般沒有化學(xué)運(yùn)行人員)，所以對(duì)化學(xué)在線儀表依賴性特別強(qiáng)。這就要求配備齊全的化學(xué)在線儀表，同時(shí)儀表具有良好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性[3]。

5)中、高壓汽包底部設(shè)置有啟動(dòng)排污連接，并且蒸發(fā)器底部設(shè)有定期排污。

3燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組在快速啟動(dòng)中水汽品質(zhì)控制與監(jiān)督

3.1燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組的化學(xué)監(jiān)督

3.1.1凝結(jié)水系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

1)凝結(jié)水管道沖洗及凝汽器補(bǔ)水：開啟2臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)、出口電動(dòng)閥，開啟2臺(tái)凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)放水手動(dòng)閥、2臺(tái)凝結(jié)水泵逆止閥與電動(dòng)閥間放水手動(dòng)閥，開啟凝汽器底部放水手動(dòng)閥、凝結(jié)水雜用水母管放水手動(dòng)閥，放盡凝汽器及凝結(jié)水管道內(nèi)的殘留水。

2)凝汽器注水正常后，確認(rèn)凝結(jié)水系統(tǒng)各放水閥均已關(guān)閉，除鐵器已退出，投入軸加及凝結(jié)水再循環(huán)，并將凝汽器水幕噴水手動(dòng)開啟，啟動(dòng)工頻凝結(jié)水泵沖洗凝結(jié)水系統(tǒng)30 min后，通過凝結(jié)水母管放水至定排電動(dòng)閥，將凝汽器放水至500 mm后停運(yùn)凝結(jié)水泵。在此期間啟動(dòng)凝結(jié)水輸送泵沖洗凝汽器正常補(bǔ)水及緊急補(bǔ)水管道(如有需要沖洗供熱補(bǔ)水及供熱緊急補(bǔ)水管道)。開啟2臺(tái)凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)放水手動(dòng)閥，開啟凝汽器底部放水手動(dòng)閥將凝汽器內(nèi)的水放盡。

3)當(dāng)結(jié)水含鐵量大于1 000 μg/L時(shí)，通過凝結(jié)水母管放水至定排電動(dòng)閥排放；當(dāng)結(jié)水含鐵量≤1 000 μg/L時(shí)，投運(yùn)除鐵器，直至該系統(tǒng)沖洗結(jié)束。凝結(jié)水質(zhì)合格后對(duì)2臺(tái)真空泵放水、沖洗。

4)凝結(jié)水系統(tǒng)沖洗結(jié)束之后，整個(gè)冷態(tài)啟動(dòng)階段及正常運(yùn)行階段必須100%投運(yùn)除鐵器，嚴(yán)禁凝結(jié)水除鐵器退出運(yùn)行或部分旁路運(yùn)行。

3.1.2 低壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖見圖1。

圖1　低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖

1)原則上，低壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗是通過啟動(dòng)凝結(jié)水輸送泵，向低壓鍋爐上水沖洗。如果通過凝結(jié)水泵向低壓系統(tǒng)上水沖洗，應(yīng)保證凝結(jié)水系統(tǒng)已沖洗完成，凝結(jié)水系統(tǒng)除鐵器已投運(yùn)且凝結(jié)水含鐵量小于100 μg/L。

2)如果2臺(tái)機(jī)組長(zhǎng)期停運(yùn)1個(gè)月以上，或凝補(bǔ)水箱正在被檢修，進(jìn)行凝汽器補(bǔ)水及低壓系統(tǒng)上水前應(yīng)對(duì)凝補(bǔ)水箱內(nèi)除鹽水取樣化驗(yàn)，要求除鹽水電導(dǎo)率小于0.2 μs/cm。

3)啟動(dòng)凝結(jié)水輸送泵對(duì)低壓系統(tǒng)上水沖洗，低壓省煤器1滿水后，全開凝結(jié)水再循環(huán)泵旁路閥，開啟低壓省煤器1、2各支路放水，對(duì)低壓省煤器沖洗。低壓省煤器沖洗30 min后，開啟低壓蒸發(fā)器定排，高、中壓給水泵入口管道放水，并將低壓汽包上水至合適水位。低壓系統(tǒng)沖洗期間，對(duì)高、中壓給水泵泵體及入口管路放水沖洗至水質(zhì)清澈。

4)如果低壓汽包見水時(shí)，各放水點(diǎn)水很臟且渾濁，或者低壓省煤器、低壓爐水任一含鐵量大于500 μg/L時(shí)，停止上水。對(duì)低壓系統(tǒng)進(jìn)行整爐放水，放水完成后重新上水。

5)低壓爐水含鐵量小于200 μg/L時(shí)，低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗結(jié)束，可以向高、中壓系統(tǒng)上水。

3.1.3高、中壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖如圖2所示。

1)低壓系統(tǒng)沖洗合格后，開啟高、中壓省煤器各支路放水，啟動(dòng)給水泵，進(jìn)行高、中壓省煤器系統(tǒng)沖洗，同時(shí)開啟TCA水側(cè)入口旁路閥，交換微開TCA回水至凝汽器調(diào)節(jié)閥、TCA回水至高壓汽包調(diào)節(jié)閥對(duì)TCA水側(cè)沖洗。中壓省煤器滿水后，開啟中壓蒸發(fā)器定排，并將中壓汽包上水至合適水位；高壓省煤器1、2滿水后，開啟高壓蒸發(fā)器定排，并將高壓汽包上水至合適水位，進(jìn)行取樣化驗(yàn)。

圖2　高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖

2)高壓汽包見水時(shí)，各放水點(diǎn)水很臟，且渾濁，或高壓省煤器、高壓爐水任一含鐵量大于500 μg/L時(shí)，停止上水，對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行整爐放水，放水完成后重新上水。

3)中壓汽包見水時(shí)，各放水點(diǎn)水很臟，且渾濁，或中壓爐水含鐵量大于500 μg/L時(shí)，停止上水，對(duì)中壓系統(tǒng)進(jìn)行整爐放水，放水完成后重新上水。

4)高、低壓省煤器及高、中、低壓爐水含鐵量均小于200 μg/L時(shí)，高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗結(jié)束。

3.1.4冷態(tài)啟動(dòng)中鍋爐熱態(tài)沖洗

1)鍋爐點(diǎn)火后，高、中、低壓系統(tǒng)升壓至0.3～1.0 MPa，最大限度地開啟鍋爐連排和定排，直至爐水含鐵量小于200 μg/L。熱態(tài)沖洗應(yīng)在機(jī)組啟動(dòng)完成前結(jié)束。如果機(jī)組啟動(dòng)完成(汽機(jī)進(jìn)汽完成，負(fù)荷達(dá)到225 MW)，熱態(tài)沖洗未完成，機(jī)組應(yīng)停止升負(fù)荷，加強(qiáng)排污。若爐水很臟，且渾濁，應(yīng)停運(yùn)機(jī)組，進(jìn)行整爐放水后重新上水啟動(dòng)。

2)沖洗過程中，將儀表管、取樣管等管路同時(shí)進(jìn)行沖洗并投運(yùn)取樣裝置與分析儀表。

3)鍋爐點(diǎn)火后，根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)整給水加氨和聯(lián)氨量，盡可能使給水pH值及水中含氧量符合給水標(biāo)準(zhǔn)。

4)鍋爐高、中、低壓升壓至0.3～0.5 MPa時(shí)，沖洗取樣管道，并投運(yùn)對(duì)應(yīng)壓力取樣分析裝置。

5)高、中壓系統(tǒng)升壓至1.5 MPa時(shí)，低壓系統(tǒng)升壓至0.3 MPa時(shí)，分析爐水水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)情況啟動(dòng)磷酸鹽加藥泵向汽包加藥。同時(shí)根據(jù)水質(zhì)情況通知機(jī)組長(zhǎng)調(diào)整鍋爐連排和定排。

6)高壓汽包升壓至2.5 MPa時(shí)，分析給水、爐水水質(zhì)及蒸汽品質(zhì)，根據(jù)水汽品質(zhì)情況調(diào)整各加藥量、排污及鍋爐的運(yùn)行工況。

7)啟動(dòng)過程中，還應(yīng)密切觀察鍋爐補(bǔ)給水和爐水外觀。當(dāng)發(fā)現(xiàn)爐水渾濁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)爐內(nèi)處理(即加大加藥量)及定排、連排，必要時(shí)申請(qǐng)采取降負(fù)荷及停爐放水等措施，直至爐水澄清。

圖3所示為2013年12月11日冷態(tài)啟動(dòng)各水質(zhì)的鐵含量曲線。圖4所示為機(jī)組點(diǎn)火后各水質(zhì)的鐵含量曲線。機(jī)組停運(yùn)30天從曲線可以看出冷態(tài)沖洗結(jié)束后，機(jī)組2:48點(diǎn)火，3:21并網(wǎng)后水質(zhì)鐵離子含量很快達(dá)到合格范圍。

圖3　冷態(tài)啟動(dòng)各水質(zhì)的鐵離子含量曲線

圖4　機(jī)組點(diǎn)火后各水質(zhì)的鐵含量曲線

3.2機(jī)組啟停及運(yùn)行階段汽水品質(zhì)監(jiān)督

機(jī)組在正常晝起夜停運(yùn)行方式中，機(jī)組一般為熱態(tài)或溫態(tài)啟動(dòng)，啟動(dòng)迅速。水汽質(zhì)量能夠在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)2 h內(nèi)，溫態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)6 h內(nèi)達(dá)到合格水平。下面抽取2014年3月3日1#機(jī)組的汽水品質(zhì)監(jiān)督數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。

圖5所示為機(jī)組負(fù)荷曲線，從曲線看出，機(jī)組5:23啟動(dòng)，5:57并網(wǎng)，8:09至滿負(fù)荷458 MW只需2.5 h左右，啟動(dòng)快速。機(jī)組的啟停對(duì)水汽質(zhì)量參數(shù)有很大的影響。其中，包括本身機(jī)組水汽質(zhì)量變化(因負(fù)荷壓力等參數(shù)變化)，如溶解氧、氫電導(dǎo)。另外，對(duì)于在線儀表的影響，主要是機(jī)組停運(yùn)時(shí)儀表流量不足，導(dǎo)致在線數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)，如爐水磷酸根、蒸汽鈉離子、硅酸根離子等。

圖5　冷態(tài)啟動(dòng)機(jī)組負(fù)荷曲線

圖6和圖7記錄了機(jī)組2013年12月11日冷態(tài)沖洗后凝結(jié)水水質(zhì)中溶解氧及氫電導(dǎo)變化曲線。

圖6　啟動(dòng)及運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水溶解氧變化曲線

表4為2013年3月3日至2013年3月8日機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的水汽品質(zhì)數(shù)據(jù)。從表中看出，每日機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)水質(zhì)指標(biāo)都控制在合格范圍內(nèi)，飽和蒸汽硅一般穩(wěn)定在1～3 μg/kg，中、高壓爐水磷酸鹽為0.5～1.0 mg/L，鈉穩(wěn)定在3 μg/kg以下。只有部分氫導(dǎo)在不合格范圍內(nèi)，但通過加大連排，也能很快恢復(fù)到合格范圍內(nèi)。

圖7　啟動(dòng)及運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水氫電導(dǎo)變化曲線

3.3運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及建議

分析近一年來的余熱鍋爐水汽品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)要保證水汽品質(zhì)，應(yīng)做好以下工作。

1)嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)組啟動(dòng)前各個(gè)系統(tǒng)的沖洗工作。對(duì)于確保汽輪機(jī)設(shè)備安全、降低水汽系統(tǒng)雜質(zhì)沉積和腐蝕、凝汽器泄漏的判斷等，氫電導(dǎo)率是貫穿水汽系統(tǒng)的核心化學(xué)控制指標(biāo)。當(dāng)蒸汽的氫電導(dǎo)率上升，表示水汽系統(tǒng)陰離子含量增加，雜質(zhì)會(huì)在高負(fù)荷區(qū)析出，從而引起垢下腐蝕[4]。同時(shí)，當(dāng)水汽系統(tǒng)低分子有機(jī)酸含量較高時(shí)，由于氨的分配系數(shù)高于酸根，在汽輪機(jī)低壓缸初凝區(qū)，氨主要分配于汽相使氨含量較低，導(dǎo)致初凝水pH值降低，引起金屬的酸性腐蝕。因此，沖洗及運(yùn)行過程中應(yīng)嚴(yán)格控制給水pH值，以防止凝結(jié)水和低溫給水系統(tǒng)的腐蝕。

2)在保證pH值的基礎(chǔ)上，降低爐水含鹽量從而控制沉積物腐蝕的產(chǎn)生，減少蒸汽污染。磷酸根的含量控制在0.5～3 mg/L，爐水pH值控制在9.2～9.6[5]。

3)啟動(dòng)初期加強(qiáng)連排和利用啟動(dòng)排污，降低腐蝕產(chǎn)物的沉積和減少蒸汽的帶水量及溶解攜帶量，合理調(diào)整加藥量，保持余熱鍋爐運(yùn)行工況和爐水水質(zhì)穩(wěn)定，避免水質(zhì)大幅度波動(dòng)。

表4　機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的水汽品質(zhì)數(shù)據(jù)

表4　(續(xù))

4結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過一年的運(yùn)行，無論是冷態(tài)啟動(dòng)還是熱態(tài)啟動(dòng)，各個(gè)水汽系統(tǒng)的品質(zhì)都能在2 h內(nèi)達(dá)到合格水平，關(guān)鍵是嚴(yán)格執(zhí)行各個(gè)系統(tǒng)的沖洗并且巧妙利用啟動(dòng)排污，保證燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在啟停頻繁、快速調(diào)峰的特點(diǎn)下安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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A Study on the Control and Monitoring of the Quality of Water Vapor During the Quick Start of the Gas-Steam Combined Cycle Unit

PENG Qun

(Zhejiang Shaoxing Jiangbin Thermoelectricity Co., Ltd. of Datang International Power Generation Co., Ltd.，Shaoxing Zhejiang 312366，P.R.China)

Abstract：This article expounds the problems like how the chemical water treatment system of the exhaust-heat boiler ensures the hydrogen conductivity of the steam and how it ensures that the quality of water vapor is quickly up to standard during the hot，warm and cold quick starts of the gas-steam combined cycle unit，to provide relevant data and experience for quick starts of similar units．

Key words：gas-steam combined cycle unit；quick start；exhaust-heat boiler；quality of water vapor

收稿日期：2015-09-17

作者簡(jiǎn)介：彭群(1975-)，助理工程師，主要從事電廠化學(xué)監(jiān)督及分析工作。

中圖分類號(hào)：TM611

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-8032(2016)02-0035-06