燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐吹管工藝及優(yōu)化

王林，王紅雨，張亞夫，高景輝，孟穎琪

(西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

0 引言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠(chǎng)相比于常規(guī)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，具有發(fā)電熱效率高、灰渣/硫氧化物零排放、氮氧化物超低排放以及節(jié)水節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，因而獲得越來(lái)越多的關(guān)注。與燃?xì)廨啓C(jī)配套使用的余熱鍋爐在正式投用前需進(jìn)行管路吹掃[4]，然而目前行業(yè)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的吹管方案。因此，編制適合余熱鍋爐的安全、高效的吹管工藝很有必要[5-6]。

本文以某2×450 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的2臺(tái)余熱鍋爐為研究對(duì)象，探索了三階段蓄能降壓法吹管工藝。針對(duì)吹管過(guò)程中出現(xiàn)的管道水擊、吹掃時(shí)間長(zhǎng)、燃料消耗大等問(wèn)題，通過(guò)降低燃機(jī)排氣溫度、優(yōu)化鍋爐升溫速率和及時(shí)提高蒸汽參數(shù)等措施，實(shí)現(xiàn)了吹管工作的安全高效。

1 設(shè)備及系統(tǒng)概況

A燃機(jī)和B燃機(jī)均為國(guó)內(nèi)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)或合作生產(chǎn)的F級(jí)重型燃機(jī)，燃料為天然氣。

A燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組采用A鍋爐有限公司生產(chǎn)的臥式、無(wú)補(bǔ)燃、三壓、一次再熱、自然循環(huán)余熱鍋爐，尾部包括脫硝裝置。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣經(jīng)進(jìn)口煙道進(jìn)入余熱鍋爐，與各級(jí)受熱面進(jìn)行熱量交換后，經(jīng)過(guò)脫硝模塊脫除煙氣中的氮氧化物，最后由出口煙道進(jìn)入煙囪，排入大氣。

B燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組采用B鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的同類(lèi)型余熱鍋爐。其脫硝裝置后的受熱面布置順序與A鍋爐略有不同。

鍋爐汽水系統(tǒng)均包括高壓、中壓和低壓系統(tǒng)三部分，三個(gè)汽包。高壓過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功。中壓過(guò)熱蒸汽與高壓缸排汽在冷再入口混合后進(jìn)入再熱器，再熱蒸汽進(jìn)入中壓缸做功。低壓系統(tǒng)包含除氧器。低壓過(guò)熱蒸汽在低壓缸入口與中壓缸排汽混合后進(jìn)入低壓缸做功(純凝方式)或送至供熱首站(供熱方式)。余熱鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 余熱鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 吹管的范圍、方法、參數(shù)

2.1 吹管范圍

余熱鍋爐吹管范圍包括：高壓過(guò)熱器及蒸汽管道、高壓旁路；中壓過(guò)熱器及蒸汽管道；再熱器及冷段、熱段再熱蒸汽管道；低壓過(guò)熱器及蒸汽管道。

2.2 吹洗方法

本工程2臺(tái)余熱鍋爐均為三壓汽包鍋爐，利用燃機(jī)空負(fù)荷(3 000 r/min、未并網(wǎng))時(shí)的自產(chǎn)蒸汽進(jìn)行管路吹掃。蒸汽吹掃管路有穩(wěn)壓法和降壓法兩種。鑒于現(xiàn)場(chǎng)制水能力有限，且鍋爐管路相對(duì)簡(jiǎn)單，

最終選擇蓄能降壓法作為吹掃方法。

余熱鍋爐管路系統(tǒng)包括高、中、低壓三部分。為提高效率，確保吹掃質(zhì)量，確定三階段對(duì)不同壓力系統(tǒng)分別進(jìn)行吹掃，最終獨(dú)立打靶驗(yàn)收。

2.3 吹洗參數(shù)

根據(jù)DL/T 1269-2013《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則》，為定量描述管道蒸汽吹掃效果，引入吹管系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。工程應(yīng)用中，將蒸汽動(dòng)量比簡(jiǎn)化為管段壓降比，

(1)

式中：K為吹管系數(shù)，G、Gm分別為吹掃工況和BMCR(鍋爐最大出力)工況下的蒸汽流量， t/h；C、Cm分別為兩工況下蒸汽的比容， m3/kg；Δp、Δpm則是兩工況下同一吹洗管段的壓降， MPa。

根據(jù)電廠(chǎng)《吹管導(dǎo)則》，采用降壓法吹管K不小于1.4，對(duì)高、中、低壓臨吹門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)的汽包壓力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，

P=ΔP1+K×(ΔP2+ΔP3+ΔP4)+ΔP5，

(2)

式中：P為臨吹門(mén)開(kāi)啟時(shí)的汽包壓力；ΔP1為汽包壓力在吹管過(guò)程中的下降值，ΔP2為過(guò)熱器系統(tǒng)阻力，ΔP3為再熱器系統(tǒng)阻力，ΔP4為其余蒸汽管道阻力，ΔP5為排汽壓損。A鍋爐吹管參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 A鍋爐吹管參數(shù)(K=1.4) MPa

將表(2)參數(shù)代入式(2)，A鍋爐蒸汽吹掃開(kāi)門(mén)壓力：高壓系統(tǒng)壓降約為3.94 MPa；中壓系統(tǒng)壓降約為1.82 MPa；低壓系統(tǒng)壓降約為0.65 MPa。

B鍋爐吹管參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 B鍋爐吹管參數(shù)(K=1.4) MPa

將表(3)參數(shù)代入式(2)，B鍋爐蒸汽吹掃開(kāi)門(mén)壓力：高壓系統(tǒng)壓降約為4.52 MPa；中壓系統(tǒng)壓降約為1.95 MPa；低壓系統(tǒng)壓降約為0.72 MPa。

實(shí)際操作中，需進(jìn)行3次試吹，根據(jù)實(shí)際情況修正計(jì)算值，最終確定合理的臨吹門(mén)控制參數(shù)。

3 余熱鍋爐吹管流程

兩臺(tái)余熱鍋爐的汽水流程基本相同，吹管采用的流程亦相同。高壓過(guò)熱器、中壓過(guò)熱器并聯(lián)，在冷再管道出口加裝集粒器和再熱器串聯(lián)吹洗(一步法)。高、中壓與低壓系統(tǒng)參數(shù)不同、管道材質(zhì)不同，吹管的臨時(shí)管道需要分開(kāi)布置。按吹管內(nèi)容，劃分為三個(gè)階段，即高、中壓系統(tǒng)聯(lián)合吹掃、低壓系統(tǒng)獨(dú)立吹掃、高壓旁路系統(tǒng)吹掃。高、中壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)分開(kāi)吹管，各自獨(dú)立打靶驗(yàn)收。

(1)高、中壓過(guò)熱器，再熱器及其蒸汽管道的吹洗流程如圖1所示。

圖1 高、中壓系統(tǒng)吹洗流程

(2)低壓過(guò)熱器及其蒸汽管道的吹洗流程如圖2所示。關(guān)閉低壓蒸汽管道隔離閥，低壓過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)低壓旁路管道。

圖2 低壓系統(tǒng)吹洗流程

(3)高壓旁路的吹洗在整個(gè)流程中穿插進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 高壓旁路吹洗流程

4 吹管過(guò)程

本工程2臺(tái)余熱鍋爐吹管分三個(gè)階段，相鄰兩階段間余熱鍋爐的冷卻時(shí)間大于12 h。停機(jī)期間安排余熱鍋爐帶壓放水，清理集粒器。采用白天吹管，晚上停機(jī)的方式。

選取A鍋爐高、中、低壓系統(tǒng)典型吹管過(guò)程，其主要參數(shù)見(jiàn)表4、表5。

用壓降法計(jì)算A鍋爐吹管系數(shù)，高壓過(guò)熱器吹管系數(shù)1.6～1.8，中壓過(guò)熱器吹管系數(shù)2.4～2.7，再熱器吹管系數(shù)2.0，低壓過(guò)熱器吹管系數(shù)1.8～1.9。吹管系數(shù)均大于1.4，保證了各蒸汽系統(tǒng)的吹洗效果。

表4 A鍋爐高壓系統(tǒng)吹掃記錄

表5 A鍋爐中壓和低壓系統(tǒng)吹掃記錄

表6 B鍋爐中壓系統(tǒng)吹掃記錄

表7 B鍋爐高壓和低壓系統(tǒng)吹掃記錄

選取B鍋爐高、中、低壓系統(tǒng)典型吹管過(guò)程，其主要參數(shù)如表6、7所示。

用壓降法計(jì)算B鍋爐吹管系數(shù)，高壓過(guò)熱器吹管系數(shù)1.8～2.1，中壓過(guò)熱器吹管系數(shù)2.4～2.5，再熱器吹管系數(shù)2.6～2.8，低壓過(guò)熱器吹管系數(shù)1.9～2.1。保證了各蒸汽系統(tǒng)的吹洗效果。

5 吹管優(yōu)化

5.1 控制升溫速率，避免管路水擊

燃機(jī)高盤(pán)吹掃結(jié)束后，由點(diǎn)火到定速3 000 r/min的時(shí)間很短，不同廠(chǎng)家設(shè)置的時(shí)間不同，定速時(shí)排氣溫度設(shè)定值也不同。A燃機(jī)在710 r/min進(jìn)行高盤(pán)吹掃，轉(zhuǎn)速降至420 r/min時(shí)點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速升至3 000 r/min約10 min，排氣溫度設(shè)定值為430 ℃。A燃機(jī)第一次點(diǎn)火升速時(shí)，余熱鍋爐管道發(fā)生水擊，燃機(jī)被迫打閘。A燃機(jī)第一次點(diǎn)火后升溫升壓速率極快。A燃機(jī)空負(fù)荷時(shí)排氣溫度調(diào)節(jié)范圍為360 ℃～430 ℃，經(jīng)與燃機(jī)廠(chǎng)家溝通，第二次點(diǎn)火時(shí)將排氣溫度按下限360 ℃控制并在第二次點(diǎn)火前徹底疏水，余熱鍋爐升溫升壓過(guò)程順利。

為使啟動(dòng)過(guò)程順利及安全，燃機(jī)第一次點(diǎn)火時(shí)排氣溫度建議按設(shè)定值的下限控制。由于燃機(jī)由點(diǎn)火到定速時(shí)間很短，盡管將排氣溫度設(shè)定按下限控制，以避免水擊，余熱鍋爐點(diǎn)火前仍須確認(rèn)已徹底疏水。

5.2 對(duì)比蒸汽參數(shù)與燃料消耗

B余熱鍋爐高壓過(guò)熱器和再熱器系統(tǒng)蒸汽吹洗，高壓汽包壓力4.6～5.3 MPa時(shí)開(kāi)臨時(shí)門(mén)，約9分鐘一次，低壓過(guò)熱器蒸汽吹洗約7分鐘一次；A余熱鍋爐高壓過(guò)熱器和再熱器蒸汽吹洗，高壓汽包壓力3.7～4.0 MPa時(shí)開(kāi)臨時(shí)門(mén)，約13分鐘一次，低壓過(guò)熱器蒸汽吹洗約13分鐘一次。吹洗過(guò)程中B余熱鍋爐蒸汽溫度較A余熱鍋爐的高。3 000 r/min時(shí)，A燃機(jī)燃料消耗量21 000 Nm3/h，燃料低位熱值33.8 MJ/Nm3，輸入熱量709.8 GJ/h；B燃機(jī)燃料消耗量17 000 Nm3/h，低位熱值36 MJ/Nm3，輸入熱量612 GJ/h。A燃機(jī)輸入熱量比B燃機(jī)大。

由于2臺(tái)燃機(jī)邏輯設(shè)置的排氣溫度、為控制排氣溫度摻入的冷風(fēng)量和能源利用效率不同，對(duì)余熱鍋爐吹管效果的影響也不同(A余熱鍋爐高壓系統(tǒng)共吹洗229次，B余熱鍋爐高壓系統(tǒng)共吹洗102次)。吹管期間，B燃?xì)鈾C(jī)組蒸汽參數(shù)高，吹洗次數(shù)少，消耗燃料及工時(shí)少，因此能源利用效率比A燃機(jī)高。燃機(jī)定速及吹管過(guò)程正常后，應(yīng)逐步提高燃機(jī)排氣溫度，從而提高蒸汽溫度，提高吹管效率。

6 打靶檢驗(yàn)結(jié)果

本工程A余熱鍋爐高壓系統(tǒng)共吹洗229次，中壓系統(tǒng)吹洗229次，低壓系統(tǒng)吹洗172次，穿插進(jìn)行高壓旁路吹洗；B余熱鍋爐高壓系統(tǒng)共吹洗102次，中壓系統(tǒng)吹洗54次，低壓系統(tǒng)吹洗91次，穿插進(jìn)行高壓旁路吹洗。通過(guò)實(shí)際打靶檢驗(yàn)，瘢痕數(shù)量小于3點(diǎn)、直徑均小于0.5 mm，吹掃質(zhì)量?jī)?yōu)良。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文以燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐為研究對(duì)象，提出并成功實(shí)踐了一種三階段蓄能降壓法吹管工藝，針對(duì)吹管過(guò)程中出現(xiàn)的管路水擊、燃料工時(shí)消耗大問(wèn)題，提出降低燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度，優(yōu)化余熱鍋爐升溫速率以及正式吹管前迅速提高排煙溫度等措施，取得了較好的效果，實(shí)際靶板檢驗(yàn)結(jié)果優(yōu)良，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)對(duì)后續(xù)同類(lèi)機(jī)組具有工程參考價(jià)值。