旁路系統(tǒng)在減輕氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕中的應(yīng)用

王鵬宇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人們對環(huán)境保護的日益重視，大容量、高參數(shù)超（超）臨界機組已經(jīng)成為火電建設(shè)發(fā)展的主流。鍋爐過熱器出口蒸汽壓力已達到30MPa，主、再熱蒸汽溫度更是達到了605/623℃的新高度，超（超）臨界機組帶來高效率、高環(huán)保的同時，鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕問題，已經(jīng)成為影響機組安全穩(wěn)定運行不可回避的問題。本文主要對比闡述配置常規(guī)容量旁路（超）超臨界機組，如何在機組啟停階段利用旁路系統(tǒng)對鍋爐管道進行有效吹掃，從而減輕鍋爐脫落氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕問題。

關(guān)鍵詞：氧化皮堵塞;固體顆粒物沖蝕;旁路選型;穩(wěn)壓吹掃;降壓吹掃

中圖分類號：TK261 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0175-02

0 引言

超（超）臨界機組在經(jīng)濟和環(huán)保方面取得了巨大的成功，但在長期穩(wěn)定運行方面卻面臨著鍋爐脫落氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕等問題的挑戰(zhàn)。這些問題至今尚無徹底解決的辦法，但我們可以利用現(xiàn)有的條件盡量延緩問題出現(xiàn)的時間，將經(jīng)濟損失降到最小。

1 氧化皮脫落給機組帶來的主要危害

鍋爐管束脫落的氧化皮堵塞受熱面管道，使管道通流量減少，造成管束短期或長期超溫而爆管，其中以大量布置垂直受熱面的π型鍋爐尤為嚴重。高速蒸汽流攜帶出管束中積存的氧化皮顆粒又帶來了汽輪機固體顆粒物沖蝕問題，嚴重影響汽輪機效率，增加了維護工作量。蒸汽攜帶的氧化皮顆粒在低速區(qū)沉積在機側(cè)閥門處，造成閥門卡塞，威脅機組安全運行。沖出機側(cè)系統(tǒng)的固體顆粒物進入到凝結(jié)水和給水系統(tǒng)，惡化了汽水品質(zhì)，加速了鍋爐的腐蝕結(jié)垢。

2 爐選型式

超（超）臨界電站鍋爐主要有兩種類型，一種是塔式鍋爐;一種是π型鍋爐。π型鍋爐布置有大量的垂直對流受熱面（屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器），在啟動階段，蒸汽動量不足以將脫落的氧化皮帶出垂直管段，氧化皮堵塞在U型管底部彎頭處，阻塞蒸汽的流通，造成管束超溫爆管。在高負荷階段，部分氧化皮被高速蒸汽流吹出，蒸汽所攜帶的高動量固體顆粒物將對汽輪機產(chǎn)生沖蝕。塔式鍋爐，對流受熱面均為水平布置，啟動階段脫落的氧化皮容易被蒸汽沖走，經(jīng)高低壓旁路系統(tǒng)直接送入凝汽器中，氧化皮脫落所帶來的危害明顯緩解。塔式鍋爐雖然在應(yīng)對受熱面氧化皮堵塞問題上有著先天的優(yōu)勢，但因其設(shè)備造價高，基建工期長，低負荷區(qū)間再熱蒸汽溫度難以保證等問題，在發(fā)電企業(yè)實際選型應(yīng)用上與π型鍋爐不分伯仲。對于超臨界以上參數(shù)的鍋爐，無論選擇何種爐型，氧化皮問題都是無法避免的，關(guān)鍵在于如何減少其危害。

影響氧化皮脫落的主要有兩個因素：一是氧化皮達到了一定的厚度;二是管束溫度大幅度、高頻率變化，氧化皮受到應(yīng)力作用（主因）。氧化皮的膨脹系數(shù)要遠小于金屬管材的膨脹系數(shù)，管束溫度變化越劇烈，氧化皮受到的應(yīng)力就越大，越容易使其從本體上脫落下來。如果機組能長期在較穩(wěn)定的負荷下運行，氧化皮脫落的概率就大為降低。這樣不管采用何種爐型、何種旁路容量配置，都會大為延緩氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕問題，所以最有效的方法就是盡可能地減少鍋爐汽水系統(tǒng)的冷熱循環(huán)，減少鍋爐的啟停次數(shù)。隨著新能源的崛起和火力發(fā)電機組的大量建設(shè)，火電機組的利用小時數(shù)被大量壓縮，大容量機組參與電網(wǎng)調(diào)峰已是常態(tài)化，在應(yīng)對氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕問題上，火電機組只能尋找新的突破點。

3 旁路型式

旁路型式，如表1所示。

設(shè)有大容量的旁路系統(tǒng)，在機組啟停及運行中有著各種先天優(yōu)勢，不但滿足常規(guī)的啟停需求，更是減少非鍋爐故障的突然停爐問題。但因其造價較高且對帶基本負荷或參與調(diào)峰較少的機組來說，機組服役期間優(yōu)勢并不明顯，所以還沒有取得最廣泛的應(yīng)用。對于已經(jīng)建成的火電機組，進行旁路系統(tǒng)改造，其可操作性和經(jīng)濟性都不強，只能利用現(xiàn)有的條件解決問題。

4 對鍋爐內(nèi)氧化皮進行吹掃

對于配置三用閥旁路系統(tǒng)或采用塔式鍋爐的機組，當鍋爐內(nèi)氧化皮厚度達到臨界值或已出現(xiàn)氧化皮脫落現(xiàn)象時，為防止運行中氧化皮大量脫落帶來的危害，可在機組啟動過程中人為的讓厚度較大的氧化皮提前脫落，然后采取相應(yīng)措施進行處理。將鍋爐進行初步升溫升壓，然后快速停爐冷卻，讓管道內(nèi)的氧化皮在應(yīng)力作用下先期脫落，然后在啟動中利用旁路系統(tǒng)將脫落的氧化皮沖到凝汽器中，從而做到提前預(yù)防主動控制。雖然這樣會延長機組啟動時間并增加燃料的損耗，卻是減輕氧化皮危害的一種很有效方法。在機組停運過程中，汽輪機先行解列，鍋爐繼續(xù)短期維持運行，用旁路系統(tǒng)同樣能對爐內(nèi)脫落的氧化皮進行吹掃。對于旁路容量較小且氧化皮問題已經(jīng)很嚴重的π型鍋爐來說，易采用停爐對管道彎頭處進行射線檢查，然后割管清理的方法。

π型鍋爐和常規(guī)容量配置的旁路系統(tǒng)機組，雖然在應(yīng)對氧化皮堵塞上有著先天的不足，如能在機組啟停過程中，合理的利用旁路系統(tǒng)，對垂直段對流受熱面管束進行穩(wěn)壓或降壓吹掃，將鍋爐內(nèi)脫落的氧化皮吹掃至凝汽器，依然可以大為減緩氧化皮的危害。

現(xiàn)以東方超超臨界π型鍋爐，旁路配置為高旁（40%）+低旁串聯(lián)旁路機組為例，簡述對爐內(nèi)氧化皮的吹掃過程。

4.1 鍋爐穩(wěn)壓吹掃

鍋爐按照啟動曲線正常升溫升壓，當鍋爐分離器壓力大于5.0MPa時，及時啟動第二套制粉系統(tǒng)，保證燃料量充足，繼續(xù)進行升溫升壓。手動逐漸開大高低壓旁路，直至旁路閥全開，注意調(diào)整給水流量，保持鍋爐貯水罐水位并盡量減小361閥的開度。當鍋爐分離器壓力達到7.0MPa時，維持鍋爐總?cè)剂狭糠€(wěn)定，給水流量在750t/h左右，361閥近0開度，對鍋爐管道進行穩(wěn)壓吹掃。穩(wěn)壓吹掃1小時后，進行凝結(jié)水水質(zhì)化驗，當凝結(jié)水外觀澄清透明后，穩(wěn)壓吹掃結(jié)束，逐步減少燃料量、關(guān)小高低壓旁路，調(diào)整鍋爐各參數(shù)至汽輪機沖轉(zhuǎn)所需參數(shù)。鍋爐進行穩(wěn)壓吹掃操作相對簡單，但對燃料和除鹽水消耗較大。

4.2 鍋爐降壓吹掃

鍋爐熱態(tài)沖洗結(jié)束后，手動逐漸開大高低壓旁路至60%以上，對旁路系統(tǒng)進行充分暖管。當鍋爐分離器壓力達到2.0MPa時，逐漸關(guān)小高壓旁路，將低壓旁路閥手動逐漸開大，直至全開位。當高壓旁路關(guān)至最小允許開度（10%）后，快速全開高壓旁路閥，對過熱器和再熱器進行第一次試吹掃。高壓旁路全開1分鐘后，關(guān)小高壓旁路閥，然后再次進行升壓。緩慢提高蒸汽吹掃壓力，依次在分離器壓力3.0、4.0、5.0、6.0、7.0MPa下，重復(fù)上述吹掃操作，直至吹掃合格為止。隨著降壓吹掃壓力的逐步提升，及時啟動第二套制粉系統(tǒng)，保證燃料量充足。吹掃過程注意給水流量的調(diào)節(jié)，要始終保持高旁有一定開度，維持再熱器必要的冷卻蒸汽流量，防止觸發(fā)鍋爐“再熱器保護”。鍋爐降壓吹掃過程，對爐內(nèi)氧化皮有一定的擾動作用，促使一些氧化皮提前脫落。降壓吹掃過程相對復(fù)雜，需要運行人員有一定的操作經(jīng)驗，燃料和除鹽水消耗相對較少，對高壓旁路閥門有一定的沖擊影響。

機組在停運過程中，如鍋爐側(cè)無明顯故障，可先行將汽輪機解列，鍋爐繼續(xù)短期維持運行，采用類似上面的兩種操作方法對鍋爐管道進行吹掃。

5 鍋爐氧化皮吹掃效果

塔式鍋爐或配置三用閥旁路系統(tǒng)的機組，利用上述方法對鍋爐氧化皮進行吹掃，幾乎可以將脫落的氧化皮吹掃干凈，有效防止了鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕問題。π型鍋爐和常規(guī)旁路配置的機組，采用上述的吹掃方式也可以將大量的固體顆粒物從鍋爐管束中吹出，大大減緩了鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕問題。對于鍋爐管束彎頭處已經(jīng)存在大量脫落的氧化皮并有管路堵塞現(xiàn)象的機組，最好還是采用停爐進行射線檢查，割管檢修清理的辦法。

利用旁路系統(tǒng)對鍋爐管道進行氧化皮吹掃，只能解決已出現(xiàn)的部分問題，最有效的辦法還是在運行中嚴格控制系統(tǒng)參數(shù)。防止鍋爐出現(xiàn)超溫超壓、兩側(cè)汽溫偏差大、溫度大幅波動，并有效減少鍋爐停運次數(shù)，加強金屬監(jiān)督和停運后的維護保養(yǎng)。應(yīng)用旁路系統(tǒng)吹掃鍋爐氧化皮雖然可以有效降低其危害，但如果吹掃過于頻繁或操作中控制不當，容易出現(xiàn)旁路閥芯受損或鍋爐超溫問題，對機組的安全穩(wěn)定運行帶來不利的影響。

綜上所述，無論采用什么爐型，何種旁路配置（一級大旁路效果較差，可根據(jù)情況適當進行），都可以應(yīng)用上述方法對鍋爐內(nèi)脫落的氧化皮進行有效吹掃。結(jié)合運行時嚴格的參數(shù)控制及停運后的維護保養(yǎng)，雖然不能完全解決超（超）臨界機組鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕問題，但也會讓這些問題出現(xiàn)的間隔有效延長，危害大大減緩。

6 結(jié)語

超（超）臨界機組是火電發(fā)展的必然方向，不僅要在材料技術(shù)上有所突破，更要在運行操作理念上跟進。在超（超）臨界機組廣泛應(yīng)用的同時，還有許多技術(shù)問題有待解決，新的方案同樣會帶來新的問題，只有在實踐中反復(fù)摸索才會有突破進步。鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機固體顆粒物沖蝕是無法避免的但并不是無法控制的，隨著運行操作理念的完備，應(yīng)用旁路系統(tǒng)對鍋爐脫落的氧化皮進行吹掃，為防治氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕打開了一個新的局面。

參考文獻

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