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

趙曉光，周若明，王天龍，張 波

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組與常規(guī)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相比較，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)[1-2]，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，然而目前行業(yè)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的吹管方案，因此分享一種適合余熱鍋爐的安全高效的吹管工藝很有必要[3-4]。以下以2臺(tái)450 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的1臺(tái)余熱鍋爐為研究對(duì)象，探索穩(wěn)壓法和降壓法相結(jié)合的吹管工藝。針對(duì)吹管過(guò)程中出現(xiàn)的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)鍋爐高壓汽包上下壁溫差超限的問(wèn)題、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)化余熱鍋爐升溫升壓速率，采取合理的控制高壓汽包壁溫差措施和及時(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

某天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目采用2臺(tái)F型燃機(jī)組成的2套“一拖一”多軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電供熱機(jī)組。與燃機(jī)配套的余熱鍋爐為封閉布置，無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)，臥式爐型，2臺(tái)鍋爐順列布置，微正壓運(yùn)行。鍋爐由進(jìn)口煙道、換熱室、出口煙道及煙囪組成，并設(shè)有脫硝裝置。鍋爐煙氣流程為燃?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)入煙囪后排入大氣。

鍋爐汽水系統(tǒng)包括高壓、中壓和低壓系統(tǒng)。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)入再熱器冷端，再熱熱端出來(lái)的蒸汽進(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)。該余熱鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 鍋爐吹管的工藝及參數(shù)

2.1 吹管的范圍

余熱鍋爐吹管范圍包括：受熱面管束(蒸汽部分)及其聯(lián)絡(luò)管;高壓、中壓、低壓主蒸汽管道;冷段再熱管道和熱段再熱管道;過(guò)熱器和再熱器減溫水管路(不作靶板考核)。汽輪機(jī)高壓、中壓和低壓旁路系統(tǒng)管道均不參與吹掃，只做內(nèi)部清理，各旁路進(jìn)氣管道打堵板封閉。

2.2 吹管工藝的選擇

吹管過(guò)程中選擇高壓過(guò)熱器和再熱器采用一段吹(將過(guò)熱器、主蒸汽管道和再熱蒸汽冷段管道、再熱器、再熱蒸汽熱段管道串聯(lián)吹掃一步完成的蒸汽吹掃方式)，且穩(wěn)壓和降壓相結(jié)合的吹管方法;中、低壓蒸汽系統(tǒng)采用一段吹，降壓的吹管方法;過(guò)熱器和再熱器減溫水管路利用鍋爐悶爐，給水泵停運(yùn)后的給水系統(tǒng)的余壓進(jìn)行吹管。

2.3 吹管的參數(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》[5]，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)。吹管參數(shù)保證在蒸汽吹管時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)量大于額定負(fù)荷時(shí)的動(dòng)量，即吹管參數(shù)保證被吹掃系統(tǒng)各處的吹管系數(shù)均大于1。

根據(jù)DL/T 1269—2013，吹管系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：K為吹管系數(shù);Db為吹管工況蒸汽流量，t/h;vb為吹管時(shí)工況蒸汽比體積，m3/kg;D0為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況蒸汽流量，t/h;v0為鍋爐BMCR工況蒸汽比體積，m3/kg。

工程應(yīng)用中，將蒸汽動(dòng)量比簡(jiǎn)化為管段壓降比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)降壓吹管時(shí)，吹管工況與鍋爐BMCR工況過(guò)熱器壓降比不小于1.4時(shí)能保證吹管系數(shù)不小于1，壓降比按下式計(jì)算：

式中：βΔp為壓降比;Δpb為吹管工況某區(qū)段流動(dòng)壓降(阻力)，MPa;Δp0為鍋爐BMCR工況該區(qū)段流動(dòng)壓降(阻力)，MPa。

根據(jù)鍋爐廠和設(shè)計(jì)院提供資料，通過(guò)計(jì)算選擇吹管參數(shù)：高壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路時(shí)汽包壓力不高于4.0 MPa，中壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路時(shí)汽包壓力不高于2.5 MPa，低壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路時(shí)汽包壓力不高于0.3 MPa。

2.4 吹管流程

本次蒸汽管路吹掃采用蓄能降壓法吹掃，鍋爐高壓蒸汽系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)一段吹;中壓蒸汽系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)一段吹;低壓蒸汽系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行吹掃。

2.4.1 高壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程

高壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程為：高壓汽包→高壓過(guò)熱器→高壓主蒸汽管道→高主門吹管套閥→臨時(shí)管(引出臨時(shí)排汽管去消音器，并裝設(shè)電動(dòng)門)→高壓臨沖門(旁設(shè)旁路管道和旁路電動(dòng)門，要求實(shí)現(xiàn)集控室遠(yuǎn)端控制)→臨時(shí)管→集粒器→臨時(shí)管→冷再管路→再熱器→熱再管路→臨時(shí)管→靶板器→臨時(shí)管→消音器→排大氣

2.4.2 中壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程

中壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程為：中壓汽包→中壓過(guò)熱器→中主門吹管套閥→臨時(shí)管→集粒器→臨時(shí)管→冷再管路→再熱器→熱再管路→臨時(shí)管(引出臨時(shí)排汽管去消音器，并裝設(shè)電動(dòng)門)→中壓臨沖門(旁設(shè)旁路管道和旁路電動(dòng)門，要求實(shí)現(xiàn)集控室遠(yuǎn)端控制)→臨時(shí)管→靶板器→臨時(shí)管→消音器→排大氣。

2.4.3 低壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程

低壓蒸汽系統(tǒng)吹掃管路流程為：低壓汽包→低壓過(guò)熱器→正式導(dǎo)汽管道→低壓進(jìn)汽門旁短接臨時(shí)管(其上引出臨時(shí)排汽管去消音器，并裝設(shè)電動(dòng)門)→低壓臨沖門(旁設(shè)旁路管道和旁路電動(dòng)門，要求實(shí)現(xiàn)集控室遠(yuǎn)端控制)→臨時(shí)管→靶板器→臨時(shí)管→消音器→排大氣。

3 吹管過(guò)程

燃?xì)馄啓C(jī)機(jī)組余熱鍋爐吹管期間，鍋爐運(yùn)行方式為每天上午啟動(dòng)，下午停機(jī)，每天機(jī)組運(yùn)行時(shí)間約為6 h，因此本機(jī)組吹管期間正常停機(jī)13次，每次停機(jī)時(shí)間均超過(guò)12 h。余熱鍋爐吹管主要分2個(gè)階段：第1階段，2018年7月12—24日，鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行以配合燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整和電氣試驗(yàn)為主，在高壓、中壓和低壓臨時(shí)吹管門全開的情況下，鍋爐高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)吹管系數(shù)高于1.0，中壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)吹管系數(shù)低于1.0，鍋爐高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)在此階段分別采用穩(wěn)壓和降壓2種方式進(jìn)行吹管;第2階段，在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整和電氣試驗(yàn)于7月24日結(jié)束后，2018年7月25—8月1日，鍋爐高壓、中壓和低壓系統(tǒng)進(jìn)行降壓吹管。

3.1 高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)穩(wěn)壓吹管

2018年7月12—23日，鍋爐高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)吹管系數(shù)大于1，為采用穩(wěn)壓和降壓2種方式吹管階段。穩(wěn)壓吹管階段，鍋爐進(jìn)口煙氣溫度在380～420℃，全開高壓和中壓臨沖門，高壓汽包壓力維持在約1.8 MPa，高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)吹管壓降約為2.0 MPa，相應(yīng)的吹管系數(shù)約為1.4。鍋爐高壓系統(tǒng)和中壓系統(tǒng)吹管過(guò)程中，再熱系統(tǒng)吹管最大壓降超過(guò)2.0 MPa，相應(yīng)的最大吹管系數(shù)均超過(guò)1.4。

3.2 高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)降壓吹管

2018年7月16日，首次進(jìn)行高壓系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)降壓吹管。吹管過(guò)程中，全開高壓和中壓臨沖門，全關(guān)中壓電動(dòng)門和低壓臨沖門。正式吹管時(shí)的高壓汽包壓力控制在2.8～3.6 MPa，停止吹管壓力控制在吹管系數(shù)接近1.0相對(duì)應(yīng)下的汽包壓力，此時(shí)高壓汽包壓力約為1.4 MPa。

3.3 中壓系統(tǒng)降壓吹管

2018年7月24日，首次進(jìn)行中壓系統(tǒng)降壓吹管。吹管過(guò)程中，全開中壓臨沖門和中壓電動(dòng)門，全關(guān)高壓和低壓臨沖門。正式吹管時(shí)，中壓汽包壓力控制在1.3～1.9 MPa，停止吹管壓力控制在吹管系數(shù)接近1.0相對(duì)應(yīng)下的汽包壓力，此時(shí)中壓汽包壓力約為0.8 MPa。

3.4 低壓系統(tǒng)降壓吹管

2018年7月15日，首次進(jìn)行低壓系統(tǒng)降壓吹管。吹管過(guò)程中，全開低壓臨沖門，全關(guān)高壓、中壓臨沖門和中壓電動(dòng)門。正式吹管時(shí)，低壓汽包壓力控制在0.2～0.29 MPa，停止吹管壓力控制在吹管系數(shù)接近1.0相對(duì)應(yīng)下的汽包壓力，此時(shí)低壓汽包壓力約為0.15 MPa。

4 結(jié)果分析

4號(hào)余熱鍋爐吹管采用穩(wěn)壓和降壓相結(jié)合的吹管方式，從2018年7月12日點(diǎn)火開始，至2018年8月1日吹管結(jié)束，從2018年7月24日開始計(jì)數(shù)，高壓、中壓和低壓吹管次數(shù)分別為81、58和68次，各處吹管系數(shù)均大于1，總共13次不少于12 h的大冷卻，吹管效果可以得到較好保證，經(jīng)連續(xù)2次打靶，3個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)系統(tǒng)連續(xù)2次降壓打靶，無(wú)0.4 mm以上斑點(diǎn)，0.4 mm以下肉眼可見斑點(diǎn)不超過(guò)2個(gè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)優(yōu)于《火力發(fā)電建設(shè)工程調(diào)試質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程》[6]和《火電機(jī)組啟動(dòng)蒸汽吹管導(dǎo)則》的標(biāo)準(zhǔn)要求。吹管結(jié)束后經(jīng)聯(lián)箱檢查孔檢查確認(rèn)無(wú)任何雜物，證明吹管的效果非常優(yōu)異，為機(jī)組整套啟動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

5.1 冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大問(wèn)題及措施

冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)由于蒸汽和爐水對(duì)汽包上下壁的放熱系數(shù)不同，使得汽包上下壁溫度升高的快慢不一樣，造成余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大，同時(shí)汽包升壓速度越快，飽和溫度升高也越快，產(chǎn)生的壁溫差就越大。

為了解決這個(gè)問(wèn)題采用了如下控制措施：提高低壓汽包水溫，投入高壓蒸發(fā)器底部加熱用來(lái)提高高壓汽包水溫;保持高壓汽包水位在較高位置，以利于初期水循環(huán)的建立，同時(shí)加強(qiáng)高壓蒸發(fā)器定排用來(lái)加強(qiáng)擾動(dòng)，有利于減小汽包內(nèi)各部位水溫偏差;降低高壓汽包升壓速率，有利于降低飽和溫度上升速率減小壁溫差。

5.2 靶板更換問(wèn)題及措施

本次吹管采用的靶板器為最早期的插入式，螺栓法蘭連接固定，不可旋轉(zhuǎn)。裝拆靶板時(shí)，必須先隔絕所有汽源，再拆卸靶板器本體固定螺栓，由天車吊出后，將由螺栓固定的靶板拆除，再安裝新的靶板，擰緊螺栓固定后，再由天車吊入靶板器孔，再重新用螺栓固定靶板器法蘭。這種操作繁瑣且危險(xiǎn)的靶板器造成了2個(gè)問(wèn)題：

a.在裝拆靶板時(shí)，靶板器所在臨時(shí)管道前后的所有汽源必須完全隔絕，中壓、低壓臨時(shí)吹管門及其旁路必須關(guān)閉且停電，但是因?yàn)橹袎号R沖門相當(dāng)于是在高壓臨沖門后串接的，中壓臨沖門的關(guān)閉將大幅減少高壓系統(tǒng)的泄壓汽量，會(huì)大幅度提高高壓系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)的升壓速率，且高壓汽包壓力升速率必然會(huì)超出壓力升速率上限值。

b.單獨(dú)裝入或拆除一塊靶板用時(shí)在4 min左右，但是拆除舊靶板，再重新裝入新靶板的時(shí)間要超過(guò)7 min，因裝拆靶板需要節(jié)流高壓臨沖門并全關(guān)中壓臨沖門及其旁路門，高壓系統(tǒng)汽包壓力將在6 min內(nèi)由全開高壓、低壓臨沖門泄壓工況時(shí)的1.8 MPa，在6 min時(shí)將上升并超過(guò)高壓汽包最高吹管壓力值4.0 MPa，吹管過(guò)程中拆除并安裝新靶板時(shí)，隨著每次更換時(shí)間的不同，高壓汽包壓力最高升至4.3～4.8 MPa，因高壓臨沖門前臨時(shí)管道是按8 MPa設(shè)計(jì)，正式管道設(shè)計(jì)壓力超過(guò)12 MPa，所以并不影響高壓系統(tǒng)安全性，只需要在每次吹管前將高壓汽包壓力泄壓至4 MPa后，即可開門吹管。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題采取如下措施：更換靶板前，先全開高壓、中壓臨沖門，將高壓汽包壓力泄壓至2.0 MPa以下，全開高壓臨沖門旁路門，全開高壓和再熱啟動(dòng)排汽電動(dòng)門，全關(guān)中壓、低壓臨沖門及其旁路門并停電，然后通知電建開始裝拆靶板;待靶板裝拆完成后，中壓、低壓臨沖門送電，全開中壓臨沖門后，再微開高壓臨沖門泄壓至4.0 MPa以下時(shí)，再全開高壓臨沖門進(jìn)行高壓和再熱器系統(tǒng)吹管。

6 結(jié)束語(yǔ)

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)踐了一種穩(wěn)壓法和降壓法相結(jié)合的吹管工藝，針對(duì)吹管過(guò)程中出現(xiàn)的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大問(wèn)題，采取提高高壓汽包水溫，保持高壓汽包水位，加強(qiáng)高壓蒸發(fā)器定排，降低高壓汽包升壓速率等相應(yīng)控制措施;針對(duì)吹管過(guò)程時(shí)使用螺栓法蘭連接固定的插入式靶板器造成的高壓汽包升壓超限的問(wèn)題，采取先降壓再進(jìn)行吹掃的措施，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)同類機(jī)組具有很好的工程借鑒價(jià)值。