某660MW火電機組優(yōu)化冷態(tài)上水方式降低能耗

中煤電力有限公司 李 虎

1 引言

錨定碳達峰碳中和目標，“十四五”時期是推動我國能源綠色低碳轉型的關鍵期，也是落實應對氣候變化國家自主貢獻目標的攻堅期。期間，傳統(tǒng)化石燃料能源發(fā)電面臨空前的壓力與挑戰(zhàn)，尤其是火力發(fā)電機組，面對嚴峻的電力市場形勢，想要保持競爭力就必須以高質量躍升發(fā)展為主題，以提質增效為主線，以改革創(chuàng)新為動力，持續(xù)全面開展“開源降耗”工作。

2 機組概述

該發(fā)電公司裝機容量1290MW，#2機組為660MW超超臨界機組，鍋爐是哈爾濱鍋爐廠生產的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、直流濃淡煤粉燃燒器、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構。

該機組配置2×50%BMCR的汽動給水泵，前置泵為臥式、單級、雙吸垂直進出、單蝸殼泵。前置泵由小汽輪機通過減速齒輪驅動，通過疊片式柔性聯軸器連接。前置泵減速箱為德國生產，型號TRE22，變比為3.387∶1。小汽輪機汽源有冷再熱（高壓汽）和四段抽汽、輔助蒸汽（低壓汽），給水泵小汽輪機正常工作汽源采用四段抽汽，備用和啟動用汽源采用再熱冷段蒸汽和輔助蒸汽（啟動鍋爐），小汽機排汽直接排入主機凝汽器。

圖1 鍋爐結構圖

3 目前存在的問題及改造

3.1 發(fā)現問題

對于直流鍋爐來說，對鍋爐進行上水操作時，應特別注意上水速度以減少熱應力，當省煤器進出口水溫差值超過105℃時，停止上水。一般規(guī)定冷態(tài)啟動時，鍋爐進水水溫控制在70～80℃，確認給水泵運行正常，調整給水旁路調門開度，控制給水流量正常。嚴格控制進水速度，夏季進水時間不小于2h，冬季進水不小于3～4h。冬季進水流量控制在100t/h及以下，夏季控制在200t/h及以下。當貯水箱見水以后，進行開式沖洗，這時給水溫度要和鍋爐金屬溫度要匹配，也是為了使鍋爐緩慢加熱、膨脹，防止水冷壁等產生較大的熱應力，引起水冷壁泄漏等事故隱患。

結合該機組前置泵及給水泵均由小汽輪機同軸驅動，鍋爐上水時必須進行小機沖轉，其間凝結水、開式水、循環(huán)水、軸封等系統(tǒng)需同步運行。汽機軸封系統(tǒng)投運→凝汽器真空建立→小汽輪機沖轉→鍋爐上水→冷態(tài)清洗結束，其間時間長達10h，造成啟機過程電耗、汽耗過大，固提出并實施該鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化改造方案。

3.2 方案的提出、確定及實施

3.2.1 擬定以下四種方案

一是從#2機凝結水雜母至鍋爐疏擴減溫水管路引出兩個支路分別與#2爐水冷壁入口匯集集箱放水一、二次門后管路和#2爐主給水調節(jié)站逆止門后放水一、二次門后管路相連，作為鍋爐冷態(tài)上水水源。

二是#2爐低溫省煤器進水管（低溫省煤器因漏點過多，現已隔離不用）與汽機房13.7米A前置泵入口管路直接相連，作為鍋爐冷態(tài)上水水源，上水時需關閉A前置泵入口電動門。

三是#2機除氧器緊急放水至爐疏擴管路加裝增壓泵直接接入A前置泵入口電動門后管路（汽機房30m平臺處），并加裝前后隔離門，除氧器水經增壓后直接作為鍋爐冷態(tài)上水水源，上水時需關閉A前置泵入口電動門。

四是#2機除氧器至A前置泵入口電動門前后加裝小旁路，旁路上加裝增壓泵，并加裝前后隔離門，上水時需關閉A前置泵入口電動門。

3.2.2 方案的確定

綜合對比分析，經小組成員討論后確定對方案2實施。

表1 各方案對比表

3.3 方案的實施

3.3.1 材料準備及費用

一是購買碳鋼管20m（壓力等級40kg），費用25000元；二是兩個閥門（DN150），費用5000元；三是施工工器具；四是設備變更、異動風險分析，編制#2機凝結水至鍋爐上水管路改造施工安健環(huán)風險檢查評估表（見表2），并落實風險分級管控。

表2 安健環(huán)風險檢查評估表

3.3.2 施工情況

此優(yōu)化方案與在#2機組A級檢修期間進行施工，與2021年12月01日完成。改造圖紙及現場管路布置如圖2所示

圖2 改造設計圖

3.4 改造后風險控制點

一是嚴格控制前置泵入口管路壓力，防止管路超壓。二是前置泵入口電動門不嚴會導致除氧器滿水，加強除氧器液位監(jiān)視與調整，禁止退出除氧器液位相關連鎖保護。

圖3 管道布置圖

4 系統(tǒng)優(yōu)化改造后應用

4.1 超臨界直流鍋爐典型冷態(tài)啟動流程

啟動前準備→鍋爐上水（儲水箱建立水位）→冷態(tài)清洗（開式/循環(huán)）→鍋爐點火→系統(tǒng)升溫、升壓→熱態(tài)沖洗→汽輪機沖轉→發(fā)電機并網→廠用電切換→鍋爐干/濕態(tài)轉換→投入AGC運行。

4.2 直流鍋爐水質要求

鍋爐受熱面內沉積和由蒸汽帶入汽機而沉積在汽機噴嘴、葉片上的鹽分，除了與受熱面內工質的參數和物理狀態(tài)有關外，還與給水中所含鹽量的多少和鹽的組成有很大關系。因此在給定參數下，只有控制直流鍋爐給水品質，才能保證鍋爐與汽機的要求。直流鍋爐的熱態(tài)沖洗水質（分離器儲水箱爐水取樣）合格標準見表3。

表3 熱態(tài)沖洗水質合格標準表

圖4

4.3 上水流程

此鍋爐啟動系統(tǒng)水容積共269m3，包括省煤器水冷壁90m3、水冷壁139m3、啟動系統(tǒng)管路10m3。

4.4 采用改造后上水方式，機組準時并網

2022年2月19日上午08:00，接國網安徽省調度員令：要求#2機組于2022年2月20日下午16:00并網。根據此并網時間，運行管理部對機組過程中各重要節(jié)點時間做出明確安排及精準控制。具體各節(jié)點落實時間如下：一是19日晚上19:30啟動2A凝結水泵（變頻）對凝結水及除氧器進行沖洗；二是20日凌晨03:50除氧器出水Fe＜200ug/L，#2鍋爐開始上水，早上06:36上水結束，儲水箱建立正常水位；早上07:00儲水箱出口水質Fe＜500μg/L、混濁度NTU＜3，鍋爐冷態(tài)開式沖洗完成，進行冷態(tài)循環(huán)沖洗；早上07:56儲水箱出口水質Fe＜100μg/L時，冷態(tài)循環(huán)沖洗結束，鍋爐點火成功；三是下午13:37汽輪機沖轉；四是下午16:30#2機組并網成功；五是晚上21:00#2機負荷300MW，投入AGC運行。鍋爐上水參數：壓力1.2MPa（前置泵入口額定壓力1.25MPa）、溫度13.7℃、上水時間166min。

通過此次#2機組的順利啟動，驗證了此鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化方案的安全性與可行性。

5 改造后效益總結分析

表4 輔機參數表

5.1 使用凝結水泵上水，改造后收益

5.1.1 電耗情況

循環(huán)水泵（低速）：333×6.3×√3×0.77×6=16787.1kWh（節(jié)約）；凝結水泵：38×6.3×√3×0.88×4=1459.5kWh（節(jié)約）；開式泵：24×6.3×√3×0.881×6=1384.3kWh（節(jié)約）；真空泵：2×220×0.4× √3×0.78×6=1426.6kWh（節(jié)約）。

5.1.2 汽耗情況

一臺小機、軸封用汽共30t/h，共節(jié)約用汽30×6=180t。機組冷態(tài)啟動一次總計：節(jié)約電耗21057.5kWh，節(jié)約汽耗180t。按照全年6次啟停機計算，總收益6×3.49=20.94萬元。

5.2 使用凝結水輸送泵上水，改造后收益

根據近三次利用此上水優(yōu)化方式，利用凝結水泵上水已驗證方案的成功，本小組繼續(xù)深挖節(jié)能潛力，準備后續(xù)使用凝輸送泵上水，預計收益：

5.2.1 電耗情況

圖5 執(zhí)行優(yōu)化方案時DCS凝結水系統(tǒng)圖

圖6 執(zhí)行優(yōu)化方案時DCS鍋爐啟動系統(tǒng)圖

循環(huán)水泵（低速）：333×6.3×√3×0.77×6=16787.1kWh（節(jié)約）；凝結水泵：38×6.3×√3×0.88×6=2189.3kWh（節(jié)約）；開式泵：24×6.3×√3×0.881×6=1384.3kWh（節(jié)約）；真空泵：2×220×0.4× √3×0.78×6=1426.6kWh（ 節(jié)約）；凝輸泵：100×0.4×√3×0.91×8=567kWh（耗電）。

5.2.2 汽耗情況

一臺小機、軸封用汽共30t/h，共節(jié)約用汽30×6=180t。機組冷態(tài)啟動一次總計：節(jié)約電耗21220.3kWh，節(jié)約汽耗180t。按照全年6次啟停機計算，總收益6×3.499=20.99萬元

5.3 通過利用凝結水泵與凝結水輸送泵上水方式對比

通過收益數據對比發(fā)現：利用凝結水輸送泵上水節(jié)能效果稍好，但是上水時間明顯增長，后續(xù)根據實際機組啟動各節(jié)點控制的緊湊性進行合理選擇。

6 據此方案繼續(xù)深挖節(jié)能潛力

此鍋爐上水優(yōu)化方式僅適用于鍋爐冷態(tài)上水，不能滿足鍋爐溫態(tài)上水。下一步，筆者初步設想靈活利用現場已改制的臨機加熱系統(tǒng)，對此方案的給水進行加熱，滿足鍋爐溫態(tài)上水的需求。當前，臨機加熱蒸汽接入#2高壓加熱器，與給水進行表面換熱后疏水進入凝汽器，但如果循環(huán)水、真空系統(tǒng)未投運，嚴禁疏水熱汽進入凝汽器，固需進一步優(yōu)化臨機加熱系統(tǒng)?！敖承摹本G電小組初步設想將#2高加危急疏水管路增加旁路，在鍋爐上水時將原危急疏水手動門關閉，將疏水引流，疏水去向目前初步考慮為：一是接入除氧器加熱凝結水；二是接入臨機進行回收；三是接入2A磨煤機暖風器；四是排入#2爐疏水擴容器。另外，如果臨機加熱疏水引流后可使用臨機加熱進行鍋爐熱態(tài)循環(huán)沖洗，推遲鍋爐點火時間，同步推遲給水泵汽輪機沖轉時間，繼續(xù)降低機組啟動期間的能耗。以上優(yōu)化暢想待小組進一步討論、核算、確定、實施。

7 結語

本文討論實施的鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化改造，有效降低了機組啟動過程中能耗水平，實現了該公司提質增效的總體目標。后續(xù)“匠心”綠電小組將始終在機組安全穩(wěn)定運行基礎上，加速改革創(chuàng)新，補短板、抓提升，不忘初心、砥礪前行，堅持工匠精神，繼續(xù)積極對標先進找差距，凝聚力量謀發(fā)展。在“3060”碳目標、能耗“雙控”的背景下，以期未來能夠為火電機組進一步節(jié)能降耗探索出更多方案參考和幫助貢獻。