超臨界機(jī)組吹管技術(shù)淺析

李學(xué)軍，劉發(fā)圣

（1.貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司，江西貴溪 335400；2.國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

蒸汽吹管是新建電站鍋爐投運(yùn)前的重要試運(yùn)步驟之一。吹管質(zhì)量的控制和吹管工藝的正確實(shí)施對鍋爐和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有著直接影響。目前國內(nèi)外主要有兩種電站鍋爐吹管工藝，即降壓蒸汽吹管法和穩(wěn)壓蒸汽吹管法。傳統(tǒng)的降壓蒸汽吹管技術(shù)在我國已經(jīng)基本成熟，而穩(wěn)壓蒸氣吹管技術(shù)，尤其是超臨界直流鍋爐的穩(wěn)壓吹管技術(shù)還在起步階段，而對于配爐水循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的超臨界直流鍋爐，目前使用穩(wěn)壓吹管的成功實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)不多。本文著重對配鍋爐水循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的HG-1964/25.4-YM17 型超臨界直流鍋爐的吹管工藝和流程進(jìn)行了研究，并對吹管過程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討。

1 吹管原理

為了保證蒸汽吹管的有效性，吹管時(shí)被吹掃表面所受的作用力必須大于鍋爐最大連續(xù)出力(BMCR)下蒸汽對管道表面的作用力。吹管系數(shù)K被定義為吹掃工況和BMCR工況下兩個(gè)作用力之比，因此K必須大于1，并且K值越大，吹管效果越好。它的計(jì)算公式為：

K=(吹管時(shí)蒸汽流量)2×(吹管時(shí)蒸汽比容)/(額定負(fù)荷蒸汽流量)2×(額定負(fù)荷時(shí)蒸汽比容)

2 吹管方式的特點(diǎn)

穩(wěn)壓蒸汽吹管是在吹管過程中始終維持相對恒定的系統(tǒng)壓力，它是一個(gè)相對穩(wěn)態(tài)的過程，在此過程中鍋爐維持輸入和輸出之間的能量平衡以及給水量和蒸發(fā)量之間的質(zhì)量平衡。穩(wěn)壓吹管法在操作控制、相關(guān)支持系統(tǒng)的投入數(shù)量、臨吹管路的管材要求、系統(tǒng)布置等方面都比降壓吹管法要求要高。

降壓蒸汽吹管是指鍋爐事先維持一個(gè)較高的吹管壓力，然后迅速全開臨時(shí)吹管門，使得鍋爐壓力迅速下降，蒸發(fā)量瞬間驟增，從而實(shí)現(xiàn)對鍋爐受熱面的吹掃。降壓吹管法具有系統(tǒng)布置簡單、吹管過程易于控制、吹管所需投入的系統(tǒng)少、操作相對簡單等優(yōu)點(diǎn)，并且它能夠保證在吹管期間的有效時(shí)間內(nèi)過熱器各處吹管系數(shù)K大于1。

3 不同吹管工藝的控制要點(diǎn)

3.1 穩(wěn)壓吹管工藝控制

3.1.1 給水及啟動系統(tǒng)的控制

在鍋爐點(diǎn)火啟壓前為了使吹管臨時(shí)管路充分暖管，將臨時(shí)吹管門開到25%的開度。穩(wěn)壓吹管的升溫升壓過程與降壓吹管的升溫升壓過程相同，對啟動系統(tǒng)控制要求較低，工況較穩(wěn)定。升溫升壓初期建立了穩(wěn)定的汽水循環(huán)后，鍋爐按照廠家的升溫升壓曲線進(jìn)行升溫升壓，鍋爐點(diǎn)火后為加快鍋爐升壓速度，控制給水流量比鍋爐MFT 保護(hù)定值490 t/h 高60 t/h 左右，隨著燃料量的增加給水量也逐漸增加，此時(shí)逐漸開大臨沖門開度至全開狀態(tài)，在鍋爐穩(wěn)壓吹管前，通過給水流量來控制汽水分離器出口溫度過熱度在5 ℃左右，同時(shí)將儲水箱溢流閥盡量關(guān)閉，當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到30%BMCR時(shí)鍋爐逐漸的轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行方式，即可進(jìn)行穩(wěn)壓吹管。

3.1.2 過熱器及再熱器汽溫的控制

兩種吹管方式均需控制過熱汽和再熱汽的溫度在臨時(shí)管材的承受范圍之內(nèi)，同時(shí)臨沖門后的蒸汽溫度不能超過冷段再熱管道的承受范圍，整個(gè)吹管過程中必須嚴(yán)格控制。穩(wěn)壓吹管方式不存在主汽、再熱汽溫度下降的現(xiàn)象，但極易發(fā)生主汽超溫，建議在鍋爐穩(wěn)壓吹管過程中，控制低溫再熱器入口溫度小于390 ℃，目的是防止低、再管道過度膨脹，從而引起管道支吊架變形?？刂拼藴囟鹊闹饕椒ㄊ欠€(wěn)壓吹管過程中使過熱器出口汽溫不要過高，由于吹管過程中，一般采用過熱器、再熱器串聯(lián)吹管，主蒸汽在管道內(nèi)擴(kuò)容產(chǎn)生較小的焓降，一般情況下，低溫再熱器入口溫度與過熱器出口溫度的差值小于50 ℃，因此要控制低溫再熱器不超溫，就要使過熱器出口蒸汽溫度在440 ℃以內(nèi)。吹管過程中主要是通過減溫器來控制主蒸汽溫度，通過再熱器煙氣擋板和事故噴水減溫器來控制再熱蒸汽溫度。穩(wěn)壓吹管的控制要點(diǎn)就是主汽、再熱蒸汽溫度不能超溫，控制合理的中間點(diǎn)過熱度，同時(shí)保證各受熱面不能超溫。

3.1.3 其它控制要點(diǎn)

1）穩(wěn)壓吹管時(shí)鍋爐負(fù)荷達(dá)到BMCR的50%左右，在鍋爐點(diǎn)火升壓過程中，在煤質(zhì)較差時(shí)需投用4套制粉系統(tǒng)，通過燃燒調(diào)整和臨吹門開度，保持汽水分離器出口壓力5.5 Mpa左右，給水流量在890 t/h左右，維持吹管參數(shù)。因此至少需保證4套制粉系統(tǒng)能夠投用。

2）每次穩(wěn)壓吹管時(shí)間一般在2 h左右，主要看機(jī)組的補(bǔ)水情況，鍋爐開始進(jìn)入穩(wěn)壓吹管過程，保持此工況直至化學(xué)除鹽水量耗盡，鍋爐按要求正常停爐，一個(gè)完整的穩(wěn)壓吹管過程結(jié)束，每次吹管結(jié)束后，鍋爐應(yīng)降壓冷卻，相鄰兩次吹管應(yīng)間隔12 h以上。

3.2 降壓吹管工藝控制

1）降壓吹管方式需要的燃料量一般少于BMCR燃料量的20%，因此一般只需保證2套制粉系統(tǒng)能夠投用即可?，F(xiàn)如今多數(shù)新建電廠都是采用等離子點(diǎn)火投粉吹管。鍋爐投粉初期熱風(fēng)溫度低、燃燒效率低、飛灰含碳量高，因此鍋爐點(diǎn)火初期空預(yù)器必須連續(xù)吹灰，防止尾部煙道二次燃燒的發(fā)生。此外，降壓蒸汽吹管時(shí)，鍋爐在升壓過程過、再熱器無蒸汽通流，因此應(yīng)控制爐膛出口煙溫不超過540 ℃，防止受熱面超溫。

2）降壓吹管方式為保證給水流量大于490 t/h以及貯水箱的水位高于900 mm，防止循環(huán)泵跳閘及鍋爐滅火，這是降壓吹管升溫升壓和開關(guān)臨沖門時(shí)的控制難點(diǎn)。特別是開關(guān)臨沖門時(shí)要求運(yùn)行人員有足夠的經(jīng)驗(yàn)，能夠很好的掌握補(bǔ)水量的調(diào)節(jié)方法。工程實(shí)踐中，出現(xiàn)過多次運(yùn)行人員不熟悉開關(guān)臨沖門對分離器水位變化的影響規(guī)律而導(dǎo)致跳泵的現(xiàn)象，降壓吹管控制要點(diǎn)是關(guān)臨吹門時(shí)要逐漸加大給水流量、關(guān)小爐水循環(huán)泵出口閥開度、打開循環(huán)泵再循門。

3）在鍋爐降壓吹管時(shí)，難于建立起穩(wěn)定的水動力特性，為此應(yīng)盡量提高給水溫度，降壓吹管工程實(shí)踐中主汽溫度和再熱汽溫下降幅度非常大，控制不好極易引起管道水擊。此外，貯水箱出水是飽和水，降壓吹管時(shí)壓力降低有可能產(chǎn)生汽化，為防止?fàn)t水循環(huán)泵汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)投入足夠的過冷水。采用降壓吹管方式時(shí)，每次吹管的時(shí)間間隔不宜太長，否則再熱冷段和熱段管道會冷卻，再吹管時(shí)大量的蒸汽容易遇冷凝結(jié)，嚴(yán)重時(shí)也會產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。

4 吹管實(shí)踐

4.1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

貴溪發(fā)電廠三期1 號鍋爐系哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的HG-1964/25.4-YM17 型超臨界鍋爐。該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，利用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置的π型布置。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)列于表1。

4.2 吹管范圍及流程

吹管的主要范圍包括：鍋爐過熱器系統(tǒng)，再熱器系統(tǒng)，主蒸汽管道、冷、熱段再熱蒸汽管道。臨沖門裝在主汽門出口臨時(shí)管上，臨沖門后裝集粒器，靶板器裝在中壓主汽門出口臨時(shí)管上至消音器之間。

吹管系統(tǒng)流程：啟動分離器→過熱器系統(tǒng)→主蒸汽管道→高壓主汽門→臨時(shí)管→臨沖門→臨時(shí)管→集粒器→冷段再熱蒸汽管道→再熱器系統(tǒng)→熱段再熱蒸汽管道→中壓主汽門→臨時(shí)管→臨時(shí)母管→靶板器→臨時(shí)母管→消音器→排大氣。

表1 鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4.3 吹管參數(shù)的選擇

1）穩(wěn)壓蒸汽吹管參數(shù)，根據(jù)鍋爐、汽機(jī)各管道及受熱面的參數(shù)和臨時(shí)管道材質(zhì)的要求，在保證吹管系數(shù)的前提下，穩(wěn)壓吹管時(shí)分離器壓力維持在5.5MPa左右。

2）降壓蒸汽吹管參數(shù)，降壓吹管時(shí)分離器壓力維持在6.5 MPa左右，當(dāng)分離器壓力在6.5 Mpa左右時(shí)打開吹管臨時(shí)控制門，分離器壓力下降至3.0～4.0 MPa時(shí)關(guān)閉臨時(shí)控制門。

4.4 吹管的方法和步驟

本機(jī)組蒸汽吹管分兩階段進(jìn)行：第一階段采用穩(wěn)壓吹管法；第二階段采用穩(wěn)壓和降壓聯(lián)合吹管方法。穩(wěn)壓蒸汽吹管時(shí)鍋爐爐膛熱負(fù)荷較大，為避免鍋爐受熱面管壁超溫，機(jī)組采用過、再熱器系統(tǒng)串聯(lián)吹管的方法。

1）第一階段吹管。

鍋爐點(diǎn)火后打開主汽管道及臨時(shí)管道上的疏水門并微開臨時(shí)吹管控制門對管路進(jìn)行暖管，當(dāng)排汽口管壁溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，暖管工作結(jié)束。按冷態(tài)啟動曲線進(jìn)行鍋爐升溫升壓，當(dāng)主汽壓力達(dá)到0.3～0.5 MPa時(shí)，對臨時(shí)管道進(jìn)行螺栓熱緊；當(dāng)主汽壓力達(dá)到3.0 MPa時(shí)，進(jìn)行1次試吹管；試吹結(jié)束后檢查臨時(shí)管路的膨脹、支撐和固定狀態(tài)，若無異常則繼續(xù)升壓。當(dāng)主汽壓力升至4.0 MPa時(shí)，再進(jìn)行1次試吹管。再次檢查臨時(shí)管路的膨脹、支撐和固定狀態(tài)，無異常則繼續(xù)升壓。鍋爐主汽壓力達(dá)到5.5 MPa時(shí)，逐漸開啟臨時(shí)控制門，開門的同時(shí)提高鍋爐燃燒率及投入過熱器和再熱器的減溫水控制汽溫，根據(jù)吹管需要，適時(shí)投運(yùn)第3臺磨煤機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓吹管。

2）第二階段吹管。

按照第一階段步驟進(jìn)行試吹管結(jié)束后，鍋爐繼續(xù)升壓，主汽壓力達(dá)到5.5 MPa 時(shí)，逐漸開啟臨時(shí)控制門進(jìn)行穩(wěn)壓吹管，2 次穩(wěn)壓吹管結(jié)束后，轉(zhuǎn)入降壓吹管打靶階段，此時(shí)鍋爐保留2 臺磨煤機(jī)運(yùn)行，直至連續(xù)2次打靶合格為止。

5 吹管效果評價(jià)

1）第一階段共進(jìn)行了3次穩(wěn)壓吹管；第二階段共進(jìn)行了59 次降壓吹管，吹管過程中主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度能控制在允許范圍內(nèi)，在吹管系數(shù)k＞1的前提下，連續(xù)2次打靶，第1靶斑痕為3點(diǎn)，粒度小于0.4 mm，第2靶斑痕為2點(diǎn)，粒度小于0.4 mm。靶板檢驗(yàn)結(jié)果表明，吹管效果優(yōu)良。

2）貴溪電廠工程實(shí)踐中嘗試了穩(wěn)壓法吹管和降壓法吹管，兩種吹管方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，穩(wěn)壓吹管對鍋爐和汽機(jī)各分系統(tǒng)的要求均較高，穩(wěn)壓吹管時(shí)鍋爐基本達(dá)到了整套啟動的要求，汽機(jī)的汽動給水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)均須調(diào)試完畢，機(jī)組基本達(dá)到了整套啟動的要求，與采用降壓吹管工藝相比可能會延遲點(diǎn)火吹管這一進(jìn)度，但從整個(gè)基建過程來看，鍋爐穩(wěn)壓吹管完成后機(jī)組整體試運(yùn)情況較為接近整套啟動的條件，所以并不會延誤機(jī)組整體試運(yùn)工期。實(shí)踐表明無論采用穩(wěn)壓吹管或降壓吹管方式，均能保證所要求的吹管系數(shù)和吹管質(zhì)量，兩種吹管方式效果無明顯區(qū)別。建議各廠根據(jù)自身機(jī)組整體試運(yùn)情況選擇合適的吹管方式。

[1]中華人民共和國電力工業(yè)部.火電機(jī)組啟動蒸汽吹管導(dǎo)則[S].1998.

[2]DL/T 5047—1995電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范（鍋爐機(jī)組篇）[S].

[3]應(yīng)明良，戴成峰，胡偉鋒等.600 MW 機(jī)組對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行調(diào)整[J].中國電力，2011，44(4)：55-58.