聯(lián)合循環(huán)發(fā)電余熱鍋爐排污方案探討

劉洪濤，遲英偉，薛利，胥登峰

(山東電力基本建設(shè)總公司，山東濟(jì)南250014)

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電余熱鍋爐排污方案探討

劉洪濤，遲英偉，薛利，胥登峰

(山東電力基本建設(shè)總公司，山東濟(jì)南250014)

聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐排污對鍋爐啟動和正常運(yùn)行有著重要的影響。在項(xiàng)目詳設(shè)階段圍繞余熱鍋爐排污方案的選擇展開探討，確定方案為:設(shè)置1臺連排罐接收鍋爐連續(xù)排污，產(chǎn)生蒸汽連入低壓/輔助蒸汽系統(tǒng);設(shè)置1臺常壓定排罐接收鍋爐定期排污、各種疏水及連排罐排污;利用排污泵泵出污水經(jīng)冷卻后排出邊界。

IGCC;聯(lián)合循環(huán);余熱鍋爐;排污

0 引言

沙特阿美石油公司正在沙特西南地區(qū)吉贊經(jīng)濟(jì)城建設(shè)一座全球最大的IGCC電站。該電站毗鄰一座日煉油能力40萬桶的石油精煉廠，以煉油減壓油渣和高硫燃油為燃料，通過氣化爐將其轉(zhuǎn)變成中低熱值的合成氣，合成氣經(jīng)凈化除塵后，部分送往動力島用于發(fā)電。項(xiàng)目設(shè)計發(fā)電量為3850MW，其中2400MW上網(wǎng)。動力島采用五個二拖一方式進(jìn)行發(fā)電，每個發(fā)電模塊設(shè)2臺SGT6－5000F型燃?xì)廨啓C(jī)，每臺燃機(jī)后設(shè)1臺余熱鍋爐，2臺余熱鍋爐回收燃機(jī)排氣的熱量并產(chǎn)生過熱蒸汽帶動1臺SST6－5000F型蒸汽輪機(jī)。五個發(fā)電模塊共計10臺燃?xì)廨啓C(jī)，10臺余熱鍋爐，5臺蒸汽輪機(jī)。

燃?xì)廨啓C(jī)可同時燃用合成氣和柴油，其中主燃料為合成氣，啟動及特殊運(yùn)行工況下燃用超低硫柴油。余熱鍋爐為雙壓、再熱臥式鍋爐，設(shè)有兩級煙道燃燒器補(bǔ)燃。通過燃?xì)廨啓C(jī)排氣和余熱鍋爐補(bǔ)燃?xì)饧訜徨仩t給水產(chǎn)生蒸汽供蒸汽輪機(jī)發(fā)電，煙氣經(jīng)換熱后排至大氣。燃機(jī)單獨(dú)運(yùn)行簡單循環(huán)發(fā)電時，通過擋板隔離余熱鍋爐，煙氣經(jīng)旁路煙囪直接排向大氣。聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行時，將擋板隔離旁路煙囪，煙氣沿水平方向依次流經(jīng)余熱鍋爐各級受熱面后，經(jīng)主煙囪排向大氣。因項(xiàng)目設(shè)計工況較多，本文以兩個典型工況陳列余熱鍋爐性能參數(shù)如表1所示。

表1 余熱鍋爐性能參數(shù)

與普通電站鍋爐相比，余熱鍋爐利用高溫?zé)煔鉃闊嵩?，除特殊設(shè)計的煙道補(bǔ)燃燃燒器外，無需額外的燃燒系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)原理簡單，不需配備送、引風(fēng)機(jī)和空氣預(yù)熱系統(tǒng)，其熱傳導(dǎo)方式為對流換熱而非熱輻射［1－5］。本項(xiàng)目NEM所產(chǎn)余熱鍋爐采用自然循環(huán)方式換熱，沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾眠^熱器、再熱器、高壓蒸發(fā)器、中壓蒸發(fā)器和省煤器，設(shè)有高壓和中壓汽包。因涉及的工藝接口和運(yùn)行工況較多，余熱鍋爐配套設(shè)計過程中產(chǎn)生的問題較多，本文就設(shè)計中針對余熱鍋爐的排污方案進(jìn)行探討，以期為相關(guān)工作提供參考。

1 問題的產(chǎn)生

進(jìn)入鍋爐汽包的給水總是帶有一定鹽分，加藥處理后，鍋水中的結(jié)垢性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌乃?，同時鍋水腐蝕金屬也要產(chǎn)生一些腐蝕產(chǎn)物。鍋爐運(yùn)行時，隨著鍋水的不斷蒸發(fā)，鍋水雜質(zhì)濃度逐漸增大。濃度過大時，不僅影響蒸汽品質(zhì)，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，還會造成受熱面的結(jié)垢與腐蝕，影響鍋爐的安全運(yùn)行。為保證鍋水品質(zhì)，必須將一部分鍋水排掉，以排出部分鹽分和水渣，保證鍋水鹽分穩(wěn)定在一定水平，該過程稱為鍋爐排污。鍋爐排污是提高蒸汽品質(zhì)的重要方法，又分為連續(xù)排污和定期排污。連續(xù)排污是連續(xù)從鍋水含鹽濃度最大的蒸發(fā)表面排出，以維持鍋水一定的含鹽量和堿度，又稱表面排污;定期排污是間斷的從沉積物聚集最多的受熱面下聯(lián)箱排出，以排除鍋水中的不溶性水渣，間隔時間和排污量，根據(jù)汽水品質(zhì)要求確定［6－10］。

項(xiàng)目前端設(shè)計階段，余熱鍋爐設(shè)計方案如圖1所示。來自余熱鍋爐高壓、中壓汽包的連續(xù)排污和來自余熱鍋爐各級受熱面及燃機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻釜式鍋爐(Kettle Boiler)的40余路定期排污及疏水，全部排往同一排污罐，因壓力驟降，排污水將產(chǎn)生二次蒸汽，將蒸汽送入低壓/輔助蒸汽系統(tǒng)回收使用，擴(kuò)容器中余下的排污水含鹽量較高，通過出口液位開關(guān)控制定期排放，污水經(jīng)排污冷卻器冷卻后，排向邊界外的污水處理場所。

但是項(xiàng)目執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)，NEM所生產(chǎn)的余熱鍋爐已包括一連續(xù)排污擴(kuò)容罐，該罐位于鍋爐標(biāo)高約17m位置(鍋爐頂部平臺標(biāo)高約28m)，僅接收來自余熱鍋爐高壓汽包和中壓汽包的連續(xù)排污，前端設(shè)計擬用的排污方案(圖1)顯然不再適用。如何妥置排放余熱鍋爐定期排污和連排罐的污水，成為詳設(shè)階段必須考慮的問題之一。

圖1 前端設(shè)計階段余熱鍋爐排污方案

2 應(yīng)對措施

針對這一問題，我方提出增加定期排污罐及排污水泵的解決方案，具體如圖2所示。

圖2 余熱鍋爐排污方案1

連續(xù)排污擴(kuò)容罐接收來自余熱鍋爐高壓汽包和中壓汽包的連續(xù)排污，即汽包內(nèi)蒸發(fā)表面排出的飽和水，通過調(diào)節(jié)排污閥使連續(xù)排污水量約占鍋爐蒸發(fā)量的0.5%～1%。經(jīng)過排污閥后因壓力驟降，連續(xù)排污水發(fā)生閃蒸，約40%閃蒸為蒸汽，將其連入低壓/輔助蒸汽系統(tǒng)回收利用，余下污水在擴(kuò)容罐中收集，通過閥門疏放到定排罐中。由于連入低壓/輔助蒸汽系統(tǒng)，連排罐需要在低壓/輔助蒸汽系統(tǒng)的工作壓力下運(yùn)行。

定排罐在常壓下運(yùn)行，接收來自連排罐的排污水、高壓汽包和中壓汽包的定期排污以及來自余熱鍋爐的各種疏水。定排罐的閃蒸蒸汽排放大氣，收集的排污水因壓力不足，通過排污泵泵出，經(jīng)排污冷卻器，溫度從約100℃將至50℃后排出邊界至污水處理場所。

由于本方案需要增加額外的定排罐和排污泵，業(yè)主方提出如下排污方案供討論，見圖3。該方案取消了定排罐，鍋爐定期排污與連排罐出水管線合并，利用自身壓力直接將污水送至排污冷卻器冷卻后排出，其余較清潔的疏水則被送往凝氣器。

圖3 余熱鍋爐排污方案2

該方案的優(yōu)點(diǎn)是取消了定排罐和排污泵(一運(yùn)一備)，10臺余熱鍋爐共計優(yōu)化10臺定排罐和20臺排污泵。但是，從實(shí)際運(yùn)行上考慮，該方案又存在諸多限制。分析認(rèn)為，存在的主要問題有:

(1)鍋爐定期排污和部分低點(diǎn)放水需要克服約5～6bar的背壓才能順利排出。為解決這一問題，連排罐需要在余熱鍋爐啟動階段直通大氣直至啟動階段結(jié)束。但正常運(yùn)行中，部分低點(diǎn)放水污仍要承受與連排罐出口靜壓相當(dāng)?shù)谋硥翰拍茼樌懦?。照此方案，排污管線不能保證足夠的壓力驅(qū)動污水經(jīng)過冷卻器后上管架，通過管架送出邊界，運(yùn)行中極可能出現(xiàn)排水不暢，甚至倒流回鍋爐的情況。

(2)余熱鍋爐定期排污在匯流壓力驟降時產(chǎn)生的閃蒸蒸汽將直接送往排污冷卻器，可能會對換熱器造成破壞。

(3)該方案將部分余熱鍋爐低點(diǎn)疏水送往凝汽器，對于一些高度足夠的低點(diǎn)疏水，理論上是可行的，但是考慮到余熱鍋爐和凝汽器之間的距離(100～200m)，實(shí)際運(yùn)行中很難保證可靠運(yùn)行。對于一些高度不足的疏水，鍋爐運(yùn)行中疏水更為困難，很可能出現(xiàn)凝結(jié)水回流的情況。

(4)該方案提出干凈疏水凈和不干凈疏水污的區(qū)別，不能通過主觀分析人為判斷水質(zhì)情況，需要加設(shè)水質(zhì)檢測設(shè)備加以確定。

基于以上分析，定排罐在余熱鍋爐啟動階段起到關(guān)鍵作用不能忽視，圖3所示排污方案并不可行，仍需按照圖2所示排污方案執(zhí)行。

定排罐常被用于電廠的啟動階段，隨著汽包壓力的升高，在鍋水水質(zhì)達(dá)到要求前提供較大的排污能力，該過程通常可能持續(xù)數(shù)小時。除了定期排污，余熱鍋爐啟動時過熱器疏水門在暖管階段將連續(xù)排出凝結(jié)水，這些疏水門在啟動階段必須保持開放。定排罐一般緊靠鍋爐并設(shè)在低位，同時連通大氣，以保證啟動階段各種排污和疏水的順利排出。

3 結(jié)語

本項(xiàng)目聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐排污最終選定方案如下:設(shè)置1臺連排罐接收鍋爐連續(xù)排污，產(chǎn)生蒸汽連入低壓/輔助蒸汽系統(tǒng);設(shè)置1臺常壓定排罐接收鍋爐定期排污、各種疏水及連排罐排污，利用排污泵泵出污水經(jīng)冷卻后排出邊界。定排罐在鍋爐啟動階段保證了排污和疏水的順利排出，對余熱鍋爐啟動起關(guān)鍵作用。

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Discussion about blowdown design of combined cycle heat recovery steam generator

Blowdown plays an important role in the combined cycle heat recovery steam generator＇s start－up and normal operation.Issue of blowdown program during project detail design stage was discussed.The final program was designed as:Setting one continuous blowdown tank to collect the continuous blowdown，and flashing steam connects to the Low Pressure/Auxiliary steam header;Setting one atmosphere intermittent blowdown tank to collect the intermittent blowdown，various drains＆drain from continues blowdown tank;Blowdown water is pumped out by blowdown pump，cooled down in blowdown cooler，then sent out of the boundary.

IGCC;combined cycle;heat recovery steam generator;blowdown

TK229.92

B

1674－8069(2016)06－053－03

2016-07-19;

2016-08-20

劉洪濤(1985-)，男，山東文登人，博士，工程師，主要從事電建項(xiàng)目設(shè)管工作。E－mail:lhtsepco@163.com