鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)在600 MW超臨界空冷機組冷態(tài)啟動中的應(yīng)用探討

郝永全

（山西漳山發(fā)電有限責任公司，山西 長治 046021）

鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)在600 MW超臨界空冷機組冷態(tài)啟動中的應(yīng)用探討

郝永全

（山西漳山發(fā)電有限責任公司，山西 長治 046021）

通過對超臨界空冷機組冷態(tài)啟動參數(shù)分析，提出了鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)技術(shù)方案，即在相鄰機組正常運行情況下，鄰機輔助蒸汽和抽汽系統(tǒng)提供符合啟動要求的汽源至本機除氧器和高壓加熱器。通過除氧器和高加的加熱作用，提高鍋爐進水溫度，建立除氧器、前置泵、高加、省煤器、水冷壁、汽水分離器、除氧器的循環(huán)加熱系統(tǒng)，實現(xiàn)600 MW鍋爐水冷壁冷態(tài)啟動加熱沖洗。一方面可以節(jié)省機組啟動沖洗過程中煤、油燃料量，具有明顯節(jié)能作用；另一方面改善了鍋爐冷態(tài)啟動點火環(huán)境，降低了鍋爐不完全燃燒對脫硝、電除塵、脫硫系統(tǒng)的污染，提高了機組的啟動安全性。

鄰機蒸汽加熱；節(jié)能；降低污染；啟動安全性

1 機組常規(guī)的冷態(tài)啟動過程及存在問題

1.1 某電廠600 MW超臨界機組常規(guī)冷態(tài)啟動過程

某電廠二期600 MW超臨界機組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱。燃燒方式采用阿爾斯通公司的擺動式四角切圓燃燒技術(shù)、平衡通風、固態(tài)排渣，全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，為露天布置燃煤鍋爐。鍋爐型號為SG-2027/25.4-M970，制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機、冷一次風機、正壓直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計。燃燒器共設(shè)置 6層煤粉噴嘴，鍋爐配置 6臺HP1003型中速磨煤機，A層煤粉噴嘴設(shè)計有等離子點火裝置，每2層煤粉噴嘴之間設(shè)置有1層油槍噴嘴共3層。

汽輪機為超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。汽輪機型號NZK 600-24.2/566/566。

鍋爐出口蒸汽參數(shù)為25.4 MPa/571℃/569℃，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 027 t/h，最終與汽輪機的閥門全開工況VWO（valve wide open） 工況相匹配。鍋爐的主蒸汽流量為：1 913 t/h；主蒸汽壓力為25.40 MPa；主蒸汽溫度為571℃；設(shè)計煤耗為312 t/h。鍋爐的再熱蒸汽流量為1 584 t/h；再熱蒸汽進/出口壓力為4.39 MPa/4.20 MPa；再熱蒸汽進口/出口溫度為312℃/569℃。

鍋爐的啟動系統(tǒng)為：設(shè)計2只汽水分離器，其進出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個分離器筒身上方切向布置4根進口管接頭、2根至爐頂過熱器管接頭和1個疏水管接頭。當機組啟動，鍋爐負荷低于最低直流負荷30%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量 BMCR（boiler maximum continue rating） 時，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)流經(jīng)分離器進行汽水分離，蒸汽通過分離器上部管接頭進入爐頂過熱器，而水則通過2根疏水管道引至1個儲水箱，儲水箱下方設(shè)有2根管道分別通至除氧器和大氣式擴容器，每根管道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)不同狀況控制分離器水位和對工質(zhì)和熱量的回收。在大氣擴容器中，蒸汽通過管道在爐頂上方排向大氣，水進入冷凝器儲水箱。

某電廠600 MW超臨界機組的冷態(tài)啟動從鍋爐上水開始到機組全撤油槍一般需要16至24 h。機組啟動主要分為：鍋爐冷態(tài)上水沖洗、熱態(tài)沖洗及升溫升壓、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)、濕態(tài)干態(tài)轉(zhuǎn)換、正常接帶負荷幾個階段，各階段所需時間及過程。如表1。

表1 機組啟動各階段用時h

1.2 冷態(tài)啟動過程中存在的問題

1.2.1 燃油消耗量大

通過對某電廠機組三次冷態(tài)啟動過程中燃油消耗統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，即使在采用了等離子點火裝置的情況下，機組冷態(tài)啟動的用油量依然需要45 t到50 t左右。

1.2.2 對鍋爐尾部煙道及脫硫脫硝電除塵設(shè)備的影響

目前多數(shù)火電機組均投運了脫硝、脫硫設(shè)備，且均要求隨機啟停，不設(shè)置旁路擋板。機組冷態(tài)啟動初期，鍋爐處于冷爐冷風狀態(tài)，鍋爐點火初期油槍的著火穩(wěn)定性差，燃燼程度差，點火后期投運等離子點火裝置啟動制粉系統(tǒng)后，也不能保證煤粉完全燃燒。未燃燼的煤、油燃料對鍋爐尾部煙道里布置設(shè)備的危害主要如下。

a)如果在鍋爐尾部煙道沉積，容易導(dǎo)致尾部煙道發(fā)生二次燃燒。

b)沉積在鍋爐脫硝系統(tǒng)催化劑上同樣會導(dǎo)致催化劑堵塞，嚴重時引起催化劑著火損壞。

c)進入電除塵容易在電除塵極板上沉積，導(dǎo)致電除塵效果降低，嚴重時導(dǎo)致極板放電擊穿。

d)進入脫硫系統(tǒng)，容易造成吸收塔內(nèi)漿液品質(zhì)惡化，吸收煙氣中二氧化硫的能力降低，脫硫效果降低，石膏品質(zhì)惡化脫水困難，沾污在脫硫循環(huán)泵噴嘴上容易導(dǎo)致循環(huán)泵噴嘴堵塞。

2 機組采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后的冷態(tài)啟動過程

2.1 鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)流程及改造方案

鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)的流程為：利用汽泵前置泵作為動力源，將除氧器中的水經(jīng)高加—省煤器—水冷壁—啟動分離器—分離器放水至除氧器，形成水循環(huán)，利用鄰機的輔汽和二段抽汽將除氧器和2號高加的水加熱后循環(huán)加熱鍋爐的省煤器和水冷壁。

在機組啟動初期，先投用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)將省煤器和水冷壁溫度逐步提升200℃至250℃，再按正常啟動程序啟動風煙系統(tǒng)投入油槍點火啟動。鍋爐內(nèi)部在水冷壁和省煤器的散熱下已形成相對“熱爐”的環(huán)境，同時由于省煤器對煙氣的加熱作用，煙溫、熱一次風、熱二次風溫能快速升高，在此工況下，油槍的著火穩(wěn)定性和燃燼情況將明顯好轉(zhuǎn)，并能滿足啟動制粉系統(tǒng)的條件，從而縮短機組啟動時間，減少燃油和燃煤的消耗。以某電廠600 MW超臨界機組為改造原型，鄰機蒸汽加熱方案的實現(xiàn)首先在熱力系統(tǒng)方面要保證鄰機輔汽滿足除氧器加熱所需汽量，同時如需要將爐水溫度提高至200℃以上時，必須新增鄰機二段抽汽至本機2號高加器加熱管路及閥門系統(tǒng)，增加2號高加疏水至除氧器的管道及閥門系統(tǒng)。

2.2 采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后的冷態(tài)啟動過程

采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后的機組啟動過程主要分為四個階段：冷態(tài)沖洗階段、低溫循環(huán)加熱階段、高溫循環(huán)加熱階段、機組點火啟動。具體各階段過程描述如下。

2.2.1 冷態(tài)沖洗階段

此階段采取開式?jīng)_洗方式，目的是將系統(tǒng)沖洗干凈，水質(zhì)合格后具備循環(huán)加熱條件。具體步驟如下。

a）鍋爐上水仍然按照原來方式，利用鄰機輔汽將除氧器水箱水溫加熱到70～80℃左右（要求水溫與水冷壁金屬溫差小于50℃），之后啟動汽前泵給鍋爐上水。

b）鍋爐分離器見水后，開始進行沖洗排放，通過啟動分離器放水至大氣擴容器，大氣擴容器外排至機組排水槽。沖洗階段需定期化驗爐水水質(zhì)，直到爐水水質(zhì)合格（Fe小于100 μg），沖洗排放階段結(jié)束。

2.2.2 低溫循環(huán)加熱階段

此階段首先逐步關(guān)小分離器外排管路，開啟至除氧器放水管路，形成加熱循環(huán)回路，逐步開大輔汽，提高除氧器水溫至150℃，將鍋爐省煤器及水冷壁溫度逐步提高至150℃。

2.2.3 高溫循環(huán)加熱階段

需要繼續(xù)提升爐水溫度時，利用臨機2抽來汽逐漸投入 2號高加，緩慢提高給水溫度，將給水加熱到200℃（飽和壓力1.5 MPa）以上?？刂葡到y(tǒng)循環(huán)水量和外排水量，逐步將省煤器及水冷壁溫度提高到200℃以上。給水溫度最高能加熱到多少，需根據(jù)鄰機輔汽抽汽量和二抽抽汽量進行核算。2號高加投運后的疏水直接回收至除氧器進一步加熱給水。

2.2.4 機組點火啟動

當鍋爐省煤器和水冷壁金屬溫度均加熱至200℃以上時，機組具備啟動條件。機組按正常啟動方式進行啟動。給水泵切換為電泵運行，啟動鍋爐風煙系統(tǒng)吹掃完成后鍋爐點火。循環(huán)加熱系統(tǒng)保持運行，隨著鍋爐燃燒加強后，各受熱面溫度明顯開始上升時，逐步切除鄰機至2號高加供汽系統(tǒng)。

2.3 機組采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后的要求

a）鍋爐未點火之前，鍋爐禁止通風。待爐膛溫度達到要求后再啟動送引風機，并要求盡快完成等離子點火，防止爐膛驟冷產(chǎn)生過大應(yīng)力（鄰機加熱過程中，應(yīng)保持空預(yù)器連續(xù)運行，防止空預(yù)器轉(zhuǎn)子局部加熱導(dǎo)致變形）。

b）鄰機加熱二抽蒸汽管道的抽汽容量需認真核算，即給水鍋爐循環(huán)水量應(yīng)滿足要求，應(yīng)能滿足爐水溫度提升速度要求（至少滿足1℃/min）。

c）鄰機加熱時注意監(jiān)視除氧器水溫變化，防止除氧器超壓，采用的閥門運行中應(yīng)能關(guān)嚴。

d）由于2臺機組2段抽汽互聯(lián)，采用閥門應(yīng)可靠關(guān)嚴，防止影響系統(tǒng)檢修和汽缸返汽。

e） 投入2號高加時，高加入口水溫應(yīng)高于150℃，防止溫差太大應(yīng)力損壞。

3 兩種啟動過程的比較

通過上述對兩種冷態(tài)啟動過程的比較發(fā)現(xiàn)，機組采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后的啟動過程相當于用蒸汽替代了使用煤、油燃料對鍋爐省煤器和水冷壁受熱面加熱的一個階段（常溫至200℃階段）。下面通過經(jīng)濟性和安全性兩方面對兩種啟動過程的優(yōu)缺點進行對比。

3.1 經(jīng)濟性對比分析

經(jīng)濟性對比分析以兩種啟動方式將鍋爐水冷壁和省煤器壁溫加熱到200℃所需的能耗折算為啟動費用進行比較。常規(guī)冷態(tài)啟動方式費用計算內(nèi)容分三方面，即主要輔機設(shè)備的耗電量統(tǒng)計、燃油量統(tǒng)計、燃煤量統(tǒng)計。以某電廠機組3次啟動過程能耗情況進行計算，每次機組冷態(tài)啟動將水冷壁和省煤器壁溫加熱到200℃所需的3項能耗在14萬至19萬元范圍內(nèi)。如表2所示。

采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)的冷態(tài)啟動方式費用計算內(nèi)容為：鄰機輔汽供除氧器的加熱蒸汽消耗量和鄰機二段抽汽供本機2號高加的蒸汽消耗量，折算為影響電量。按每次啟動過程中鄰機加熱系統(tǒng)運行4 h，將300 t/h給水提高150℃計算，每次鄰機加熱的費用折算為4.56萬元左右。

從上分析可得出，采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后機組冷態(tài)啟動過程相比常規(guī)啟動過程節(jié)省啟動費用約10萬元左右/次。相當于每次啟動節(jié)省12 t燃油（按8 000元/t計算）。

表2 常規(guī)冷態(tài)啟動方式費用

3.2 安全性對比分析

通過對兩種啟動過程的比較，可以看出，機組在冷態(tài)啟動過程中采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)后，用蒸汽加熱替代了鍋爐燃燒最不穩(wěn)定和燃燼最差的階段，大大降低了鍋爐冷態(tài)啟動對鍋爐尾部煙道及其中布置的脫硝、電除塵、脫硫設(shè)備的污染和損害，提高了機組的啟動安全性，提高了鍋爐設(shè)備的利用率。雖然不能用具體數(shù)據(jù)來論證，但其優(yōu)點是毋容置疑的。

4 結(jié)論

a)600 MW超臨界空冷機組冷態(tài)啟動采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)是可行的。

b)采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)能夠提高機組冷態(tài)啟動的經(jīng)濟性，減少啟動過程中煤、油燃料的消耗，降低啟動成本。

c)采用鄰機蒸汽加熱系統(tǒng)能夠改善鍋爐冷態(tài)啟動的著火情況，減少啟動過程中污染物排放，提高機組的啟動安全性。

d)鄰機蒸汽加熱技術(shù)投資低，簡單易行且安全性高，節(jié)能效果明顯。目前已在國內(nèi)上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司、平頂山發(fā)電分公司等多家1 000 MW機組成功應(yīng)用。

Application of Adjacent Machine Steam Heating System in the Cold Start of 600 MW Supercritical Air Cooling Unit

HAO Yongquan
（Shanxi Zhangshan Electric Power Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi046021,China）

Technical scheme for adjacent machine steam heating is proposed through analyzing the cold start-up parameters of supercritical air cooling unit.To be concrete,it means that adjacent unit auxiliary steam and extraction steam system will provide start-up-required steam source for deaerator and high pressure heater if adjacent unit operates normally.By heating of deaerator and high pressure heater,the boiler inlet water temperature can be increased.Besides,circulatingheatingsystems could be established for deaerator, booster pump,high pressure heater,coal economizer,water cooled wall and steam-water separator soas torealize heatingflushingfor water cooled wall when 600 MWboiler starts up.This has twoadvantages,firstly,it is energy-savingfor it will save the amounts ofcoal and oil in the process of unit start washing；secondly,it will improve the condition of boiler cold start firing and reduce pollutions to denitrification, electric precipitation and desulfurization systems soas toimprove start-up safetyofthe unit.

adjacent machine steamheating;energysaving;reduce pollutions;start-up safety

TM621

B

1671-0320（2017）02-0062-04

2016-11-22，

2017-01-20

郝永全（1985），男，山西代縣人，2016年畢業(yè)于華北電力大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)，助理工程師，從事入爐煤質(zhì)監(jiān)督與檢驗工作。