二次再熱機組降壓吹管優(yōu)化方案

部俊鋒，齊達(dá)立

二次再熱機組降壓吹管優(yōu)化方案

部俊鋒1,2，齊達(dá)立2

（1.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250003）

蒸汽吹管是關(guān)系到機組安全高效運行的重要基建環(huán)節(jié)。針對二次再熱機組降壓吹管系統(tǒng)復(fù)雜，吹管次數(shù)多，吹管有效時間短，吹管工期長等問題以及熱力系統(tǒng)的參數(shù)特點，提出在降壓吹管系統(tǒng)設(shè)計時，將過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)視為一體，將臨吹門設(shè)置在一次再熱器出口的優(yōu)化方案。該方案優(yōu)于將臨吹門設(shè)置在過熱器出口的常規(guī)方式，可以大幅提高吹管時鍋爐的蓄熱容量，從而提高吹管的效率和質(zhì)量。

二次再熱機組；降壓吹管；過熱器；一次再熱器；臨吹門；蓄熱容量；吹管效率

“十二五”期間國家能源局批準(zhǔn)的華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司2×660 MW、國電泰州發(fā)電有限公司2×1 000 MW和華能萊蕪發(fā)電有限公司2× 1 000 MW超超臨界二次再熱高效燃煤發(fā)電項目分別于2015年和2016年建成投產(chǎn)[1-4]。

在基建吹管階段，華能和國電兩公司采用了不同的方案，這些方案均是將《火力發(fā)電建設(shè)工程機組蒸汽吹管導(dǎo)則》（簡稱《導(dǎo)則》）的原則，在二次再熱機組上的探索應(yīng)用，分別形成了“三段法”“兩段法”“一段法”降壓吹管方案[5-9]。二次再熱機組的這3種降壓吹管方案，其臨吹門的設(shè)置位置與一次再熱機組相同，都是設(shè)置在過熱器出口，利用的鍋爐蓄熱都來自水冷壁、分離器和過熱器系統(tǒng)。從吹管實踐看，當(dāng)工況達(dá)到主蒸汽壓力9.5 MPa、溫度410 ℃以上時，過熱器吹管系數(shù)（壓降比）才能達(dá)到《導(dǎo)則》要求的1.4，且持續(xù)時間很短[10]。若想提高吹管有效時間，只能提高初始主蒸汽參數(shù)，而參數(shù)的提高又會給臨吹門帶來極大的挑戰(zhàn)，常常出現(xiàn)因臨吹門卡澀而中斷吹管的情況。為了保證臨吹門的安全和吹管的連續(xù)性，只能適當(dāng)降低對過熱器吹管系數(shù)的要求，這樣就不可避免地造成吹管次數(shù)多、每管持續(xù)時間短的問題。相比一次再熱機組，二次再熱機組的蒸汽吹管物資消耗大、工期長，工況頻繁變動產(chǎn)生的交變應(yīng)力對鍋爐的壽命損害也會加大。

1 二次再熱機組降壓吹管方案

1.1 華能項目“三段法”降壓吹管

華能安源和華能萊蕪2個項目均采用由西安熱工研究院有限公司提出的“三段法”降壓吹管方案。具體步驟如下：第一階段單吹過熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格；第二階段串吹過熱器、一次再熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格；第三階段串吹過熱器、一次再熱器、二次再熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格[7-8]。此方案無需安裝集粒器，但鍋爐的啟停次數(shù)、吹管次數(shù)和打靶次數(shù)較多，吹管工期較長[9]。

1.2 國電項目“兩段法”降壓吹管

國電泰州項目首臺機組采用江蘇方天電力技術(shù)有限公司提出的“兩段法”降壓吹管方案，具體步驟如下：第一階段單吹過熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格；第二階段串吹過熱器、全部再熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格[10]。此方案將兩次再熱器視為一體，與一次再熱機組的“兩段法”降壓吹管方案類似。按照《導(dǎo)則》對每階段的停爐冷卻要求，該方案比“三段法”可減少兩次停爐，從而節(jié)省物資消耗和工期，但需在二次再熱器入口前加裝集粒器。

1.3 國電項目“一段法”降壓吹管

國電泰州項目第二臺機組采用優(yōu)化后的“一段法”降壓吹管方案，即一階段串吹過熱器、一次再熱器、二次再熱器及其管道系統(tǒng)，直至打靶合格。相比“兩段法”，該方案可進一步減少兩次停爐的要求，從而更加節(jié)省物資消耗和工期，但需在一次再熱器和二次再熱器進口分別加裝集粒器。

降壓吹管的效果依賴于鍋爐的蓄熱能力，更適用于蓄熱量大的汽包爐。對直流爐而言，由于少了汽包和下降管，主要依靠水冷壁和過熱器系統(tǒng)的蓄熱，蓄熱能力大為降低，是同容量汽包爐的1/4~1/3[11]。而相同容量機組下，二次再熱機組鍋爐比一次再熱機組鍋爐水冷壁和過熱器的水容積都減少了50%左右[12]（表1），鍋爐的蓄熱能力進一步減少，這是造成二次再熱機組降壓吹管頻次多和消耗大的主要原因。

表1 1 000 MW一次再熱機組和二次再熱機組鍋爐水容積比較

Tab.1 The water volume of the boiler with single-reheat and double-reheat cycle for 1 000 MW unit m3

2 二次再熱機組降壓吹管優(yōu)化方案

表2為華能安源、華能萊蕪和國電泰州項目 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)（BMCR工況）。由表2可見：這3個二次再熱項目鍋爐主蒸汽均采用超超臨界參數(shù)設(shè)計，且一次再熱蒸汽壓力均超過11 MPa（若從安全閥的動作值考慮，其承壓能力還要高10%以上），屬高壓蒸汽[12]。這與一次再熱機組再熱器參數(shù)是中壓蒸汽的情況不同，也高于直流爐降壓吹管時普遍在10 MPa左右的蒸汽初壓力。

表2 華能安源、華能萊蕪和國電泰州項目鍋爐主要設(shè)計參數(shù)（BMCR工況）

Tab.2 Main design parameters of the boiler in Huaneng Anyuan, Huaneng Laiwu and National Electric Taizhou Power Plant (BMCR working condition)

由于二次再熱機組一次再熱器系統(tǒng)屬高壓蒸汽系統(tǒng)，因此在進行降壓吹管系統(tǒng)設(shè)計時，可以考慮將一次再熱器系統(tǒng)作為蓄熱部件用，或者直接看作過熱器的一部分，這就大幅提高了吹管時鍋爐的蓄熱容量，必將對降壓吹管產(chǎn)生有利影響。本文將過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)聯(lián)通為一體，把臨吹門設(shè)置在一次再熱器出口，從而設(shè)計出更能發(fā)揮二次再熱機組技術(shù)特點的降壓吹管方案。該方案既可用于“二段法”降壓吹管，也可用于“一段法”降壓吹管。

2.1 “二段法”降壓吹管

吹管臨時系統(tǒng)設(shè)計特點：1）將過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)通過臨時管道聯(lián)通為一體，并在一次再熱器入口處加裝集粒器，以收集再熱器前蒸汽管道內(nèi)的雜質(zhì)；2）在一次再熱器出口設(shè)置臨吹門；3）拆除高旁閥閥芯，吹管期間高旁管道處于貫通狀態(tài)，視為主蒸汽管道的一部分[13]。

需要注意的是，過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)之間的臨時管道、短管、大小頭、集粒器、堵板、法蘭等材料設(shè)計工作壓力應(yīng)不小于10 MPa、工作溫度應(yīng)不低于450 ℃，其他部分的設(shè)計和要求可參照《導(dǎo)則》執(zhí)行。

一階段用于吹掃過熱器、高旁、一次再熱器及其蒸汽管道系統(tǒng)，至打靶合格?！岸畏ā苯祲捍倒艿谝浑A段系統(tǒng)布置示意如圖1所示。

圖1 “二段法”降壓吹管第一階段系統(tǒng)布置示意

一階段吹管蒸汽流向如下：分離器來汽→過熱器系統(tǒng)→主蒸汽管道（含高旁）→臨時管道→集粒器→一次再熱器系統(tǒng)→臨吹門→臨時管道→靶板器→消音器→排大氣。

一階段吹管合格后，通過臨時管道將二次再熱器系統(tǒng)接在臨吹門和靶板器之間，進行第二階段吹管，串吹過熱器、一次再熱器、二次再熱器及其蒸汽管道，直至打靶合格。該階段滿足二次再熱器吹管系數(shù)即可，可采用較低的蒸汽參數(shù)，還可在吹管前拆除集粒器以減小系統(tǒng)阻力。

“二段法”降壓吹管第二階段系統(tǒng)布置示意如圖2所示。二階段吹管蒸汽流向如下：分離器來汽→過熱器系統(tǒng)→主蒸汽管道→臨時管道→一次再熱器系統(tǒng)→臨吹門→臨時管道→二次再熱器系統(tǒng)→臨時管道→靶板器→消音器→排大氣。

圖2 “二段法”降壓吹管第二階段系統(tǒng)布置示意

2.2 “一段法”降壓吹管

二次再熱機組“一段法”降壓吹管方案：一階段串聯(lián)吹掃過熱器、高旁、一次再熱器、二次再熱器及其管道系統(tǒng)，直至靶板考核合格。“一段法”降壓吹管系統(tǒng)布置示意如圖3所示。

圖3 “一段法”降壓吹管系統(tǒng)布置示意

一階段吹管蒸汽流向如下：分離器來汽→過熱器系統(tǒng)→主蒸汽管道（含高旁）→臨時管道→集粒器→一次再熱器系統(tǒng)→臨吹門→臨時管道→集粒器→二次再熱器系統(tǒng)→臨時管道→靶板器→消音器→排大氣。

“一段法”降壓吹管是最節(jié)省物資和工期的方法，但由于系統(tǒng)較長，又增加了集粒器，阻力較大，自然比“二段法”降壓吹管的初始參數(shù)要求要高一些，這對臨吹門是個考驗。為了減少系統(tǒng)阻力，可根據(jù)集粒器雜質(zhì)收集量的情況，擇機在停爐冷卻期間拆除集粒器。

3 優(yōu)化方案對吹管有效時間的影響

鍋爐中參與蓄熱過程的介質(zhì)包括汽水工質(zhì)和金屬介質(zhì)，分別稱為汽水蓄熱和金屬蓄熱[14-15]。優(yōu)化方案把臨吹門設(shè)置在一次再熱器出口，這樣，在降壓吹管期間，鍋爐兩方面的蓄熱都大幅增加，僅從汽水蓄熱分析，1 000 MW二次再熱機組的一次再熱器系統(tǒng)可增加440 m3的蒸汽容積（表1），加上高旁系統(tǒng)及管道系統(tǒng)，容積會增加500 m3左右。吹管的初始蒸汽參數(shù)若采用9 MPa/410 ℃,蒸汽比重為32 kg/ m3，則吹管蓄能期間可增加的蒸汽量為500×32=16 000 kg。

根據(jù)《導(dǎo)則》，超超臨界機組采用降壓法吹管時，臨吹門全開后的過熱器出口壓力不低于6.5 MPa，此參數(shù)下的蒸汽比容約為BMCR工況下蒸汽比容的4倍；再由吹管系數(shù)=（吹管工況蒸汽流量）× 2（吹管工況蒸汽比容）/（BMCR工況蒸汽流量）×2（BMCR工況蒸汽比容）的公式可知[16]，吹管蒸汽流量大于50%的BMCR工況流量，即為吹管系數(shù)大于1的有效吹管。對于1 000 MW二次再 熱機組，有效吹管蒸汽流量（表2）約為1 400 t/h = 380 kg/s。這樣優(yōu)化方案增加的蓄熱可使吹管有效時間延長不低于16 000/380=42 s。

4 優(yōu)化方案優(yōu)勢及效果

1）二次再熱機組降壓吹管優(yōu)化方案，將臨吹門設(shè)置在一次再熱器出口，使一次再熱器系統(tǒng)與過熱器系統(tǒng)共同蓄熱，極大地增加了降壓吹管時鍋爐的蓄熱量，延長了每次吹管的有效時間，提高了每一管的吹掃質(zhì)量，有利于減少吹管頻次和次數(shù)、降低物資消耗、縮短工期和減輕吹管對鍋爐壽命的損害。

2）優(yōu)化方案將過熱器、高旁和一次再熱器視為一體，等同于一次再熱機組的過熱器部分，將二次再熱器等同于一次再熱機組的再熱器部分，這樣，吹管方案的制定和實施可完全套用《導(dǎo)則》。

3）優(yōu)化方案使高旁與主蒸汽管路同時吹掃，省掉了單獨吹掃高旁系統(tǒng)的材料費和安裝費，同時也增大了過熱器后的通流面積，有助于提高過熱器吹管系數(shù)。

4）優(yōu)化方案避免了一次再熱器的干燒，保護了一次再熱器。同時還可使一次再熱器安全閥校驗工作安排在吹管階段進行，為整套啟動提供更安全的帶負(fù)荷條件。

5）本文給出的方案是對《導(dǎo)則》的“二次再熱機組化”運用，使降壓吹管在二次再熱機組工 程實踐中更簡單、更節(jié)省，甚至比在一次再熱機 組更適用。

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Optimization scheme of reduced pressure steam blowing for double reheat unit

BU Junfeng1,2,QI Dali2

(1. Shandong Zhongshi Yitong Group Co., Ltd., Jinan 250003, China; 2. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250003, China)

Steam blowing is an important construction link relating to safe and efficient operation of power generating units. However, the reduced pressure steam blowing system of double-reheat units is complicate, the tube blowing is too frequent, the effective tube blowing time is short, and the tube blowing duration is also long. To solve these problems, combing with the parameter characteristics of the thermal system, this paper proposes an optimization scheme in the reduced pressure steam blowing system design. In this method, the superheater system and the primary reheater system are regarded as a whole, and the temporary blowing valve is set at outlet of the primary reheater. This scheme is superior to the conventional way setting the temporary blowing valve at the superheater outlet, and can greatly increase the heat storage capacity of the boiler at blowpipe time, thus to raise the blowing efficiency and quality.

double-reheat unit, reduced pressure steam blowing, superheater, primary reheater, temporary blowing valve, heat storage capacity, tube blowing efficiency

TK229.2

B

10.19666/j.rlfd.201812220

部俊鋒, 齊達(dá)立. 二次再熱機組降壓吹管優(yōu)化方案[J]. 熱力發(fā)電, 2019, 48(8): 131-134. BU Junfeng, QI Dali. Optimization scheme of reduced pressure steam blowing for double reheat unit[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(8): 131-134.

2018-12-21

部俊鋒(1968—)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向為火力發(fā)電建設(shè)工程基建調(diào)試技術(shù)，bjf9832@163.com。

（責(zé)任編輯 馬昕紅）