超臨界機(jī)組利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)行方案

部俊鋒

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

新建超臨界機(jī)組在空載和低負(fù)荷試運(yùn)行期間，試驗(yàn)項(xiàng)目難以一次成功，試運(yùn)行指標(biāo)難以短時(shí)間合格；大量缺陷的暴露和消除，隨時(shí)減緩或中斷試運(yùn)行進(jìn)程。因此，設(shè)備和系統(tǒng)需反復(fù)地啟停和沖洗，鍋爐長(zhǎng)時(shí)間處于燃燒不充分、污染物排放較多、濕態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)，導(dǎo)致新建超臨界機(jī)組的試運(yùn)行存在消耗多、污染大、風(fēng)險(xiǎn)高問(wèn)題。

在新建電廠首臺(tái)超臨界機(jī)組試運(yùn)行時(shí)，只有啟動(dòng)爐蒸汽量作為有限的輔汽用，試運(yùn)行蒸汽必須鍋爐點(diǎn)火自產(chǎn)，機(jī)組試運(yùn)行消耗多、污染大、風(fēng)險(xiǎn)高問(wèn)題不可避免。但對(duì)后續(xù)機(jī)組而言，投產(chǎn)機(jī)組已有豐富的蒸汽資源，利用鄰機(jī)蒸汽完成空載和低負(fù)荷試運(yùn)項(xiàng)目，減少自身鍋爐點(diǎn)火次數(shù)和在“非經(jīng)濟(jì)、環(huán)保區(qū)”運(yùn)行的時(shí)間，是新建機(jī)組試運(yùn)行的有效方案。

1 現(xiàn)有利用鄰機(jī)蒸汽的方案

1.1 輔汽汽源

機(jī)組試運(yùn)行期間需要通過(guò)輔汽聯(lián)箱給輔助系統(tǒng)提供蒸汽，一般包括：為除氧器、暖風(fēng)器提供加熱蒸汽；為軸封系統(tǒng)提供密封蒸汽；為空預(yù)器吹灰系統(tǒng)提供吹掃蒸汽；為燃油系統(tǒng)提供加熱、霧化蒸汽；為汽動(dòng)水泵、汽動(dòng)風(fēng)機(jī)等輔機(jī)系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)蒸汽等。輔汽壓力一般在0.8 MPa 左右，溫度在300 ℃左右。其中一路輔汽汽源來(lái)自鄰機(jī)蒸汽，通過(guò)相鄰機(jī)組輔汽連箱的互連實(shí)現(xiàn)相互供汽。

1.2 熱態(tài)沖洗加熱汽源

由于超臨界機(jī)組對(duì)汽水品質(zhì)要求較高，試運(yùn)行初期必須對(duì)汽水系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。先是冷態(tài)沖洗，在不點(diǎn)火的情況下，鍋爐上水對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)（包括各級(jí)加熱器）、省煤器和水冷壁系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行沖洗，并通過(guò)變流量和除氧器加熱水溫的方法，提高沖洗的效果，直至爐水中鐵離子質(zhì)量濃度低于100 μg／L，冷態(tài)沖洗合格。

冷態(tài)沖洗合格后，按常規(guī)的試運(yùn)流程，鍋爐要點(diǎn)火，以30%鍋爐最大連續(xù)出力（Boiler Maximum Continuous Rating,BMCR）的啟動(dòng)流量和200 ℃左右的水溫，進(jìn)行熱態(tài)沖洗，直至爐水中鐵離子質(zhì)量濃度低于50 μg／L。熱態(tài)沖洗需要50 h 左右的時(shí)間才能沖洗合格，這期間，鍋爐負(fù)荷始終保持在10%額定負(fù)荷左右，燃料燃燒不充分，沉積在尾部煙道有二次燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)污染脫硫、脫硝系統(tǒng)，使脫硫漿液中毒失效、使脫硝催化劑堵塞。

我國(guó)技術(shù)人員已探索出了利用鄰機(jī)蒸汽完成熱態(tài)沖洗的方法，具體做法是：在鄰機(jī)冷段再熱器與待啟動(dòng)機(jī)組2 號(hào)高壓加熱器間增加連接管道和閥門(mén)系統(tǒng)，利用鄰機(jī)再熱蒸汽通過(guò)2 號(hào)高壓加熱器加熱給水，配以除氧器加熱，可滿足熱態(tài)清洗要求的190 ℃左右的最佳沖洗水溫要求。這一做法也為下一步鍋爐點(diǎn)火提供了“熱爐、熱風(fēng)”環(huán)境，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，已在多個(gè)電廠得到應(yīng)用［1］。新增加的系統(tǒng)也被命名為“鄰機(jī)加熱系統(tǒng)”，并推廣到了新建機(jī)組的設(shè)計(jì)中。

對(duì)于生產(chǎn)機(jī)組而言，利用鄰機(jī)蒸汽完成熱態(tài)沖洗已經(jīng)足夠。后續(xù)工作，從本機(jī)鍋爐點(diǎn)火到機(jī)組并網(wǎng)再到鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行，可在10 h 內(nèi)完成，大大降低了鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間。但是，對(duì)于新建機(jī)組，除鍋爐熱態(tài)沖洗外，還有大量的試運(yùn)行項(xiàng)目是在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行的，包括空冷系統(tǒng)沖洗合格、蒸汽品質(zhì)沖洗合格、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)定速、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前電氣試驗(yàn)、低負(fù)荷暖機(jī)等。完成這些項(xiàng)目所需時(shí)間遠(yuǎn)超熱態(tài)沖洗時(shí)間，且涉及更多專(zhuān)業(yè)、更多系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合，因此，如能利用鄰機(jī)蒸汽完成上述試運(yùn)行項(xiàng)目，將使新建機(jī)組試運(yùn)行簡(jiǎn)易化，并在環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面大為提高。

2 利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)的系統(tǒng)

除完成熱態(tài)沖洗外，新建超臨界機(jī)組要利用鄰機(jī)蒸汽完成空載和低負(fù)荷試運(yùn)行項(xiàng)目，須在兩機(jī)組間建立不同于“鄰機(jī)加熱系統(tǒng)”的蒸汽連通系統(tǒng)，以引入更多參數(shù)可調(diào)的蒸汽。有兩種連通方案。

2.1 相鄰機(jī)組的主蒸汽連通方案

新建機(jī)組過(guò)熱器出口增設(shè)隔離閥，在隔離閥和汽機(jī)主汽門(mén)之間的主蒸汽管道上，通過(guò)由管道、減溫減壓裝置和必要的測(cè)量裝置組成的連通系統(tǒng)，將相鄰已投產(chǎn)機(jī)組的主蒸汽引入到新建機(jī)組。

該方案可滿足汽機(jī)各種啟動(dòng)方式（高壓缸啟動(dòng)、中壓缸啟動(dòng)、高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)）的要求，但由于組成系統(tǒng)的管道和設(shè)備需要在超臨界參數(shù)下運(yùn)行，成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大，單純?yōu)榱藱C(jī)組基建期試運(yùn)行，性價(jià)比不高，若結(jié)合機(jī)組投產(chǎn)后其他長(zhǎng)期靈活性運(yùn)行的需求，可綜合考慮采用此方案。

2.2 相鄰機(jī)組的冷段再熱蒸汽連通方案

2.2.1 供汽系統(tǒng)

通過(guò)必要的閥門(mén)和測(cè)量裝置組成的系統(tǒng)，將投產(chǎn)機(jī)組的冷段再熱器蒸汽和經(jīng)高壓旁路減溫減壓后的主蒸汽引到新建機(jī)組的冷段再熱蒸汽管道上。該方案所需管道和設(shè)備的材質(zhì)滿足機(jī)組冷段再熱器蒸汽參數(shù)要求即可，相比主蒸汽連通方案，大幅降低了造價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)。

該方案的蒸汽連通系統(tǒng)見(jiàn)圖1，在高壓旁路至冷段再熱器管道和高壓缸排汽至冷段再熱器管道間，2 臺(tái)機(jī)組各自加一有中間位置可停功能的隔離門(mén)V1、V2；再?gòu)母邏号月泛透綦x門(mén)之間，通過(guò)連接管道和調(diào)節(jié)門(mén)V3，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)機(jī)組的蒸汽連通和雙向供汽［2］。

圖1 鄰機(jī)冷段再熱器蒸汽連通系統(tǒng)

2.2.2 供汽方式

投產(chǎn)機(jī)組向新建機(jī)組供汽時(shí)，主要通過(guò)開(kāi)啟V1閥從投產(chǎn)機(jī)組冷段再熱器抽汽，并調(diào)節(jié)V3 閥和開(kāi)啟V2 閥將蒸汽經(jīng)新建機(jī)組冷段再熱器管道、再熱器、熱段再熱器管道，供至汽機(jī)中主門(mén)前和低壓旁路前；也可在供汽量不足和供汽溫度低時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟高壓旁路閥輔助供汽；還可在投產(chǎn)機(jī)組低負(fù)荷和停機(jī)工況下，單獨(dú)通過(guò)高壓旁路供汽減溫減壓后的主蒸汽，提高了供汽的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

為保證足夠的供汽量并防止再熱器超溫，投產(chǎn)機(jī)組可減少或關(guān)閉1 號(hào)、2 號(hào)高壓加熱器的抽汽量，將自用抽汽量轉(zhuǎn)換為等量的外供汽量［3］。

2.2.3 系統(tǒng)容量

利用該方案進(jìn)行新建機(jī)組的試運(yùn)行，汽機(jī)只能采用中壓缸啟動(dòng)模式，基于機(jī)組在中壓缸啟動(dòng)模式下，切缸之前可長(zhǎng)時(shí)間帶的負(fù)荷在15%額定負(fù)荷以下（以推力軸承不超溫為限）。該蒸汽連通系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)在20%BMCR 即可。

這一容量接近于1 號(hào)、2 號(hào)高壓加熱汽的額定抽汽總量（17%BMCR 左右），小于高壓旁路的設(shè)計(jì)容量（35%BMCR 以上），也小于機(jī)組的最大補(bǔ)水能力（30%BMCR 左右），既能滿足新建機(jī)組低負(fù)荷試運(yùn)的蒸汽需求，也不會(huì)造成投產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行工況失控和汽水失衡。

3 利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)的項(xiàng)目

以相鄰機(jī)組的冷段再熱蒸汽連通方案為例，通過(guò)蒸汽連通系統(tǒng)，將鄰機(jī)冷段再熱器蒸汽（汽溫汽壓在3 MPa，300 ℃以上）引入到新建機(jī)組的再熱器系統(tǒng)，可完成常規(guī)方式下必須鍋爐點(diǎn)火才能進(jìn)行試運(yùn)的項(xiàng)目。

3.1 鍋爐熱態(tài)沖洗

超臨界機(jī)組的2 號(hào)高壓加熱抽汽都取自冷段再蒸汽，新建機(jī)組的再熱器引入鄰機(jī)蒸汽后，其2 號(hào)高壓加熱即有了加熱給水的汽源，因此該方案可取代“鄰機(jī)加熱系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)鍋爐熱態(tài)沖洗。另外，對(duì)于只設(shè)汽動(dòng)給水泵的機(jī)組，鄰機(jī)蒸汽除提供除氧器、2 號(hào)高壓加熱汽源外，還可提供足夠的給水泵驅(qū)動(dòng)汽源，解決此類(lèi)機(jī)組普遍存在的因輔汽量不足致使給水溫度低的問(wèn)題。

3.2 高壓缸倒暖

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)前，調(diào)整凝汽器壓力不高于13.3 kPa，鄰機(jī)蒸汽通過(guò)冷再和倒暖閥自高排逆止閥前進(jìn)入高壓缸，逐步將高壓缸倒暖至150 ℃。

3.3 沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)

根據(jù)中壓缸啟動(dòng)方式的啟動(dòng)曲線，將鄰機(jī)來(lái)汽調(diào)整到1 MPa、350 ℃的沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)，用5%～8%BMCR左右的蒸汽量即可沖動(dòng)汽輪機(jī)至3 000 r／min，并完成注油試驗(yàn)、油泵切換和惰走試驗(yàn)。

3.4 并網(wǎng)前電氣試驗(yàn)

維持汽輪機(jī)3 000 r/min，做發(fā)電機(jī)短路、空載、勵(lì)磁、同期等試驗(yàn)。

3.5 低負(fù)荷試運(yùn)

并網(wǎng)逐步帶到切缸前的允許負(fù)荷暖機(jī)，進(jìn)行核相、廠用電切換等試驗(yàn)，并對(duì)3 號(hào)高壓加熱器及全部低壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行試投、沖洗。

3.6 鄰機(jī)汽源退出

新建機(jī)組鍋爐點(diǎn)火，主蒸汽通過(guò)高壓旁路與鄰機(jī)來(lái)汽并汽；隨著自產(chǎn)汽量的逐步增大，鄰機(jī)汽源逐步退出，實(shí)現(xiàn)汽源的無(wú)擾切換。

以上工作量在7 天左右，因此，利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)可避免鍋爐7 天左右的低負(fù)荷燃燒。同時(shí)，也為新建機(jī)組鍋爐點(diǎn)火后的試運(yùn)工作，創(chuàng)造了“熱風(fēng)、熱爐、熱機(jī)、潔凈”的良好條件，消除了空載和低負(fù)荷試驗(yàn)的限制，鍋爐可盡早“斷燃油或等離子”，轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行。

3.7 其他項(xiàng)目

1）直接空冷系統(tǒng)沖洗。對(duì)采用直接空冷系統(tǒng)的新建機(jī)組，先送軸封、抽真空，使凝汽器壓力降低到15 kPa 以下；通過(guò)低壓旁路閥將鄰機(jī)蒸汽引入凝汽器，逐列對(duì)空冷島進(jìn)行沖洗，直至疏水中固體懸浮物的含量達(dá)到10 mg／L 以下。

2）間接空冷系統(tǒng)沖洗。對(duì)采用間接空冷系統(tǒng)的新建機(jī)組，冬季空冷系統(tǒng)沖洗時(shí)，循環(huán)水溫必須在50 ℃以上才能進(jìn)扇區(qū)。在機(jī)組建立真空條件下，將鄰機(jī)蒸汽通過(guò)低壓旁路閥引入凝汽器，可滿足加熱循環(huán)水的要求。替代鍋爐點(diǎn)火或在低位水箱及凝汽器加臨時(shí)加熱系統(tǒng)的做法［4］。

3）旁路供熱。設(shè)計(jì)有旁路供熱的機(jī)組，也可將鄰機(jī)蒸汽通過(guò)低壓旁路閥對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行試投和沖洗工作［5-6］。

4）安全門(mén)校驗(yàn)。調(diào)整鄰機(jī)來(lái)汽壓力在再熱器額定壓力的80%以上，可對(duì)再熱器安全門(mén)進(jìn)行校驗(yàn)。

4 利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 試運(yùn)更安全

利用鄰機(jī)蒸汽，避免了鍋爐長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷燃燒時(shí)，未燃盡物在空預(yù)器和灰斗二次燃燒的危險(xiǎn)；以及因煙氣中酸性物質(zhì)結(jié)露，低溫腐蝕空預(yù)器和尾部煙道的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，也減少了污染物對(duì)除塵器、脫硫、脫硝等系統(tǒng)的損害。

4.2 試運(yùn)更環(huán)保

鍋爐無(wú)須點(diǎn)火，廢氣、廢渣、污染物的產(chǎn)生轉(zhuǎn)移到了除污功能完備的投產(chǎn)機(jī)組，最大限度地實(shí)現(xiàn)了環(huán)保試運(yùn)。

4.3 試運(yùn)更經(jīng)濟(jì)

某600 MW 機(jī)組僅采用“鄰機(jī)加熱系統(tǒng)”熱態(tài)沖洗，每次節(jié)省燃料、除鹽水和廠用電費(fèi)用在10 萬(wàn)元左右［7］。利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)比單純熱態(tài)沖洗至少還能節(jié)省10 倍的費(fèi)用。若考慮降低新建機(jī)組鍋爐及大量輔機(jī)設(shè)備的壽命損耗，以及節(jié)省試運(yùn)期間各參建單位的人工成本，利用鄰機(jī)蒸汽試運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性就更可觀了。

4.4 試運(yùn)更靈活

試運(yùn)用汽做到了從鄰機(jī)“隨用隨取”，用汽參數(shù)調(diào)整也由復(fù)雜的“鍋爐點(diǎn)火、燃燒調(diào)整”變?yōu)閱渭兊拈y門(mén)操作，避免了多個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)維和協(xié)調(diào)難度。有利于靈活安排汽輪發(fā)電機(jī)組的沖轉(zhuǎn)和試驗(yàn)等工作，也有利于靈活應(yīng)對(duì)因試運(yùn)缺陷處理造成的不連續(xù)。

用于提供鄰機(jī)蒸汽的蒸汽連通系統(tǒng)，在機(jī)組投產(chǎn)后的啟動(dòng)和大修后的試驗(yàn)中仍能起作用，可作為正式系統(tǒng)設(shè)置；該系統(tǒng)也為機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，選用低價(jià)的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)須配置價(jià)格昂貴的啟動(dòng)循環(huán)水泵，提供了決策依據(jù)；該系統(tǒng)還可替代暖風(fēng)器系統(tǒng)的作用，從而省掉該系統(tǒng)的配置投資。

5 結(jié)語(yǔ)

新建超臨界機(jī)組試運(yùn)時(shí)，利用鄰機(jī)蒸汽完成空負(fù)荷及低負(fù)荷階段的試運(yùn)項(xiàng)目，使得汽輪機(jī)、發(fā)變組和汽水等系統(tǒng)，在鍋爐點(diǎn)火前即具備帶高負(fù)荷試運(yùn)行的條件，可避免鍋爐長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷燃燒，并徹底解決機(jī)組試運(yùn)行初期消耗多、污染大、風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題。這是擴(kuò)大單元制思維在單元機(jī)組試運(yùn)中的創(chuàng)新運(yùn)用，也符合對(duì)試運(yùn)安全性、環(huán)保性、靈活性的政策要求，是對(duì)機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試工作的改進(jìn)。