9F 燃?xì)鈾C(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)利用鍋爐余熱自供汽的研究與實(shí)施

樓 捷 金 珺

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315200）

0 前言

某公司兩臺(tái)S109FA 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組原利用附近燃煤鍋爐蒸汽充當(dāng)輔助蒸汽，在機(jī)組啟動(dòng)階段為軸封等系統(tǒng)供汽。 由于供汽燃煤鍋爐拆除，外來熱網(wǎng)蒸汽溫度較低。

目前，9F 燃機(jī)機(jī)組運(yùn)行方式基本為日開夜停，運(yùn)行時(shí)間是根據(jù)天然氣量的調(diào)度指令進(jìn)行的，每天運(yùn)行14～16 個(gè)小時(shí)。 第二天啟動(dòng)時(shí)，鍋爐還是在熱態(tài)狀態(tài)，并存有大量的具有一定壓力溫度的爐水。

本課題要求研究在熱態(tài)情況下，利用機(jī)組余熱鍋爐自身余熱產(chǎn)生的蒸汽來滿足燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)軸封等系統(tǒng)供汽的要求。 通過對(duì)鍋爐汽包、蒸發(fā)器的余熱水減壓蒸發(fā)后提供機(jī)組啟動(dòng)階段用汽的熱力計(jì)算，并匹配合適的電加熱器裝置， 滿足9F 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在無啟動(dòng)鍋爐時(shí)的機(jī)組啟動(dòng)。

9F 燃機(jī)單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)階段需求輔助蒸汽供軸封汽的要求為：供汽壓力1 MPa、供汽溫度260℃、供汽流量7.484 t/h,供汽時(shí)間約半小時(shí)（總汽量約3.742 t）。

如采用新建啟動(dòng)鍋爐供汽， 以額定蒸發(fā)量15 t/h鍋爐為例，項(xiàng)目總投資將高達(dá)1760 萬元。

如果能利用鍋爐余熱供汽或熱網(wǎng)供汽，并使用高效電加熱器的這個(gè)方案將大大減少資金的投入。

1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

余熱鍋爐系三壓、再熱、無補(bǔ)燃、無旁通煙筒、臥式布置、自然循環(huán)余熱鍋爐，與GE 公司9F 等級(jí)燃機(jī)匹配。 受熱面采用模塊化設(shè)計(jì)，共分五個(gè)模塊。

鍋爐具有三壓系統(tǒng)，即低壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)（包括中溫過熱器及再熱器）和高壓系統(tǒng)。

過熱蒸汽流量：285.48 t/h； 壓力：10.09 MPa；溫度：567 ℃；

再熱蒸汽流量：313.56 t/h；壓力：2.24 MPa；溫度：566 ℃；

中壓過熱器流量：39.96 t/h；壓力：2.58 MPa；溫度：304 ℃；

低壓過熱蒸汽流量： 41.76 t/h； 壓力：0.44 MPa；溫度：301 ℃。

2 鍋爐余熱產(chǎn)汽能力分析

鍋爐余熱利用，就是將高壓和中壓蒸發(fā)系統(tǒng)中的較高溫度的飽和水降壓到輔助蒸汽所需壓力，生成的低壓飽和蒸汽加熱到指定溫度作為輔助蒸汽使用。

2.1 基本原理

較高壓力和溫度的水降壓到低壓時(shí)， 根據(jù)熱平衡，部分生成較低壓力下對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽，部分生成較低壓力下對(duì)應(yīng)的飽和水。

熱平衡公式： 飽和水量×飽和水焓=產(chǎn)汽量×低壓飽和蒸汽焓+（飽和水量-產(chǎn)汽量）×低壓飽和水焓

2.2 輔助蒸汽參數(shù)要求

所需軸封汽供汽溫度260℃，供汽壓力1 MPa，蒸汽焓值2965.2 kJ/kg。 供汽流量約7484 kg/h，供汽時(shí)間約半小時(shí)（總汽量約3.742 t）。

輔助蒸汽壓力對(duì)應(yīng)下的飽和參數(shù)： 壓力1 MPa，飽和溫度184℃，飽和水焓值781 kJ/kg，飽和蒸汽焓值2781 kJ/kg。

2.3 鍋爐高壓和中壓系統(tǒng)容積

中壓系統(tǒng)：中壓省煤器系統(tǒng)5 m3，中壓蒸發(fā)器系統(tǒng)20 m3，中壓汽包25 m3，中壓過熱器13 m3。

高壓系統(tǒng)：高壓省煤器系統(tǒng)44 m3，高壓蒸發(fā)器系統(tǒng)42 m3，高壓汽包32 m3，高壓過熱器33 m3，

其中汽包容積為充滿水的容積，實(shí)際容積需要根據(jù)汽包水位確定。

2.4 鍋爐高中壓系統(tǒng)停機(jī)后若干小時(shí)后的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（取自機(jī)組DCS）

表1 停機(jī)后高中壓系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

2.5 鍋爐啟動(dòng)時(shí)實(shí)際參數(shù)

目前，鍋爐運(yùn)行時(shí)間是根據(jù)天然氣量的調(diào)度指令進(jìn)行的，一般鍋爐運(yùn)行14～16 個(gè)小時(shí)/天，相應(yīng)的停爐時(shí)間一般為8～10 小時(shí)，根據(jù)目前實(shí)際情況，本次主要以運(yùn)行16 小時(shí)，停爐8 小時(shí)和運(yùn)行14 小時(shí)，停爐10小時(shí)進(jìn)行分析研究。

整理上表得到：

啟動(dòng)時(shí)高壓蒸發(fā)系統(tǒng)和中壓蒸發(fā)系統(tǒng)參數(shù)如表2 所示：

表2 高中壓蒸發(fā)系統(tǒng)參數(shù)

2.6 目前鍋爐蓄熱產(chǎn)汽能力分析

表3 高中壓系統(tǒng)蓄熱產(chǎn)汽能力分析

產(chǎn)汽量=〔飽和水量×（飽和水焓-低壓飽和水焓）〕/（低壓飽和蒸汽焓-低壓飽和水焓）

2.7 鍋爐高壓汽包正常水位時(shí)蓄熱產(chǎn)汽能力分析

從表1 鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù)來看，汽包水位普遍處于低水位狀態(tài)，建議鍋爐運(yùn)行和啟停時(shí)控制汽包水位不低于正常水位，以提高高壓系統(tǒng)蓄熱能力。

表4 高壓系統(tǒng)正常水位產(chǎn)汽能力

因?yàn)?F 燃機(jī)機(jī)組每日開停， 鍋爐各系統(tǒng)的疏水閥普遍存在一定程度的內(nèi)漏， 如能解決這個(gè)問題，系統(tǒng)壓力、水位將進(jìn)一步提高。

2.8 結(jié)論

（1）根據(jù)目前鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，停爐8 小時(shí)，高壓蒸發(fā)系統(tǒng)可以產(chǎn)生6227 kg 的低壓飽和蒸汽，停爐10 小時(shí)，高壓蒸發(fā)系統(tǒng)可以產(chǎn)生4483 kg 的低壓飽和蒸汽。 中壓系統(tǒng)不能產(chǎn)生低壓飽和蒸汽。

（2）在鍋爐停爐8 小時(shí)和10 小時(shí)狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)的汽包水位偏低，影響了產(chǎn)汽量，如果運(yùn)行控制中，能將汽包水位控制在正常水位（汽包中心線），則停爐8 小時(shí)， 高壓蒸發(fā)系統(tǒng)可以產(chǎn)生7365 kg 的低壓飽和蒸汽，停爐10 小時(shí)，高壓蒸發(fā)系統(tǒng)可以產(chǎn)生5705 kg 的低壓飽和蒸汽。

（3）停爐8 小時(shí)和停爐10 小時(shí)，高壓蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量均滿足輔助蒸汽7484 kg/h 半小時(shí)的用量要求。

3 輔助蒸汽系統(tǒng)方案

3.1 方案簡(jiǎn)介

（1）將高壓蒸發(fā)系統(tǒng)中的飽和水從蒸發(fā)器引入擴(kuò)容器中進(jìn)行汽化，在高壓下降管下部匯集集箱和三個(gè)分配集箱的疏水管接頭上設(shè)置三通，作為飽和水的引出管，再匯合到總管上引到擴(kuò)容器上。

（2）熱網(wǎng)接入管道與低壓飽和蒸汽管并聯(lián)引到擴(kuò)容器進(jìn)行汽水分離，防止熱網(wǎng)來蒸汽中帶水。

（3）低壓飽和蒸汽引出并用電加熱器進(jìn)行加熱，加熱到規(guī)定溫度后，接入原輔助蒸汽管道。

（4）降壓后的低壓飽和水接到高壓給水泵前，經(jīng)高壓給水泵加壓后進(jìn)入高壓省煤器。

（5）補(bǔ)充水由低壓汽包供水，通過高壓泵從高壓省煤器進(jìn)入高壓系統(tǒng)，降壓飽和水加補(bǔ)水量（42 m3）小于高壓省煤器容量（44 m3），對(duì)汽包沒有影響。

根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)鍋爐低壓飽和蒸汽產(chǎn)汽并接入熱網(wǎng)來蒸汽，通過電加熱器加熱，滿足輔助蒸汽要求的系統(tǒng)方案，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)示意圖

3.2 電加熱器功率選擇

根據(jù)方案系統(tǒng)及參數(shù)要求，需要增設(shè)一電加熱器為低壓飽和蒸汽或熱網(wǎng)蒸汽進(jìn)行加熱。

輔助蒸汽用量7484 kg/h，則電加熱器功率如表5：

表5 電加熱器功率計(jì)算

電加熱功率=產(chǎn)汽量×（輔助蒸汽焓-低壓飽和蒸汽焓）/時(shí)間

停爐8 小時(shí)和10 小時(shí)，高壓蒸發(fā)系統(tǒng)均可產(chǎn)生7484 kg/h 低壓飽和蒸汽， 為實(shí)現(xiàn)7484 kg/h 的輔助蒸汽用量，電加熱器理論需要總功率為383 kW,考慮到低壓飽和蒸汽可能含水，并保留一定的富余量，實(shí)際選擇電加熱器功率450 kW。 并充分利用原有的690 V 變壓器，電加熱器選用690 V 等級(jí)電壓。

4 實(shí)際運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)完成后，對(duì)蒸汽流量、蒸汽溫升，電加熱器功率等進(jìn)行了測(cè)試，具體數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 電加熱器實(shí)測(cè)功率

測(cè)試數(shù)據(jù)表明， 本系統(tǒng)在9F 機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)能產(chǎn)生足夠量的蒸汽，并通過電加熱器，加熱到規(guī)定的要求，滿足啟動(dòng)用軸封用汽等系統(tǒng)的需求。

5 結(jié)語

本課題通過對(duì)利用9F 燃機(jī)機(jī)組停運(yùn)10 小時(shí)內(nèi)鍋爐的余熱提供機(jī)組自身啟動(dòng)階段用汽的研究，完成了供汽汽源的熱力計(jì)算，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)、測(cè)試，提出了 “鍋爐余熱供汽或熱網(wǎng)供汽+高效電加熱器”解決方案，確定了電加熱器的選型，解決了9F 燃機(jī)機(jī)組在沒有滿足參數(shù)要求的輔助蒸汽時(shí)的機(jī)組啟動(dòng)問題。 本方案符合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，對(duì)9F 燃機(jī)機(jī)組的節(jié)能工作具有創(chuàng)新意義，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。