1 000 MW二次再熱塔式鍋爐吹管技術(shù)研究

李貴鵬

（大唐東北電力試驗研究院有限公司，吉林 長春 130001）

0 引言

二次再熱代表了煤電發(fā)展的最高水平，相比于一次再熱，二次再熱技術(shù)可提高燃煤機組發(fā)電效率約2%。與常規(guī)超超臨界相比，二次再熱機組采用了更高的蒸汽參數(shù)，且鍋爐側(cè)增加一級再熱器，汽機側(cè)增加一個超高壓缸，啟動旁路升級為高中低三級旁路串聯(lián)，整個機組熱力系統(tǒng)的設(shè)備布置也變得更為復(fù)雜［1-2］。為保障機組的安全啟動，世界各國的工藝規(guī)范都規(guī)定新建機組必須在汽輪機的第一次沖轉(zhuǎn)前采取一系列工藝措施清除爐管和管道內(nèi)的異物，這其中最重要的一道程序就是蒸汽吹管［3］，即利用比鍋爐最高運行負荷動量更大的蒸汽，將滯留于鍋爐及系統(tǒng)管道內(nèi)的異物“吹”除。

近幾年，我國陸續(xù)投產(chǎn)十余臺二次再熱機組，但針對二次再熱機組鍋爐的吹管工藝尚未形成統(tǒng)一的標準。大唐東營2×1 000 MW 新建工程1 號機組于2020 年11 月完成168 h 滿負荷試運。以該機組為對象，闡述鍋爐蒸汽吹管的工藝措施，并針對實施過程中遇到的問題及采取的改進建議進行說明，為后續(xù)同類機組提供參考。

1 機組概況

機組鍋爐型號SG-2778/32.45 -M7053，為上海鍋爐廠制造的超超臨界壓力、二次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)塔式爐，鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)匯總見表1。鍋爐設(shè)計燃用煤種為神府東勝煙煤，采用中速磨冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6 臺MPS245HP-II 型磨煤機。鍋爐采用帶有爐水循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)，給水系統(tǒng)配置1 臺100%BMCR 容量的汽動給水泵，配單獨凝結(jié)器。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)（BMCR工況）

2 吹管方案及流程

2.1 吹管方式

國內(nèi)目前的蒸汽吹管導則中只有面向一次再熱機組的穩(wěn)壓吹管和蓄熱降壓吹管兩種方式［4］。穩(wěn)壓吹管是維持鍋爐輸入和輸出的能量平衡以及給水量和蒸發(fā)量之間的質(zhì)量平衡，鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)壓力相對穩(wěn)定的一種吹管方式；其優(yōu)點是主汽流量大，每次吹管能持續(xù)較長時間大動量比的吹掃，可大大減少吹管次數(shù)，缺點是對調(diào)試設(shè)備的投入要求高，吹管期間至少須投入3 套制粉系統(tǒng)，同時要求系統(tǒng)較強的補水能力［5］。蓄熱降壓吹管是利用鍋爐容積內(nèi)水的蓄熱快速降壓閃蒸產(chǎn)生大量蒸汽短時間高速沖洗受熱面的一種吹管方式，其優(yōu)點是瞬間蒸汽吹管動量大，受熱面溫度頻繁變化產(chǎn)生的擾動有利于氧化皮的剝離，沖擊效果好，缺點是每次吹管的有效時間短，需要較多的吹管次數(shù)［6］。借鑒安源、泰州、萊蕪等國內(nèi)投產(chǎn)二次再熱機組的吹管經(jīng)驗［7-11］，考慮本工程現(xiàn)場的安裝進度、系統(tǒng)除鹽水補水能力和調(diào)試工期，最終選用蓄熱降壓的吹管方式。

2.2 吹管工藝流程

本工程采用兩階段蓄熱降壓吹管方式，詳細吹掃流程見圖1。

圖1 兩階吹管蒸汽吹掃流程

第一階段單吹過熱器，直至靶板考核合格，詳細的吹管流程為：啟動分離器→各級過熱器→過熱器集汽集箱→主蒸汽管道→超高壓主汽門（安裝假門芯）→臨時管→臨吹門1→臨吹門2→臨時管→靶板器→臨時管→消音器→排大氣。一階段吹管后期進行高壓旁路管路的吹掃。

第二階段串聯(lián)吹掃過熱器、一次再熱器、二次再熱器，在二次再熱器進口加裝集粒器，直至靶板考核合格，詳細的吹管流程為：啟動分離器→各級過熱器→過熱器集汽集箱→主蒸汽管道→超高壓主汽門（安裝假門芯）→臨時管→臨吹門1→臨吹門3→臨時管→一次再熱進口管道→各級一次再熱器→一次再熱出口管道→高壓主汽門（旁路）→臨時管→靶板器→集粒器→二次再熱進口管道→各級二次再熱器→二次再熱出口管路→中壓主汽門（安裝假門芯）→臨時管→靶板器→臨時管→消音器→排大氣。二階段吹管過程中，同步進行中壓旁路管路的吹掃。

3 吹管過程控制

3.1 吹管參數(shù)選擇

吹管參數(shù)的選擇必須要保證在蒸汽吹管時所產(chǎn)生的動量大于額定負荷時的動量，即吹管系數(shù)大于1。DL/T 1269—2013《火力發(fā)電建設(shè)工程機組蒸汽吹管導則》中推薦一次再熱機組的吹管壓力≥6.5 MPa。相比一次再熱，二次再熱鍋爐水冷壁和過熱器的水容積減少了約50%，蓄熱能力減少較多，且還新增了一級蒸汽再熱系統(tǒng)，系統(tǒng)管道內(nèi)徑更小，阻力更大。為滿足吹管要求，必須要大幅提高吹管參數(shù)［12］。結(jié)合本工程的實踐，最終確定一階段吹管時分離器出口壓力為9.5 MPa，對應(yīng)主蒸汽溫度不低于380 ℃；二階段吹管分離器出口壓力需提升至11.5 MPa，對應(yīng)再熱蒸汽溫度不低于400 ℃。

為提升每一次降壓吹管的效果，本工程采取如下措施：1）鍋爐蓄熱期間，將鍋爐給煤量提升至60 t/h，將貯水箱水位提升至18 m（最高水位31.2 m），同時開大過熱器疏水，臨吹門開4～6 s 中停，以盡可能提高鍋爐的蓄熱量。2）增大蒸汽通流面積以降低管道阻力：一階段吹管后期（保證高壓旁路潔凈度），開臨吹門1 的同時打開高壓旁路臨吹門4；二階段吹管過程中，保持中壓旁路臨吹門5開啟。

3.2 吹管過程控制

鍋爐冷態(tài)沖洗合格，投入等離子點火裝置，啟動A或B層制粉系統(tǒng)，開始升溫升壓，采用開式清洗與閉式清洗相結(jié)合的方式進行熱態(tài)沖洗。在此過程中，保持省煤器入口流量約850 t/h，控制升溫速率≤2 ℃/min。待分離器溫度達到170～190 ℃，每隔2 h取水樣檢測，至爐水中鐵離子質(zhì)量分數(shù)＜100 μg/L，熱態(tài)沖洗完成。

正式吹管前，分別在啟動分離器出口壓力升至2.5 MPa、4.0 MPa、6.0 MPa、8.0 MPa 時進行試吹管，檢查蒸汽管道的膨脹和支吊架受力情況，確認臨時設(shè)施是否滿足進一步的吹管要求。

一階段正式吹管時，維持一臺磨煤機運行，保持臨吹門2 開啟。分離器出口壓力升至9.5 MPa 時，開啟臨吹門1，臨吹門開到位后，把給水旁路調(diào)閥開大進行補水，同時密切監(jiān)視貯水箱水位。分離器出口壓力降至7.5 MPa時，關(guān)閉臨吹門1，待貯水箱水位回升后逐步減小給水流量，維持貯水箱水位穩(wěn)定，待分離器壓力恢復(fù)到原來水平后，進行下一次的降壓吹管。直至連續(xù)兩次打靶合格，第一階段吹管結(jié)束。

二階段正式吹管時，保持臨吹門2 關(guān)閉、臨吹門3 和臨吹門5 開啟。分離器出口壓力升至11.5 MPa時，開啟臨吹門1 和4，臨吹門開到位后把給水旁路調(diào)閥開大進行補水，同時密切監(jiān)視貯水箱水位。分離器出口壓力降至9～9.5 MPa時，關(guān)閉臨吹門，待貯水箱水位回升后逐步減小給水流量，維持貯水箱水位穩(wěn)定，貯水箱壓力升至11.5 MPa時，進行下一次降壓吹管。直至連續(xù)兩次分別打靶一次再熱器、二次再熱器合格后，第二階段吹管結(jié)束。

按吹管導則要求，降壓吹管每小時吹管次數(shù)不宜超過4 次。為避免兩次吹管間隔時間過長或過短，臨吹門開啟前將貯水箱水位穩(wěn)定在18 m，一定時間后再把給水旁路調(diào)閥開大進行補水。臨吹門關(guān)到位后，給煤量短暫降至35～40 t/h，并開啟過熱器疏水調(diào)閥，避免貯水箱壓力上升過快。

3.3 吹管過程遇到問題和改進建議

1）1 號鍋爐吹管臨時系統(tǒng)在吹管前已經(jīng)驗收合格，各臨吹門已確認開關(guān)靈活，行程時間均低于60 s。正式吹管過程中，曾發(fā)生臨吹門1 卡澀、關(guān)不嚴、臨吹門1 旁路漏汽、過熱器靶板座脫落等問題，影響了吹管工期。

2）降壓吹管初期，曾發(fā)生兩次因貯水箱水位低而導致的爐水循環(huán)泵跳閘事故，主要原因在于吹管初期運行人員對貯水箱水位的變化規(guī)律掌握不足。臨吹門開啟后，因貯水箱內(nèi)壓力快速降低，大量工質(zhì)汽化會產(chǎn)生虛假水位，此時應(yīng)提前預(yù)判貯水箱內(nèi)水位的變化，準確把控補水時機。為避免爐水循環(huán)泵進口工質(zhì)汽化，臨吹門開啟前應(yīng)確保爐水循環(huán)泵入口過冷水的投入滿足要求。

3）為滿足吹管系數(shù)要求，本工程確定的吹管蒸汽參數(shù)值略高于其他同類工程［7-11］，且實際使用的吹管次數(shù)也較多。結(jié)合本工程的實際情況，有如下的改進建議：吹管前，臨時管道應(yīng)進行噴砂處理并將內(nèi)部雜物清理干凈；盡可能降低臨時系統(tǒng)管道阻力，各汽門處應(yīng)盡量使用旁路管道替代假門芯減少蒸汽阻力。

4）從實踐經(jīng)驗看，鍋爐二次再熱器的吹管系數(shù)最難達到要求，故而二階段在一階段基礎(chǔ)上進一步提高了吹管壓力。

5）每次停爐冷卻期間，應(yīng)采取帶壓放水以改善水質(zhì)。每次短暫停爐過程中，只要適當控制放水和上水流量，即可有效避免給水下降管振動問題。

4 吹管效果

采用不熄火不停泵的兩階段降壓吹管方式，吹管期間共中間停爐冷卻4 次。第一階段共有效吹管103 次，第102、103 次連續(xù)打靶合格，吹管過程中過熱器壓降保持在2.8～3.0 MPa，滿足壓降比大于1.4的要求。第二階段共有效吹管106次，第82、83次連續(xù)打靶一次再熱器合格，第105、106 次連續(xù)打靶二次再熱器合格，吹管過程中一次再熱器壓降保持在0.42～0.56 MPa，二次再熱器壓降保持在0.36～0.38 MPa，滿足壓降比大于1.4的要求。

在整個吹管過程中，鍋爐的水動力工況穩(wěn)定，各個受熱面未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。吹洗過程中鍋爐采用等離子點火模式啟動和運行，節(jié)約了大量的燃油。

5 結(jié)語

借鑒國內(nèi)已投產(chǎn)二次再熱機組的吹管經(jīng)驗，提出并檢驗了“兩階段蓄熱降壓”的吹管工藝，再結(jié)合提高壓力、增加通流面積等措施，最終較好地滿足了蒸汽吹管導則提出的質(zhì)量要求，保證了機組啟動工作的順利進行。與其他同類方案相比，兩階段降壓法有效縮短了鍋爐中間停爐冷卻次數(shù)，節(jié)省了調(diào)試期間的燃料成本，為后續(xù)同類機組的調(diào)試提供借鑒。