供熱機(jī)組油庫與啟動(dòng)鍋爐拆除后機(jī)組啟動(dòng)技術(shù)研究

王永偉

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建泉州 362712）

0 引言

啟動(dòng)鍋爐與油庫一般是新建電廠與首臺(tái)機(jī)組配套建設(shè)項(xiàng)目。啟動(dòng)鍋爐其目的是在首臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)過程中向機(jī)組輔汽聯(lián)箱供汽，再由輔汽聯(lián)箱供給各個(gè)用戶［1］，如：汽輪機(jī)的軸封蒸汽、鍋爐空預(yù)器的吹灰蒸汽等。隨著機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定，啟動(dòng)爐處于長時(shí)間停用狀態(tài)。電廠建成機(jī)組全部運(yùn)營期間，啟動(dòng)鍋爐主要在全廠發(fā)生停電事故全冷態(tài)啟動(dòng)情況下使用［2］。在沒有啟動(dòng)鍋爐的情況下，機(jī)組將無法啟動(dòng)。大型火力發(fā)電廠油庫系統(tǒng)在機(jī)組啟停及機(jī)組低負(fù)荷時(shí)起著向鍋爐、啟動(dòng)鍋爐提供燃油的作用。本文介紹福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“鴻山熱電”）機(jī)組通過技術(shù)研究后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，以確保在油庫、啟動(dòng)鍋爐拆除后機(jī)組實(shí)現(xiàn)冷態(tài)、熱態(tài)正常啟動(dòng)，達(dá)到安全、節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)。

1 設(shè)備概況

福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司成立于2007 年4 月，位于泉州石獅市鴻山鎮(zhèn)，一期工程安裝2×600 MW 超臨界抽凝供熱機(jī)組，已于2011 年1 月投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司超臨界直流鍋爐，型號(hào)為：HG-1962/25.4-YM3。鍋爐沒有燃油系統(tǒng)，鍋爐下層A、D 制粉系統(tǒng)使用了煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)有限公司的等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)。同步建設(shè)了1 臺(tái)啟動(dòng)鍋爐為長沙鍋爐生產(chǎn)的SZS35-1.27/350-Y 型燃油蒸汽鍋爐，出口蒸汽額定壓力1.27 MPa，額定溫度350 ℃，額定出力35 t/h。同步建設(shè)了2 個(gè)有效容積為500 m3儲(chǔ)油罐以及相關(guān)附屬系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱油庫）。由于機(jī)組屬于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，只能在春節(jié)期間對(duì)2 臺(tái)機(jī)組停運(yùn)檢修，春節(jié)后點(diǎn)燃啟動(dòng)鍋爐向機(jī)組提供啟動(dòng)蒸汽。

1.1 啟動(dòng)鍋爐存在的問題

自二期2×1000 MW 機(jī)組（產(chǎn)權(quán)隸屬國家能源集團(tuán)）2017年建成投產(chǎn)后，4 臺(tái)機(jī)組輔汽互為備用，鴻山熱電啟動(dòng)鍋爐不再運(yùn)行，每月定期點(diǎn)火保養(yǎng)一次。2018 年8 月后，由于燃油系統(tǒng)管道更換檢修，未再進(jìn)行點(diǎn)火保養(yǎng)，導(dǎo)致很多管道出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕減薄，甚至出現(xiàn)穿孔、斷裂的情況。目前對(duì)外部嚴(yán)重腐蝕管道進(jìn)行更換，但腐蝕部位復(fù)雜、面積很大，特別是啟動(dòng)鍋爐膛底部（靠近地面基礎(chǔ)一側(cè)）也出現(xiàn)管道及鋼板腐蝕穿孔，檢修空間狹小無法進(jìn)行檢查處理。此外啟鍋風(fēng)煙道亦存在嚴(yán)重腐蝕。啟動(dòng)鍋爐已不再具備運(yùn)行條件，不能作為機(jī)組啟動(dòng)用汽汽源。

1.2 油庫目前的運(yùn)行狀況

火電廠油庫設(shè)計(jì)的目的是在機(jī)組啟停及機(jī)組低負(fù)荷時(shí)向鍋爐、啟動(dòng)鍋爐提供燃油的作用。鴻山熱電鍋爐采用了兩層等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)，在2016 年2 臺(tái)鍋爐的爐前油系統(tǒng)已經(jīng)拆除。油庫的主要作用就是向啟動(dòng)鍋爐供油，其次作為廠內(nèi)推耙機(jī)等機(jī)動(dòng)車的加油的油源。隨著啟動(dòng)鍋爐的停運(yùn)，油庫的作用越來越小。但是油庫作為柴油儲(chǔ)存的場(chǎng)地，由于柴油具有揮發(fā)性高且遇到明火會(huì)產(chǎn)生燃燒爆炸的危險(xiǎn)，所以油庫的安全管理十分重要。一旦發(fā)生危險(xiǎn)，會(huì)產(chǎn)生不可彌補(bǔ)的損失及傷害。油庫作為每個(gè)電廠的重大危險(xiǎn)源，每年都要投入大量的人力、物力去維護(hù)，因此拆除油庫對(duì)鴻山熱電具有十分重要的意義。

2 油庫與啟動(dòng)鍋爐拆除后機(jī)組啟動(dòng)工況分析

在沒有啟動(dòng)鍋爐為機(jī)組啟動(dòng)提供輔汽汽源的情況下，機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組啟動(dòng)用汽有以下3 種情況。

（1）一、二期4 臺(tái)機(jī)組至少有1 臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行，其他機(jī)組啟動(dòng)操作。無論鴻山熱電#1 機(jī)組啟動(dòng)還是#2 機(jī)組啟動(dòng)，都可以通過輔汽聯(lián)絡(luò)母管或一、二期輔汽聯(lián)絡(luò)母管向待啟動(dòng)機(jī)組輔汽聯(lián)箱供汽，屬于正常操作不再闡述。

（2）僅鴻山熱電1 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，運(yùn)行機(jī)組異常跳閘后啟動(dòng)操作：①立即開啟冷再至軸封電動(dòng)門，確保軸封壓力正常，關(guān)閉除軸封用汽以外的所有輔汽用戶；②立即對(duì)鍋爐進(jìn)行吹掃，啟動(dòng)磨煤機(jī)快速增加煤量，通過冷再至輔汽電動(dòng)門對(duì)輔汽聯(lián)箱供汽；③鍋爐點(diǎn)火成功后，對(duì)系統(tǒng)全面檢查分析后，機(jī)組正常可以啟動(dòng)，其余操作按照機(jī)組跳閘后重新啟動(dòng)來操作；④如果確因汽機(jī)或電氣原因，短時(shí)間可以處理結(jié)束的，可以保持鍋爐運(yùn)行；一旦需要長時(shí)間停機(jī)處理，其余操作按照機(jī)組正常停運(yùn)來處理，確保真空轉(zhuǎn)速到零之前，軸封供汽正常；⑤單機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)組跳閘，確因鍋爐原因（如：四管泄漏）造成鍋爐無法立即點(diǎn)火，或者因汽機(jī)或電氣原因暫時(shí)無法啟動(dòng)，按照緊急停機(jī)來進(jìn)行操作。

（3）4 臺(tái)機(jī)組全停。4 臺(tái)機(jī)組全停后再次啟動(dòng)，分為2 種情況，作為本文研究的重點(diǎn)課題：①一、二期4 臺(tái)機(jī)組全部停運(yùn)時(shí)，如春節(jié)期間全部調(diào)停，鴻山熱電機(jī)組重新啟動(dòng)，此時(shí)機(jī)組屬于冷態(tài)啟動(dòng)；②二期2 臺(tái)機(jī)組全部停運(yùn)時(shí)，鴻山熱電單機(jī)運(yùn)行時(shí)跳閘，故障處理完畢，機(jī)組可以重新啟動(dòng)，此時(shí)機(jī)組屬于熱態(tài)啟動(dòng)，汽輪機(jī)缸溫較高，此時(shí)機(jī)組屬于冷態(tài)啟動(dòng)。

如果沒有進(jìn)行技術(shù)改造，或者其他汽源對(duì)輔汽系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充供汽，機(jī)組將無法啟動(dòng)，如期實(shí)現(xiàn)機(jī)組對(duì)外供氣。因此，針對(duì)4 臺(tái)機(jī)組全停后再啟動(dòng)研究就顯得尤為重要。

3 4 臺(tái)機(jī)組全停后啟動(dòng)策略

鴻山熱電廠位于石獅市沿海三鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)，為該地區(qū)重要的熱源點(diǎn)，通過供熱管道向三鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)內(nèi)用戶提供工業(yè)蒸汽。工業(yè)園區(qū)也有石獅熱電、清源科技、鴻峰環(huán)保3 個(gè)熱電廠向熱用戶供汽。由于這3 個(gè)熱電廠主要的功能是供汽與垃圾發(fā)電，發(fā)電機(jī)出線接入地區(qū)110 kV 電網(wǎng)，屬于縣調(diào)電廠，與一期、二期接入的是不同的電網(wǎng)，一旦電網(wǎng)發(fā)生事故，這3 個(gè)小電廠可以提前于大機(jī)組啟動(dòng)。為了提高供熱的可靠性，鴻山熱電與石獅熱電低壓供熱管網(wǎng)有2 處聯(lián)絡(luò)母管，作為互相備用，最大聯(lián)絡(luò)供汽量可達(dá)100 t/h。鴻山熱電輔汽系統(tǒng)作為低壓供熱的備用汽源，在系統(tǒng)上與低壓供熱母管在低壓應(yīng)急供熱母管處聯(lián)絡(luò)。綜上所述，可將石獅熱電作為鴻山熱電的啟動(dòng)鍋爐來使用，給4 臺(tái)機(jī)組全停后再次啟動(dòng)供汽。

一、二期4 臺(tái)機(jī)組全部停運(yùn)時(shí)，鴻山熱電機(jī)組重新啟動(dòng)時(shí)所需要的廠用輔汽，可以通過北線低壓供熱管道，用石獅熱電的低壓供熱蒸汽對(duì)鴻山熱電輔汽聯(lián)箱供汽。2019 年10 月份鴻山熱電對(duì)石獅熱電補(bǔ)充供熱最大為100 t/h，鴻山熱電單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)瞬時(shí)最大輔汽用量為50 t/h。石獅熱電通過供熱管線對(duì)鴻山熱電輔汽聯(lián)箱反供汽，完全可以滿足鴻山熱電單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)初期的蒸汽用量。

石獅熱電對(duì)鴻山熱電輔汽聯(lián)箱供汽時(shí)，具體供汽流程：石獅熱電#4 供熱管線→廠外低壓供熱大堡管線→廠內(nèi)低壓供熱大堡管線→廠內(nèi)北線低壓母管→廠內(nèi)低壓母管→廠內(nèi)低壓供熱聯(lián)絡(luò)電動(dòng)門→廠內(nèi)低壓母管→廠內(nèi)南線低壓母管→低壓應(yīng)急供熱母管→#1、2 機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)母管→#1 機(jī)組（或#2 機(jī)組）輔汽聯(lián)箱。

根據(jù)計(jì)算，以上管路長度約4 970 m，管徑及相應(yīng)長度詳見表1，并對(duì)起始端的參數(shù)進(jìn)行核算，分為3 種運(yùn)行工況：①石獅熱電起始參數(shù)為0.6 MPa，220 ℃，流量為30 t/h 時(shí)，至#1 機(jī)組輔汽聯(lián)箱參數(shù)為0.54 MPa，177 ℃。②石獅熱電起始參數(shù)為0.8 MPa，250 ℃，流量為30 t/h 時(shí)，至#1 機(jī)組輔汽聯(lián)箱參數(shù)為0.76 MPa，205 ℃。③石獅熱電起始參數(shù)為0.6 MPa，220 ℃，流量為50 t/h 時(shí)，至#1 機(jī)組輔汽聯(lián)箱參數(shù)為0.48 MPa，180 ℃。

表1 管徑及相應(yīng)長度統(tǒng)計(jì)

（1）一、二期4 臺(tái)機(jī)組全部停運(yùn)，如：春節(jié)期間一期2 臺(tái)機(jī)組檢修、二期2 臺(tái)機(jī)組調(diào)停后，鴻山熱電機(jī)組重新啟動(dòng)，此時(shí)機(jī)組屬于冷態(tài)啟動(dòng)，利用石獅熱電的蒸汽對(duì)鴻山熱電輔汽聯(lián)箱供汽后，完成機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)。

石獅熱電對(duì)鴻山熱電輔汽聯(lián)箱供汽時(shí)，為防止向低壓伍堡管網(wǎng)中竄汽，確保鴻山熱電啟動(dòng)用汽正常，需要將以下閥門關(guān)閉：伍堡供熱管網(wǎng)至石獅熱電供熱管網(wǎng)供汽總門；伍堡供熱管網(wǎng)至石獅熱電供熱管網(wǎng)供汽總門旁路手動(dòng)門；大堡伍堡至祥華支線供汽總門；大堡伍堡至祥華支線供汽總門旁路手動(dòng)門；北線至伍堡供熱管網(wǎng)手動(dòng)總門；北線至伍堡供熱管網(wǎng)手動(dòng)總門旁路手動(dòng)門；南線低壓供熱手動(dòng)總門；南線低壓供熱手動(dòng)總門旁路手動(dòng)門；一、二期輔汽聯(lián)絡(luò)電動(dòng)門；伍堡支線至大堡支線聯(lián)絡(luò)門伍堡支線至大堡支線聯(lián)絡(luò)門。

將以上閥門隔離完畢后，按照熱網(wǎng)首次投運(yùn)來進(jìn)行暖管操作，對(duì)輔汽聯(lián)箱供汽正常后，其余按照冷態(tài)啟動(dòng)操作來進(jìn)行［2］。

（2）二期2 臺(tái)機(jī)組全部停運(yùn)，一期單機(jī)運(yùn)行時(shí)跳閘，故障短時(shí)間處理完畢，機(jī)組重新啟動(dòng)，屬于熱態(tài)啟動(dòng)。一期單機(jī)運(yùn)行中跳閘，故障短時(shí)間（36 h 以內(nèi)）處理完畢，機(jī)組重新啟動(dòng)，屬于熱態(tài)啟動(dòng)。汽輪機(jī)缸溫較高，而石獅熱電供汽的輔汽聯(lián)箱溫度較低（180 ℃～210 ℃）。根據(jù)《汽輪機(jī)啟動(dòng)調(diào)試導(dǎo)則》（DL/T 863—2016）要求，汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)投用軸封汽時(shí)，高、中、低壓軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子軸封區(qū)間金屬表面溫度應(yīng)匹配，不應(yīng)超過設(shè)備商允許的偏差值，在熱態(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng)中為避免軸頸熱應(yīng)力過大，軸封送汽溫度應(yīng)與轉(zhuǎn)子溫度匹配，有可能造成大軸抱死。然而熱態(tài)啟動(dòng)汽機(jī)軸封供汽溫度至少＞250 ℃，才可能完成對(duì)機(jī)組送軸封、抽真空后，方可進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火工作。

熱態(tài)啟動(dòng)過程中，其他輔汽用戶對(duì)輔汽溫度沒有過高的要求。石獅熱電供來的輔助蒸汽通常參數(shù)較低，用作軸封供汽汽源，僅能滿足低壓缸軸封的供汽溫度要求，無法滿足高、中壓缸軸封的供汽溫度要求。為了保證機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)軸封用汽溫度能達(dá)到要求，需要在蒸汽管道上增加電加熱器，才滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的需求。電加熱器可以根據(jù)安裝位置、壓力、流量等級(jí)進(jìn)行訂做，流量最大可以做到100 t/h。具體有以下3 種方案（見表2）。

表2 電加熱器增加方案對(duì)比

方案一：在輔汽至軸封供汽管道上增加電加熱，提高軸封供汽溫度，滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的需求。鴻山熱電設(shè)計(jì)的機(jī)組啟動(dòng)時(shí)軸封蒸汽用量為7.5 t/h，輔汽至軸封管徑為125 mm。在輔汽至軸封供汽管路上并聯(lián)增加電熱器，在電加熱器前后增加手動(dòng)門，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火后輔汽聯(lián)箱溫度＞250 ℃后，即可退出電加熱器。也可以做成移動(dòng)式電加熱器，2 臺(tái)機(jī)組共用1 臺(tái)。

方案二：分別在高、中缸軸封供汽管道上各增加1 個(gè)電加熱，提高軸封供汽溫度，滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的需求。鴻山熱電設(shè)計(jì)的機(jī)組啟動(dòng)時(shí)軸封蒸汽用量為7.5 t/h，此流量包含小機(jī)軸封用汽、A/B 低壓缸軸封用汽、高中壓缸軸封用汽。高、中壓缸軸封用汽單根用汽量在0.6 t/h，在高中壓缸軸封供汽管道上增加電加熱器，所用的功率較小，方便安裝。在電加熱器前后增加手動(dòng)門，鍋爐點(diǎn)火升溫升壓后，對(duì)輔汽聯(lián)箱供汽，待輔汽聯(lián)箱溫度＞250 ℃后，即可退出電加熱器。

方案三：在低壓應(yīng)急供熱母管道上增加多個(gè)電加熱，等同于增加1 個(gè)電加熱鍋爐，提高輔汽聯(lián)箱進(jìn)汽溫度，滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的需求。鴻山熱電單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)最大輔汽用量為50 t/h，二期機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的輔汽用量為100 t/h，對(duì)石獅熱電到鴻山熱電輔汽聯(lián)箱的蒸汽進(jìn)行加熱至300 ℃，滿足鴻山熱電機(jī)組啟動(dòng)的需要。如果容量繼續(xù)增大也可以滿足當(dāng)4 臺(tái)機(jī)組全停、二期1 000 WM 冷態(tài)開機(jī)的輔汽需求。

如表2 所示，第一、二種方案，電加熱器電流太大，對(duì)設(shè)備可靠性要求高，且投資費(fèi)用大；第三種方案加熱器電流適中，造價(jià)低，但要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將軸封供汽引部分蒸汽出來經(jīng)加熱器加熱升溫后送到高中壓缸軸封進(jìn)汽手動(dòng)門后管道上，這樣#1、2 機(jī)組就能共用1 臺(tái)移動(dòng)式電加熱器。所以建議采取第三種方案，對(duì)#1、2 機(jī)組軸封系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造即可。

4 經(jīng)濟(jì)性、安全性分析

根據(jù)初步核算，啟動(dòng)鍋爐修復(fù)需要50 萬元；每年維護(hù)成本2 萬元（不計(jì)備件費(fèi)用）；每月定期點(diǎn)火保養(yǎng)30 min，耗油1.4 t，全年16.8 t，大概費(fèi)用12 萬元；其他費(fèi)用2 萬元，總計(jì)66萬元。

油庫每年需要有對(duì)油罐噴淋降溫水費(fèi)、油庫消防費(fèi)、維護(hù)人工費(fèi)、污油處理費(fèi)、電費(fèi)、備品備件、特種設(shè)備定檢等費(fèi)用，每年總計(jì)為54 萬元。

在我國大型火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，不可避免地都要使用到大量的柴油或重油等。油庫作為儲(chǔ)存油料的場(chǎng)所，在電廠始終是作為重大危險(xiǎn)源進(jìn)行管理的［3］。對(duì)燃煤電廠而言，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)后，將油庫拆除的安全生產(chǎn)的意義遠(yuǎn)大于維護(hù)的成本。

5 結(jié)論

本文提出了一種將熱電廠油庫及啟動(dòng)鍋爐拆除后機(jī)組重新啟動(dòng)策略，蒸汽通過低壓供熱管道，利用廠外的蒸汽對(duì)機(jī)組輔汽聯(lián)箱反供蒸汽，從而可以實(shí)現(xiàn)在無啟動(dòng)鍋爐的情況下，成功完成機(jī)組的冷態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)。突破原設(shè)計(jì)理念，并結(jié)合電廠的實(shí)際對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單技改，對(duì)全國同類型工業(yè)園區(qū)有廣泛的推廣意義。