燃機(jī)電廠余熱鍋爐降壓節(jié)能研究

王劍杰WANG Jian-jie；桑偉逢SANG Wei-feng

（國能浙江余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，余姚 315400）

0 引言

某電廠為美國通用電氣（GE）公司生產(chǎn)的780MW“二拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組燃機(jī)，余熱鍋爐由是由DELTAK 公司生產(chǎn)的DINO－6196 型臥式、三壓、再熱、自然循環(huán)的無補(bǔ)燃鍋爐，每臺余熱鍋爐通過GE9F 燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖来瘟鹘?jīng)鍋爐各個受熱面，加熱給水及其蒸汽，最后產(chǎn)生合格的高溫高壓蒸汽帶動汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電做功。

余熱鍋爐露天布置，由省煤器、汽包、蒸發(fā)器、過熱器以及上下聯(lián)箱等換熱管簇和容器等組成，構(gòu)成了水變成蒸汽的三個階段：加熱、蒸發(fā)、過熱。采用水平方向流動的煙氣和垂直布置的受熱面而進(jìn)行熱量交換的方式來產(chǎn)生過熱蒸汽，進(jìn)口煙道將燃機(jī)出口段與鍋爐本體連接起來，并將煙氣均勻的分配給鍋爐的受熱面，其本體受熱面按照壓力等級從前到后依次并列，煙囪布置在最后。鍋爐輔助設(shè)備配由KSB 公司生產(chǎn)的2 臺高壓給水泵、2 臺中壓給水泵和Union pump company 公司生產(chǎn)2 臺低壓再循環(huán)給水泵組成。

在年平均氣象條件下，余熱鍋爐主要參數(shù)如表1。

表1 余熱鍋爐主要參數(shù)

1 現(xiàn)狀

受外部環(huán)境影響，調(diào)峰機(jī)組基本為早起晚停運(yùn)行，由于余熱鍋爐本身的蓄熱量，在機(jī)組停機(jī)后，燃機(jī)盤車投入，燃機(jī)高溫部件溫度較高，部份熱量逐級傳遞到后面的鍋爐受熱面，造成高壓、中壓、低壓汽包壓力逐漸升高。當(dāng)高壓汽包壓力升高到一定時，正常10.5MPa 左右，高壓汽包開始降壓放熱，造成布置在高壓受熱面后的中壓、低壓受熱面吸熱壓力升高，為了保證中壓、低壓過熱器安全門不動作，當(dāng)中壓汽包壓力升高到2.5MPa 時，中壓過熱器出口疏水電動門開啟，汽包壓力2.3MPa 時關(guān)閉；低壓汽包壓力升高到0.5MPa 時低壓過熱器出口疏水電動門開啟，汽包壓力0.45MPa 時關(guān)閉。通過排放管道這些熱量排放到定排擴(kuò)容器，流入定排水池，最后排到曝氣池，造成大量熱量與工質(zhì)的浪費(fèi)，并且排放時產(chǎn)生噪音，污染環(huán)境。

2 原因分析

2.1 中低壓汽包排放次數(shù)

（圖1、圖2 中，藍(lán)色曲線：中壓過熱器出口疏水電動閥開啟次數(shù)，綠色曲線：低壓過熱器出口疏水電動閥開啟次數(shù)）

圖1 #1 爐

圖2 #2 爐

從圖1、圖2、表2 和表3 中可以看出一般#1 爐中壓汽包排放8-14 次，低壓汽包排放11-18 次，#2 爐中壓汽包排放8-11 次，低壓汽包排放10-14 次，每次排放時間中壓一般在10min 左右，#1 爐低壓汽包平均排放時間18min，#2 爐低壓汽包平均排放時間16min。

表2 #1 爐不同壓力下的排放次數(shù)統(tǒng)計(jì)

表3 #2 爐不同壓力下排放次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 原因分析

原因分析關(guān)聯(lián)圖如圖3。

圖3 原因分析關(guān)聯(lián)圖

末端原因：

①解列前沒有降低IPC 設(shè)定值。

②停機(jī)時高壓汽包沒有降壓。

③停機(jī)后二次上水時機(jī)不正確。

④煙囪擋板關(guān)閉時間過早。

確定主要原因（如表4-表6）：

表4 不同IPC 設(shè)定值下的排放次數(shù)

①要因確認(rèn)一：解列前沒有降低IPC 設(shè)定值。

確認(rèn)內(nèi)容：解列前降低IPC 設(shè)定值對中壓汽包排放的影響情況；確認(rèn)方法：試驗(yàn)、調(diào)查分析；實(shí)驗(yàn)背景：停機(jī)時汽包壓力高壓8.0MPa、中壓2.4MPa、低壓0.4MPa；結(jié)果表明，降低IPC 設(shè)定值，在停機(jī)過程中對汽包排放次數(shù)的影響不是很明顯，排放次數(shù)基本差不多。確認(rèn)結(jié)論：非要因。見表4。

②要因確認(rèn)二：停機(jī)時高壓汽包沒有降壓。

確認(rèn)內(nèi)容：停機(jī)時高壓汽包降壓對中低壓汽包排放的影響情況；確認(rèn)方法：試驗(yàn)、調(diào)查分析；實(shí)驗(yàn)背景：停機(jī)時汽包壓力中壓2.4MPa、低壓0.4MPa；結(jié)果表明，停機(jī)時降低高壓汽包的壓力值能明顯降低中、低壓汽包的排放次數(shù)。確認(rèn)結(jié)論：要因。見表5。③要因確認(rèn)三：停機(jī)后二次上水時機(jī)不正確。

表5 不同高壓汽包壓力下的排放次數(shù)

確認(rèn)內(nèi)容：停機(jī)后二次上水時機(jī)對中壓汽包排放次數(shù)的影響情況；確認(rèn)方法：調(diào)查分析；影響程度：停機(jī)后二次上水時機(jī)過早，則汽包上水量較少，爐水儲存熱量也較少；如上水時間過晚，能吸收的熱量較少，無法起到上水蓄熱的作用。現(xiàn)狀情況：經(jīng)過調(diào)查表明，在長期操作經(jīng)驗(yàn)的積累下，在高壓汽包8.0MPa 左右上水為最佳時機(jī)，滿足啟機(jī)前的汽包水位，也能滿足啟機(jī)時的輔汽供應(yīng)。確認(rèn)結(jié)論：非要因。

④要因確認(rèn)四：煙囪擋板關(guān)閉時間過早。

確認(rèn)內(nèi)容：煙囪擋板關(guān)閉時間過早對中壓汽包排放次數(shù)的影響情況；確認(rèn)方法：試驗(yàn)、調(diào)查分析；實(shí)驗(yàn)背景：停機(jī)時汽包壓力高壓8.0MPa、中壓2.4MPa、低壓0.4MPa，煙囪擋板關(guān)閉過早的話，會導(dǎo)致內(nèi)部熱量積聚，無法形成冷卻通道；現(xiàn)狀情況：經(jīng)過調(diào)查表明，煙囪擋板關(guān)閉時間過早對中壓汽包排放次數(shù)的影響不明顯；確認(rèn)結(jié)論：非要因。見表6。

表6 不同轉(zhuǎn)速下的排放次數(shù)

3 試驗(yàn)過程

①01 月24 日19:40#2 機(jī)減負(fù)荷開始停機(jī)，解列后通過高旁，熄火關(guān)爐側(cè)電動閥時高壓汽包壓力控制在6.0MPa，00:08 高壓汽包壓力7.62MPa、水位-226mm，啟動高壓給水泵上水至0mm，06:30 燃機(jī)冷拖前水位-452mm。

隨著停機(jī)，中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.25MPa，06:10 投輔汽前壓力1.8MPa，水位-182mm，期間啟動給水泵上水一次，中壓共排放3 次，排放總時間35min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前共排放6 次，排放總時間140min。

②01 月29 日23:58#1 機(jī)減負(fù)荷開始停機(jī)，解列后通過高旁，熄火關(guān)爐側(cè)電動閥時高壓汽包壓力控制在6.5MPa，05:50 高壓汽包壓力6.6MPa、水位-386mm，啟動高壓給水泵上水至-20mm，13:10 燃機(jī)冷拖前水位-436mm。

中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.40MPa，06:06 中壓水位降低至-206mm，再次啟動中壓給水泵上水至22mm，12:50 投輔汽前壓力2.0MPa，水位-173mm，期間排放5 次，共25min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前總共排放7 次，排放總時間112min。

③02 月03 日18:50#1 機(jī)減負(fù)荷開始停機(jī)，解列后通過高旁，熄火關(guān)爐側(cè)電動閥時高壓汽包壓力控制在7.0MPa，22:50 高壓汽包壓力8.3MPa、水位-234mm，啟動高壓給水泵上水至90mm，06:30 燃機(jī)冷拖前水位-465mm。

隨著停機(jī)，中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.3MPa，06:10 投輔汽前汽包壓力2.0MPa，最低降至1.2MPa，期間排放了5 次，排放總時間54min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前共排放6 次，排放總時間98min。

④02 月09 日00:08#1 機(jī)減負(fù)荷開始停機(jī)，解列后通過高旁，熄火關(guān)爐側(cè)電動閥時高壓汽包壓力控制在7.5MPa，04:12 高壓汽包壓力8.07MPa、水位-276mm，啟動高壓給水泵上水至100mm，14:00 燃機(jī)冷拖前水位-565mm。

中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.35MPa，04:24 中壓水位降低至-95mm，啟動中壓給水泵上水至90mm，12:00 中壓汽包壓力2.4MPa，13:50 投輔汽前壓力2.2MPa，水位-202mm，輔汽壓力最低降到1.4MPa，期間排放7 次，共64min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前總共排放8 次，排放總時間130min。

4 操作優(yōu)化

①思路：汽機(jī)解列前，盡量釋放高、中受熱面蓄熱量，讓這部分能量進(jìn)入汽機(jī)，增加停機(jī)過程中發(fā)電量。燃機(jī)熄火前，高、中、低壓汽包水位控制在低位合理范圍，為燃機(jī)熄火后存儲熱量提前做準(zhǔn)備，燃機(jī)熄火后，緩慢將高、中壓汽包水位上到規(guī)定水位。

②操作方法：考慮到供輔汽壓力要求以及啟停間隔時間，停爐過程中可以通過緩慢降低高中低壓汽包的壓力設(shè)定值，解列后至熄火高、中、低壓汽包水位控制在低位合理范圍內(nèi)，熄火時將高壓汽包壓力控制在7.0MPa 左右；中壓壓力隨減負(fù)荷開始緩慢降低至1.8MPa，降壓時注意冷再的壓力、汽包水位的變化情況；解列后通過控制低旁，將低壓汽包壓力緩慢降至0.35MPa，注意高中壓給水泵運(yùn)行參數(shù)的變化，低壓汽包省煤器三通閥開度40%，維持低壓汽包上水流量50T/H 左右，將低壓汽包水位上至300mm以上。

③注意事項(xiàng)：停機(jī)后鍋爐二次上水時要把握好時間，以免中壓上水后，壓力下降，導(dǎo)致軸封供氣量不足。

5 節(jié)能分析

效益一：計(jì)算公式如下：

流量Q=[P/（ρgSL）]＾（1/2）比阻為S=10.3n＾2/D

P：壓力，ρ：密度，S：比阻，L：管道長度，n：管內(nèi)壁粗糙度，D：管內(nèi)徑。已知中壓過熱蒸汽參數(shù)：P=2.4MPa，T=220℃，L=20m，D=50mm，查表：ρ=12.02kg/m3，n=0.3mm，計(jì)算出比阻S≈0.02mm，那么流量Q=225m3/h。

已知低壓過熱蒸汽參數(shù)：P=0.5MPa，T=160℃，L=30m，D=50mm，查表：ρ=2.67kg/m3，n=0.3mm，計(jì)算出比阻S≈0.02mm，那么流量Q=178m3/h。

按#1 機(jī)啟動105 次，按最大排放量算，每次排放時間中壓10min 左右，低壓汽包平均排放時間18min 左右，中壓總排放量=225×1/6×105×14=55125m3，低壓總排放量=178×3/10×105×18=100926m3。假如通過操作優(yōu)化后，將排放次數(shù)控制在平均5 次，可以算出排放量中壓總排放量=225×1/6×105×5=19687m3，低壓總排放量=178×3/10×105×5=28035m3節(jié)約的總排汽量為（35438+72891）=108319m3。

效益二：縮短了二次上水時中壓給水泵運(yùn)行時間。

由表7 和表8 可知，一次給水泵運(yùn)行時間平均縮短10min 左右，節(jié)約的電量為16A×6.3kV×1.732×1/6h=29kWh，那么一年兩臺爐共節(jié)約電量=6090kWh。

表7 實(shí)施前給水泵上水時間統(tǒng)計(jì)

表8 實(shí)施后給水泵上水時間統(tǒng)計(jì)（min）

6 結(jié)語

通過優(yōu)化操作方法后，合理降低汽包壓力，大大減少了中低壓汽包的泄壓排放次數(shù)，避免了停爐后熱量的大量浪費(fèi)，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。