槽式光熱電站穩(wěn)壓蒸汽吹掃方案研究

中國船舶重工集團(tuán)新能源有限責(zé)任公司 于建華 李艷峰 王 琪 李澤鵬 徐長(zhǎng)龍

1 概述

汽機(jī)主蒸汽系統(tǒng)及再熱蒸汽系統(tǒng)安裝完畢后，在機(jī)組首次啟動(dòng)前必須對(duì)上述有關(guān)管道進(jìn)行蒸汽吹管，清除在管道制造、安裝過程中殘留的各種雜物，防止機(jī)組啟動(dòng)后，系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)被帶入汽輪機(jī)，沖擊并損傷汽輪機(jī)葉片，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)介紹

導(dǎo)熱油槽式光熱發(fā)電項(xiàng)目，全廠配置有鏡場(chǎng)SOF、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、導(dǎo)熱油系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、常規(guī)島及附屬系統(tǒng)等幾個(gè)部分。導(dǎo)熱油通過在鏡場(chǎng)吸收太陽輻射，將其吸收的熱能輸送給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。蒸汽發(fā)生系統(tǒng)利用導(dǎo)熱油傳遞的熱量生產(chǎn)過熱蒸汽并輸送至常規(guī)島沖動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做功。給水先后通過預(yù)熱器和蒸發(fā)器（包含汽包）后生成的飽和蒸汽在過熱器中被加熱成過熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸膨脹做功，高壓缸排汽經(jīng)再熱冷段管道進(jìn)入再熱器，然后通過再熱熱段管道進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸繼續(xù)膨脹做功。

本項(xiàng)目SGS系統(tǒng)按雙系列配置，單列設(shè)計(jì)參數(shù)為：主蒸汽壓力10.3MPa、主蒸汽溫度383.5℃、流量196560kg/h。再熱器出口蒸氣溫度382.2℃、壓力4.34MPa、流量167040kg/h。

3 吹管方式選擇

3.1 穩(wěn)壓法蒸汽吹掃

3.1.1 穩(wěn)壓吹掃方式

穩(wěn)壓吹管是在保持SGS氣溫、汽壓不變情況下進(jìn)行的吹掃。吹管時(shí)隨著SGS的升溫升壓，逐漸提高SGS導(dǎo)熱油與蒸發(fā)器的熱量交換率，同時(shí)打開吹管臨時(shí)控制門，當(dāng)臨時(shí)控制門達(dá)到某一開度時(shí)，吹管蒸汽排汽量與導(dǎo)熱油與SGS間的熱交換率相平衡，在此穩(wěn)定狀態(tài)下吹管一段時(shí)間，然后逐漸降低導(dǎo)熱油與SGS間的熱交換率，關(guān)閉臨時(shí)控制門。

3.1.2 穩(wěn)壓吹掃方式特點(diǎn)

吹管時(shí)各部分參數(shù)變化小，操作穩(wěn)定，水位變化緩慢，不易產(chǎn)生過熱器帶水現(xiàn)象；每次吹管導(dǎo)熱油與SGS換熱量較大，水量消耗大，吹管補(bǔ)水時(shí)間長(zhǎng)；因?qū)嵊团cSGS換熱量較大，需要鏡場(chǎng)SOF提供足夠熱量進(jìn)行穩(wěn)壓吹掃。

3.2 降壓法蒸汽吹掃

3.2.1 降壓防蒸汽吹掃方式

降壓吹管法也稱蓄能法，即利用導(dǎo)熱油工質(zhì)的蓄熱短時(shí)釋放進(jìn)行吹管的方法。當(dāng)SGS升到一定壓力時(shí)突然全開吹管控制門，同時(shí)保持導(dǎo)熱油與SGS的熱交換率或降低導(dǎo)熱油與SGS的熱交換率，當(dāng)壓力降到一定值時(shí)全關(guān)控制門，然后重新升壓進(jìn)行下一次吹管。

3.2.2 降壓吹掃方式特點(diǎn)

可以利用防凝爐對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱進(jìn)行蓄能吹管，可以不需要太陽場(chǎng)SOF投入；吹掃次數(shù)較穩(wěn)壓吹掃次數(shù)較多。

3.3 吹管方式選擇

根據(jù)槽式光熱電站全廠調(diào)試進(jìn)度計(jì)劃，動(dòng)力島區(qū)域注油完畢→鏡場(chǎng)注油調(diào)試，考慮后期已具備穩(wěn)壓吹管條件且太陽能資源是免費(fèi)提供。另外，降壓吹管操作復(fù)雜、降壓過程中SGS汽包、過熱器蒸汽壓力迅速下降，進(jìn)而存在換熱器金屬溫度下降速度超過允許值（10℃/min）的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，最終確定采用穩(wěn)壓吹管方式。

吹管時(shí)啟動(dòng)鏡廠加熱導(dǎo)熱油，當(dāng)導(dǎo)熱油溫度滿足SGS啟動(dòng)要求后，聯(lián)合啟動(dòng)SGS，用臨吹門控制暖管和吹管參數(shù)，調(diào)整導(dǎo)熱油流量進(jìn)行蒸汽流量的調(diào)整，達(dá)到吹管參數(shù)來吹掃各段蒸汽管道。

4 蒸汽吹管的流程

為避免因主蒸汽系統(tǒng)管道吹掃產(chǎn)生大量硬質(zhì)雜質(zhì)，對(duì)下游再熱器內(nèi)部換熱管的損傷，吹管采用兩階段穩(wěn)壓吹掃流程，即先吹掃主蒸汽管道，主蒸汽管道吹掃合格后，將主蒸汽和冷再管道短接，再吹掃再熱蒸汽管道及旁路蒸汽管道。

4.1 第一階段吹管

第一階段吹掃范圍：主蒸汽管道+高壓旁路入口管路。蒸汽在過熱器被加熱至290～320℃左右，經(jīng)過主蒸汽管道（流量計(jì)、止回閥閥芯拆除），汽機(jī)高壓主汽門假閥芯，從2臺(tái)主汽門吹管裝置出口支管合并成母管，后分成三路，一路至高壓旁路吹管裝置，一路至低溫再熱（去再熱器）系統(tǒng)，一路至第一階段臨吹閥管道（Φ273X10）后→靶板→消音器。

4.2 第二階段吹管

第二階段吹掃范圍：高旁出口管路+冷再管路+熱再管路。過熱器吹掃結(jié)束后，關(guān)閉第一階段臨吹閥，更換高旁閥假閥芯，高壓蒸汽經(jīng)過第二階段臨吹門和高壓旁路管道進(jìn)入再熱冷段，到再熱器，再到熱段，通過臨時(shí)管道排至消音器。過熱器、高壓旁路系統(tǒng)、再熱器共用裝設(shè)在中壓系統(tǒng)出口臨時(shí)管道上的靶板器進(jìn)行驗(yàn)靶。蒸汽吹掃管道如圖1所示。

圖1 蒸汽吹掃管道

主蒸汽、高旁系統(tǒng)吹掃臨時(shí)管道設(shè)計(jì)壓力5MPa，設(shè)計(jì)溫度350℃[1]；再熱、低旁系統(tǒng)吹掃臨時(shí)管道設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，設(shè)計(jì)溫度350℃。

5 吹管控制參數(shù)

5.1 吹管壓力估算

按照我國《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則》（DL/T1269—2013），控制門全開后，過熱器出口壓力達(dá)到表數(shù)值[2]，具體見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值

根據(jù)TRL工況條件蒸汽參數(shù)選取過熱器出口壓力2.4MPa，根據(jù)熱平衡圖過熱器及主蒸汽管道壓損約3.0bar，則吹管時(shí)汽包控制壓力估算為3.0～4.0MPa，再熱器出口控制壓力為1.0MPa。

5.2 吹管系數(shù)試算

吹管系數(shù)K：吹管時(shí)蒸汽的動(dòng)量與額定工況時(shí)蒸汽動(dòng)量之比，計(jì)算：

式中：K—吹管系數(shù)；Db—吹管工況蒸汽流量，t/h；Vb—吹管工況蒸汽比體積，m3/kg；D0—鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況蒸汽流量，t/h；V0—鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況蒸汽比體積，m3/kg。

吹管參數(shù)的選擇必須保證被吹掃系統(tǒng)管道各處的吹管系數(shù)均大于1，根據(jù)上述計(jì)算公式，分別對(duì)主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)，不同吹管工況參數(shù)下，吹管蒸汽流量Db試算結(jié)果見表2。

表2 吹管蒸汽流量Db試算結(jié)果

5.3 吹管實(shí)際參數(shù)

根據(jù)汽輪機(jī)廠家吹管質(zhì)量驗(yàn)收導(dǎo)則，選用鋁制靶板，靶板材質(zhì)及硬度在HB25～35，靶板合格標(biāo)準(zhǔn)為：每次打靶時(shí)間不少于20min，無大于1mm斑痕，0.5～1mm斑痕不超過4個(gè)，大于0.2mm斑痕不超過10個(gè)。第一階段實(shí)際吹掃參數(shù)見表3。第二階段實(shí)際吹掃參數(shù)見表4。

表3 第一階段實(shí)際吹掃參數(shù)

表4 第二階段實(shí)際吹掃參數(shù)

6 吹管注意事項(xiàng)

6.1 第二階段吹管壓力控制

由上面計(jì)算分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際執(zhí)行情況，當(dāng)主蒸汽通過臨吹門→冷再管道→熱再管道時(shí)，由于系統(tǒng)管道阻力很小，導(dǎo)致熱再出口蒸汽壓力偏高2.0MPa。此時(shí)要達(dá)到再熱管道吹管系數(shù)大于1，需要總蒸汽流量很大，現(xiàn)場(chǎng)無法滿足。

解決方案為將主蒸汽通過高壓旁路閥假閥芯→冷再管道→熱再管道，由于旁路調(diào)節(jié)閥的減壓作用，導(dǎo)致熱再出口蒸汽壓力降低為0.7MPa。此時(shí)蒸汽流量在合理范圍即可滿足吹管系數(shù)要求。

6.2 吹管臨時(shí)補(bǔ)水設(shè)計(jì)

光熱電站機(jī)組采用穩(wěn)壓吹管方案，結(jié)合吹管系數(shù)試算結(jié)果，吹管流量為155～221t/h，由于光熱電站只能白天吹管，考慮當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)長(zhǎng)穩(wěn)壓吹管運(yùn)行時(shí)間約6～7h，所以日用水量約930～1540t/d。

項(xiàng)目化學(xué)除鹽水出力為2×25t/h，化水系統(tǒng)配置除鹽水箱2臺(tái)250m3，儲(chǔ)水量不夠則意味著每天吹管時(shí)間較短，將會(huì)增加吹管工期，需要增加臨時(shí)補(bǔ)水儲(chǔ)罐及臨時(shí)補(bǔ)水泵系統(tǒng)。解決方案為：設(shè)置4個(gè)容積為300m3的臨時(shí)水袋，水袋含補(bǔ)水口和排水閥門，補(bǔ)水來自化水系統(tǒng)鏡面沖洗水接口，排水由水袋排水閥出口自流至臨時(shí)低位無壓水箱，水箱內(nèi)配置自吸泵進(jìn)行加壓補(bǔ)水。

6.3 SGS給水溫度偏低的問題

由于光熱電站SGS采用管殼式換熱器，廠家要求SGS省煤器上水溫度不能低于導(dǎo)熱油進(jìn)口溫度減去145℃（報(bào)警值），經(jīng)過熱平衡核算，要求吹管期間給水溫度在100℃以上?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)2臺(tái)10t/h的輔助鍋爐，鍋爐出口蒸汽通過輔助蒸汽系統(tǒng)進(jìn)入除氧器，穩(wěn)壓吹管期間2臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)給水進(jìn)行加熱，其熱量不能滿足將全部給水加熱至100℃的能力。

為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)將2#高壓加熱器加熱蒸汽（來自冷再熱蒸汽管道）對(duì)給水自加熱方式，通過這種方式可以將給水溫度提高25～35℃，當(dāng)給水流量為212t/h時(shí)，SGS省煤器上水溫度可以達(dá)到121℃，解決了SGS省煤器上水溫度低問題。