超超臨界二次再熱機(jī)組鍋爐吹管工藝探討

張曉東，薛宏濤

( 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)西北電力試驗(yàn)研究院有限公司，陜西 西安 710032 )

0 引言

超超臨界二次再熱機(jī)組是目前高效節(jié)能電力技術(shù)的杰出代表，其較低的發(fā)電煤耗和良好的環(huán)保參數(shù)，不僅符合目前國(guó)內(nèi)大力發(fā)展清潔煤電的政策要求，而且特別適用于我國(guó)南方缺煤少電的區(qū)域。近年來超超臨界二次再熱機(jī)組的設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)項(xiàng)目與日俱增，鍋爐蒸汽吹管是機(jī)組投產(chǎn)前的重要節(jié)點(diǎn)工作，而DL/T 1269—2013《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則》[1](以下簡(jiǎn)稱“《蒸汽吹管導(dǎo)則》”)中并沒有涉及超超臨界二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管的相關(guān)內(nèi)容，各個(gè)工程只能在大致參考《蒸汽吹管導(dǎo)則》的情況下自行完成蒸汽吹管工作。本文通過對(duì)比和分析不同的蒸汽吹管方式，探討了超超臨界二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管的工藝流程。

1 工藝介紹

《蒸汽吹管導(dǎo)則》是單機(jī)容量300 MW 以上各類新建、擴(kuò)建、改建的電站鍋爐蒸汽吹管必須執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)二次再熱機(jī)組均為600 MW 及以上容量的超超臨界機(jī)組，因而二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管仍需執(zhí)行《蒸汽吹管導(dǎo)則》的相關(guān)要求。

1.1 一次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管方式

根據(jù)《蒸汽吹管導(dǎo)則》規(guī)定，鍋爐蒸汽吹管按照工藝分為降壓吹管和穩(wěn)壓吹管兩種，直流鍋爐宜采用穩(wěn)壓吹管。無論采用哪一種方式進(jìn)行蒸汽吹管時(shí)，都必須保證被吹掃系統(tǒng)各處的吹管系數(shù)(吹掃工況和鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況下蒸汽動(dòng)量之比)均大于1，即當(dāng)吹管系數(shù)大于1 時(shí)，為有效吹掃時(shí)間，否則為無效吹掃。按照《蒸汽吹管導(dǎo)則》要求，降壓吹管時(shí)，一般采用壓降比計(jì)算吹管系數(shù)，需要保證各吹掃系統(tǒng)范圍內(nèi)的壓降比大于1.4；穩(wěn)壓吹管時(shí)，則按照動(dòng)量比計(jì)算吹管系數(shù)，需保證系統(tǒng)各個(gè)部位的工質(zhì)動(dòng)量比均大于1。

鍋爐蒸汽吹管按照系統(tǒng)布置又分為一段法和兩段法兩種方式。一次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽系統(tǒng)由過熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)組成，如果將過熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)串聯(lián)，即為一段法；如果先吹掃過熱器系統(tǒng)，再吹掃再熱器系統(tǒng)，即為兩段法。一次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管方法對(duì)比見表1 所列。

表1 一次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管方法對(duì)比

1.2 二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管方式

二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽系統(tǒng)分為過熱器系統(tǒng)、一次再熱器系統(tǒng)和二次再熱器系統(tǒng)，所以吹管按照系統(tǒng)布置可以進(jìn)行三段法吹掃(《蒸汽吹管導(dǎo)則》無相關(guān)內(nèi)容)。按照表1 的方式進(jìn)行吹管方式的羅列，理論上有6 種；而且在選用兩段法時(shí)，是將過熱器與一次再熱器系統(tǒng)同時(shí)吹掃，還是將一次再熱器系統(tǒng)與二次再熱器系統(tǒng)同時(shí)吹掃，又分為了2 種；當(dāng)使用兩段和三段法吹掃時(shí)，每一階段又可以分別選用穩(wěn)壓或者降壓的方式進(jìn)行吹掃。因而造成了目前已投產(chǎn)的二次再熱機(jī)組鍋爐采用的吹管方式繁多，并無規(guī)范工藝流程。

2 工藝對(duì)比

二次再熱機(jī)組相較于一次再熱機(jī)組，有管線布置復(fù)雜、阻力大，蒸汽溫度控制難度高等特點(diǎn)，理論上可行的吹管方案也需要針對(duì)其機(jī)組設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行再次討論。

一段法雖然具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、省時(shí)省力的特點(diǎn)，但其工藝已經(jīng)不能滿足二次再熱機(jī)組蒸汽吹管的需求，見表2 所列。由于二次再熱機(jī)組鍋爐受熱面增加了一級(jí)再熱器(目前超超臨界二次再熱機(jī)組一次再熱器壓力設(shè)計(jì)約10 MPa)，將過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)串聯(lián)，需要采用降壓吹管法。臨吹門布置在一次再熱器出口，此時(shí)過熱器系統(tǒng)和一次再熱器系統(tǒng)均為蓄熱系統(tǒng)，臨吹門前壓力也能夠滿足吹管參數(shù)的要求。此方法臨時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，布置容易，而且吹管時(shí)間短，物料消耗少；缺點(diǎn)是過熱器和一次再熱器系統(tǒng)形成的蓄熱系統(tǒng)阻力較大，過熱器吹管系數(shù)(壓降比)較低，甚至達(dá)不到1.4 的基本要求，而且此方法需投入再熱器減溫水，否則易造成受熱面超溫，因此不太適用于超超臨界機(jī)組。

表2 二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管一段法對(duì)比

兩段法將鍋爐蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行分段吹掃，能夠同時(shí)滿足工藝和工期的要求。見表3 所列，例舉了兩段法蒸汽吹管的兩種方案。最優(yōu)選擇是第一階段單獨(dú)吹掃過熱器和主蒸汽管道；第二階段將臨吹門布置在過熱器出口的主蒸汽管道上，一次再熱器和二次再熱器之間再布置集粒器，實(shí)現(xiàn)一次再熱器和二次再熱器的串聯(lián)吹掃。此方法臨時(shí)系統(tǒng)布置較為復(fù)雜，但是設(shè)計(jì)合理，吹掃參數(shù)和效果能夠達(dá)到《蒸汽吹管導(dǎo)則》要求。

表3 二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管兩段法對(duì)比

第一階段吹管期間，因一次再熱器和二次再熱器管道存在干燒問題，此時(shí)應(yīng)控制爐膛出口溫度不超過540 ℃，所以必須選擇燃料投入少的降壓吹管方式；第二階段因采用過熱器、一次再熱器和二次再熱器串聯(lián)吹掃，所以應(yīng)選擇穩(wěn)壓吹管方式。原因主要為：一是二次再熱機(jī)組相對(duì)于常規(guī)一次再熱機(jī)組增加了一級(jí)再熱器，吹管壓力要求更高(9.0 ～11.0 MPa)，在此壓力下臨吹門頻繁操作，極易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致吹管工作暫停；二是二次再熱機(jī)組過熱器蓄熱能力較弱，相對(duì)于一次再熱機(jī)組降低了近30%，這直接導(dǎo)致吹管時(shí)，由于參數(shù)較高、煤耗較大、水冷壁吸熱多，導(dǎo)致過熱器壓力升高很快，但是在臨吹門開啟后，由于過熱器蓄熱不足，吹管時(shí)主蒸汽溫度大幅下降，對(duì)臨時(shí)系統(tǒng)造成較大沖擊，有極大的安全隱患，同時(shí)吹管效果也不是很理想；三是二次再熱機(jī)組一般配置爐水循環(huán)泵，加劇了上述過熱器蓄熱不足的影響，過熱器出口甚至?xí)霈F(xiàn)飽和蒸汽或者濕蒸汽，造成水擊等惡性事故發(fā)生。因此，基于安全和吹管效果考慮，第二階段應(yīng)采取穩(wěn)壓吹管方式。

對(duì)于二次再熱機(jī)組鍋爐也可采用三段法吹掃[2-3]，第一階段單獨(dú)吹掃過熱器和主蒸汽管道；第二階段將一次再熱器系統(tǒng)并入系統(tǒng)，臨吹門布置在過熱器出口的主蒸汽管道處，串聯(lián)吹掃一次再熱器系統(tǒng)；第三階段將二次再熱器系統(tǒng)并入系統(tǒng)，臨吹門同樣布置在過熱器出口，串聯(lián)一次再熱器和二次再熱器系統(tǒng)進(jìn)行吹掃。此方式系統(tǒng)布置復(fù)雜，吹掃周期長(zhǎng)，物料消耗多，但是吹管效果最好。三段法第一階段和第二階段只能采用降壓吹管的方式(防止再熱器干燒)，第三階段降壓和穩(wěn)壓吹管的方式都可以選擇。

3 工藝選擇

在二次再熱機(jī)組鍋爐蒸汽吹管工程實(shí)際應(yīng)用中，兩段法和三段法應(yīng)用較多，與上述對(duì)比分析結(jié)果一致。例如東營(yíng)某2×1 000 MW 電廠1 號(hào)機(jī)組鍋爐，采用兩段法，第一階段單吹過熱器系統(tǒng)，共降壓吹管103 次；第二階段串聯(lián)吹掃過熱器、一次再熱器和二次再熱器，共降壓吹管106 次[4]。萊蕪某1 000 MW 電廠6 號(hào)機(jī)組鍋爐，采用了三段法降壓吹掃，共吹管276 次，停爐超過8 次[3]。泰州某2×1 000 MW 電廠二期工程也采用了兩段法，兩階段均采用降壓吹管[5]。

機(jī)組鍋爐蒸汽吹管方式的選擇，在保證吹管效果的同時(shí)，還應(yīng)考慮物料消耗、工期、臨時(shí)系統(tǒng)材料、臨時(shí)系統(tǒng)布置成本等的影響。通過對(duì)比東營(yíng)某電廠和萊蕪某電廠，即使都采用降壓吹管的方式，兩段法仍比三段法減少吹掃67 次。本文通過對(duì)比分析，認(rèn)為采用兩段法的同時(shí)，第二階段在串聯(lián)吹掃過熱器、一次再熱器系統(tǒng)和二次再熱器系統(tǒng)時(shí)，采用穩(wěn)壓吹管的方式更具有優(yōu)勢(shì)，并且符合《蒸汽吹管導(dǎo)則》中直流鍋爐宜采用穩(wěn)壓吹管的要求。

4 實(shí)際應(yīng)用

北海某2×1 000 MW 電廠2 號(hào)機(jī)組鍋爐由國(guó)內(nèi)某鍋爐廠生產(chǎn)，型號(hào)SG-2747/33.07-M705，為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、單爐膛、二次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐。建設(shè)人員在蒸汽吹管討論時(shí)確認(rèn)采用兩段法，在臨時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置時(shí)考慮了降壓和穩(wěn)壓相結(jié)合的吹管方式，臨時(shí)系統(tǒng)材料全部選用合金鋼，壁厚按照550 ℃的承溫能力校核。依托工程為蒸汽吹管系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

第一階段單獨(dú)吹掃過熱器系統(tǒng)和主蒸汽管道，正式吹管時(shí)過熱器出口壓力控制為9.5 MPa。在第二次正式吹掃時(shí)即出現(xiàn)由于過熱器蓄熱不足，過熱器出口蒸汽溫度在臨吹門開啟后不升反降的問題，甚至在消音器排汽口出現(xiàn)大量濕蒸汽；吹管臨吹門關(guān)閉前后，過熱器出口蒸汽溫度從420 ℃降至300 ℃，降幅達(dá)到了100 ℃以上。

經(jīng)過討論和研究，采取了以下幾個(gè)措施：1)逐步退出爐水循環(huán)泵，同時(shí)調(diào)整鍋爐主給水旁路調(diào)閥，增加給水流量至700 t/h 以上，進(jìn)而增加鍋爐燃料量，提高排煙溫度，增加過熱器蓄熱；2)啟動(dòng)第二套制粉系統(tǒng)，保證2 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，提高爐膛出口溫度，以爐膛出口煙溫不超540 ℃為底線；3)每次吹管完成，在臨吹門完全關(guān)閉后，點(diǎn)動(dòng)開啟臨吹門3 s，讓過熱器系統(tǒng)蒸汽壓力升速變緩，延長(zhǎng)蓄熱時(shí)間，并且增加的通流還能將濕飽和蒸汽帶走，提高了吹管的安全性；4)控制每次吹管時(shí)間間隔20 ～30 min，增加鍋爐受熱面蓄熱量。通過以上措施，吹管臨吹門開啟后，過熱器出口蒸汽溫度控制在380 ～400 ℃，降幅不超過20 ℃。第一階段吹管時(shí)，過熱器吹管系數(shù)(壓降比)達(dá)到1.6。第一階段共計(jì)有效吹管66 次，停爐2 次，有效吹管第65、66 次靶板連續(xù)合格，過熱器系統(tǒng)及主蒸汽管道吹管合格。

第二階段串聯(lián)吹掃一次再熱器系統(tǒng)和二次再熱器系統(tǒng)，采用穩(wěn)壓吹管的方式，控制過熱器出口蒸汽壓力5.0 ～5.5 MPa、溫度400 ℃，一次再熱器出口蒸汽溫度460 ℃，二次再熱器出口蒸汽溫度510 ℃，吹管系數(shù)符合《蒸汽吹管導(dǎo)則》要求：過熱器出口吹管系數(shù)(工質(zhì)動(dòng)量比)1.10，一次再熱器出口吹管系數(shù)(工質(zhì)動(dòng)量比)1.58，二次再熱器出口吹管系數(shù)(工質(zhì)動(dòng)量比)1.91。第二階段共計(jì)穩(wěn)壓吹管255 min，停爐2 次。

第二階段結(jié)束后，對(duì)一次再熱器和二次再熱器分別進(jìn)行降壓打靶，此時(shí)面臨著第一階段同樣的問題，但是臨吹門不能開啟(更換靶板時(shí)必須關(guān)嚴(yán))。通過討論，并且經(jīng)鍋爐廠同意后，開啟鍋爐側(cè)過熱器疏水和汽機(jī)側(cè)主蒸汽管道疏水，控制升壓速率，增加蓄熱時(shí)間，進(jìn)而避免濕蒸汽產(chǎn)生。最終，第8、9 次有效吹管，一次再熱器系統(tǒng)靶板連續(xù)合格；第10、11次有效吹管，二次再熱器系統(tǒng)靶板連續(xù)合格，

北海某電廠2 號(hào)機(jī)組鍋爐共計(jì)有效降壓吹管77 次，穩(wěn)壓吹管255 min，中間停爐5 次，耗時(shí)10 d(其中多數(shù)時(shí)間在等待化學(xué)制備除鹽水)。相較于上述幾個(gè)二次再熱機(jī)組項(xiàng)目，縮短了降壓吹管次數(shù)，減少了停爐次數(shù)和時(shí)間，規(guī)避了二次再熱機(jī)組鍋爐降壓吹管時(shí)面臨的問題，增加了超超臨界機(jī)組鍋爐穩(wěn)壓吹管過程，效果顯著，吹管結(jié)果符合《蒸汽吹管導(dǎo)則》的要求。

5 結(jié)語

超超臨界二次再熱機(jī)組經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的投產(chǎn)，涌現(xiàn)出很多可供后續(xù)參考的技術(shù)指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)。鍋爐吹管是建設(shè)期承上啟下的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，吹管質(zhì)量的高低直接影響著后續(xù)整套設(shè)備啟動(dòng)是否順利，因而更應(yīng)該引起重視。本文通過例舉幾種不同的吹管方式，對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，并且經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用證明，采用兩段法吹掃，第一階段降壓吹掃過熱器系統(tǒng)及主蒸汽管道，第二階段將過熱器系統(tǒng)與一次再熱器系統(tǒng)和二次再熱器系統(tǒng)串聯(lián)，穩(wěn)壓吹掃一次再熱器和二次再熱器系統(tǒng)，在理論和實(shí)際上，都證明了其可取之處。