段 寶

（華北電力科學(xué)研究院(西安)有限公司，陜西 西安 710065）

600MW超臨界直流鍋爐蒸汽吹管技術(shù)的分析

段 寶

（華北電力科學(xué)研究院(西安)有限公司，陜西 西安 710065）

結(jié)合某電廠600MW超臨界直流鍋爐蒸汽吹管的工程實(shí)踐，比較了穩(wěn)壓吹管方式和降壓吹管方式的優(yōu)、缺點(diǎn)；對(duì)2種吹管方式實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和說(shuō)明，并提出相應(yīng)的解決措施。

超臨界直流鍋爐；穩(wěn)壓吹管；降壓吹管；解決措施

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，600MW及以上的超臨界機(jī)組已逐步成為電廠的主力機(jī)型。在工程實(shí)踐中，穩(wěn)壓吹管和降壓吹管方式在超臨界直流鍋爐吹管中都有應(yīng)用，但是鑒于超臨界直流鍋爐的特點(diǎn)，穩(wěn)壓吹管方式和降壓吹管的應(yīng)用均有很多技術(shù)難點(diǎn)。結(jié)合某電廠600MW超臨界直流鍋爐蒸汽吹管的實(shí)例，對(duì)這2種吹管方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)分析在工程實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，并提出解決措施。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠新建工程為2×600MW超臨界機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓直流爐，為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、干態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐型號(hào)為：SG-2084/25.4-M979，其主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

1.1 汽水啟動(dòng)系統(tǒng)

每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)50%BMCR容量的汽動(dòng)給水泵和1臺(tái)30%BMCR容量的電動(dòng)給水泵。鍋爐下輻射區(qū)水冷壁為螺旋管圈，上輻射區(qū)水冷壁為垂直管圈，過(guò)渡段采用中間混合集箱相連。主蒸汽溫度主要通過(guò)調(diào)節(jié)水煤比并配合兩級(jí)減溫水進(jìn)行調(diào)整；再熱蒸汽溫度通過(guò)燃燒器擺角和事故減溫水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.2 燃燒和制粉系統(tǒng)

鍋爐燃燒采用引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS）；煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。制粉系統(tǒng)采用正壓冷一次風(fēng)直吹式系統(tǒng)；與燃燒器煤粉噴嘴配套，每爐配備6臺(tái)ZGM113N型中速輥式磨煤機(jī)(5用1備)。

2 吹管范圍和流程

2.1 吹管范圍

吹管范圍包括：從啟動(dòng)分離器到末級(jí)過(guò)熱器出口集箱的過(guò)熱器系統(tǒng)；主蒸汽管道；冷段再熱蒸汽管道；從冷段再熱器入口集箱到熱段再熱器出口集箱；熱段再熱蒸汽管道及高壓旁路管道。

2.2 吹管流程

主系統(tǒng)吹管的具體流程為：?jiǎn)?dòng)分離器→過(guò)熱器→主蒸汽管道→高壓主汽門→臨時(shí)管道→臨沖門→臨時(shí)管道→過(guò)熱器靶板→臨時(shí)管道→集粒器→冷段再熱蒸汽管道→再熱器→熱段再熱蒸汽管道→中壓主汽門→臨時(shí)管道→再熱器靶板→臨時(shí)管道→消音器。

3 穩(wěn)壓吹管

穩(wěn)壓吹管是指鍋爐升至吹管壓力，臨沖門全開(kāi)，通過(guò)控制燃煤量和蒸汽消耗量平衡，維持一定的吹管壓力和溫度，在保證吹管系數(shù)大于1的情況下，利用大量的蒸汽流量來(lái)沖洗受熱面管道。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：每次吹管時(shí)間長(zhǎng)，總吹管次數(shù)減少，且效果佳；鍋爐能達(dá)45%～60%的熱負(fù)荷，需投入制粉系統(tǒng)，燃油少；不用頻繁操作臨沖門，有利于給水調(diào)節(jié)和分離器水位的控制，保證爐水循環(huán)泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行；鍋爐水動(dòng)力穩(wěn)定，減少對(duì)鍋爐厚壁元件的應(yīng)力沖擊。由于超臨界直流鍋爐沒(méi)有汽包，鍋爐蓄熱較小，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為采用穩(wěn)壓吹管方式是最佳選擇。但是，穩(wěn)壓吹管要求至少有3臺(tái)制粉系統(tǒng)能投入，至少有1臺(tái)汽動(dòng)給水泵能配合電動(dòng)給水泵向鍋爐補(bǔ)水，在大流量吹管階段能有可靠水源補(bǔ)充等，對(duì)基建安裝進(jìn)度和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作要求較高。

該電廠2臺(tái)600MW超臨界直流鍋爐在第1階段均采用穩(wěn)壓吹管方式。每次穩(wěn)壓吹管，分離器出口壓力維持在4.5MPa～5.7MPa，投入4臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，總煤量在98t/h～125t/h，省煤器入口流量達(dá)到950t/h，每次有效時(shí)間均在40min以上，過(guò)熱器吹管系數(shù)也在1.2以上。這極大提高了吹管效果和效率，也提前考驗(yàn)了鍋爐本體及其輔機(jī)帶大負(fù)荷的能力，提高了運(yùn)行人員水平。但是，仍存在以下4個(gè)突出問(wèn)題。

3.1 水源補(bǔ)充

一階段穩(wěn)壓吹管時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于機(jī)側(cè)的補(bǔ)水能力，而一般在新建2臺(tái)600MW超臨界機(jī)組的基建工程中，化學(xué)最大除鹽水制水量?jī)H為120t/h左右；在吹管過(guò)程中因輔助蒸汽用戶多，啟動(dòng)鍋爐需消耗40t/h～60t/h除鹽水，供給至凝汽器的除鹽水僅為60t/h～80t/h，相比800t/h～1000t/h大流量穩(wěn)壓吹管，可靠的補(bǔ)水能力成為突出問(wèn)題。

針對(duì)以上情況，電廠在進(jìn)行穩(wěn)壓吹管前，需將除鹽水罐、凝汽器及除氧器蓄至最高水位，并在除鹽水罐至凝汽器間增加1個(gè)Φ273的臨時(shí)管和出力約300t/h的給水泵，以直接向凝汽器補(bǔ)水，從而有效延長(zhǎng)穩(wěn)壓吹管時(shí)間，使一次吹管持續(xù)時(shí)間達(dá)40min以上。同時(shí)，充足可靠的凝汽器補(bǔ)水對(duì)鍋爐本體的冷態(tài)、熱態(tài)大流量沖洗提供保證，加快了汽水品質(zhì)合格時(shí)間，也有利于縮短吹管工期。

3.2 防止超溫

因受臨時(shí)管材的限制，吹管過(guò)程中必須控制汽溫不超過(guò)管材的許用溫度，一般要求主蒸汽和再熱蒸汽溫度均在400℃～4 30℃，不得超過(guò)450℃。在穩(wěn)壓吹管過(guò)程中，投煤量可達(dá)90t/h～1 20t/h，且受補(bǔ)水能力限制，增加煤量速度較快。因此，防止汽溫或受熱面管壁溫度超限成為重點(diǎn)問(wèn)題。尤其是再熱蒸汽及再熱器、再熱器出口的臨時(shí)管道更容易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，這是因?yàn)榇倒苓^(guò)程中過(guò)熱蒸汽未經(jīng)汽輪機(jī)做功，就直接進(jìn)入再熱器內(nèi)進(jìn)行二次受熱。同時(shí)，穩(wěn)壓吹管過(guò)程中，隨著給水流量的快速增加，而除氧器受輔助蒸汽限制，加熱能力有限，給水溫度會(huì)不斷降低，增加工質(zhì)的汽化潛熱，水冷壁的產(chǎn)汽率降低，也會(huì)造成汽溫和受熱面管壁溫度大幅上漲。表2給出了穩(wěn)壓吹管過(guò)程中主、再熱蒸汽溫度的變化。

表2 穩(wěn)壓吹管中主、再熱蒸汽溫度

所以，吹管前應(yīng)將過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽的減溫水管路沖洗干凈，以使其在吹管過(guò)程中可靠投入。因大流量穩(wěn)壓吹管常采用汽動(dòng)給水泵補(bǔ)水，在泵的調(diào)整中應(yīng)密切監(jiān)視輔助蒸汽壓力，防止輔助蒸汽壓力低而影響汽動(dòng)給水泵帶負(fù)荷，造成水煤比失調(diào)引起超溫事故。同時(shí)，必須通過(guò)有效的配風(fēng)、提高給水溫度在40℃以上、嚴(yán)格遵循鍋爐升溫升壓速度等方式控制汽溫在要求范圍內(nèi)。

3.3 切忌將給水由旁路切換至主路運(yùn)行

大流量穩(wěn)壓吹管過(guò)程中，給水流量已至40%以上，但切忌將給水由旁路切換至主路運(yùn)行。其原因，一是因?yàn)榍袚Q后主蒸汽減溫水差壓難以維持，會(huì)嚴(yán)重影響汽溫控制；二是因?yàn)榇倒軙r(shí)機(jī)組背壓很低，如果切換至主路，易使給水泵偏離工作區(qū)，造成設(shè)備損壞。另外，在穩(wěn)壓吹管時(shí)分離器工作壓力為4.5 MPa～6 MPa，如切換至主路運(yùn)行，加上水冷壁、省煤器及給水管道的阻力，運(yùn)行的給水泵出口壓力可能僅為7MPa～8MPa，而在穩(wěn)壓管吹管過(guò)程中如此大的給水流量下，給水泵出口壓力至少應(yīng)在15 MPa以上。所以，在穩(wěn)壓吹管時(shí)，盡管給水流量很大，仍應(yīng)保持旁路運(yùn)行，利用給水調(diào)節(jié)門維持給水泵的出口壓力在工作區(qū)范圍內(nèi)。

3.4 是否應(yīng)轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行

現(xiàn)在，超臨界直流鍋爐穩(wěn)壓吹管過(guò)程中常轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行，并保持15℃～30℃的過(guò)熱度，這樣有利于增加蒸汽的比容和流速，進(jìn)而提高吹管系數(shù)。但也有超臨界直流鍋爐穩(wěn)壓吹管過(guò)程中未轉(zhuǎn)入干態(tài)，而一直在濕態(tài)工況下運(yùn)行的案例。這主要是考慮到在正常運(yùn)行中，分離器在工作壓力為9.5MPa～11.5 MPa進(jìn)行干、濕態(tài)切換，而在吹管過(guò)程中，分離器工作壓力僅為4.5MPa～6MPa，偏離設(shè)計(jì)曲線，工質(zhì)工作壓力過(guò)低，改變汽水特性，易造成受熱面管壁超溫，且轉(zhuǎn)入干態(tài)后，主(再熱)蒸汽溫度均有約10℃以上的上漲，不利于汽溫控制。因此，超臨界直流鍋爐穩(wěn)壓吹管過(guò)程中是否應(yīng)轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行仍有待于研究。

此外，由于吹管是鍋爐首次帶負(fù)荷運(yùn)行，是否轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行必須根據(jù)運(yùn)行人員的操作水平來(lái)決定?？紤]到該電廠大部分運(yùn)行人員以前未接觸過(guò)同類型機(jī)組，所以在穩(wěn)壓吹管中未轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行。

4 降壓吹管

降壓吹管是指鍋爐事先維持一個(gè)較高的吹管壓力，然后迅速全開(kāi)臨沖門，利用降壓過(guò)程中鍋爐蓄熱閃蒸產(chǎn)生的大量蒸汽，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐受熱面短時(shí)間高速吹掃。

這種吹管方式的優(yōu)點(diǎn)在于：每次吹管過(guò)程中，吹管壓力溫度的急劇變化引起的熱沖擊和動(dòng)力沖擊有利于受熱面管圈內(nèi)氧化皮的脫落，增加吹管效果；操作簡(jiǎn)單，主要是開(kāi)、閉臨沖門和保持鍋爐的分離器水位；每次吹管投煤量小、用水量少，不僅減少了運(yùn)行人員的操作范圍，也緩解了安裝單位的工作壓力。但降壓吹管過(guò)程中，不可避免地存在著壓力、溫度的劇烈變化，這會(huì)增大對(duì)鍋爐金屬的應(yīng)力沖擊，造成鍋爐壽命損耗；同時(shí)，因每次降壓吹管有效時(shí)間短，致使吹管總次數(shù)增多等。

電廠2臺(tái)600MW超臨界直流鍋爐在穩(wěn)壓吹管結(jié)束后，為給化學(xué)制水贏得時(shí)間，也采用了降壓吹管。這有利于受熱面管圈氧化皮的脫落，大大增加了吹管效果；但針對(duì)直流鍋爐的特點(diǎn)，在降壓吹管過(guò)程中維持省煤器入口流量和穩(wěn)定主(再熱)蒸汽溫度成為重點(diǎn)要關(guān)注的問(wèn)題。

4.1 維持省煤器入口流量

在吹管過(guò)程中，為保證水冷壁有足夠的冷卻流量，省煤器入口流量必須超過(guò)600.2t/h(即本生流量)。這是因?yàn)椋号R沖門開(kāi)啟時(shí)，水冷壁內(nèi)的飽和水快速、大量汽化，鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)爐水亦隨著快速、大量減少；隨著臨沖門關(guān)閉、分離器工作壓力的快速上漲，對(duì)運(yùn)行的給水泵的出口流量瞬時(shí)有較大影響；直流鍋爐蓄熱小，每次降壓吹管維持時(shí)間僅不足3min，同時(shí)還要控制好分離器水位，避免頂棚過(guò)熱器進(jìn)水等原因造成省煤器入口流量波動(dòng)劇烈，且操作量大、難度高。電廠2臺(tái)600MW超臨界直流鍋爐降壓吹管過(guò)程中多次發(fā)生省煤器入口流量低、鍋爐MFT和過(guò)熱器進(jìn)水造成的汽溫偏差事故。

因此，可在臨沖門開(kāi)啟前，通過(guò)大氣擴(kuò)容器兩側(cè)的高水位調(diào)節(jié)閥控制分離器水位在4m左右，為水位調(diào)整帶來(lái)一定余量。當(dāng)臨沖門開(kāi)啟后約75s，分離器工作壓力從5.5MPa降至4.0MPa，循環(huán)爐水流量快速下降，且分離器水位不斷上漲。此時(shí)一方面要迅速增加給水泵出力在350t/h～450t/h，確保省煤器入口流量在700t/h～780t/h，另一方面要迅速開(kāi)啟高水位調(diào)節(jié)閥，盡量控制分離器水位可見(jiàn)。臨沖門關(guān)閉到位后約3s內(nèi)，分離器水位驟降，下降幅度在10m左右，也應(yīng)大量補(bǔ)水，維持省煤器入口流量穩(wěn)定，并迅速關(guān)小高水位調(diào)節(jié)閥，維持分離器水位。

4.2 穩(wěn)定主、再熱蒸汽溫度

相比穩(wěn)壓吹管，在降壓吹管過(guò)程中主、再熱蒸汽溫度均偏低，如表3所示。

表3 降壓吹管中主、再熱蒸汽溫度

分析原因主要是：(1) 直流鍋爐蓄熱小，不足以加熱降壓吹管中鍋爐產(chǎn)生的附加蒸汽量；(2) 分離器容積小，在補(bǔ)水時(shí)過(guò)熱器易進(jìn)水。尤其是在臨沖門開(kāi)啟時(shí)，水冷壁內(nèi)工質(zhì)快速、大量汽化，而分離器不能充分進(jìn)行汽水分離，部分細(xì)小的水滴會(huì)進(jìn)入頂棚過(guò)熱器。

較低的主、再蒸汽溫度不僅降低蒸汽流速、大大減弱吹管效果，也需反復(fù)蒸干受熱面和臨時(shí)管道，進(jìn)而增加管材的應(yīng)力沖擊。而當(dāng)主、再蒸汽溫度過(guò)低時(shí)，受熱面和臨時(shí)管道內(nèi)積水增多，易發(fā)生水擊、振動(dòng)等惡性事故。為穩(wěn)定蒸汽參數(shù)，必須關(guān)閉主、再熱蒸汽減溫水調(diào)節(jié)閥，同時(shí)控制好分離器水位，避免過(guò)熱器進(jìn)水。此外，選取合適的吹管時(shí)機(jī)也很重要：待分隔屏出口汽溫達(dá)到60℃以上的過(guò)熱度時(shí)，開(kāi)啟臨沖門；而當(dāng)過(guò)熱器吹管系數(shù)已達(dá)至最大值并回落，且后屏出口汽溫開(kāi)始降低時(shí)，關(guān)閉臨沖門，但是這樣會(huì)減少有效吹管時(shí)間。

每次降壓吹管有效時(shí)間很短，過(guò)熱器吹管系數(shù)在1.4以上時(shí)僅有7s～13s。隨著分離器工作壓力的快速下降，鍋爐循環(huán)爐水流量和爐水溫度也相應(yīng)降低，為保證爐水循環(huán)泵的凈吸入壓頭，必須大量補(bǔ)入溫度低的給水。所以每次降壓吹管時(shí)爐水循環(huán)泵出、入口管道管壁均有50℃以上溫差的急劇變化，管道振動(dòng)較大。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)超臨界直流鍋爐采用的蒸汽吹管方式不同，有穩(wěn)壓吹管、降壓吹管和穩(wěn)壓—降壓結(jié)合吹管。但無(wú)論采取哪種方式，都必須全面考慮可能出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，選取合理的控制策略和操作方式，以確保鍋爐蒸汽吹管工作的安全、順利進(jìn)行。

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2009-12-26)