宋立斌，劉興暉

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 概述

華能國際電力股份有限公司上安電廠三期2臺機組于2008年投入商業(yè)運行，該機組為國內首臺超臨界600MW等級直接空冷機組，鍋爐型號為DG2090/25.4－Ⅱ型，超臨界燃煤變壓直流本生爐，采用擴容器式內置式啟動分離器啟動系統(tǒng)，單爐膛、一次再熱、平衡通風、前后墻對沖燃燒、固體排渣鍋爐，配一套等離子點火裝置。此種鍋爐啟動初期需建立啟動流量，且啟動初期啟動系統(tǒng)只能回收工質，不回收經直流鍋爐儲水箱水位控制閥排出的疏水熱，有較大的熱損失和凝結水損失，啟動能耗較高。汽輪機型號為 NZK600－24.2/566/566型，超臨界、一次中間再熱、沖動式﹑單軸三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。汽輪機額定功率620.0MW，最大功率677.2MW，額定主蒸汽量1 879.5t/h，最大主蒸汽流量2 090.0t/h，額定蒸汽參數24.2MPa/566℃（主蒸汽門前），再熱蒸汽參數4.088MPa/566℃（中聯(lián)門前），額定背壓16.0kPa。以下通過對國產600 MW超臨界空冷機組冷態(tài)啟動過程進行分析，提出了針對性的優(yōu)化方案，優(yōu)化機組啟動過程，在保障安全的前提下，縮短機組的啟動時間，減少啟動過程中等待的浪費，達到降低機組啟動能耗的目的。

2 機組冷態(tài)啟動過程分析及優(yōu)化

2.1 使用汽泵前置泵上水

機組啟動時原設計用30%容量電動給水泵給鍋爐上水，鍋爐上水時間冬季不少于4h，夏季不少于2h，同為6kV動力，以冬季上水時間4h為例，期間電動給水泵的運行電流約為330A，消耗的電量約為1.25萬kWh，而且電動給水泵出口壓力較高，利用出口調閥控制上水流量，節(jié)流損失較大，對再循環(huán)管路沖擊較大，縮短設備的使用壽命。

為節(jié)約廠用電，同時增加啟動方式的靈活性，改為利用汽泵前置泵進行鍋爐上水，上水前，關閉鍋爐省煤器入口電動門（設計時無30%旁路上水調閥），投運汽動給水泵小機盤車，啟動汽泵前置泵后，打開汽動給水泵出口電動門，利用省煤器入口電動門的中停功能，在保證汽動給水泵最小流量的前提下，配合使用汽泵再循環(huán)調閥，共同控制鍋爐的上水流量，待鍋爐上水結束后，再切換為電動給水泵運行，繼續(xù)機組啟動；利用前置泵上水，不僅能滿足鍋爐上水的要求，而且泵出口壓力低，對系統(tǒng)管路的沖擊較小。汽泵前置泵功率小，運行電流約為31A，上水期間的耗電量約為1 168kWh，對比電動給水泵而言，將減少電耗11 332kWh。

2.2 有效利用等離子點火裝置

等離子點火是一項新的鍋爐點火及穩(wěn)燃技術，使用等離子拉弧直接點燃煤粉來實現(xiàn)鍋爐啟動或鍋爐穩(wěn)燃，可以大大降低燃油的使用率。三期5號機組F磨煤機安裝了等離子點火裝置，但在設備投用初期，并未達到很好的節(jié)油效果，燃油消耗量仍然很大。針對此種情況，做出了以下幾方面細節(jié)調整：

a.等離子點火裝置對煤質的要求較高，在停機前，將F磨煤機煤倉中的煤徹底燒空，以便在機組啟動時，上的優(yōu)質煤能夠及時燃燒。

b.保證充足的暖磨時間，F(xiàn)磨煤機入口熱一次風加熱器投運后，利用磨煤機入口的熱一次風調節(jié)擋板及磨煤機兩側的容量風擋板，對磨煤機系統(tǒng)進行加熱，目標為磨煤機出口風溫85℃并維持5～10 min，以保證加熱充分。

c.等離子發(fā)生器啟動后，合理調整等離子體燃燒器二次風，控制二次風箱壓力在0.1～0.2kPa，在等離子體點火初期關閉夾層風，噴燃器三次風門至燃煤位；并利用磨煤機入口冷、熱一次風調門控制磨煤機出口溫度在75～80℃，配合使用磨煤機旁路風控制風速在16～18m/s。

現(xiàn)在整個冷態(tài)啟動用油能有效控制在10t以內，5號機組近期按照優(yōu)化程序，采用等離子點火并取得了成功，啟動全程耗油9.03t。較原來的30t用油節(jié)省超過20t。按機組每年2次冷態(tài)啟動為例，以燃油價格7 500元/t計算，累計全年將節(jié)省生產成本2×7 500元/t×20t＝30萬元。雖然，距離等離子點火，零油耗啟動仍然有一定的差距，但隨著對等離子點火應用的日趨成熟，相信對各細節(jié)的把握和控制越來越好。

2.3 提高高壓缸預暖溫度

冷態(tài)啟動時，高壓缸調節(jié)級金屬溫度低于150℃，需進行高壓缸倒暖，按規(guī)程規(guī)定當高壓缸第一級下半內壁金屬溫度暖至150℃并保持一段時間后即倒暖結束；實際操作中可選擇將倒暖投入狀態(tài)保持到汽輪機沖車前再解除，這樣高壓缸調節(jié)級金屬溫度能暖至約200℃，而且倒暖時間足夠充分，缸體溫差縮小，為后期沖車奠定了良好的基礎。調節(jié)級溫度的提升有效的縮短了中速暖機時間，可縮短啟動時間30min，降低啟動能耗。

對應中速暖機工況，運行30min，節(jié)省能源見表1。在保證設備安全的前提下，適當提高高壓缸的預暖溫度，達到了降低啟動能耗的目的。

表1 提高高壓缸預暖溫度節(jié)能

2.4 縮短冷態(tài)沖洗時間

在鍋爐的冷態(tài)開式沖洗過程中，大量的水被直接排放至地溝（約500t/h）。當水質合格后（鐵離子質量濃度小于500μg/L）方可進行回收。由此可見，取樣的及時性與水質化驗的速度，直接影響著爐水的排放量。

一般情況下，從爐水取樣，到得出化驗結果需1 h左右的時間，而實際操作中，運行人員根據機組停運時間長短、汽水系統(tǒng)是否經過檢修等情況，對鍋爐的沖洗時間進行估算，適當增加爐水取樣頻率，縮短取樣間隔，以便在水質合格后及時進行回收，盡最大能力減少除鹽水的浪費。

經水汽取樣化驗過程優(yōu)化后，可縮短沖洗時間30min，節(jié)約除鹽水500t/h×0.5h＝250t，按每t除鹽水10元來計算，全年機組正常冷態(tài)啟動兩次，將節(jié)約生產成本250t×10元/t×2＝5 000元。

按此操作，雖然增加了化學工作人員的勞動強度及化驗材料的消耗量，但節(jié)水效果明顯。

2.5 第2臺磨煤機的啟動選擇

一般情況下，1臺磨煤機運行能滿足機組并網、切缸、初始負荷暖機時對鍋爐熱負荷的要求，規(guī)程規(guī)定在低負荷暖機50min結束后，啟動第2臺磨煤機；但對于冷態(tài)啟動而言，機組長時間停運，磨煤機煤倉蓬煤是不可避免的問題（由于某些客觀原因，停機時煤倉的煤無法燒空），如果待暖機結束后再行啟動第2臺磨煤機，遇到給煤機斷煤，將影響機組升負荷的速率，對機組的安全運行也十分不利?，F(xiàn)就斷煤后處理的實際生產情況而言，以處理蓬煤需要15 min計算，多消耗的啟動能耗情況見表2。

表2 處理蓬煤15min多消耗的啟動能耗

因此，在實際操作中，視燃燒情況，選擇在并網前或低負荷暖機期間，啟動第2臺磨煤機，給處理蓬煤留有足夠的時間，以便在暖機結束后，能夠快速升負荷，減少油槍的使用，進而達到降低生產成本的目的。

2.6 合理投用空冷島

空冷機組在冬季啟動過程中極易出現(xiàn)空冷凝汽器凍結現(xiàn)象，輕者會使空冷凝汽器傳熱性能下降，熱耗增加；重者管束會被冰塊堵塞，真空下降，甚至會出現(xiàn)凍裂翅片管或使翅片管變形，造成設備損壞，機組被迫停運，嚴重影響機組的經濟性。為避免上述問題的發(fā)生，啟動過程中，主要采取了以下措施：

a.機組的啟動盡可能安排在環(huán)境溫度較高的白天進行，利用白天較高的環(huán)境氣溫和日照條件，有效降低空冷凝汽器內部結冰的可能性，為機組啟動、工質的盡早回收創(chuàng)造良好的條件。

b.在鍋爐蒸發(fā)量未達到空冷凝汽器的最低熱負荷前，避免蒸汽進入空冷凝汽器。并在進汽初期將1、2、7、8排空冷凝汽器的進汽蝶閥關閉，讓蒸汽通過3、4、5、6排空冷凝汽器進行冷卻，通過對蒸汽的換熱面積的控制，以達到降低結凍風險的目的。

c.合理使用汽輪機的旁路系統(tǒng)，充分利用再熱器的干燒能力，盡快提高蒸汽參數，汽機高低旁在蒸汽流量達到空冷凝汽器要求的最低熱負荷后方可投運，并盡快增加旁路的通流量，并控制低旁后溫度在允許條件下的較高值，盡快增加空冷島的熱負荷，避免管束結凍。

d.盡可能縮短空冷島在較低流量下的運行時間，合理調整燃燒，盡快達到沖車參數，在汽輪機允許的情況下，盡可能加快帶負荷速度，使得翅片管束流程中都存在汽水混合物，減小結凍的可能性。

e.適當提高機組的背壓，并加強DCS畫面參數的監(jiān)視，如抽空氣溫度、凝結水溫度等，加大啟動過程空冷島的巡視力度，加強對翅片管束的溫度的監(jiān)測，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題，盡快做出調整。

實際運行中，通過采取上述措施，有效防止了啟動過程中空冷凝汽器的凍結，保障了機組的安全、經濟運行。

2.7 合理掌控啟動節(jié)奏

機組冷態(tài)啟動，啟動時間較長，為降低啟動成本，保證安全的前提下，在達到300MW工況點以前應盡量減少不必要的停留，這就要求機爐電方面加強協(xié)調配合，合理安排各個階段對應的各項操作，以免耽誤時間。機組點火前對影響機組啟動的各個因素要逐一排查，以保證啟動過程的連貫性。

安排工作時考慮到各項工作的層次性和合理性。如：啟動送引風機前將鍋爐燃油系統(tǒng)恢復；提前將各風機進行啟動前檢查保證其處于隨時可以啟動的狀態(tài)；磨組提前進行檢查，各擋板進行開關試驗；鍋爐升溫升壓過程中將兩臺汽泵送汽封抽真空，中速暖機過程中將A/B小機沖轉至3000r/min備用；汽輪機沖轉后投入各低加汽側及2號、3號高壓加熱器汽側；120MW以上將除氧器汽源倒至四抽供；轉干態(tài)前并入一臺汽泵，將電泵退出，并隨啟動過程逐漸將鍋爐省煤器入口電動門開展；230MW左右，啟B或E磨煤機后，隨升負荷過程并入另外一臺汽泵；300MW倒換汽泵汽源。

3 優(yōu)化效果

三期空冷機組冷態(tài)啟動過程經上述優(yōu)化后，縮短了啟動時間，降低減值損失。以5號、6號機組正常每年2次冷態(tài)啟動計算，通過利用汽泵前置泵代替電動給水泵進行鍋爐上水，節(jié)約廠用電量2×2×11 332＝45 328kWh，全年下來將節(jié)省啟動成本0.43元/kWh×45 328kWh＝19 491元；通過等離子點火的運行優(yōu)化，可節(jié)省啟動成本2×2×7 500×20＝60萬元；通過高缸預暖溫度提高操作，可縮短啟動時間，節(jié)省啟動成本20 934×2×2＝83 736元；鍋爐冷態(tài)開式沖洗階段通過水汽取樣化驗過程優(yōu)化后，可降低0.5萬元；在并網前或低負荷暖機期間啟動第2臺磨煤機組，降低10 574.5×2×2＝4.229 8萬。通過三單元機組冷態(tài)啟動過程優(yōu)化后，合計全年降低可視費用1.949 1＋60＋8.373 6＋0.5＋4.229 8≈75萬元。

4 結束語

縮短機組的啟動時間，減少啟動過程中等待的浪費，保證機組冷態(tài)啟動過程的連貫性和緊湊性，是實現(xiàn)降低啟動能耗的關鍵。通過優(yōu)化國產600MW超臨界空冷機組冷態(tài)啟動過程，縮短機組的啟動時間，顯著降低了機組的啟動能耗，取得了明顯的經濟效益。因此，在空冷機組冷態(tài)啟動工作中應做好以下工作：提前消除影響機組啟動的缺陷；各項啟動工作安排要具有層次性、合理性，時間安排要合理緊湊；在保證安全的前提下，合理使用優(yōu)化操作方式，實現(xiàn)啟動能耗的降低。