張凱

摘 要：本文對設(shè)置鄰機(jī)蒸汽加熱啟動系統(tǒng)必要性和可行性進(jìn)行分析論證提出了在相鄰機(jī)組正常運(yùn)行工況下，鄰機(jī)輔助蒸汽系統(tǒng)能提供符合要求的汽源至本機(jī)除氧器加熱給水，實(shí)現(xiàn)本機(jī)冷、熱態(tài)啟動清洗，可減少啟動耗煤，操作維護(hù)量小，20年兩臺機(jī)組折現(xiàn)綜合收益923萬元，具有一定的節(jié)能優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)清洗；領(lǐng)機(jī)加熱；節(jié)能

0 前言

本電廠規(guī)劃建設(shè)2×600MW+2×1000MW燃煤機(jī)組。一期已建成2×600MW機(jī)組，本期擴(kuò)建2×1000MW機(jī)組。目前1000MW火電機(jī)組均采用超超臨界直流鍋爐，對汽水品質(zhì)要求較高，首次點(diǎn)火或停運(yùn)較長時間后啟動時需對鍋爐本體水系統(tǒng)換熱面進(jìn)行冷、熱態(tài)清洗，將沉積在給水管道系統(tǒng)和換熱面上附著的氧化皮等雜質(zhì)清洗干凈，保證鍋爐受熱面內(nèi)表面清潔。鍋爐清洗對水溫有一定的要求，適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢源蟠筇岣咔逑葱ЧＭㄟ^設(shè)置鄰機(jī)加熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無需鍋爐點(diǎn)火的情況下進(jìn)行鍋爐和管道系統(tǒng)的清洗，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

1 超（超）臨界鍋爐啟動清洗過程

本工程鍋爐冷、熱態(tài)清洗范圍包括給水管路、省煤器、水冷壁、汽水分離器、啟動系統(tǒng)連接管路等。清洗工作通過鍋爐啟動系統(tǒng)完成，流程見圖1：

大型超（超）臨界鍋爐基本都采用內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)，根據(jù)疏水回收系統(tǒng)不同，分為大氣擴(kuò)容器式（不帶啟動循環(huán)泵）和循環(huán)泵式兩種鍋爐啟動系統(tǒng)。

本工程2×1000MW機(jī)組鍋爐配置容量30%BMCR帶有啟動循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)。在冷、熱態(tài)水沖洗時，水質(zhì)尚未合格前，不投用啟動循環(huán)泵，疏水全部排入疏水?dāng)U容器，經(jīng)疏水?dāng)U容器擴(kuò)容減壓后，疏水流入疏水箱，經(jīng)疏水泵排入機(jī)組排水槽。水質(zhì)合格時，疏水箱內(nèi)的疏水經(jīng)疏水泵排入凝汽器，回收工質(zhì)。

1.1 鍋爐啟動清洗要求

1.1.1 啟動清洗時間

本期工程采用π型爐，根據(jù)廠家啟動清洗方案，各清洗階段時間如表1：

實(shí)際運(yùn)行中啟動清洗時間因鍋爐潔凈度略有差異。

1.1.2 啟動清洗溫度

超（超）臨界直流鍋爐啟動清洗時，主要監(jiān)視省煤器入口給水水質(zhì)及啟動分離器連接球體（或儲水箱）出口水質(zhì)。當(dāng)熱態(tài)清洗時，還需控制水冷壁出口水溫。

冷態(tài)清洗時鍋爐上水溫度105℃～120℃，給水與金屬管壁溫差≯111℃。

冷態(tài)循環(huán)清洗結(jié)束后，進(jìn)入熱態(tài)清洗階段。鍋爐上水溫度105℃～120℃，當(dāng)水冷壁出口水溫達(dá)到150℃～190℃時，控制燃料量，維持溫度不變。

1.1.3 鍋爐冷態(tài)清洗

鍋爐上水完成后進(jìn)入冷態(tài)清洗階段，先進(jìn)行冷態(tài)開式清洗，為保證清洗效果，要求通過省煤器和水冷壁的流量為25～30%BMCR（775～930t/h），清洗后的爐水通過儲水罐水位調(diào)節(jié)閥排入擴(kuò)容器，流入疏水箱，經(jīng)疏水泵排出系統(tǒng)外，全程最大補(bǔ)水量930t/h。

當(dāng)儲水罐出口水質(zhì)達(dá)到以下指標(biāo)值后，冷態(tài)開式清洗結(jié)束：

Fe<500ppb 或混濁度≤3ppm、油脂≤1ppm、PH值≤9.5

投入凝結(jié)水精處理裝置，進(jìn)行冷態(tài)閉式循環(huán)清洗，流量25%BMCR，疏水量為25%BMCR。疏水經(jīng)疏水泵排入凝汽器，全過程基本不需補(bǔ)水。

當(dāng)省煤器入口水質(zhì)達(dá)到以下指標(biāo)后，冷態(tài)循環(huán)清洗結(jié)束：

電導(dǎo)率≤1μs/cm、Fe≤100ppb、PH值9.3～9.5

1.1.4 鍋爐熱態(tài)清洗

冷態(tài)清洗結(jié)束后，鍋爐點(diǎn)火升溫，進(jìn)入熱態(tài)清洗。首先進(jìn)行熱態(tài)開式清洗，清洗流量25%BMCR，疏水經(jīng)擴(kuò)容器進(jìn)入疏水箱，經(jīng)疏水泵排出系統(tǒng)外，全過程最大補(bǔ)水量為775 t/h。

當(dāng)儲水罐出口水質(zhì)達(dá)到以下指標(biāo)值后，熱態(tài)開式清洗結(jié)束：

Fe<100ppb、SiO2<50 ppb

熱態(tài)開式清洗結(jié)束后，進(jìn)入熱態(tài)閉式循環(huán)清洗階段。清洗流量25%BMCR，疏水經(jīng)擴(kuò)容器后通過疏水泵排入凝汽器。疏水因蒸發(fā)損失的工質(zhì)約為245t/h，排入凝汽器的最大流量約為530t/h，故補(bǔ)水量為245t/h。

2 設(shè)置鄰機(jī)加熱系統(tǒng)的必要性

從鍋爐清洗流程看出，清洗對水溫有一定要求，特別是熱態(tài)清洗時，鍋爐需點(diǎn)火升溫加熱清洗水，由于該過程持續(xù)時間較長，需耗費(fèi)大量燃料。為降低能耗，很多工程采用等離子點(diǎn)火、微油點(diǎn)火等點(diǎn)火方式，但因啟動階段煤粉燃燼度較低，也無法大幅度提高燃料利用率。

在鄰機(jī)運(yùn)行時，考慮從鄰機(jī)引入汽源加熱給水將是一個降低能耗的手段。

3 鄰機(jī)加熱系統(tǒng)可選方案

直流爐鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)有如下二種方案：

3.1 除氧器加熱蒸汽系統(tǒng)

鍋爐熱態(tài)沖洗要求水溫較低時（如本工程：150～190℃），當(dāng)取180℃，對應(yīng)飽和壓力1.0MPa，低于除氧器設(shè)計(jì)壓力。加熱蒸汽只需在除氧器內(nèi)就可將給水加熱到所需溫度。即需適當(dāng)加大輔汽至除氧器管徑。

3.2 高加啟動加熱蒸汽系統(tǒng)

鍋爐熱態(tài)沖洗要求水溫較高時（如外高橋電廠三期：280℃），受除氧器加熱水溫能力限制，需高壓加熱器參與系統(tǒng)加熱才能滿足溫度要求。即鍋爐給水先經(jīng)除氧器加熱，再經(jīng)高壓加熱器加熱提升溫度，達(dá)到熱態(tài)沖洗的溫度要求。

外高橋電廠三期2×1000MW機(jī)組設(shè)置鄰機(jī)蒸汽加熱啟動系統(tǒng)示意圖2：

該機(jī)組啟動期間，引入鄰機(jī)冷段蒸汽，將本機(jī)除氧器來的給水由120℃加熱到280℃，以減少機(jī)組啟動用油量。

這種高加啟動加熱蒸汽系統(tǒng)由于溫度較高，有如下問題：

（1）2號高加由鄰機(jī)冷段供汽，出口疏水水溫約280℃左右，與除氧器來水（約120℃）溫差較大，如長期運(yùn)行，會影響高加換熱管使用壽命，且加熱過程中需嚴(yán)格控制加熱器的升溫速率，廠家不建議采用此種方式。endprint

（2）為保證水冷壁安全，省煤器進(jìn)水須保證欠焓，但啟動過程中280℃的進(jìn)水已接近飽和溫度，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火升溫后，水冷壁內(nèi)容易出現(xiàn)過熱汽化，嚴(yán)重時導(dǎo)致超溫爆管。

（3）該系統(tǒng)需將兩機(jī)再熱冷段管道相連，將增加材質(zhì)為12Cr1MoVG、管徑DN350的管道約220m，增加進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，高壓合金鋼電動閘閥四個，高壓止回閥兩只，冷段管道需增加兩個大口徑三通，還會增加大量疏水閥門、管道支吊架、電纜等，算上施工費(fèi)用，需不少于500萬的投資。

4 本工程鄰機(jī)加熱方案

本工程鍋爐熱態(tài)清洗水溫要求為150～190℃，結(jié)合上述分析，考慮由鄰機(jī)輔助蒸汽系統(tǒng)供汽至本機(jī)除氧器。

較低的清洗溫度方案既避免了高加啟動加熱蒸汽系統(tǒng)的有關(guān)問題，又可充分發(fā)揮鄰機(jī)加熱的優(yōu)勢，在鍋爐啟動過程中利用高效的產(chǎn)能加熱本爐給水，熱態(tài)清洗時無需點(diǎn)火以節(jié)約燃料。只需將部分管段略微放大，除氧器加熱通流增大、安全閥通流和數(shù)量增加，增加的投資相對較少，加熱過程控制調(diào)節(jié)簡單，對鄰機(jī)熱力系統(tǒng)工況和效率影響也更小。

4.1 一期、二期主機(jī)及主要輔助設(shè)備配置情況

4.1.1 二期工程（即本工程）

（1）鍋爐主要輔機(jī)配置情況

制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐按6臺磨設(shè)計(jì)。

煙風(fēng)系統(tǒng)按平衡通風(fēng)設(shè)計(jì)，空預(yù)器采用三分倉回轉(zhuǎn)式。每臺爐分別配2×50%容量動葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，除塵器后設(shè)置2×50%容量動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，不設(shè)脫硫增壓風(fēng)機(jī)。

（2）汽機(jī)主要輔機(jī)配置情況

1）汽機(jī)旁路系統(tǒng)

汽輪機(jī)采用高中壓缸聯(lián)合啟動方式，旁路采用高、低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高旁容量4×25%BMCR流量，高旁容量為2×32.5%BMCR流量。

2） 抽汽系統(tǒng)

設(shè)置8級非調(diào)整抽汽。一、二、三級抽汽分別向三臺高加供汽，四級抽汽向除氧器、小汽機(jī)、輔汽聯(lián)箱等供汽。五～八級抽汽分別向四臺低加供汽。

3）給水系統(tǒng)

采用100%容量單列高壓加熱器，高加水側(cè)設(shè)大旁路。設(shè)置2×50%容量汽動給水泵，不設(shè)電動啟動給水泵。

（3）一期工程

2×630MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。由于一期輔汽母管設(shè)計(jì)參數(shù)為0.8MPa（g）～1.2MPa（g），可以滿足加熱給水到180℃、1.0MPa.a壓力的需求。

4.2 本工程鄰機(jī)加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

4.2.1 輔助蒸汽耗量計(jì)算

啟動清洗過程輔助蒸汽最大耗量均發(fā)生在開式清洗階段，故以下分析僅考慮冷、熱態(tài)開式清洗過程輔汽耗量。

（1） 鍋爐冷態(tài)清洗輔助蒸汽耗量

冷態(tài)開式清洗時水量按30%BMCR選取，除氧器中給水需由20℃加熱到110℃，所需加熱蒸汽約為115t/h。

（2）鍋爐熱態(tài)清洗輔助蒸汽耗量

熱態(tài)清洗時，水溫按180℃考慮。水量按25%BMCR（約775t/h）計(jì)算：

1）如由鄰機(jī)四抽供汽，THA工況下蒸汽參數(shù)為371℃、1.165MPa，給水由20℃加熱到180℃，所需蒸汽170 t/h。

2）如采用鄰機(jī)冷段經(jīng)輔汽系統(tǒng)供汽，冷段蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥后的參數(shù)為307℃，1.165MPa，給水由20℃加熱到180℃，所需蒸汽180 t/h。

熱態(tài)清洗時所需的蒸汽流量與排污量、管道系統(tǒng)熱量損失相關(guān)，但由于部分疏水被回收利用，加熱系統(tǒng)所需的蒸汽耗量將有所降低。

初步計(jì)算，鍋爐熱態(tài)清洗進(jìn)水溫度在180℃時，需鄰機(jī)提供輔助蒸汽最大量約200t/h（考慮除氧器加熱、小機(jī)用汽及大小機(jī)軸封等必須用汽量）。

4.2.2 鄰機(jī)加熱汽源點(diǎn)的確定

本工程鄰機(jī)加熱汽源有三個：一期輔汽、領(lǐng)機(jī)四段抽汽、鄰機(jī)冷段抽汽。

根據(jù)本工程《汽輪機(jī)技術(shù)協(xié)議》：“除回?zé)岢槠敖o水泵汽輪機(jī)用汽外，機(jī)組能供給廠用蒸汽量：冷段90t/h，四級100t/h（單獨(dú)抽汽），此工況下汽輪機(jī)能發(fā)出THA工況銘牌功率”。因此，可考慮二期鄰機(jī)輔汽的供汽量為100t/h。

根據(jù)一期《汽輪機(jī)技術(shù)協(xié)議》：“除回?zé)岢槠敖o水泵汽輪機(jī)用汽外，機(jī)組能供給廠用蒸汽量：冷段20t/h，四抽75t/h，五抽30t/h，此工況下汽輪機(jī)能帶額定負(fù)荷（THA）。汽輪機(jī)THA工況時冷段、四抽供汽量分別為60t/h、100t/h（單獨(dú)抽汽）”。因此，可考慮一期兩臺機(jī)組到二期的輔汽量為100t/h。

為不影響一期機(jī)組負(fù)荷，除本工程第一臺機(jī)組首次啟動時不采用鄰機(jī)加熱系統(tǒng)外，本工程機(jī)組啟動清洗加熱蒸汽均用本期工程鄰機(jī)及一期兩臺機(jī)組輔汽滿足，而各機(jī)組輔汽均來自四抽或冷段。

鄰機(jī)加熱系統(tǒng)設(shè)置如圖3。

5 鄰機(jī)加熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

如前所述，本工程如采用高加啟動加熱系統(tǒng)，需增加初投資不少于500萬元，且運(yùn)行方式比較復(fù)雜、影響加熱器安全性，因此本工程不采用此方案。

通過對鄰機(jī)蒸汽加熱啟動系統(tǒng)配置及輔汽系統(tǒng)供汽能力的計(jì)算，可以看出本工程采用鄰機(jī)輔汽系統(tǒng)供汽至本機(jī)除氧器加熱啟動系統(tǒng)方案是完全可行的?，F(xiàn)將設(shè)與不設(shè)鄰機(jī)輔汽啟動加熱系統(tǒng)方案作進(jìn)一步技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：

方案一：不設(shè)置鄰機(jī)蒸汽加熱啟動系統(tǒng)，鍋爐熱態(tài)清洗階段采用等離子點(diǎn)火加熱給水方式。

方案二：設(shè)置鄰爐加熱系統(tǒng)，采用輔汽在除氧器內(nèi)直接加熱給水，滿足熱態(tài)清洗水溫要求。

5.1 初投資比較

方案二僅需對方案一進(jìn)行如下較小改動即可實(shí)現(xiàn)：

（1）方案二VS方案一，一期至二期、二期兩機(jī)之間輔汽聯(lián)絡(luò)母管及閥門需適當(dāng)增大規(guī)格。

（2）方案二VS方案一，二期輔汽至除氧器管道及閥門需適當(dāng)增大規(guī)格。endprint

（3）方案二VS方案一，除氧器加熱蒸汽通流能力需增加，并需要適當(dāng)提高安全閥排汽量。

方案二比方案一增加的投資見表2（均按兩臺機(jī)組考慮）：

由此得知，對方案一進(jìn)行較小改造即可實(shí)現(xiàn)鄰爐輔汽系統(tǒng)來汽加熱啟動系統(tǒng)（即方案二），增加初投資約為261.84萬元。

5.2 運(yùn)行費(fèi)用比較

5.2.1 鍋爐冷態(tài)清洗過程

兩方案鍋爐冷態(tài)清洗過程基本一樣，均可通過鄰機(jī)向除氧器供汽加熱鍋爐清洗水至110℃左右完成冷態(tài)清洗，所產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用也一樣。

5.2.2 鍋爐熱態(tài)清洗過程

為便于計(jì)算，兩種方案均按全過程77h開式清洗考慮。

（1）方案一

由于方案一受系統(tǒng)容量的限制，除氧器無法將給水加熱到熱態(tài)清洗的溫度要求，鍋爐熱態(tài)清洗時需要本爐點(diǎn)火升溫，當(dāng)水冷壁溫度達(dá)到規(guī)定溫度時，通過控制燃料量，維持給水溫度在一定欠焓條件下，邊進(jìn)水邊排放。

本工程鍋爐采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，啟動點(diǎn)火到30%BMCR負(fù)荷期間的平均耗煤量約為55t/h，啟動清洗過程中煤耗稍低，可按35t/h考慮（磨煤機(jī)最小出力約為26.83t/h），則77h耗煤2695t。設(shè)計(jì)煤種Qnet為20.092MJ/kg，則鍋爐熱態(tài)清洗耗煤折合1847.5 t標(biāo)煤。標(biāo)煤價按1027元/t計(jì)算，則因耗煤產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用為：

（1847.5×1027）/10000=189.75萬元

此外，鍋爐點(diǎn)火前，三大風(fēng)機(jī)均已投用，等離子裝置投用，估算從鍋爐點(diǎn)火至熱態(tài)清洗完畢過程中將消耗的電量為：

5000×77=385000 kW.h

本工程發(fā)電成本按0.3417元/ kW.h考慮，則因耗電產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用為：

0.3417×385000/10000=13.16 萬元

每臺機(jī)組鍋爐熱態(tài)清洗產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用：189.75+13.16=202.91萬元

（2）方案二

通過對方案一進(jìn)行較小改造，即可將給水加熱到鍋爐熱態(tài)清洗水溫要求，熱態(tài)清洗時不需本爐點(diǎn)火啟動，通過鄰機(jī)供汽加熱啟動系統(tǒng)。

本臺機(jī)組熱態(tài)清洗期間加熱蒸汽量為～13090t。折算為供熱量約為41888GJ，相當(dāng)于～1429噸標(biāo)煤?？傔\(yùn)行費(fèi)用（1429×1027）/10000≈146.76萬元。

因此鍋爐熱態(tài)清洗過程中，方案二比方案一節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為：

202.91-146.76=56.15 萬元

5.3 兩種方案比較匯總（表3）

說明：（1）每年每臺機(jī)組啟動按1次計(jì)算；（2）20年折現(xiàn)系數(shù)10.55。

從上表看出，方案二初投資比方案一多261.84萬元，但采用方案二機(jī)組冷態(tài)啟動收益可觀，20年兩臺機(jī)組折現(xiàn)綜合收益為923萬元，因此采用鄰機(jī)蒸汽加熱經(jīng)濟(jì)性較好。

6 結(jié)語

根據(jù)上述分析可見，僅需對機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行較小改造，在相鄰機(jī)組運(yùn)行時，輔汽系統(tǒng)能提供符合要求的汽源至本機(jī)除氧器，通過除氧器加熱給水，實(shí)現(xiàn)本機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)啟動清洗，該配置方案可以節(jié)省大量燃料及廠用電，具有長期的節(jié)能優(yōu)勢，20年兩臺機(jī)組折現(xiàn)綜合收益為923萬元，因此本工程鍋爐設(shè)置鄰機(jī)輔助蒸汽加熱啟動系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國投電力.火力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)導(dǎo)則（600-1000MW）[S].

[2]大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

[3]火力發(fā)電廠節(jié)約能源規(guī)定（試行）[S].火力發(fā)電廠熱平衡導(dǎo)則（DL/T606.3-1996），能源節(jié)能，1991（98）.endprint