郝永全

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)在600 MW超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動中的應(yīng)用探討

郝永全

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

通過對超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動參數(shù)分析，提出了鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)技術(shù)方案，即在相鄰機(jī)組正常運(yùn)行情況下，鄰機(jī)輔助蒸汽和抽汽系統(tǒng)提供符合啟動要求的汽源至本機(jī)除氧器和高壓加熱器。通過除氧器和高加的加熱作用，提高鍋爐進(jìn)水溫度，建立除氧器、前置泵、高加、省煤器、水冷壁、汽水分離器、除氧器的循環(huán)加熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)600 MW鍋爐水冷壁冷態(tài)啟動加熱沖洗。一方面可以節(jié)省機(jī)組啟動沖洗過程中煤、油燃料量，具有明顯節(jié)能作用；另一方面改善了鍋爐冷態(tài)啟動點(diǎn)火環(huán)境，降低了鍋爐不完全燃燒對脫硝、電除塵、脫硫系統(tǒng)的污染，提高了機(jī)組的啟動安全性。

鄰機(jī)蒸汽加熱；節(jié)能；降低污染；啟動安全性

1 機(jī)組常規(guī)的冷態(tài)啟動過程及存在問題

1.1 某電廠600 MW超臨界機(jī)組常規(guī)冷態(tài)啟動過程

某電廠二期600 MW超臨界機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱。燃燒方式采用阿爾斯通公司的擺動式四角切圓燃燒技術(shù)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，為露天布置燃煤鍋爐。鍋爐型號為SG-2027/25.4-M970，制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。燃燒器共設(shè)置 6層煤粉噴嘴，鍋爐配置 6臺HP1003型中速磨煤機(jī)，A層煤粉噴嘴設(shè)計(jì)有等離子點(diǎn)火裝置，每2層煤粉噴嘴之間設(shè)置有1層油槍噴嘴共3層。

汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)型號NZK 600-24.2/566/566。

鍋爐出口蒸汽參數(shù)為25.4 MPa/571℃/569℃，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 027 t/h，最終與汽輪機(jī)的閥門全開工況VWO（valve wide open） 工況相匹配。鍋爐的主蒸汽流量為：1 913 t/h；主蒸汽壓力為25.40 MPa；主蒸汽溫度為571℃；設(shè)計(jì)煤耗為312 t/h。鍋爐的再熱蒸汽流量為1 584 t/h；再熱蒸汽進(jìn)/出口壓力為4.39 MPa/4.20 MPa；再熱蒸汽進(jìn)口/出口溫度為312℃/569℃。

鍋爐的啟動系統(tǒng)為：設(shè)計(jì)2只汽水分離器，其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個分離器筒身上方切向布置4根進(jìn)口管接頭、2根至爐頂過熱器管接頭和1個疏水管接頭。當(dāng)機(jī)組啟動，鍋爐負(fù)荷低于最低直流負(fù)荷30%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量 BMCR（boiler maximum continue rating） 時(shí)，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)流經(jīng)分離器進(jìn)行汽水分離，蒸汽通過分離器上部管接頭進(jìn)入爐頂過熱器，而水則通過2根疏水管道引至1個儲水箱，儲水箱下方設(shè)有2根管道分別通至除氧器和大氣式擴(kuò)容器，每根管道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)不同狀況控制分離器水位和對工質(zhì)和熱量的回收。在大氣擴(kuò)容器中，蒸汽通過管道在爐頂上方排向大氣，水進(jìn)入冷凝器儲水箱。

某電廠600 MW超臨界機(jī)組的冷態(tài)啟動從鍋爐上水開始到機(jī)組全撤油槍一般需要16至24 h。機(jī)組啟動主要分為：鍋爐冷態(tài)上水沖洗、熱態(tài)沖洗及升溫升壓、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)、濕態(tài)干態(tài)轉(zhuǎn)換、正常接帶負(fù)荷幾個階段，各階段所需時(shí)間及過程。如表1。

表1 機(jī)組啟動各階段用時(shí)h

1.2 冷態(tài)啟動過程中存在的問題

1.2.1 燃油消耗量大

通過對某電廠機(jī)組三次冷態(tài)啟動過程中燃油消耗統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，即使在采用了等離子點(diǎn)火裝置的情況下，機(jī)組冷態(tài)啟動的用油量依然需要45 t到50 t左右。

1.2.2 對鍋爐尾部煙道及脫硫脫硝電除塵設(shè)備的影響

目前多數(shù)火電機(jī)組均投運(yùn)了脫硝、脫硫設(shè)備，且均要求隨機(jī)啟停，不設(shè)置旁路擋板。機(jī)組冷態(tài)啟動初期，鍋爐處于冷爐冷風(fēng)狀態(tài)，鍋爐點(diǎn)火初期油槍的著火穩(wěn)定性差，燃燼程度差，點(diǎn)火后期投運(yùn)等離子點(diǎn)火裝置啟動制粉系統(tǒng)后，也不能保證煤粉完全燃燒。未燃燼的煤、油燃料對鍋爐尾部煙道里布置設(shè)備的危害主要如下。

a)如果在鍋爐尾部煙道沉積，容易導(dǎo)致尾部煙道發(fā)生二次燃燒。

b)沉積在鍋爐脫硝系統(tǒng)催化劑上同樣會導(dǎo)致催化劑堵塞，嚴(yán)重時(shí)引起催化劑著火損壞。

c)進(jìn)入電除塵容易在電除塵極板上沉積，導(dǎo)致電除塵效果降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致極板放電擊穿。

d)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，容易造成吸收塔內(nèi)漿液品質(zhì)惡化，吸收煙氣中二氧化硫的能力降低，脫硫效果降低，石膏品質(zhì)惡化脫水困難，沾污在脫硫循環(huán)泵噴嘴上容易導(dǎo)致循環(huán)泵噴嘴堵塞。

2 機(jī)組采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后的冷態(tài)啟動過程

2.1 鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)流程及改造方案

鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)的流程為：利用汽泵前置泵作為動力源，將除氧器中的水經(jīng)高加—省煤器—水冷壁—啟動分離器—分離器放水至除氧器，形成水循環(huán)，利用鄰機(jī)的輔汽和二段抽汽將除氧器和2號高加的水加熱后循環(huán)加熱鍋爐的省煤器和水冷壁。

在機(jī)組啟動初期，先投用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)將省煤器和水冷壁溫度逐步提升200℃至250℃，再按正常啟動程序啟動風(fēng)煙系統(tǒng)投入油槍點(diǎn)火啟動。鍋爐內(nèi)部在水冷壁和省煤器的散熱下已形成相對“熱爐”的環(huán)境，同時(shí)由于省煤器對煙氣的加熱作用，煙溫、熱一次風(fēng)、熱二次風(fēng)溫能快速升高，在此工況下，油槍的著火穩(wěn)定性和燃燼情況將明顯好轉(zhuǎn)，并能滿足啟動制粉系統(tǒng)的條件，從而縮短機(jī)組啟動時(shí)間，減少燃油和燃煤的消耗。以某電廠600 MW超臨界機(jī)組為改造原型，鄰機(jī)蒸汽加熱方案的實(shí)現(xiàn)首先在熱力系統(tǒng)方面要保證鄰機(jī)輔汽滿足除氧器加熱所需汽量，同時(shí)如需要將爐水溫度提高至200℃以上時(shí)，必須新增鄰機(jī)二段抽汽至本機(jī)2號高加器加熱管路及閥門系統(tǒng)，增加2號高加疏水至除氧器的管道及閥門系統(tǒng)。

2.2 采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后的冷態(tài)啟動過程

采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后的機(jī)組啟動過程主要分為四個階段：冷態(tài)沖洗階段、低溫循環(huán)加熱階段、高溫循環(huán)加熱階段、機(jī)組點(diǎn)火啟動。具體各階段過程描述如下。

2.2.1 冷態(tài)沖洗階段

此階段采取開式?jīng)_洗方式，目的是將系統(tǒng)沖洗干凈，水質(zhì)合格后具備循環(huán)加熱條件。具體步驟如下。

a）鍋爐上水仍然按照原來方式，利用鄰機(jī)輔汽將除氧器水箱水溫加熱到70～80℃左右（要求水溫與水冷壁金屬溫差小于50℃），之后啟動汽前泵給鍋爐上水。

b）鍋爐分離器見水后，開始進(jìn)行沖洗排放，通過啟動分離器放水至大氣擴(kuò)容器，大氣擴(kuò)容器外排至機(jī)組排水槽。沖洗階段需定期化驗(yàn)爐水水質(zhì)，直到爐水水質(zhì)合格（Fe小于100 μg），沖洗排放階段結(jié)束。

2.2.2 低溫循環(huán)加熱階段

此階段首先逐步關(guān)小分離器外排管路，開啟至除氧器放水管路，形成加熱循環(huán)回路，逐步開大輔汽，提高除氧器水溫至150℃，將鍋爐省煤器及水冷壁溫度逐步提高至150℃。

2.2.3 高溫循環(huán)加熱階段

需要繼續(xù)提升爐水溫度時(shí)，利用臨機(jī)2抽來汽逐漸投入 2號高加，緩慢提高給水溫度，將給水加熱到200℃（飽和壓力1.5 MPa）以上?？刂葡到y(tǒng)循環(huán)水量和外排水量，逐步將省煤器及水冷壁溫度提高到200℃以上。給水溫度最高能加熱到多少，需根據(jù)鄰機(jī)輔汽抽汽量和二抽抽汽量進(jìn)行核算。2號高加投運(yùn)后的疏水直接回收至除氧器進(jìn)一步加熱給水。

2.2.4 機(jī)組點(diǎn)火啟動

當(dāng)鍋爐省煤器和水冷壁金屬溫度均加熱至200℃以上時(shí)，機(jī)組具備啟動條件。機(jī)組按正常啟動方式進(jìn)行啟動。給水泵切換為電泵運(yùn)行，啟動鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)吹掃完成后鍋爐點(diǎn)火。循環(huán)加熱系統(tǒng)保持運(yùn)行，隨著鍋爐燃燒加強(qiáng)后，各受熱面溫度明顯開始上升時(shí)，逐步切除鄰機(jī)至2號高加供汽系統(tǒng)。

2.3 機(jī)組采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后的要求

a）鍋爐未點(diǎn)火之前，鍋爐禁止通風(fēng)。待爐膛溫度達(dá)到要求后再啟動送引風(fēng)機(jī)，并要求盡快完成等離子點(diǎn)火，防止?fàn)t膛驟冷產(chǎn)生過大應(yīng)力（鄰機(jī)加熱過程中，應(yīng)保持空預(yù)器連續(xù)運(yùn)行，防止空預(yù)器轉(zhuǎn)子局部加熱導(dǎo)致變形）。

b）鄰機(jī)加熱二抽蒸汽管道的抽汽容量需認(rèn)真核算，即給水鍋爐循環(huán)水量應(yīng)滿足要求，應(yīng)能滿足爐水溫度提升速度要求（至少滿足1℃/min）。

c）鄰機(jī)加熱時(shí)注意監(jiān)視除氧器水溫變化，防止除氧器超壓，采用的閥門運(yùn)行中應(yīng)能關(guān)嚴(yán)。

d）由于2臺機(jī)組2段抽汽互聯(lián)，采用閥門應(yīng)可靠關(guān)嚴(yán)，防止影響系統(tǒng)檢修和汽缸返汽。

e） 投入2號高加時(shí)，高加入口水溫應(yīng)高于150℃，防止溫差太大應(yīng)力損壞。

3 兩種啟動過程的比較

通過上述對兩種冷態(tài)啟動過程的比較發(fā)現(xiàn)，機(jī)組采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后的啟動過程相當(dāng)于用蒸汽替代了使用煤、油燃料對鍋爐省煤器和水冷壁受熱面加熱的一個階段（常溫至200℃階段）。下面通過經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面對兩種啟動過程的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比。

3.1 經(jīng)濟(jì)性對比分析

經(jīng)濟(jì)性對比分析以兩種啟動方式將鍋爐水冷壁和省煤器壁溫加熱到200℃所需的能耗折算為啟動費(fèi)用進(jìn)行比較。常規(guī)冷態(tài)啟動方式費(fèi)用計(jì)算內(nèi)容分三方面，即主要輔機(jī)設(shè)備的耗電量統(tǒng)計(jì)、燃油量統(tǒng)計(jì)、燃煤量統(tǒng)計(jì)。以某電廠機(jī)組3次啟動過程能耗情況進(jìn)行計(jì)算，每次機(jī)組冷態(tài)啟動將水冷壁和省煤器壁溫加熱到200℃所需的3項(xiàng)能耗在14萬至19萬元范圍內(nèi)。如表2所示。

采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)的冷態(tài)啟動方式費(fèi)用計(jì)算內(nèi)容為：鄰機(jī)輔汽供除氧器的加熱蒸汽消耗量和鄰機(jī)二段抽汽供本機(jī)2號高加的蒸汽消耗量，折算為影響電量。按每次啟動過程中鄰機(jī)加熱系統(tǒng)運(yùn)行4 h，將300 t/h給水提高150℃計(jì)算，每次鄰機(jī)加熱的費(fèi)用折算為4.56萬元左右。

從上分析可得出，采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后機(jī)組冷態(tài)啟動過程相比常規(guī)啟動過程節(jié)省啟動費(fèi)用約10萬元左右/次。相當(dāng)于每次啟動節(jié)省12 t燃油（按8 000元/t計(jì)算）。

表2 常規(guī)冷態(tài)啟動方式費(fèi)用

3.2 安全性對比分析

通過對兩種啟動過程的比較，可以看出，機(jī)組在冷態(tài)啟動過程中采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)后，用蒸汽加熱替代了鍋爐燃燒最不穩(wěn)定和燃燼最差的階段，大大降低了鍋爐冷態(tài)啟動對鍋爐尾部煙道及其中布置的脫硝、電除塵、脫硫設(shè)備的污染和損害，提高了機(jī)組的啟動安全性，提高了鍋爐設(shè)備的利用率。雖然不能用具體數(shù)據(jù)來論證，但其優(yōu)點(diǎn)是毋容置疑的。

4 結(jié)論

a)600 MW超臨界空冷機(jī)組冷態(tài)啟動采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)是可行的。

b)采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)能夠提高機(jī)組冷態(tài)啟動的經(jīng)濟(jì)性，減少啟動過程中煤、油燃料的消耗，降低啟動成本。

c)采用鄰機(jī)蒸汽加熱系統(tǒng)能夠改善鍋爐冷態(tài)啟動的著火情況，減少啟動過程中污染物排放，提高機(jī)組的啟動安全性。

d)鄰機(jī)蒸汽加熱技術(shù)投資低，簡單易行且安全性高，節(jié)能效果明顯。目前已在國內(nèi)上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司、平頂山發(fā)電分公司等多家1 000 MW機(jī)組成功應(yīng)用。

Application of Adjacent Machine Steam Heating System in the Cold Start of 600 MW Supercritical Air Cooling Unit

HAO Yongquan
（Shanxi Zhangshan Electric Power Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi046021,China）

Technical scheme for adjacent machine steam heating is proposed through analyzing the cold start-up parameters of supercritical air cooling unit.To be concrete,it means that adjacent unit auxiliary steam and extraction steam system will provide start-up-required steam source for deaerator and high pressure heater if adjacent unit operates normally.By heating of deaerator and high pressure heater,the boiler inlet water temperature can be increased.Besides,circulatingheatingsystems could be established for deaerator, booster pump,high pressure heater,coal economizer,water cooled wall and steam-water separator soas torealize heatingflushingfor water cooled wall when 600 MWboiler starts up.This has twoadvantages,firstly,it is energy-savingfor it will save the amounts ofcoal and oil in the process of unit start washing；secondly,it will improve the condition of boiler cold start firing and reduce pollutions to denitrification, electric precipitation and desulfurization systems soas toimprove start-up safetyofthe unit.

adjacent machine steamheating;energysaving;reduce pollutions;start-up safety

TM621

B

1671-0320（2017）02-0062-04

2016-11-22，

2017-01-20

郝永全（1985），男，山西代縣人，2016年畢業(yè)于華北電力大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)，助理工程師，從事入爐煤質(zhì)監(jiān)督與檢驗(yàn)工作。