黃群 祝雷淵 盧健

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 引言

上海上電漕涇發(fā)電有限公司現(xiàn)有2臺(tái)容量1 000MW超超臨界機(jī)組的鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)制造的超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、螺旋管圈直流爐。鍋爐BMCR工況主蒸汽流量為2 956t/h，采用單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動(dòng)噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、機(jī)械刮板撈渣機(jī)固態(tài)排渣。鍋爐燃用神木煤。

1 設(shè)備概況

鍋爐配置大氣式擴(kuò)容器和擴(kuò)容器疏水箱回收鍋爐啟動(dòng)及正常運(yùn)行中的疏水，包括系統(tǒng)內(nèi)蒸汽管道啟動(dòng)疏水、經(jīng)常疏水及設(shè)備的事故或正常放水等。通過大氣式擴(kuò)容器和疏水箱進(jìn)行工質(zhì)與能量的回收[1]。大氣式擴(kuò)容器設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，設(shè)計(jì)溫度180℃，擴(kuò)容器口徑為ID3500×30，材料為16MnR，排汽管道尺寸為Φ1260×12，材料為20G，排汽管道出口裝有消音器以減弱大量排汽時(shí)的噪音。大氣式擴(kuò)容器下部疏水箱尺寸為ID3500×30，材料為16MnR，直段長(zhǎng)度15 320mm，總長(zhǎng)度17 216mm。疏水系統(tǒng)管道、閥門、大氣式擴(kuò)容器、擴(kuò)容器疏水箱等均按100%啟動(dòng)流量設(shè)計(jì)。鍋爐高溫疏水經(jīng)管道匯集至大氣式擴(kuò)容器經(jīng)減溫減壓后汽水分離，疏水匯集至擴(kuò)容器疏水箱后，根據(jù)水質(zhì)情況通過地溝排放或經(jīng)疏水泵排至凝汽器后回收使用，高溫蒸汽通過大氣式擴(kuò)容器頂部排汽口排入大氣。蒸汽直排造成大量工質(zhì)損失，增加電廠運(yùn)行補(bǔ)水成本，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)排汽口大量冒汽，形成“白色煙羽”，影響電廠環(huán)保形象。以1 000MW超超臨界機(jī)組每天平均補(bǔ)水460t、年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)5 500h計(jì)算，每年淡水消耗超過11.5萬t[2]。由此可見，盡力回收可用工質(zhì)對(duì)發(fā)電企業(yè)具有重要意義，同時(shí)消除排汽口“白色煙羽”也有利于提高電廠環(huán)保形象。

2 節(jié)能改造方案

針對(duì)電廠大氣式擴(kuò)容器蒸汽直排大氣造成工質(zhì)損失的問題，可考慮對(duì)大氣式擴(kuò)容器進(jìn)行節(jié)能改造。改造方案，采用大氣式擴(kuò)容器冷卻噴淋系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)包括依次連接在進(jìn)水母管上的噴淋進(jìn)水總閥1，噴淋進(jìn)水隔離閥2，噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3以及流量計(jì)7。在流量計(jì)后噴淋冷卻水分為三個(gè)支路，通過噴管三的隔離閥4，噴管二的隔離閥5，噴管一的隔離閥6分別向噴管三、噴管二、噴管一供水。噴管三上部安裝有溫度測(cè)點(diǎn)8為自動(dòng)控制邏輯提供輸入條件，優(yōu)化系統(tǒng)的自動(dòng)控制策略。三路噴淋進(jìn)水與擴(kuò)容器排汽管中噴管通過金屬軟管9連接以吸收系統(tǒng)膨脹及運(yùn)行振動(dòng)?？紤]加裝噴淋系統(tǒng)后對(duì)工質(zhì)回收，噴淋進(jìn)水母管從除鹽水母管支管抽取一路除鹽水作為噴淋進(jìn)水以保障回水品質(zhì)，同時(shí)除鹽水母管正常運(yùn)行時(shí)壓力可達(dá)到0.8MPa，使除鹽水泵的揚(yáng)程完全滿足標(biāo)高22m噴淋層流量及壓力需求，無需加裝升壓泵，有效簡(jiǎn)化了系統(tǒng)改造工作量。噴淋進(jìn)水母管口徑為Φ57×4，材質(zhì)選用304不銹鋼管，管路排放充分利用現(xiàn)有橋架，沿現(xiàn)有管路支架布置，合理配置彎管及支吊架，以消除系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)管路振動(dòng)及自然膨脹。噴淋進(jìn)水母管與除鹽水母管通過噴淋進(jìn)水總閥1及噴淋進(jìn)水隔離閥2可有效隔絕，滿足系統(tǒng)檢修停役要求。通過噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)噴淋進(jìn)水母管流量，控制回路接入電廠主控DCS畫面，滿足遠(yuǎn)程操作需求，便于運(yùn)行人員操作。噴淋進(jìn)水母管流量計(jì)后通過變徑管分為三路噴淋支路，采用口徑Φ42×4，材質(zhì)304不銹鋼管。每條支路安裝噴管隔離閥可與系統(tǒng)隔絕，滿足分層投用及檢修隔絕需求。三層噴管采用交叉布置，水平角度間隔60°，垂直間隔1m。噴管長(zhǎng)度1 000mm，平均布置9個(gè)噴頭，配合安裝大角度錐形霧化噴嘴，確保排汽管內(nèi)空間全覆蓋式噴淋，最大化提高綜合噴淋效果。

圖1 大氣式擴(kuò)容器冷卻噴淋系統(tǒng)圖

3 改造方案工作方式

除鹽水母管進(jìn)水通過噴淋進(jìn)水總閥1，噴淋進(jìn)水隔離閥2，噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3進(jìn)入噴淋系統(tǒng)母管。母管除鹽水通過噴管一隔離閥6，噴管二隔離閥5，噴管三隔離閥4分為三條支路分別進(jìn)入噴管一、噴管二和噴管三。在大氣式擴(kuò)容器排汽管中，噴管噴出的霧化除鹽水和高溫蒸汽進(jìn)行混合式噴淋，冷卻高溫蒸汽。冷熱介質(zhì)直接進(jìn)行熱量交換，蒸汽凝結(jié)換熱，無固體壁面參與傳熱，熱效率較高[3]。高溫蒸汽冷凝后匯至原擴(kuò)容器疏水箱工質(zhì)回收，消除排汽管蒸汽直排大氣。系統(tǒng)采用兩級(jí)三層流量控制，保證混合噴淋投用方式多樣性，充分回收可用工質(zhì)。以溫度測(cè)點(diǎn)8實(shí)時(shí)溫度及鍋爐負(fù)荷作為輸入條件優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3控制除鹽水母管流量；由噴管一隔離閥6、噴管二隔離閥5、噴管三隔離閥4合理控制各層噴管流量，有效降低蒸汽溫度。系統(tǒng)噴淋水流量通過流量計(jì)7采集分析，滿足運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需要。通過溫度測(cè)點(diǎn)8實(shí)時(shí)測(cè)量排汽管蒸汽溫度，結(jié)合鍋爐當(dāng)前負(fù)荷疏水量實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3開度，優(yōu)化噴淋系統(tǒng)自動(dòng)控制，最大化回收可用工質(zhì)，減少蒸汽直排。必要時(shí)運(yùn)行人員可手動(dòng)退出自動(dòng)控制邏輯，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況人工控制噴淋水調(diào)節(jié)閥3開度及噴淋支路運(yùn)行數(shù)量控制噴淋流量，以滿足生產(chǎn)需要。

4 改造實(shí)施效果

2018年10月，電廠對(duì)#2機(jī)組大氣式擴(kuò)容器進(jìn)行了上述改造，機(jī)組啟動(dòng)后冷卻噴淋系統(tǒng)投用，運(yùn)行良好。經(jīng)過運(yùn)行試驗(yàn)，鍋爐正常吹灰，疏水方式自動(dòng)，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度80%，三層噴淋支路全部投入運(yùn)行，溫度測(cè)點(diǎn)顯示排汽管內(nèi)溫度75℃，排汽管口無“白色煙羽”現(xiàn)象，管路運(yùn)行正常，無異常振動(dòng)。在機(jī)組50%負(fù)荷時(shí)，噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度50%，兩層噴淋支路開啟，一層關(guān)閉即可獲得較好的噴淋冷卻效果。噴淋系統(tǒng)運(yùn)行流量仍具有一定調(diào)節(jié)余量，可滿足冬夏季各工況下噴淋流量需求。通過運(yùn)行試驗(yàn)，以溫度測(cè)點(diǎn)溫度及鍋爐負(fù)荷為輸入條件，合理優(yōu)化噴淋進(jìn)水調(diào)節(jié)閥3及支路投用數(shù)量，優(yōu)化控制邏輯，噴淋系統(tǒng)改造效果良好，運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。以表1為例，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，在冬季時(shí)，超超臨界百萬千瓦機(jī)組鍋爐平均負(fù)荷率以75%計(jì)算，鍋爐各疏水正常運(yùn)行方式下，投用本系統(tǒng)后平均每周可回收除鹽水約350t，按除鹽水11元/t計(jì)算，全年節(jié)約除鹽水收益約18萬元。噴淋系統(tǒng)運(yùn)行成本低，無需增設(shè)升壓泵，僅增加了原系統(tǒng)除鹽水泵功耗，電量消耗可以忽略。系統(tǒng)無消耗性材料，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，僅需常規(guī)檢查即可。以項(xiàng)目投資15萬元計(jì)算，一年內(nèi)即可收回成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 噴淋系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

通過對(duì)1000MW超超臨界鍋爐大氣式擴(kuò)容器的節(jié)能改造，在大氣式擴(kuò)容器排汽管加裝噴淋系統(tǒng)，利用除鹽水對(duì)高溫蒸汽進(jìn)行混合式噴淋，避免了蒸汽直排大氣的工質(zhì)損失，有效節(jié)約電廠補(bǔ)水，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。噴淋系統(tǒng)投用后，消除排汽口熱污染及白色煙羽，提高電廠整體環(huán)保形象，具有良好的社會(huì)效益。

噴淋系統(tǒng)改造工作量可控，采用常規(guī)設(shè)備材料，系統(tǒng)整體投資較小，收益顯著，運(yùn)行穩(wěn)定。在設(shè)有大氣式擴(kuò)容器的電廠等企業(yè)都可以通過加裝冷卻噴淋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。