莫維明

(上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所有限公司，上海 200083)

某電廠2×660 MW機組配置兩臺額定蒸發(fā)量為40 t/h的燃油啟動鍋爐，鍋爐系結(jié)構(gòu)為雙鍋筒縱向布置、膜式水冷壁、D型爐膛自然循環(huán)、微正壓的低壓鍋爐。前墻布置燃燒器，爐膛出口處布置水平式過熱器，而后是對流管束，煙氣從對流管束經(jīng)過煙道接頭流入省煤器，通過省煤器后進(jìn)入煙囪排出。啟動鍋爐的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 啟動鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

1 啟動鍋爐在火電廠的作用

火電廠在機組啟動過程中，需要用到輔助蒸汽系統(tǒng)，比如爐側(cè)的空預(yù)器蒸汽吹灰、磨煤機的滅火蒸汽、蒸汽暖風(fēng)器、機側(cè)的軸封蒸汽、除氧器加熱等。而提供輔助蒸汽系統(tǒng)汽源的一般主要有下面幾種途徑:啟動鍋爐蒸汽、鍋爐冷段再熱蒸汽、汽輪機四抽蒸汽。

在中低負(fù)荷段，一般由鍋爐的冷段蒸汽提供；在中高負(fù)荷段，當(dāng)汽輪機四抽蒸汽參數(shù)滿足輔助蒸汽參數(shù)要求，就切換到用汽機四抽供汽。在剛點火啟動時，鍋爐的冷段蒸汽尚未滿足輔助蒸汽參數(shù)要求，就用啟動鍋爐來提供汽源，來確保機組在啟動過程中的一些設(shè)備系統(tǒng)安全及工藝的要求。

2 啟動鍋爐調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及處理

對于啟動鍋爐來講，從整個電廠運營來看，主系統(tǒng)和主設(shè)備的運行時間并不長，但不能就此忽視啟動鍋爐的作用，尤其在機組啟動階段，扮演著舉足輕重的角色。從機組整個系統(tǒng)調(diào)試來看，啟動鍋爐的調(diào)試也是碰到問題較多的一個系統(tǒng)，問題往往集中在設(shè)計不合理、系統(tǒng)設(shè)置不夠完善、滿足不了一些運行工藝要求等方面，因此對這套系統(tǒng)沒有像主設(shè)備系統(tǒng)那樣引起足夠的重視。而對于啟動鍋爐的調(diào)試，往往是發(fā)現(xiàn)問題，再解決問題。

2.1 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造

通常設(shè)計提供主鍋爐的油源供油泵也可以提供給啟動鍋爐。啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造前如圖1所示。這樣設(shè)計的好處是簡化了系統(tǒng)，降低了成本。但是不利的一面就是在主鍋爐爐前油系統(tǒng)建立循環(huán)時，在打開開關(guān)型的進(jìn)油電磁閥瞬間，電磁閥上游充滿管道的油瞬間會大量流入下游空管道中，母管油壓會產(chǎn)生較大的波動，此時就會使啟動鍋爐的油壓瞬時降到低油壓保護(hù)值2.2 MPa以下，導(dǎo)致啟動鍋爐熄火。啟動鍋爐產(chǎn)汽提供的輔助蒸汽系統(tǒng)參數(shù)下降，汽機的軸封蒸汽系統(tǒng)退出，點火前建立的真空下降。影響了大鍋爐點火前的準(zhǔn)備工作，使得原先從啟動鍋爐點火經(jīng)過大約2 h到凝汽器的真空建立滿足大鍋爐點火條件的時間延長。后經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化(見圖2)，采用啟動鍋爐供油系統(tǒng)同大鍋爐供油系統(tǒng)分別設(shè)置，這樣使得兩者之間互不影響。

圖1 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造前

圖2 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造后

某電廠設(shè)置兩臺蒸發(fā)量為40 t/h的啟動鍋爐，每一臺啟動鍋爐分別配置兩臺供油泵，一用一備，分別設(shè)置有獨立的進(jìn)回油管路，原先的設(shè)計回路如圖3所示。啟動鍋爐供油泵出口進(jìn)油管路和回油管路只有通過油槍回油管路來建立聯(lián)系。這樣的設(shè)計存在三個問題：一是供油泵只有在啟動鍋爐燃燒器投運后，才能建立油循環(huán)正常運行工況，在此之前因為沒有通路使供油泵無法啟動；二是在啟動鍋爐點火前，無法進(jìn)行爐前油循環(huán)，濾去管路及油中帶入的雜質(zhì)；三是啟動點火前，無法通過回油管路上的再循環(huán)閥來控制點火油壓。

圖3 啟動鍋爐燃燒器供回油管路改造前

隨后進(jìn)行了管路改造，在啟動鍋爐燃燒器前進(jìn)回油母管增加了一路短管DN50，并增加了手動閥門如圖4所示。在需啟動鍋爐點火前2 h，全開此手動門，啟動鍋爐供油泵，建立啟動鍋爐的爐前油循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)供油泵進(jìn)口濾網(wǎng)前后差壓數(shù)值大小判斷是否需清理濾網(wǎng)，由于進(jìn)回油管路建立了聯(lián)系，就可以通過回油管路上的再循環(huán)來調(diào)節(jié)整個點火油壓在2.6～3.0 MPa。

圖4 在啟動鍋爐房內(nèi)增加旁路管道和閥門

但此種改進(jìn)沒有徹底解決所有問題，就是一旦進(jìn)入點火程序，如果點火后把此手動門全關(guān)，那么點火油壓沒法有效控制，在點火低負(fù)荷少量油進(jìn)入爐內(nèi)燃燒，大量油通過燃燒器回油調(diào)節(jié)閥進(jìn)入回油管路，就會造成回油壓力高保護(hù)跳閘。如果把此手動門開著，更是直接使點火油壓和回油建立了聯(lián)系，更易導(dǎo)致回油壓力高保護(hù)動作。針對這一問題，在供油泵房再增加一路管道，把供油泵出口進(jìn)油管路提前和回油調(diào)節(jié)閥聯(lián)系起來(見圖5)。這樣啟動鍋爐的點火油壓就能時刻通過回油再循環(huán)閥來進(jìn)行有效控制。此時的調(diào)節(jié)點由于在遠(yuǎn)離啟動鍋爐房的油泵房內(nèi)，那么對燃燒器回油管路的回油壓力影響較小，使得燃燒器回油壓力較穩(wěn)定。對于回油調(diào)節(jié)式油槍來講，最低負(fù)荷時，其回油壓力是最高的，只要此時回油壓力低于其保護(hù)值，那么隨著后面負(fù)荷的增加，其回油壓力只會更低，確保了啟動爐不會再因為回油壓力高而保護(hù)動作熄火。

圖5 在油泵房內(nèi)再增加旁路管道

在實際點火過程中，發(fā)現(xiàn)點火油槍常常點火不成功，后拆開點火油槍頭部，發(fā)現(xiàn)總有些細(xì)小的橡膠類物質(zhì)堵塞部分油槍噴口，造成油槍霧化效果差，點火燃燒不好、強度不夠?qū)е禄饳z時檢測不到。通過分析發(fā)現(xiàn)，在整個啟動鍋爐供油系統(tǒng)中，可在啟動鍋爐供油泵的進(jìn)口處設(shè)置30目的粗濾網(wǎng)，此濾網(wǎng)主要是保護(hù)啟動鍋爐供油泵。對于燃燒器油槍細(xì)小噴頭來講，需要再增加細(xì)濾網(wǎng)防止油槍被堵塞。后來了解到，前期廠家和設(shè)計院相互配合時出現(xiàn)了問題，廠家未對燃燒器進(jìn)口濾網(wǎng)的要求提資給設(shè)計院，而設(shè)計院就沒設(shè)計細(xì)濾網(wǎng)，重新和燃燒器廠家確認(rèn)后，在通向啟動鍋爐燃燒器前的供油管路上增加了一個400目的細(xì)濾網(wǎng)(見圖6)，來攔截更為細(xì)小的雜質(zhì)顆粒，后面就沒再發(fā)生雜質(zhì)堵塞油槍事件。

圖6 進(jìn)啟動鍋爐燃燒器前增加400目濾網(wǎng)

2.2 啟動鍋爐的啟動排汽容量與最低燃燒負(fù)荷需匹配

通常啟動鍋爐都設(shè)置有啟動排汽管路，作用就是在外界用汽量沒有或者不大的條件下，啟動鍋爐升溫、升壓的過程中，滿足最小燃燒負(fù)荷下啟動鍋爐蒸汽受熱面管內(nèi)能有足夠量的蒸汽冷卻受熱面管，從而維持啟動鍋爐安全穩(wěn)定運行的需要，同時輔助控制啟動鍋爐升壓速率(見圖7)。在進(jìn)行啟動鍋爐蒸汽吹掃的過程中，發(fā)現(xiàn)啟動鍋爐在燃燒器規(guī)定的最小燃料量的運行方式下，其啟動排汽容量無法滿足此負(fù)荷下啟動爐連續(xù)安全運行。由于過熱器中沒有足夠的蒸汽來冷卻受熱面，容易造成過熱器超溫，雖然啟動爐不設(shè)管壁溫度，從過熱器出口蒸汽溫度在減溫前比設(shè)計滿負(fù)荷時熱力計算值380 ℃還要高50 ℃，達(dá)430 ℃，由此可以看出受熱面存在超溫運行。根據(jù)燃燒器提供的負(fù)荷曲線，滿負(fù)荷燃油量達(dá)到3.098 t/h，而最小負(fù)荷燃料量達(dá)1.6 t/h，其最小負(fù)荷的燃料量達(dá)到滿負(fù)荷時的50%，其啟動排汽的設(shè)計容量僅有30%。在此排汽容量下，如果外部沒有用汽量，即使啟動鍋爐在最小負(fù)荷點，也不能連續(xù)穩(wěn)定運行。

圖7 輔助蒸汽系統(tǒng)圖

在輔助蒸汽吹掃過程中，采用調(diào)節(jié)輔助蒸汽至除氧器電動調(diào)節(jié)門開度來輔助控制啟動鍋爐的升壓速率，滿足啟動鍋爐在最小燃燒負(fù)荷下穩(wěn)定運行足夠蒸汽通流量的需要，控制輔助蒸汽其他各用戶每小時降壓吹管的次數(shù)不大于4次。后面在正常的投運過程中，依靠打開到磨煤機滅火蒸汽和空預(yù)器吹灰的暖管疏水閥門來滿足啟動鍋爐最小負(fù)荷下蒸汽通流的需要，此種設(shè)計的不匹配也造成了一定蒸汽的損失。

2.3 優(yōu)化啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)

大型鍋爐往往都是懸吊式的，有利于向下膨脹，大都用煤作為燃料，底部又設(shè)置有撈渣機，因此其水冷壁的最底面高度比鍋爐0 m放置的排污擴(kuò)容器的高度要高，只要在底面設(shè)置足夠管徑的排放管，使排放量和沖洗要求的水量相平衡。這樣在冷態(tài)水沖洗時就極易清除沉積在底部的雜質(zhì)，取得很好的冷態(tài)沖洗效果在較短時間內(nèi)滿足點火水質(zhì)要求。點火后無壓放水也能把受熱面管的存水放盡。而啟動鍋爐大多是臥式爐，燒油或燒天然氣，其下聯(lián)箱直接安置在底部0 m層，其排污管從吸收膨脹和現(xiàn)場安裝考慮，檢修通道往往需往上成倒U型再進(jìn)入定期排污擴(kuò)容器合適的位置，這樣冷態(tài)水沖洗很難清除易積存在底面的雜質(zhì)，清洗效果不佳，延長了水沖洗時間，點火后無壓放水也很難放盡內(nèi)部的存水。后面在啟動鍋爐下聯(lián)箱的底部排放母管的最低位再增設(shè)足夠管徑的排放管(見圖8)，直接接至降溫池中，供冷態(tài)水沖洗和點火后的無壓放水用，即提高了鍋爐冷態(tài)沖洗效果，又避免了停爐后因有不合格的存水導(dǎo)致鍋爐受熱面的腐蝕。

圖8 啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)優(yōu)化

2.4 啟動鍋爐煙道尾部積存冷凝水問題

啟動鍋爐的除氧器用汽的汽源來自啟動鍋爐的主蒸汽管道，在啟動初期，低負(fù)荷階段，蒸汽品質(zhì)和參數(shù)不足以投入啟動爐除氧加熱系統(tǒng)，給水的除氧通過加聯(lián)氨的方式進(jìn)行化學(xué)除氧，無法投用加熱蒸汽使得省煤器的進(jìn)水溫度在30～35℃之間；再加上初期的低負(fù)荷，使得省煤器出口的排煙溫度低于50℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煙氣的露點溫度，造成大量的凝結(jié)水凝結(jié)下來；加上啟動鍋爐的省煤器是水平布置在煙道里，若煙道低位不設(shè)置疏放水點，就會積存在煙道里，減小了煙氣的通流截面，增大了阻力損失，并且熱煙氣遇到冷凝水溫度驟降，易增加煙道的振動。后在省煤器底部增加了疏放水管道，當(dāng)煙氣溫度低于露點溫度時及時打開疏放水門，排盡其中的冷凝液；當(dāng)高負(fù)荷投入除氧器加熱提高給水溫度使得排煙溫度高于露點溫度時，關(guān)閉省煤器疏放水閥門，防止煙氣從疏放水管路中排出。

3 結(jié)語

(1)當(dāng)新建電廠首臺機組需要啟動，但未有老廠提供啟動蒸汽的汽源時，啟動鍋爐將起著非常重要的作用。啟動鍋爐本體及配套系統(tǒng)的合理設(shè)計也是啟動鍋爐能否安全穩(wěn)定投入運行的關(guān)鍵。

(2)燃油系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮在鍋爐點火前要提前建立油循環(huán)，越能靠近鍋爐燃燒器的油循環(huán)，越能大范圍濾去管路雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進(jìn)入油槍噴頭影響霧化效果。

(3)啟動鍋爐的啟動排氣設(shè)計容量應(yīng)能滿足啟動鍋爐燃燒器最小負(fù)荷工況下的安全運行需要，這樣啟動鍋爐在沒有外界負(fù)荷的情況下，能維持運行并能起到良好的熱備用作用。

(4)啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)的設(shè)計要考慮冷態(tài)大流量水沖洗的需要，有效去除易沉積在管道最底面的雜質(zhì)，以及熱態(tài)無壓放水時能放盡爐水，降低停運期間的管路腐蝕程度。

(5)啟動鍋爐在啟動初期，除氧器無法投入加熱蒸汽來加熱給水，使得排煙溫度遠(yuǎn)低于煙氣露點溫度，在尾部水平煙道省煤器處容易產(chǎn)生積水，如這些積水不能有效去除，極易引發(fā)煙道的振動。