2 150 t/h超临界直流锅炉稳压吹管工艺优化

汪潮洋，杜建桥，周若明，杨守伟，樊 旭

(河北省电力研究院，石家庄 050021)

1 概述

河北国华定洲发电有限责任公司二期工程2台SG-2150/25.4-M976型660 MW机组，四角切向燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架的Ⅱ型超临界变压器直流锅炉。启动系统采用内置式无循环泵的启动分离系统，在设计初期去除了分离器至除氧器的疏水管路，并优化了启动系统。制粉系统采用冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台锅炉设有6台HP1003/Dyn型中速磨，每台磨煤机分别对应锅炉同层的4只燃烧器，共24只燃烧器分6层分别布置在锅炉的四角上。将A磨对应的下层4个燃烧器改为等离子燃烧器，并设计了相关的辅助系统，可实现锅炉冷态无油启动。化学除盐水系统最大制水能力280 t/h，由3个2 000 m3的除盐水箱、2台170 t/h的凝补泵，容积为300 m3的凝补水箱、3台给水流量为35%BMCR的电动给水泵组成。

2 吹管参数的选择及吹管范围

根据大容量、高参数、直流锅炉蓄热能力较差的特点，从经济性及吹管效果考虑，采用串级稳压蒸汽吹管法，主蒸汽系统和再热蒸汽系统串级一次冲洗。主要参数：分离器压力5.0～6.0 MPa、主蒸汽温度 420～450 ℃、再热蒸汽温度480～520 ℃、主蒸汽流量45%～50%BMCR。

采用锅炉点火燃烧自生蒸汽对管道进行吹管，吹管期间，锅炉主要投用等离子点火系统及制粉系统(A磨)进行点火、升温、升压，逐步投入B磨、C磨稳定燃烧，必要时再投用油枪进一步增强燃烧。吹扫蒸汽流程为：锅炉启动分离器→各段过热器→末级过热器集汽集箱→主蒸汽管道→汽机高压主汽门冲管套阀→临时管→吹管临时电动阀→临时管→靶板→临时管→集粒器→临时管→再热器冷段→锅炉再热器→再热器热段→汽机中压缸主汽门冲管套阀→临时管→靶板→临时管→消音器。

在该阶段吹管期间，临时抽出高、中压自动主蒸汽门门芯，并安装厂家提供的假门芯及临时堵板，使蒸汽从阀门的阀盖经汽轮机厂家提供的临时管路引出，由于吹管期间汽轮机盘车装置不能投入，吹管过程中不安装高压及中压导汽管，所有与汽机本体及排汽装置相关的疏水有效的进行隔绝，以防止任何蒸汽进入汽缸。

3 吹管前相关系统的优化

3.1 空气预热器吹灰汽源的优化

空气预热器吹灰汽源正常设计为两路汽源，一路为锅炉本体汽源，即屏式过热器减温减压后的主汽源；另一路接自辅助蒸汽。考虑到吹管期间锅炉本体汽源不具备投运条件，而辅助蒸汽引自一期辅助蒸汽联箱，加热给水需大量的蒸汽，吹灰器汽源参数很难达到设计要求，影响吹灰效果，为了提高吹灰效果，增设了临时供汽系统，方案如下：

锅炉空气预热器吹灰汽源从已投运邻炉本体吹灰汽源引接，引接位置在邻炉主、辅汽供汽汇合后，并加装手动门。在最低处加装疏水，并安装就地压力表，具体方案由设计院设计，施工单位安装；正式投运前利用蒸汽对系统进行吹扫。

3.2 吹管临时系统的优化

根据稳压吹管的参数，临时系统高压缸主蒸汽门至冷段再热器管临时管选用与冷段再热器管材相同材质的临时材料，且厚度满足要求；中压主蒸汽门至消音器前临时管材选可以承受蒸汽参数 (1.6 MPa、500 ℃)长时间冲击的合金钢；消音器选用合金钢消音器，可以承受540 ℃。

吹管导则明确要求一次蒸汽出口需安装靶板，但根据同类机组吹管情况看，存在以下问题：一方面一次蒸汽安装靶板后增加了一次蒸汽的阻力；另一方面，一次蒸汽靶板处流速高、压力大，靶板极易吹飞，可能造成靶板卡涩在主蒸汽门、临时吹管门和集粒器处，增加了系统的不安全因素，因此在吹管前取消一次汽出口处的靶板。根据吹管导则要求，吹管临时系统中吹管隔离阀后至再热冷段进口选材应满足压力5.0 MPa、温度500 ℃，而集粒器选材要求压力3.0 MPa、温度450 ℃，低于吹管隔离阀后的管材参数，因此，在布置临时系统时，对集粒器按照压力5.0 MPa、温度500 ℃进行校核计算，校核结果满足要求。根据稳压吹管的特点，吹管隔离阀前后不再要求旁路。

3.3 临时补水能力的优化

化学制水、补给水均不能满足吹管的要求，因此，在吹管前设计了临时系统以满足吹管的要求，主要体现在两方面：增设临时补水系统、临时管路和疏水泵，在化学除盐水箱出口母管处接引管路，在除盐水箱附近设置临时泵，泵的流量为1 100 t/h，扬程大于等于1.7 m；排汽装置改造，底部加支撑，内部打堵板至排汽装置喉部，并加装水位计。经过上述改造后，排汽装置增加储水量500 t。

4 吹管关键环节的优化

4.1 锅炉冷态冲洗环节的优化

从锅炉首次上水冲洗至锅炉首次点火前冷态冲洗合格，历时7 天耗水量约为20 000 t；在冷态冲洗过程中验证了临时补水能力和除氧器加热能力，投入了分离器水位自动，在此过程中发现HWL阀门液压油站油压波动的情况，并及时处理。冷态冲洗的提前开始，为整个吹管过程缩短了时间。冷态冲洗的主要特点有:

a. 大流量冲洗，将电动给水泵出力调整至最大并保持20 min，此时HWL1、 HWL2调节门须同时开启，保持全开，并观察分离器水位情况，防止排水不及，在冲洗的过程中未发生溢水至过热器的情况。

b. 变流量冲洗，将电动给水泵出力调整至最大并保持5 min，再将电动给水泵出力调整至300 t/h保持5 min，重复操作，锅炉进入冷态冲洗程序。在冲洗的过程中采用变流量冲洗，通过改变流速增加扰动，提高冲洗效果。

c. 除氧器加热的投入，使水温保持在80 ℃以上，提高了水的携带能力及杂质的溶解能力，使得冲洗效果较好。

d. 在冲洗过程中，采用间隔冲洗，为提高给水温度，冲洗持续30 min左右，停止冲洗利用辅汽加热给水温度，提高给水至120 ℃，再继续冲洗。

e. 为缩短工期，节省工质，在冷态冲洗前启动分离器排水，水质从ρFe小于500 mg/L变成ρFe小于1 000 mg/L为冷态开式冲洗合格，即可通过精处理回收冲洗水进行循环冲洗，凝结水可达到给水要求。

4.2 锅炉热态冲洗环节的优化

首次点火至热态冲洗水质合格，耗时8 h，其中分离器水温稳定在190 ℃左右，冲洗不到3 h，分离器回水水质ρFe小于100 mg/L。热态冲洗时的冲洗工艺与冷态冲洗时的工艺基本一样，进行大流量和变流量冲洗，热态冲洗的快速合格与冷态冲洗时的工艺有直接关系。

4.3 吹管时给水流量的优化

为确保锅炉启动时水冷壁的安全，设计时设定了锅炉的最小给水流量，同时设计了水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁温测点。最小给水流量是从水动力理论计算方面提出的一个参数，具有一定的裕量，水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁温是实际运行中考察水冷壁安全的参数。最小给水流量的减小幅度是否安全可通过水冷壁螺旋管段出口及垂直管段出口壁温来佐证。

根据同类机组运行经验及吹管过程中遇到的问题，在保证机组安全的前提下，制定了以下启动措施：

a. 在启动初期把最小给水流量由30%BMCR降低至25%BMCR，在运行过程中确保升温升压速度不超限；

b. 升温升压过程中监视水冷壁螺旋管和垂直管壁温度是否超限以及相邻测点偏差是否大于15 ℃；

c. 在启动后随着热负荷的提高逐步提高给水流量，在转入直流运行时，控制给水流量在30%BMCR。

在吹管的过程中各处壁温显示正常、相邻测点无明显偏差现象，同时给水流量的降低有利于启动过程中过热器和再热器蒸汽温度的控制。

4.4 吹管时过热器及再热器温度的优化

针对同类机组吹管过程中及启动初期存在过热器和再热器温度偏高、甚至减温水不够用的情况，在吹管的过程中采取如下措施：

a. 尽可能提高风粉混合物的温度，经过系统优化，在启动初期，制粉系统出力为30 t/h时，出口风粉混合物温度仍能维持60 ℃，有效提高了煤粉的燃尽率；

b. 临时锅炉供辅汽有四段抽汽倒至再热器冷段，有效的增加了辅汽联箱压力，提高给水温度，在相同热负荷下增加蒸汽产量；

c. 降低最小给水流量至25%BMCR，根据需要可降低至23%BMCR左右，给水流量降低的同时有效缓解了给水温度低和蒸汽产量小的问题；

d. 考虑稳压吹管需要大量的减温水，正常设计减温水量不足，采取了靠关小主给水旁路门和主给水电动门改点动用来改变主给水流量和减温水的分配关系，满足过热器、再热器汽温的需要。在稳压吹管的过程中，过热器减温水差压控制在7～8 MPa，能有效的控制过热器蒸汽温度在400 ℃和再热器蒸汽温度在460 ℃左右。

e. 针对再热器蒸汽温度高，吹管临时系统难以承受的特点，制定了1台电泵单列运行，提高电泵转速专门来满足再热器减温水需要的备用方案。

4.5 启动初期时给水温度的优化

根据水质情况，及时回收疏水至排汽装置提高凝结水温度，在吹管过程中，凝结水温升可达到50 ℃。在吹管过程中，辅助蒸汽至除氧器调门全开，最大程度提供辅助蒸汽加热给水。

4.6 吹管工艺参数的优化

拟采取在保证K大于1.0的基础上增加Vb，降低Gb，以减少吹管时的耗水量，缩短吹管周期。把分离器处参数(6.0 MPa、280 ℃)优化成(4.7 MPa、280 ℃)使得吹管系数从1.0提高至1.1，吹管流量从860 t/h降低770 t/h，吹管效率提高了11.2%。在实际控制过程中，给水流量约在750 t/h即能满足吹管要求，因此降低吹管压力，提高分离器处蒸汽过热度，在制水和补水能力不变的情况下，能提高吹管效率。

5 吹管过程的实施

5.1 降压试吹管

在热态冲洗合格后，为考验临时系统的安全性，安排了4次降压试吹管，在分离器压力分别为2.05 MPa、3.24 MPa、4.07 MPa和5.0 MPa时降压吹管。在每次试吹吹管门关闭后，进行全面检查，尤其对汽水系统(包括吹管临时系统)的严密性及膨胀变形情况进行检查，发现异常及时处理。在确认系统安全可靠、工作正常后，方可继续升压。

5.2 稳压吹管

a. 在锅炉点火启动的过程中启动流量由30%BMCR调整至25%BMCR，减少了启动过程单位时间的耗水量，同时启动流量降低减少了热量的损失，增加了产汽量，有利于过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的控制，提高了吹管时的经济性和安全性。

b. 吹管过程中监视分离器处、过热器出口、再热器入口和再热器出口的吹管系数，在系统系数最小的分离器处吹管系数大于1.0时，开始计时，每次稳压吹管30 min。稳压吹管进行了4口后，经靶板检验后靶板合格，为比较及验证稳压吹管效果，分别进行验证性的降压靶板和全程打靶板的稳压吹管试验。稳压吹管时的主要参数：给煤量125 t/h，给水流量815 t/h，分离器压力4.85 MPa，过热度10 ℃，过热器出口温度420 ℃，再热器出口温度470 ℃。吹管系数分别如下：分离器处1.2、过热器处1.32、再热器入口1.45、再热器出口2.01。

c． 在冲洗工艺优化和启动流量降低的前提下，减少了除盐水的消耗，实现了第1口和第2口稳压吹管时进行不停炉连续吹，即在第1口30 min结束后，锅炉进行降压，减少燃料量，减少给水流量，使锅炉维持单套制粉运行，压力滑至3.0 MPa时，进行再次升压，增加燃料和给水量进行第2口稳压吹管。第3口、第4口稳压吹管和上述过程相同，连续2次稳压吹管节省了大量的时间和水，提高了吹管的经济性。

d. 对稳压吹管和降压吹管的效果进行对比。提高分离器压力至5.3 MPa左右时，迅速开启两侧临时吹管门进行降压吹管，分离器处吹管系数大于1.0的时间持续5 s左右，最大值为1.08，由此可见在此压力下吹管，吹管有效时间较短，且低于降压吹管系数大于1.4的要求，但很难保证吹管质量。如需进一步增加吹管系数，提高吹管有效时间，需提高吹管压力，这对临时系统的选材和施工有了更高的要求，因此对于过热系统阻力较大的超临界机组应选择稳压吹管。

e. 稳压吹管合格后，对目前国内现行的打靶方法进行了检验，即再次进行稳压吹管，且全程打靶，打靶时间20 min，靶板检验质量符合吹管导则要求。

6 效果分析

a. 吹管前采取的各项临时措施，有效的保证了吹管的实现，并增加了吹管期间机组的安全性和经济性。

b. 机组的冷态、热态冲洗工艺的优化，提高了冲洗效果，节省大量除盐水，为吹管的顺利实施奠定了基础。

c. 机组启动参数的优化，避免了无油吹管蒸汽温度偏高难以控制的现象，使吹管过程更加容易控制、参数更合理，对同类机组稳压吹管具有指导意义。

d. 通过对吹管参数的优化，在保证吹管效果的前提下，顺利实现了不熄火连续吹管，节省了大量的除盐水，缩短了吹管周期。

e. 以稳压吹管全程打靶的试验来检验吹管效果，结果表明吹管效果良好，系统内部干净，工艺更加合理。

参考文献：

[1] Q/GH 001-2008，超/超超临界机组蒸汽吹管导则[S].