邻机蒸汽加热系统在600 MW超临界空冷机组冷态启动中的应用探讨

郝永全

（山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021）

邻机蒸汽加热系统在600 MW超临界空冷机组冷态启动中的应用探讨

郝永全

（山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021）

通过对超临界空冷机组冷态启动参数分析，提出了邻机蒸汽加热系统技术方案，即在相邻机组正常运行情况下，邻机辅助蒸汽和抽汽系统提供符合启动要求的汽源至本机除氧器和高压加热器。通过除氧器和高加的加热作用，提高锅炉进水温度，建立除氧器、前置泵、高加、省煤器、水冷壁、汽水分离器、除氧器的循环加热系统，实现600 MW锅炉水冷壁冷态启动加热冲洗。一方面可以节省机组启动冲洗过程中煤、油燃料量，具有明显节能作用；另一方面改善了锅炉冷态启动点火环境，降低了锅炉不完全燃烧对脱硝、电除尘、脱硫系统的污染，提高了机组的启动安全性。

邻机蒸汽加热；节能；降低污染；启动安全性

1 机组常规的冷态启动过程及存在问题

1.1 某电厂600 MW超临界机组常规冷态启动过程

某电厂二期600 MW超临界机组锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热。燃烧方式采用阿尔斯通公司的摆动式四角切圆燃烧技术、平衡通风、固态排渣，全钢悬吊结构Π型锅炉，为露天布置燃煤锅炉。锅炉型号为SG-2027/25.4-M970，制粉系统采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统设计。燃烧器共设置 6层煤粉喷嘴，锅炉配置 6台HP1003型中速磨煤机，A层煤粉喷嘴设计有等离子点火装置，每2层煤粉喷嘴之间设置有1层油枪喷嘴共3层。

汽轮机为超临界、一次中间再热、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机型号NZK 600-24.2/566/566。

锅炉出口蒸汽参数为25.4 MPa/571℃/569℃，锅炉最大连续蒸发量为2 027 t/h，最终与汽轮机的阀门全开工况VWO（valve wide open） 工况相匹配。锅炉的主蒸汽流量为：1 913 t/h；主蒸汽压力为25.40 MPa；主蒸汽温度为571℃；设计煤耗为312 t/h。锅炉的再热蒸汽流量为1 584 t/h；再热蒸汽进/出口压力为4.39 MPa/4.20 MPa；再热蒸汽进口/出口温度为312℃/569℃。

锅炉的启动系统为：设计2只汽水分离器，其进出口分别与水冷壁和炉顶过热器相连接。每个分离器筒身上方切向布置4根进口管接头、2根至炉顶过热器管接头和1个疏水管接头。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30%锅炉最大连续蒸发量 BMCR（boiler maximum continue rating） 时，蒸发受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管接头进入炉顶过热器，而水则通过2根疏水管道引至1个储水箱，储水箱下方设有2根管道分别通至除氧器和大气式扩容器，每根管道上设有调节阀，可根据不同状况控制分离器水位和对工质和热量的回收。在大气扩容器中，蒸汽通过管道在炉顶上方排向大气，水进入冷凝器储水箱。

某电厂600 MW超临界机组的冷态启动从锅炉上水开始到机组全撤油枪一般需要16至24 h。机组启动主要分为：锅炉冷态上水冲洗、热态冲洗及升温升压、冲转并网、湿态干态转换、正常接带负荷几个阶段，各阶段所需时间及过程。如表1。

表1 机组启动各阶段用时h

1.2 冷态启动过程中存在的问题

1.2.1 燃油消耗量大

通过对某电厂机组三次冷态启动过程中燃油消耗统计发现，即使在采用了等离子点火装置的情况下，机组冷态启动的用油量依然需要45 t到50 t左右。

1.2.2 对锅炉尾部烟道及脱硫脱硝电除尘设备的影响

目前多数火电机组均投运了脱硝、脱硫设备，且均要求随机启停，不设置旁路挡板。机组冷态启动初期，锅炉处于冷炉冷风状态，锅炉点火初期油枪的着火稳定性差，燃烬程度差，点火后期投运等离子点火装置启动制粉系统后，也不能保证煤粉完全燃烧。未燃烬的煤、油燃料对锅炉尾部烟道里布置设备的危害主要如下。

a)如果在锅炉尾部烟道沉积，容易导致尾部烟道发生二次燃烧。

b)沉积在锅炉脱硝系统催化剂上同样会导致催化剂堵塞，严重时引起催化剂着火损坏。

c)进入电除尘容易在电除尘极板上沉积，导致电除尘效果降低，严重时导致极板放电击穿。

d)进入脱硫系统，容易造成吸收塔内浆液品质恶化，吸收烟气中二氧化硫的能力降低，脱硫效果降低，石膏品质恶化脱水困难，沾污在脱硫循环泵喷嘴上容易导致循环泵喷嘴堵塞。

2 机组采用邻机蒸汽加热系统后的冷态启动过程

2.1 邻机蒸汽加热系统流程及改造方案

邻机蒸汽加热系统的流程为：利用汽泵前置泵作为动力源，将除氧器中的水经高加—省煤器—水冷壁—启动分离器—分离器放水至除氧器，形成水循环，利用邻机的辅汽和二段抽汽将除氧器和2号高加的水加热后循环加热锅炉的省煤器和水冷壁。

在机组启动初期，先投用邻机蒸汽加热系统将省煤器和水冷壁温度逐步提升200℃至250℃，再按正常启动程序启动风烟系统投入油枪点火启动。锅炉内部在水冷壁和省煤器的散热下已形成相对“热炉”的环境，同时由于省煤器对烟气的加热作用，烟温、热一次风、热二次风温能快速升高，在此工况下，油枪的着火稳定性和燃烬情况将明显好转，并能满足启动制粉系统的条件，从而缩短机组启动时间，减少燃油和燃煤的消耗。以某电厂600 MW超临界机组为改造原型，邻机蒸汽加热方案的实现首先在热力系统方面要保证邻机辅汽满足除氧器加热所需汽量，同时如需要将炉水温度提高至200℃以上时，必须新增邻机二段抽汽至本机2号高加器加热管路及阀门系统，增加2号高加疏水至除氧器的管道及阀门系统。

2.2 采用邻机蒸汽加热系统后的冷态启动过程

采用邻机蒸汽加热系统后的机组启动过程主要分为四个阶段：冷态冲洗阶段、低温循环加热阶段、高温循环加热阶段、机组点火启动。具体各阶段过程描述如下。

2.2.1 冷态冲洗阶段

此阶段采取开式冲洗方式，目的是将系统冲洗干净，水质合格后具备循环加热条件。具体步骤如下。

a）锅炉上水仍然按照原来方式，利用邻机辅汽将除氧器水箱水温加热到70～80℃左右（要求水温与水冷壁金属温差小于50℃），之后启动汽前泵给锅炉上水。

b）锅炉分离器见水后，开始进行冲洗排放，通过启动分离器放水至大气扩容器，大气扩容器外排至机组排水槽。冲洗阶段需定期化验炉水水质，直到炉水水质合格（Fe小于100 μg），冲洗排放阶段结束。

2.2.2 低温循环加热阶段

此阶段首先逐步关小分离器外排管路，开启至除氧器放水管路，形成加热循环回路，逐步开大辅汽，提高除氧器水温至150℃，将锅炉省煤器及水冷壁温度逐步提高至150℃。

2.2.3 高温循环加热阶段

需要继续提升炉水温度时，利用临机2抽来汽逐渐投入 2号高加，缓慢提高给水温度，将给水加热到200℃（饱和压力1.5 MPa）以上。控制系统循环水量和外排水量，逐步将省煤器及水冷壁温度提高到200℃以上。给水温度最高能加热到多少，需根据邻机辅汽抽汽量和二抽抽汽量进行核算。2号高加投运后的疏水直接回收至除氧器进一步加热给水。

2.2.4 机组点火启动

当锅炉省煤器和水冷壁金属温度均加热至200℃以上时，机组具备启动条件。机组按正常启动方式进行启动。给水泵切换为电泵运行，启动锅炉风烟系统吹扫完成后锅炉点火。循环加热系统保持运行，随着锅炉燃烧加强后，各受热面温度明显开始上升时，逐步切除邻机至2号高加供汽系统。

2.3 机组采用邻机蒸汽加热系统后的要求

a）锅炉未点火之前，锅炉禁止通风。待炉膛温度达到要求后再启动送引风机，并要求尽快完成等离子点火，防止炉膛骤冷产生过大应力（邻机加热过程中，应保持空预器连续运行，防止空预器转子局部加热导致变形）。

b）邻机加热二抽蒸汽管道的抽汽容量需认真核算，即给水锅炉循环水量应满足要求，应能满足炉水温度提升速度要求（至少满足1℃/min）。

c）邻机加热时注意监视除氧器水温变化，防止除氧器超压，采用的阀门运行中应能关严。

d）由于2台机组2段抽汽互联，采用阀门应可靠关严，防止影响系统检修和汽缸返汽。

e） 投入2号高加时，高加入口水温应高于150℃，防止温差太大应力损坏。

3 两种启动过程的比较

通过上述对两种冷态启动过程的比较发现，机组采用邻机蒸汽加热系统后的启动过程相当于用蒸汽替代了使用煤、油燃料对锅炉省煤器和水冷壁受热面加热的一个阶段（常温至200℃阶段）。下面通过经济性和安全性两方面对两种启动过程的优缺点进行对比。

3.1 经济性对比分析

经济性对比分析以两种启动方式将锅炉水冷壁和省煤器壁温加热到200℃所需的能耗折算为启动费用进行比较。常规冷态启动方式费用计算内容分三方面，即主要辅机设备的耗电量统计、燃油量统计、燃煤量统计。以某电厂机组3次启动过程能耗情况进行计算，每次机组冷态启动将水冷壁和省煤器壁温加热到200℃所需的3项能耗在14万至19万元范围内。如表2所示。

采用邻机蒸汽加热系统的冷态启动方式费用计算内容为：邻机辅汽供除氧器的加热蒸汽消耗量和邻机二段抽汽供本机2号高加的蒸汽消耗量，折算为影响电量。按每次启动过程中邻机加热系统运行4 h，将300 t/h给水提高150℃计算，每次邻机加热的费用折算为4.56万元左右。

从上分析可得出，采用邻机蒸汽加热系统后机组冷态启动过程相比常规启动过程节省启动费用约10万元左右/次。相当于每次启动节省12 t燃油（按8 000元/t计算）。

表2 常规冷态启动方式费用

3.2 安全性对比分析

通过对两种启动过程的比较，可以看出，机组在冷态启动过程中采用邻机蒸汽加热系统后，用蒸汽加热替代了锅炉燃烧最不稳定和燃烬最差的阶段，大大降低了锅炉冷态启动对锅炉尾部烟道及其中布置的脱硝、电除尘、脱硫设备的污染和损害，提高了机组的启动安全性，提高了锅炉设备的利用率。虽然不能用具体数据来论证，但其优点是毋容置疑的。

4 结论

a)600 MW超临界空冷机组冷态启动采用邻机蒸汽加热系统是可行的。

b)采用邻机蒸汽加热系统能够提高机组冷态启动的经济性，减少启动过程中煤、油燃料的消耗，降低启动成本。

c)采用邻机蒸汽加热系统能够改善锅炉冷态启动的着火情况，减少启动过程中污染物排放，提高机组的启动安全性。

d)邻机蒸汽加热技术投资低，简单易行且安全性高，节能效果明显。目前已在国内上海外高桥第三发电有限责任公司、平顶山发电分公司等多家1 000 MW机组成功应用。

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，山西代县人，2016年毕业于华北电力大学继续教育学院热能与动力工程专业，助理工程师，从事入炉煤质监督与检验工作。