超临界机组利用邻机蒸汽试运行方案

部俊锋

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250003）

0 引言

新建超临界机组在空载和低负荷试运行期间，试验项目难以一次成功，试运行指标难以短时间合格；大量缺陷的暴露和消除，随时减缓或中断试运行进程。因此，设备和系统需反复地启停和冲洗，锅炉长时间处于燃烧不充分、污染物排放较多、湿态运行的状态，导致新建超临界机组的试运行存在消耗多、污染大、风险高问题。

在新建电厂首台超临界机组试运行时，只有启动炉蒸汽量作为有限的辅汽用，试运行蒸汽必须锅炉点火自产，机组试运行消耗多、污染大、风险高问题不可避免。但对后续机组而言，投产机组已有丰富的蒸汽资源，利用邻机蒸汽完成空载和低负荷试运项目，减少自身锅炉点火次数和在“非经济、环保区”运行的时间，是新建机组试运行的有效方案。

1 现有利用邻机蒸汽的方案

1.1 辅汽汽源

机组试运行期间需要通过辅汽联箱给辅助系统提供蒸汽，一般包括：为除氧器、暖风器提供加热蒸汽；为轴封系统提供密封蒸汽；为空预器吹灰系统提供吹扫蒸汽；为燃油系统提供加热、雾化蒸汽；为汽动水泵、汽动风机等辅机系统提供驱动蒸汽等。辅汽压力一般在0.8 MPa 左右，温度在300 ℃左右。其中一路辅汽汽源来自邻机蒸汽，通过相邻机组辅汽连箱的互连实现相互供汽。

1.2 热态冲洗加热汽源

由于超临界机组对汽水品质要求较高，试运行初期必须对汽水系统进行冲洗。先是冷态冲洗，在不点火的情况下，锅炉上水对凝结水系统、给水系统（包括各级加热器）、省煤器和水冷壁系统、启动系统等进行冲洗，并通过变流量和除氧器加热水温的方法，提高冲洗的效果，直至炉水中铁离子质量浓度低于100 μg／L，冷态冲洗合格。

冷态冲洗合格后，按常规的试运流程，锅炉要点火，以30%锅炉最大连续出力（Boiler Maximum Continuous Rating,BMCR）的启动流量和200 ℃左右的水温，进行热态冲洗，直至炉水中铁离子质量浓度低于50 μg／L。热态冲洗需要50 h 左右的时间才能冲洗合格，这期间，锅炉负荷始终保持在10%额定负荷左右，燃料燃烧不充分，沉积在尾部烟道有二次燃烧的风险，也会污染脱硫、脱硝系统，使脱硫浆液中毒失效、使脱硝催化剂堵塞。

我国技术人员已探索出了利用邻机蒸汽完成热态冲洗的方法，具体做法是：在邻机冷段再热器与待启动机组2 号高压加热器间增加连接管道和阀门系统，利用邻机再热蒸汽通过2 号高压加热器加热给水，配以除氧器加热，可满足热态清洗要求的190 ℃左右的最佳冲洗水温要求。这一做法也为下一步锅炉点火提供了“热炉、热风”环境，有很好的经济效益和环保效益，已在多个电厂得到应用［1］。新增加的系统也被命名为“邻机加热系统”，并推广到了新建机组的设计中。

对于生产机组而言，利用邻机蒸汽完成热态冲洗已经足够。后续工作，从本机锅炉点火到机组并网再到锅炉转干态运行，可在10 h 内完成，大大降低了锅炉低负荷运行的时间。但是，对于新建机组，除锅炉热态冲洗外，还有大量的试运行项目是在锅炉低负荷运行状态下进行的，包括空冷系统冲洗合格、蒸汽品质冲洗合格、汽机冲转定速、发电机并网前电气试验、低负荷暖机等。完成这些项目所需时间远超热态冲洗时间，且涉及更多专业、更多系统间的协调配合，因此，如能利用邻机蒸汽完成上述试运行项目，将使新建机组试运行简易化，并在环保性、经济性和安全性等方面大为提高。

2 利用邻机蒸汽试运的系统

除完成热态冲洗外，新建超临界机组要利用邻机蒸汽完成空载和低负荷试运行项目，须在两机组间建立不同于“邻机加热系统”的蒸汽连通系统，以引入更多参数可调的蒸汽。有两种连通方案。

2.1 相邻机组的主蒸汽连通方案

新建机组过热器出口增设隔离阀，在隔离阀和汽机主汽门之间的主蒸汽管道上，通过由管道、减温减压装置和必要的测量装置组成的连通系统，将相邻已投产机组的主蒸汽引入到新建机组。

该方案可满足汽机各种启动方式（高压缸启动、中压缸启动、高中压缸联合启动）的要求，但由于组成系统的管道和设备需要在超临界参数下运行，成本高、安全风险大，单纯为了机组基建期试运行，性价比不高，若结合机组投产后其他长期灵活性运行的需求，可综合考虑采用此方案。

2.2 相邻机组的冷段再热蒸汽连通方案

2.2.1 供汽系统

通过必要的阀门和测量装置组成的系统，将投产机组的冷段再热器蒸汽和经高压旁路减温减压后的主蒸汽引到新建机组的冷段再热蒸汽管道上。该方案所需管道和设备的材质满足机组冷段再热器蒸汽参数要求即可，相比主蒸汽连通方案，大幅降低了造价和安全风险。

该方案的蒸汽连通系统见图1，在高压旁路至冷段再热器管道和高压缸排汽至冷段再热器管道间，2 台机组各自加一有中间位置可停功能的隔离门V1、V2；再从高压旁路和隔离门之间，通过连接管道和调节门V3，实现两台机组的蒸汽连通和双向供汽［2］。

图1 邻机冷段再热器蒸汽连通系统

2.2.2 供汽方式

投产机组向新建机组供汽时，主要通过开启V1阀从投产机组冷段再热器抽汽，并调节V3 阀和开启V2 阀将蒸汽经新建机组冷段再热器管道、再热器、热段再热器管道，供至汽机中主门前和低压旁路前；也可在供汽量不足和供汽温度低时，通过开启高压旁路阀辅助供汽；还可在投产机组低负荷和停机工况下，单独通过高压旁路供汽减温减压后的主蒸汽，提高了供汽的经济性和灵活性。

为保证足够的供汽量并防止再热器超温，投产机组可减少或关闭1 号、2 号高压加热器的抽汽量，将自用抽汽量转换为等量的外供汽量［3］。

2.2.3 系统容量

利用该方案进行新建机组的试运行，汽机只能采用中压缸启动模式，基于机组在中压缸启动模式下，切缸之前可长时间带的负荷在15%额定负荷以下（以推力轴承不超温为限）。该蒸汽连通系统的容量设计在20%BMCR 即可。

这一容量接近于1 号、2 号高压加热汽的额定抽汽总量（17%BMCR 左右），小于高压旁路的设计容量（35%BMCR 以上），也小于机组的最大补水能力（30%BMCR 左右），既能满足新建机组低负荷试运的蒸汽需求，也不会造成投产机组运行工况失控和汽水失衡。

3 利用邻机蒸汽试运的项目

以相邻机组的冷段再热蒸汽连通方案为例，通过蒸汽连通系统，将邻机冷段再热器蒸汽（汽温汽压在3 MPa，300 ℃以上）引入到新建机组的再热器系统，可完成常规方式下必须锅炉点火才能进行试运的项目。

3.1 锅炉热态冲洗

超临界机组的2 号高压加热抽汽都取自冷段再蒸汽，新建机组的再热器引入邻机蒸汽后，其2 号高压加热即有了加热给水的汽源，因此该方案可取代“邻机加热系统”实现锅炉热态冲洗。另外，对于只设汽动给水泵的机组，邻机蒸汽除提供除氧器、2 号高压加热汽源外，还可提供足够的给水泵驱动汽源，解决此类机组普遍存在的因辅汽量不足致使给水温度低的问题。

3.2 高压缸倒暖

汽轮机冷态启动前，调整凝汽器压力不高于13.3 kPa，邻机蒸汽通过冷再和倒暖阀自高排逆止阀前进入高压缸，逐步将高压缸倒暖至150 ℃。

3.3 冲转汽轮机

根据中压缸启动方式的启动曲线，将邻机来汽调整到1 MPa、350 ℃的冲转蒸汽参数，用5%～8%BMCR左右的蒸汽量即可冲动汽轮机至3 000 r／min，并完成注油试验、油泵切换和惰走试验。

3.4 并网前电气试验

维持汽轮机3 000 r/min，做发电机短路、空载、励磁、同期等试验。

3.5 低负荷试运

并网逐步带到切缸前的允许负荷暖机，进行核相、厂用电切换等试验，并对3 号高压加热器及全部低压加热器系统进行试投、冲洗。

3.6 邻机汽源退出

新建机组锅炉点火，主蒸汽通过高压旁路与邻机来汽并汽；随着自产汽量的逐步增大，邻机汽源逐步退出，实现汽源的无扰切换。

以上工作量在7 天左右，因此，利用邻机蒸汽试运可避免锅炉7 天左右的低负荷燃烧。同时，也为新建机组锅炉点火后的试运工作，创造了“热风、热炉、热机、洁净”的良好条件，消除了空载和低负荷试验的限制，锅炉可尽早“断燃油或等离子”，转干态运行。

3.7 其他项目

1）直接空冷系统冲洗。对采用直接空冷系统的新建机组，先送轴封、抽真空，使凝汽器压力降低到15 kPa 以下；通过低压旁路阀将邻机蒸汽引入凝汽器，逐列对空冷岛进行冲洗，直至疏水中固体悬浮物的含量达到10 mg／L 以下。

2）间接空冷系统冲洗。对采用间接空冷系统的新建机组，冬季空冷系统冲洗时，循环水温必须在50 ℃以上才能进扇区。在机组建立真空条件下，将邻机蒸汽通过低压旁路阀引入凝汽器，可满足加热循环水的要求。替代锅炉点火或在低位水箱及凝汽器加临时加热系统的做法［4］。

3）旁路供热。设计有旁路供热的机组，也可将邻机蒸汽通过低压旁路阀对供热系统进行试投和冲洗工作［5-6］。

4）安全门校验。调整邻机来汽压力在再热器额定压力的80%以上，可对再热器安全门进行校验。

4 利用邻机蒸汽试运的优点

4.1 试运更安全

利用邻机蒸汽，避免了锅炉长时间低负荷燃烧时，未燃尽物在空预器和灰斗二次燃烧的危险；以及因烟气中酸性物质结露，低温腐蚀空预器和尾部烟道的风险。同时，也减少了污染物对除尘器、脱硫、脱硝等系统的损害。

4.2 试运更环保

锅炉无须点火，废气、废渣、污染物的产生转移到了除污功能完备的投产机组，最大限度地实现了环保试运。

4.3 试运更经济

某600 MW 机组仅采用“邻机加热系统”热态冲洗，每次节省燃料、除盐水和厂用电费用在10 万元左右［7］。利用邻机蒸汽试运比单纯热态冲洗至少还能节省10 倍的费用。若考虑降低新建机组锅炉及大量辅机设备的寿命损耗，以及节省试运期间各参建单位的人工成本，利用邻机蒸汽试运的经济性就更可观了。

4.4 试运更灵活

试运用汽做到了从邻机“随用随取”，用汽参数调整也由复杂的“锅炉点火、燃烧调整”变为单纯的阀门操作，避免了多个系统的运维和协调难度。有利于灵活安排汽轮发电机组的冲转和试验等工作，也有利于灵活应对因试运缺陷处理造成的不连续。

用于提供邻机蒸汽的蒸汽连通系统，在机组投产后的启动和大修后的试验中仍能起作用，可作为正式系统设置；该系统也为机组设计时，选用低价的大气扩容式启动系统，无须配置价格昂贵的启动循环水泵，提供了决策依据；该系统还可替代暖风器系统的作用，从而省掉该系统的配置投资。

5 结语

新建超临界机组试运时，利用邻机蒸汽完成空负荷及低负荷阶段的试运项目，使得汽轮机、发变组和汽水等系统，在锅炉点火前即具备带高负荷试运行的条件，可避免锅炉长时间低负荷燃烧，并彻底解决机组试运行初期消耗多、污染大、风险高的问题。这是扩大单元制思维在单元机组试运中的创新运用，也符合对试运安全性、环保性、灵活性的政策要求，是对机组启动调试工作的改进。