燃机余热锅炉运行调整分析

刘广于

（北京首钢股份有限公司能源部，河北迁安 064404）

1 余热锅炉概况

某厂燃气－蒸汽联合循环发电机组为使用高炉煤气掺烧焦炉煤气的低热值联合循环发电机组，由一台M701S（DA）型燃气轮机，一台NG-M701S(DA)-R 的双压带除氧器、卧式、无补燃、自然循环的余热锅炉，一台单缸单排汽蒸汽轮机，一台发动机和一台煤气压缩机组成。主机为单轴布置方式，燃气轮机排烟经余热锅炉烟囱排到大气，同时余热锅炉产生的高低压蒸汽通过主汽管道送至汽机做功发电，形成联合循环。

余热锅炉受热面采用模块化设计，沿烟气流向分成5个模块，见表1。

表1 余热锅炉受热面分布表

2 余热锅炉启动

由于为非补燃余热锅炉，余热锅炉启动过程不涉及点火燃烧。因此，从运行角度只分析上水和升压过程。同时在此发电机组启动时还涉及到了余热锅炉的蒸汽切换。

余热锅炉汽水流程图如图1所示。

2.1 上水

余热锅炉启动前，要将除氧器和汽包上水到启动水位。由于启动前除氧器及高低压汽包内都没有水，需要先用除盐水对除氧器上水。当除氧器上水至合适水位后，打开辅助蒸汽对除氧器水箱进行加热、对除盐水除氧，当除氧器温度达到110 ℃，可以进行高低压汽包上水。

图1 余热锅炉汽水流程图

高低压汽包上水要求是除氧除盐水，上水时要控制汽包壁温差不超过55 ℃，因此要控制好上水的速度。在温差允许的情况下，可以尽可能地加快上水速度，有利于排尽管内的空气。

2.2 升压

机组启动是用启动蒸汽带动蒸汽轮机冲转，当转速达到600 r/min时，进行燃机点火。点火后余热锅炉开始启动升压，除氧器系统首先达到额定压力，然后是低压系统，最后是高压系统。当高压系统压力达到0.07 MPa，低压系统压力达到0.035 MPa时，开始提高燃机负荷，关闭过热器疏水阀门。

此时，通过控制燃机和对空排汽阀门来控制锅炉升温速度，高压系统温升应低于4.4 ℃/min，低压系统温升应低于27.8 ℃/min。

2.3 蒸汽切换

余热锅炉高压系统蒸汽参数满足条件时，余热锅炉产汽与启动蒸汽进行切换，切换过程如图2。

图2 蒸汽切换系统图

蒸汽切换有以下几个条件：

（1）高压蒸汽压力大于3 MPa。

（2）高压蒸汽有至少56 ℃过热度。

（3）高压蒸汽压力表、温度计信号无异常。

（4）高压蒸汽温度大于300 ℃（冷态）。

3 余热锅炉运行调整内容与分析

与常规锅炉相比，余热锅炉的运行调整没有燃烧控制，主要包括汽包水位调整、主蒸汽温度调整和主蒸汽压力调整。

3.1 汽包水位保护

余热锅炉高压汽包的0 水位为汽包中心线以下-51 mm，锅炉运行正常的水位控制范围为±102 mm，为了保护余热锅炉，分别将汽包水位+203 mm和-657 mm 称为“汽包水位高高高”和“汽包水位低低”，作为余热锅炉停炉跳机的保护水位。同时在正常水位和跳机水位之间，还有+153 mm 称为的汽包水位高高作为报警水位，具体见图3。低压汽包水位保护与高压汽包水位保护原理相同，参见图4。

图3 高压汽包水位保护示意图

图4 低压汽包水位保护示意图

（1）汽包水位高的危害

汽包水位高于正常规定值，会减小蒸汽空间，会造成汽水分离条件恶化，影响蒸汽品质。如果水位过高，水可能冲到过热器中，同时由于燃气轮机发电机组配套余热锅炉汽包位置一般均高于过热器，这种现象更容易发生。过热器进水将会导致过热器及其后的主汽管道、蒸汽轮机结垢，所以水位高是不允许的。

（2）汽包水位低的危害

汽包水位太低会危及水循环的安全，由于汽包中的水基本呈饱和状态，汽包里的水进入下降管时，截面突然缩小，产生局部阻力损失，炉水在汽包内流速很低，进入下降管时流速突然升高，一部分静压能转变为动压能，所以，水从汽包进入下降管时压力要降低。如果水位过低，其静压小于炉水进入下降管的压降，进入下降管的炉水就可能汽化，而危及水循环的安全。同时，汽包水位过低还有可能使炉水进入下降管时形成漏斗，汽包内的蒸汽从漏斗进入下降管也会危及水循环的安全，此外，如果汽包水位低于蒸发器上联箱，还会导致蒸发器干烧，烧坏蒸发器。

故为了获得良好的蒸汽品质，又保证水循环和蒸发器安全，汽包水位必须保持在规定的范围内。

3.2 汽包水位控制

余热锅炉升压前，汽包水位控制在-200 mm，这个水位称为“余热锅炉的启动水位”；余热锅炉升压后，汽包的水位控制在0 mm。燃机点火余热锅炉升压后，蒸发器内的水受热膨胀，使炉水的水体积增大，进而会使汽包的水位上升。同时由于余热锅炉的负荷受燃机控制，特别是在余热锅炉升压的阶段，此时燃机正在点火冲转，投入的燃料热值比较高，余热锅炉蒸发器产汽量会增大，引起蒸发器水体积增大，使汽包水位急剧上升。如果此时控制不好，很容易使余热锅炉“汽包水位高高高”跳机。所以，在燃机点火初期、余热锅炉升压阶段，联锁保护触发应将汽包水位控制在-200 mm，并密切监视水位。

3.3 主蒸汽温度控制

余热锅炉的主蒸汽温度若高于额定值，会使主蒸汽管道和蒸汽轮机材料强度下降。若主蒸汽温度低于额定值，会导致蒸汽焓下降、做功能力下降，影响蒸汽轮发电机输出功率。另外，蒸汽初温度低，会使蒸汽轮机末级叶片含湿量增加，对蒸汽轮机的安全运行不利。因此，余热锅炉在运行中要保证主蒸汽温度在允许的范围内波动。

余热锅炉主蒸汽温度额定值为523 ℃，为了保护蒸汽管道及蒸汽轮机本体，对主蒸汽温度设置了机组的跳闸保护值540 ℃，当余热锅炉的主蒸汽温度超过540 ℃时机组跳闸。同时在额定值和保护值之间设置报警值530 ℃,主蒸汽温度达到530 ℃时发出报警，提醒运行人员注意控制主汽温度。

余热锅炉调节主汽温度的方法：（1）调节过热器减温水量。（2）调节入口的烟气量。余热锅炉没有旁路烟囱，锅炉入口的烟气量无法调节，因此正常情况下，通过调节过热器减温水量来控制主汽温度。

4 停炉前后主要工作

4.1 停炉前期的工作

正常运行时炉水中的泥渣和其它物质呈悬浮状态。当停炉水循环停止时，泥渣和其它固体物质有可能堆积和附着在蒸发器内部表面，不仅会影响蒸发器的换热效果，而且还会腐蚀蒸发器管子，故在停炉前期要进行如下操作：

（1）增加10%的连续排污量，并增加受热面底部定期排污频率。

（2）适当增加化学加药量。

（3）进行带压放水，以便将炉内杂质排放出来。

（4）在燃机转速降到0之前，必须保证给水系统的除氧。

4.2 停炉后的保护

余热锅炉停炉后，为了防止在检修期间受到腐蚀，必须对各压力系统采取有效的保护措施。停炉保护方法有：热炉带压放水烘干法，充氮法，联胺浸绝法等。通常的例修，由于停炉时间较短，一般采用热炉带压放水烘干法进行停炉保护。当高压汽包压力降到0.7 MPa，迅速打开各系统定期排污阀门、疏放水阀门，对空排汽阀门，迅速将炉水放掉，利用余热锅炉的余热将系统内的湿汽蒸发掉，以达到烘干保护的目的。如果是在冬季停炉，还应充分考虑余热锅炉系统防冻措施。

5 总结

综上所述，就余热锅炉运行中的调整操作进行了分析，并提出一些操作方法和措施。怎样使燃机余热锅炉运行更合理更安全，还需要我们在今后的工作中,不断摸索和总结。