火电机组启动锅炉调试发现的问题及处理

2021-07-15莫维明

电力与能源 2021年3期

莫维明

(上海电力建设启动调整试验所有限公司，上海 200083)

某电厂2×660 MW机组配置两台额定蒸发量为40 t/h的燃油启动锅炉，锅炉系结构为双锅筒纵向布置、膜式水冷壁、D型炉膛自然循环、微正压的低压锅炉。前墙布置燃烧器，炉膛出口处布置水平式过热器，而后是对流管束，烟气从对流管束经过烟道接头流入省煤器，通过省煤器后进入烟囱排出。启动锅炉的主要设计技术参数如表1所示。

表1 启动锅炉主要设计参数

1 启动锅炉在火电厂的作用

火电厂在机组启动过程中，需要用到辅助蒸汽系统，比如炉侧的空预器蒸汽吹灰、磨煤机的灭火蒸汽、蒸汽暖风器、机侧的轴封蒸汽、除氧器加热等。而提供辅助蒸汽系统汽源的一般主要有下面几种途径:启动锅炉蒸汽、锅炉冷段再热蒸汽、汽轮机四抽蒸汽。

在中低负荷段，一般由锅炉的冷段蒸汽提供；在中高负荷段，当汽轮机四抽蒸汽参数满足辅助蒸汽参数要求，就切换到用汽机四抽供汽。在刚点火启动时，锅炉的冷段蒸汽尚未满足辅助蒸汽参数要求，就用启动锅炉来提供汽源，来确保机组在启动过程中的一些设备系统安全及工艺的要求。

2 启动锅炉调试过程中发现的问题及处理

对于启动锅炉来讲，从整个电厂运营来看，主系统和主设备的运行时间并不长，但不能就此忽视启动锅炉的作用，尤其在机组启动阶段，扮演着举足轻重的角色。从机组整个系统调试来看，启动锅炉的调试也是碰到问题较多的一个系统，问题往往集中在设计不合理、系统设置不够完善、满足不了一些运行工艺要求等方面，因此对这套系统没有像主设备系统那样引起足够的重视。而对于启动锅炉的调试，往往是发现问题，再解决问题。

2.1 启动锅炉供油系统改造

通常设计提供主锅炉的油源供油泵也可以提供给启动锅炉。启动锅炉供油系统改造前如图1所示。这样设计的好处是简化了系统，降低了成本。但是不利的一面就是在主锅炉炉前油系统建立循环时，在打开开关型的进油电磁阀瞬间，电磁阀上游充满管道的油瞬间会大量流入下游空管道中，母管油压会产生较大的波动，此时就会使启动锅炉的油压瞬时降到低油压保护值2.2 MPa以下，导致启动锅炉熄火。启动锅炉产汽提供的辅助蒸汽系统参数下降，汽机的轴封蒸汽系统退出，点火前建立的真空下降。影响了大锅炉点火前的准备工作，使得原先从启动锅炉点火经过大约2 h到凝汽器的真空建立满足大锅炉点火条件的时间延长。后经过设计优化(见图2)，采用启动锅炉供油系统同大锅炉供油系统分别设置，这样使得两者之间互不影响。

图1 启动锅炉供油系统改造前

图2 启动锅炉供油系统改造后

某电厂设置两台蒸发量为40 t/h的启动锅炉，每一台启动锅炉分别配置两台供油泵，一用一备，分别设置有独立的进回油管路，原先的设计回路如图3所示。启动锅炉供油泵出口进油管路和回油管路只有通过油枪回油管路来建立联系。这样的设计存在三个问题：一是供油泵只有在启动锅炉燃烧器投运后，才能建立油循环正常运行工况，在此之前因为没有通路使供油泵无法启动；二是在启动锅炉点火前，无法进行炉前油循环，滤去管路及油中带入的杂质；三是启动点火前，无法通过回油管路上的再循环阀来控制点火油压。

图3 启动锅炉燃烧器供回油管路改造前

随后进行了管路改造，在启动锅炉燃烧器前进回油母管增加了一路短管DN50，并增加了手动阀门如图4所示。在需启动锅炉点火前2 h，全开此手动门，启动锅炉供油泵，建立启动锅炉的炉前油循环系统。根据供油泵进口滤网前后差压数值大小判断是否需清理滤网，由于进回油管路建立了联系，就可以通过回油管路上的再循环来调节整个点火油压在2.6～3.0 MPa。

图4 在启动锅炉房内增加旁路管道和阀门

但此种改进没有彻底解决所有问题，就是一旦进入点火程序，如果点火后把此手动门全关，那么点火油压没法有效控制，在点火低负荷少量油进入炉内燃烧，大量油通过燃烧器回油调节阀进入回油管路，就会造成回油压力高保护跳闸。如果把此手动门开着，更是直接使点火油压和回油建立了联系，更易导致回油压力高保护动作。针对这一问题，在供油泵房再增加一路管道，把供油泵出口进油管路提前和回油调节阀联系起来(见图5)。这样启动锅炉的点火油压就能时刻通过回油再循环阀来进行有效控制。此时的调节点由于在远离启动锅炉房的油泵房内，那么对燃烧器回油管路的回油压力影响较小，使得燃烧器回油压力较稳定。对于回油调节式油枪来讲，最低负荷时，其回油压力是最高的，只要此时回油压力低于其保护值，那么随着后面负荷的增加，其回油压力只会更低，确保了启动炉不会再因为回油压力高而保护动作熄火。

图5 在油泵房内再增加旁路管道

在实际点火过程中，发现点火油枪常常点火不成功，后拆开点火油枪头部，发现总有些细小的橡胶类物质堵塞部分油枪喷口，造成油枪雾化效果差，点火燃烧不好、强度不够导致火检时检测不到。通过分析发现，在整个启动锅炉供油系统中，可在启动锅炉供油泵的进口处设置30目的粗滤网，此滤网主要是保护启动锅炉供油泵。对于燃烧器油枪细小喷头来讲，需要再增加细滤网防止油枪被堵塞。后来了解到，前期厂家和设计院相互配合时出现了问题，厂家未对燃烧器进口滤网的要求提资给设计院，而设计院就没设计细滤网，重新和燃烧器厂家确认后，在通向启动锅炉燃烧器前的供油管路上增加了一个400目的细滤网(见图6)，来拦截更为细小的杂质颗粒，后面就没再发生杂质堵塞油枪事件。

图6 进启动锅炉燃烧器前增加400目滤网

2.2 启动锅炉的启动排汽容量与最低燃烧负荷需匹配

通常启动锅炉都设置有启动排汽管路，作用就是在外界用汽量没有或者不大的条件下，启动锅炉升温、升压的过程中，满足最小燃烧负荷下启动锅炉蒸汽受热面管内能有足够量的蒸汽冷却受热面管，从而维持启动锅炉安全稳定运行的需要，同时辅助控制启动锅炉升压速率(见图7)。在进行启动锅炉蒸汽吹扫的过程中，发现启动锅炉在燃烧器规定的最小燃料量的运行方式下，其启动排汽容量无法满足此负荷下启动炉连续安全运行。由于过热器中没有足够的蒸汽来冷却受热面，容易造成过热器超温，虽然启动炉不设管壁温度，从过热器出口蒸汽温度在减温前比设计满负荷时热力计算值380 ℃还要高50 ℃，达430 ℃，由此可以看出受热面存在超温运行。根据燃烧器提供的负荷曲线，满负荷燃油量达到3.098 t/h，而最小负荷燃料量达1.6 t/h，其最小负荷的燃料量达到满负荷时的50%，其启动排汽的设计容量仅有30%。在此排汽容量下，如果外部没有用汽量，即使启动锅炉在最小负荷点，也不能连续稳定运行。

图7 辅助蒸汽系统图

在辅助蒸汽吹扫过程中，采用调节辅助蒸汽至除氧器电动调节门开度来辅助控制启动锅炉的升压速率，满足启动锅炉在最小燃烧负荷下稳定运行足够蒸汽通流量的需要，控制辅助蒸汽其他各用户每小时降压吹管的次数不大于4次。后面在正常的投运过程中，依靠打开到磨煤机灭火蒸汽和空预器吹灰的暖管疏水阀门来满足启动锅炉最小负荷下蒸汽通流的需要，此种设计的不匹配也造成了一定蒸汽的损失。

2.3 优化启动锅炉疏放水系统

大型锅炉往往都是悬吊式的，有利于向下膨胀，大都用煤作为燃料，底部又设置有捞渣机，因此其水冷壁的最底面高度比锅炉0 m放置的排污扩容器的高度要高，只要在底面设置足够管径的排放管，使排放量和冲洗要求的水量相平衡。这样在冷态水冲洗时就极易清除沉积在底部的杂质，取得很好的冷态冲洗效果在较短时间内满足点火水质要求。点火后无压放水也能把受热面管的存水放尽。而启动锅炉大多是卧式炉，烧油或烧天然气，其下联箱直接安置在底部0 m层，其排污管从吸收膨胀和现场安装考虑，检修通道往往需往上成倒U型再进入定期排污扩容器合适的位置，这样冷态水冲洗很难清除易积存在底面的杂质，清洗效果不佳，延长了水冲洗时间，点火后无压放水也很难放尽内部的存水。后面在启动锅炉下联箱的底部排放母管的最低位再增设足够管径的排放管(见图8)，直接接至降温池中，供冷态水冲洗和点火后的无压放水用，即提高了锅炉冷态冲洗效果，又避免了停炉后因有不合格的存水导致锅炉受热面的腐蚀。

图8 启动锅炉疏放水系统优化

2.4 启动锅炉烟道尾部积存冷凝水问题

启动锅炉的除氧器用汽的汽源来自启动锅炉的主蒸汽管道，在启动初期，低负荷阶段，蒸汽品质和参数不足以投入启动炉除氧加热系统，给水的除氧通过加联氨的方式进行化学除氧，无法投用加热蒸汽使得省煤器的进水温度在30～35℃之间；再加上初期的低负荷，使得省煤器出口的排烟温度低于50℃，远远低于烟气的露点温度，造成大量的凝结水凝结下来；加上启动锅炉的省煤器是水平布置在烟道里，若烟道低位不设置疏放水点，就会积存在烟道里，减小了烟气的通流截面，增大了阻力损失，并且热烟气遇到冷凝水温度骤降，易增加烟道的振动。后在省煤器底部增加了疏放水管道，当烟气温度低于露点温度时及时打开疏放水门，排尽其中的冷凝液；当高负荷投入除氧器加热提高给水温度使得排烟温度高于露点温度时，关闭省煤器疏放水阀门，防止烟气从疏放水管路中排出。