火電廠機組全停情況下的啟動探討

史海紅,席廣輝,李 峰

（1.江蘇上電八菱集團有限公司，江蘇鹽城 224001；2.江蘇徐塘發電有限責任公司，江蘇邳州 221300）

徐塘發電公司1999年技改工程以大帶小，在原2×40 MW機組的基礎上擴建2臺300 MW機組。以老廠為依托，其新建機組未設啟動鍋爐而依靠老廠3號機供新建300 MW機組啟動用汽（鍋爐點火用汽、給水除氧加熱、大機軸封用汽及小機調試用汽等），完成了機組的全面啟動。隨著電力的改革和發展，老廠機組已全部關停，作為地方機組3號機因多種因素影響，也面臨即將關停的局面，這就意味著新建機組將失去機組啟動的備用汽源。雖經二期擴建已達4×300 MW規模容量，但在機組意外故障全停或機組檢修全停情況下，如何順利啟動機組是擺在我們面前的重大問題[1，2]。

1 已投產機組啟動蒸汽的用途

為確保鍋爐、汽輪機組設備安全和達到工藝效果的要求，在機組啟動過程中需要用到蒸汽，對于已投產機組主要包括鍋爐點火用汽、給水除氧加熱、汽輪機沖轉前軸封加熱用汽等，其中汽輪機軸封加熱用汽是保證機組安全性的關鍵。

（1）鍋爐點火用汽：現用鍋爐點火油槍為蒸汽霧化油槍，采用一定壓力和溫度的蒸汽加熱燃油并使之霧化，為點火和燃燒創造良好的條件，同時也在油槍啟動前后用蒸汽進行吹掃，保證爐膛系統的安全。

（2）給水除氧加熱：目的是加熱給水，將給水中的氣體排出，降低給水的含氧量。系統布置上一般采用通過輔助蒸汽系統接入啟動蒸汽。

（3）汽輪機沖轉前軸封加熱用汽：汽輪機沖轉前，特別是熱態啟動，應先送軸封后拉真空，以防止大量冷空氣從軸封段吸入汽輪機內，造成軸封段轉子收縮，脹差負值增大，甚至超過允許值而出現安全問題，根據汽輪機金屬溫度的不同，投入的軸封蒸汽溫度也不同，一般采用啟動蒸汽加熱。

這些加熱蒸汽的使用，關系到機組能否安全順利啟動投運。因此，必須有具備機組啟動所需加熱蒸汽來源的方案和措施。

2 機組啟動蒸汽汽源的分析

從啟動蒸汽的用途分析可知道，缺少啟動汽源的的機組將無法安全啟動。而多數火電廠都遠離城鎮或其他工業企業，在自身備用啟動汽源失去的情況下，無外部汽源供給，機組面臨無啟動汽源而無法啟動的狀態。從常規汽源分析，在機組全停情況下，為保證機組順利啟動，裝設啟動鍋爐作為機組啟動的啟動汽源似乎顯得尤為必要。

（1）啟動鍋爐供汽。啟動鍋爐可以提供一定壓力和溫度的蒸汽，為機組順利啟動提供可靠的保障。對于缺少啟動鍋爐的發電廠則必須重新裝設啟動鍋爐，但是啟動鍋爐是一套完整的蒸汽壓力鍋爐系統，必須完全按照特種設備監察規程進行管理，是一項重大危險源，必須有嚴格的安全保障措施和管理措施，同時必須進行定期檢測檢驗。再者其投資較大，使用時間短，一般在第一臺機組順利啟動后，即可滿足其他機組的啟動用汽要求 （機組輔汽系統均為母管制），此時啟動鍋爐完全可以退出運行，僅作為機組啟動的備用汽源，而為此，必須投入大量的資金作為保障。

鑒于上述分析，裝設啟動鍋爐其使用價值遠遠小于其投資價值，雖然啟動鍋爐對機組的順利啟動提供了較高的可靠性，但其極低的經濟性也是不足取的。所以，考慮在無啟動鍋爐情況下，機組啟動汽源的進一步分析。

（2）利用鍋爐自身產生的蒸汽作為機組的啟動汽源。從機組啟動程序上分析，汽輪機沖轉前必須先送軸封后抽真空，并要求鍋爐蒸汽具備一定的壓力和溫度之后。因此，在汽輪機沖轉前，鍋爐已具備一定壓力和溫度的蒸汽，此時的蒸汽可以作為軸封汽源之一，只是此時的新蒸汽壓力和溫度是變化的，而軸封對加熱蒸汽的要求是相對穩定的。在此基礎上，只要保證汽源的穩定，就可以滿足機組啟動的要求，作為機組啟動蒸汽汽源之一。

3 利用鍋爐自身產生的蒸汽作為機組啟動汽源的可行性方案論證

（1）鍋爐對水質的要求。鍋爐上水要求進水溫度≥21℃、＜104℃，進水溫度應不大汽包壁溫50℃。在機組冷態、除氧器無加熱蒸汽情況下，根據季節不同給水溫度可能＜21℃，此時可通過控制鍋爐上水速度滿足進水要求。雖然此時爐水有一定的含氧量，這些氧將在蒸汽壓力達到2.0 MPa前通過鍋爐排氣或管道疏水而排出，不影響啟動蒸汽品質，所以，冷態啟動時給水除氧與否不會影響蒸汽品質。

（2）鍋爐點火油系統。設計上點火油槍為蒸汽霧化，燃用0號輕柴油，該油種具有很好的流動性。

在無霧化蒸汽情況下，將蒸汽霧化油槍改為機械霧化油槍，輔以油循環，即使在冬季仍可滿足鍋爐點火要求（有冬季機械霧化點火的實例）。

（3）汽輪機軸封和除氧器加熱。這是最關鍵的問題，特別是軸封加熱，如果此問題解決不了，機組將無法啟動，但要利用本機組產生的新蒸汽直接作為汽輪機軸封用汽和除氧器加熱蒸汽，其壓力和溫度很難控制，而軸封用汽和除氧器用汽都有嚴格的要求。具體設計參數見表1：

表1 軸封用汽參數

設計參數要求軸封蒸汽溫度與高、中壓缸軸封區轉子金屬表面溫度差在允許范圍內。（汽溫＞金屬溫度不超過110℃），如果解決了高、中壓缸軸封用汽問題，則低壓缸軸封依靠自身系統則可同時滿足要求，那么機組就可以安全啟動了。

系統設計上（如圖1），機組的軸封汽源有新蒸汽、冷再熱蒸汽、輔汽及自密封蒸汽四種。汽源使用上，機組冷態啟動時先用輔助蒸汽向軸封供汽，正常運行中軸封用汽主要靠高、中壓缸軸封漏汽自密封；新蒸汽、冷再熱蒸汽、輔汽作為軸封用汽的輔助汽源。機組運行中，當軸封母管壓力降至25 kPa時，輔汽供軸封用汽調節門自動開啟調節，維持軸封汽母管壓力在25 kPa；當軸封母管壓力高至27 kPa以上時，軸封汽溢流門自動開啟調節，維持軸封汽母管壓力在27 kPa。冷再供軸封、主蒸汽供軸封調節門自動取消，需要時可手動開啟。機組事故跳閘后，由于軸封區金屬溫度較高，采用主蒸汽向軸封供汽，以減少軸封汽與軸封金屬的溫差。

雖然軸封母管上主汽是其汽源之一，但其僅作為機組事故狀況下備用軸封汽源，參數不滿足機組啟動時軸封汽源的要求，不能作為機組的啟動汽源。

（1）采用高溫高壓減溫減壓裝置，將新蒸汽減溫減壓到軸封加熱蒸汽參數，也就是高壓輔汽參數（包括壓力和溫度）。

（2）要求無論是冷態啟動、熱態啟動或極熱態啟動，減溫減壓裝置都能投入運行，并能夠提供滿足軸封加熱的蒸汽量。

（3）鍋爐啟動初期，新蒸汽溫度較低時可全開調節閥，不需進行減溫減壓調節，當新蒸汽參數較高時進行調節，調節品質要求：調節平穩并具有良好的線性。

綜上所述，在原系統管路上加以改造，只要滿足上述要求，采用鍋爐自身產生的蒸汽作為機組啟動汽源是完全可行的。減溫減壓裝置的設計和設備的配置必須經資質單位計算后確定，可以依靠設計院或廠家共同完成。

4 結束語

裝設啟動鍋爐：綜合土建、設備（10 t鍋爐）及安裝費用120萬～140萬元。

裝設減溫減壓裝置：設備及安裝費用30萬～40萬元。

費用估算二者相差約100萬元 （因未進行實地收資，其實際費用可能相差更大），其中不包括啟動鍋爐的后期維護、保養等費用。所以，裝設減溫減壓裝置相對于裝設啟動鍋爐具有良好的經濟性。

目前，減溫減壓裝置已得到充分應用，鍋爐本體吹灰減壓站可以將18.6 MPa主汽降至3.6 MPa，經改造后其壓力已降至1.2 MPa運行。冷再經減壓后可以作為高輔汽源，汽機高旁減溫減壓裝置實現高旁進出口壓力16.67／3.57 MPa，進出口溫度 537／320℃。將減溫減壓裝置應用于汽機軸封系統，只是對減溫減壓裝置提出了更高的要求，在實際應用上是完全可行的。

[1]鐘 平，施延洲，王祝成.大型汽輪機高中壓缸中間軸封漏汽量的測試研究[J].熱力發電，2006（1）∶44-47.

[2]馮偉忠.1 000 MW級火電機組旁路系統作用及配置[J].中國電力，2005（8）∶53-56.