穩壓蒸汽吹管工藝在百萬千瓦機組基建調試中的應用

張向群,王 赫,張夜雨

(東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006)

1 鍋爐系統概述

綏中發電廠二期工程2×1 000 MW機組安裝2臺東方鍋爐廠生產的DG3030/26.25-Ⅱ1型超超臨界壓力、單爐膛、固態排渣、平衡通風、全懸吊露天布置、變壓運行直流鍋爐。采用正壓冷一次風直吹式制粉系統,前后墻各布置3層燃燒器噴口和1層燃燼風噴口,對沖燃燒方式。磨煤機采用5運1備方式運行,在鍋爐前墻下層布置了1層8只微油燃燒器,單只微油槍設計出力為120 kg/h。機組采用35%一級大旁路及2臺50%容量的汽動給水泵。配備1臺強制循環爐水循環泵,保證了25%BMCR的最低啟動流量。除渣系統采用液壓干式排渣裝置及兩級鋼帶機系統,除灰系統采用正壓濃相氣力輸送系統。鍋爐設計煤種采用準格爾2號煤,校核煤種1采用準格爾5號煤、校核煤種2采用神華煤。

2 穩壓蒸汽吹管臨時系統的設計

以鍋爐熱負荷達到額定蒸發量的45%～50%為基礎,從化學補給水方式、臨時管道的選材、吹管理論計算等3個方面著手進行穩壓蒸汽吹管系統的設計。

2.1 吹管臨時補水管路的設計

穩壓吹管時,若要滿足吹管各段受熱面動量比大于1的要求,經過計算,吹管時的給水流量應該在1 200～1 400 t/h的水平。原設計補水管路規格為 Φ 273 mm,理論上能保證500～600 t/h的供水能力。為滿足供水要求,增加了1根 Φ 377 mm,從5 000 m3備用除鹽水箱引至3、4號凝汽器的臨時補水管路,加上原配的2臺流量500 m3/h、揚程為63 m的備用補水泵,吹管期間可以滿足1 500 t/h的供水能力。補水系統圖如圖1所示。

2.2 蒸汽吹管臨時系統材料的選擇

圖2為百萬千瓦機組蒸汽吹管流程圖,在傳統的降壓吹管方式下,從安全及經濟2個方面考慮,一般臨時控制門前的管道材質選擇合金鋼,臨時門后的管道材質選擇碳鋼材料。普通20號碳鋼材料通常在450℃以下時具有良好的金屬材料特性,由于穩壓吹管在鍋爐高負荷下持續的時間較長,當熱段再熱器出口汽溫達到500℃時,普通碳鋼材料將無法滿足金屬材料強度要求。所有臨時管道均選擇了材質為12Cr1MovG的合金材料。

2.3 穩壓蒸汽吹管系數計算

過熱器設計壓降為2.42 MPa,再熱器設計壓降為0.25 MPa,根據初步計算,當過熱器出口汽溫為420～450℃,再熱器出口汽溫480～520℃,在分離器壓力6 MPa、蒸汽流量達到1 162 t/h工況下進行穩壓吹管時,可保證過熱器各級受熱面吹管系數k＞1。

式中 k——吹管擾動系數;

Gch——吹管時的蒸汽流量,kg/s;

Ge——額定工況時的蒸汽流量,kg/s;

Vch——吹管時的蒸汽比容,m3/kg;

Ve——額定工況時蒸汽比容,m3/kg。

表1為穩壓蒸汽吹管系數計算,由于過熱器減溫水取自省煤器出口,在進行過熱器及再熱器冷段吹管擾動系數計算時,給水流量即為蒸汽流量。將表1中實際數據帶入公式 (1),得到給水流量1 326 t/h工況下的過熱器及冷段再熱器蒸汽吹管擾動系數分別為1.249和1.849。可見,一階段蒸汽吹管時沿鍋爐蒸汽流程方向,在同樣蒸汽流量下,隨著蒸汽比容逐漸增大,位于下游的冷段再熱器吹管擾動系數大于位于上游的過熱器吹管擾動系數。

3 穩壓蒸汽吹管的實施特點

3.1 鍋爐升溫升壓期間的操作要點

a. 水煤比手動分段控制

因為采用主蒸汽和再熱蒸汽管路串聯吹管的布置方式,再熱器始終有蒸汽通過,保證了再熱器壁溫始終在允許范圍內。由于鍋爐水煤比自動在吹管期間無法投入,從冷態點火到達到鍋爐50%左右熱負荷過程中,升溫升壓速率完全依靠人為進行控制。其中,鍋爐升壓速率通過調節臨時控制門的開度及增減燃料量進行控制,升溫速率采用水煤比進行調節。

表2為從點火至穩壓吹管各階段運行參數,從表2可見,在鍋爐升溫升壓過程中,在同樣的過熱度情況下,隨著鍋爐熱負荷的增加,燃燒效率逐漸增加,水煤比逐漸降低。

b. 升溫升壓期間的鍋爐直流轉換

理論上,東方鍋爐百萬千瓦機組直流負荷轉換點在25%左右,對應機組負荷在250～300 MW。穩壓蒸汽吹管作為鍋爐的一種特殊運行工況,汽水系統背壓為大氣壓力,鍋爐在非并網狀態下進行直流轉換。此時,根據爐水循環泵電流和分離器水位等參數來判斷鍋爐轉為直流負荷運行的時機。

第2臺磨投入后,在省煤器前給水量900～1 100 t/h的工況下,隨著燃料量增加,分離器儲水罐水位逐漸降低,爐水循環泵流量減小到一定值時,爐水泵最小流量閥聯鎖開啟。當儲水罐水位低于0.5 m,水泵電流逐漸降低至31 A左右時,爐水泵跳閘。鍋爐分離器入口汽溫保持在5℃左右微過熱度時,鍋爐實現直流轉換。

因為水煤比采用手動控制,當水煤比偏大時,鍋爐又重新切換至濕態運行狀態,此時即使分離器儲水罐再次見水甚至達到11.5 m的爐水泵啟動水位時,也不再次啟動爐水泵。這樣可以在鍋爐升降負荷及干濕態直流轉換時,避免6 kV電動機的頻繁啟動,同時也可以防止給水量突變對汽溫汽壓造成的沖擊。整個直流轉換過程中,分離器儲水罐水位始終通過投入3個儲水罐排水調節閥閥位自動進行控制。

表1 穩壓蒸汽吹管系數計算

表2 從點火至穩壓吹管各階段運行參數

表3 鍋爐穩壓吹管典型運行參數

3.2 采用分離器汽溫微過熱度控制策略

吹管期間控制分離器入口蒸汽始終保持在微欠焓或微過熱度狀態,避免了由于水煤比控制不當而引起的分離器入口汽溫突然飛升的風險。

表3為鍋爐穩壓吹管典型運行參數。共進行了5次穩壓吹管,吹管總有效時間達到217 min。在蒸汽吹管后期,隨著鍋爐大量上水,省煤器前給水溫度逐漸由80℃降至20℃,蒸汽吹管系數k逐漸降低。總給煤量的增加受到磨煤機出口風粉混合物溫度不能低于60℃的限制,在蒸汽吹管后期短時間投入大油槍助燃,以彌補由于給水溫度降低而引起的總輸入熱量的不足。

吹管期間,8只微油燃燒器全程投入,總出力達到1 t/h,單只大油槍出力在1 t/h左右,按燃煤發熱量20 725 kJ/kg,鍋爐燃燒效率80%計算,得出鍋爐蒸汽吹管時的熱負荷與鍋爐BMCR工況熱負荷之比。從表3可以看出,在滿足蒸汽吹管擾動系數大于1的前提下,5次穩壓吹管鍋爐的負荷率在44.4%～48.5%。

4 結束語

穩壓蒸汽吹管工藝在東北首臺百萬千瓦機組上成功應用,整個蒸汽吹管過程從2009年12月5日開始至12月10日結束,歷時6 d,共耗油325 t、耗煤3 065 t、耗水21 600 t。采用5 min穩壓吹管和降壓吹管兩種打靶方式,銅靶板上沒有大于0.8 mm的斑痕,0.5～0.8 mm的斑痕不多于8點,0.2～0.5 mm的斑痕均勻分布。兩次吹管間隔時間最少19 h,連續2次靶板檢查合格,滿足國家標準,吹管效果良好。為在百萬千瓦機組上推廣使用穩壓吹管技術做出了成功的典范。