燃氣-蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐吹管淺析

姚生龍， 閆玉峰， 孫 亮， 雷璐源

（華電電力科學研究院，浙江杭州 310030）

0 引言

吹管是新建機組投運前的一個重要工序，對鍋爐過熱器、再熱器及其蒸汽管道系統的吹掃，清除在制造、運輸、保管、安裝過程中留在過、再熱器系統及蒸汽管道中的各種雜物（例如：砂粒、石塊、旋屑、氧化鐵皮等），可以防止機組運行中過、再熱器爆管和汽機通流部分損傷，提高機組的安全性和經濟性，并改善運行期間的蒸汽品質。應強調指出，不能期望吹管能清除所有雜物，首先應從制造、安裝工藝上消除雜物的積存，吹管只能作為最后的一道補充手段。

1 設備簡介

江蘇某燃氣聯合循環機組采用1臺燃機＋1臺余熱鍋爐＋1臺抽凝機的主機配置方式。燃氣輪機采用PG9171E型燃機，汽機為某公司生產的60MW等級供熱抽汽凝汽式汽輪機；余熱鍋爐為雙壓、無補燃、臥式、自然循環余熱鍋爐，不設旁通煙道。主要由進口煙道、鍋爐本體（受熱面模塊和鋼架護板）、出口煙道及煙囪、高、低壓鍋筒、除氧器、管道、平臺扶梯等部件以及給水泵、排污擴容器等輔助設備組成。鍋爐本體受熱面采用N/E標準設計模塊結構，由垂直布置的順列和錯列螺旋鰭片管和進出口集箱組成，以獲得最佳的傳熱效果和最低的煙氣壓降。高、低壓2個壓力級的自然循環相對獨立，各有一個汽包布置在爐頂鋼架上，過熱蒸汽采用噴水減溫。鍋爐側主要參數：高壓側蒸汽流量190.5t/h、過熱器出口蒸汽壓力6MPa、過熱器出口蒸汽溫度521±5℃，低壓側蒸汽流量34.85t/h、過熱器出口壓力0.515MPa、過熱器出口蒸汽溫度253±5℃，煙氣流程如圖1所示。

2 吹管標準

按《電力建設施工及驗收技術規范》（鍋爐機組篇）（下稱鍋爐篇）10.5.8條規定：過熱器、再熱器及其管道各段的吹管系數應大于1；在被吹洗管末端的臨時排汽管內（或排汽口處）裝設靶板，靶板可用鋁板制成，其寬度約為排汽管內徑的8%，長度縱貫管子內徑；在保證吹管系統的前提下，連續兩次更換靶板檢查，靶板上沖擊班痕粒度不大于0.8mm，且肉眼可見斑痕不多于8點即認為吹洗合格。

3 吹管方式的選擇

3.1 輔汽吹管簡述

輔汽吹管是利用臨廠蒸汽對余熱鍋爐過熱器等熱力管道進行吹掃，臨廠主蒸汽至余熱鍋爐吹管管路在末端分為兩路，一路從高壓汽包與高壓過熱器連接管路斷開處進入高壓過熱器進行吹掃，另一路從低壓汽包與低壓過熱器連接管路斷開處進入低壓過熱器進行吹掃。在過熱器入口吹掃管道上加裝壓力溫度測點（如圖2所示）。

用輔汽吹管，前提就是需要一個穩定合格的汽源，充足的蒸汽流量是沖管的重要保障。根據計算，進行高壓主蒸汽管道、高壓旁路管道吹掃時，約需要130t/h的蒸汽量，此時需要臨廠#2、#3爐同時運行提供吹管蒸汽，對外供汽也需暫停，待高壓側吹掃完畢進行低壓側吹掃時，只需1臺爐運行即可滿足吹掃需要，此時可關閉主蒸汽母管上相應的聯絡門使#3爐提供吹掃汽源，而另一臺爐可根據外界需求選擇合適運行方式。

此種方法的優點是不受制于氣網，天然氣供氣延遲時可以照常進行吹管，且分系統調試進度對沖管的影響也較小，在工程時間緊湊的前提下可以有效的縮短工期。但是此方式不足之處是進汽比較困難，需接較長的臨時管路，9E燃機主廠房區域相比同等級的煤機要小很多，對臨時管路安裝及焊接工藝要求就比較高。對臨廠機組運行也有一定的影響，供熱要暫停，經濟效益和外熱網用戶會受到一定影響。吹管時臨廠需帶高負荷運行，對運行要求也較高。

3.2 自產蒸汽吹管簡述

自產汽吹管是燃機點火后，利用燃機排氣加熱余熱鍋筒內的水，待余熱鍋爐汽包產生的蒸汽參數達到要求時，進行蒸汽吹掃。此方式的前提是燃機調試工作已經完畢，運行穩定且汽機分系統試運已完成。

此種方式的優點是不需要對余熱爐本體進行直接焊接，吹管臨時系統相對簡單，安全性和經濟性更高。燃機啟動快速，從冷態點火至空載只需20min（如圖3所示），升降負荷靈活，對吹管參數具有有效的保障。本機組離居民生活區較近，夜間禁止吹管，燃機啟停方便且自動化程度高正好滿足每日啟停要求。期間管壁冷卻也有利于氧化皮脫落，從而提高吹管質量。對低壓側各支路吹掃也可以利用余汽進行吹掃，可以縮短吹管時間，創造一定的經濟效益。但是受制于氣網，如果天然氣供氣延遲，將延誤工期進度。該電廠經技術經濟比較并根據實際情況分析，決定采用自產蒸汽吹管方式。

4 吹管參數的選擇

4.1 吹管系數（差壓法）

根據《火電機組啟動蒸汽吹管導則》（1998版）中壓差法的應用，保證實際過熱器的壓差與額定工況下過熱器壓差的比值不小于1.4即能保證吹管系數不小于1：由此得出高壓蒸汽吹管的吹管系數K1和低壓蒸汽吹管的吹管系數K2。

4.2 吹管參數選擇

吹管壓力的估算公式如下：

式中 Pb—汽包壓力，MPa；

P0—過熱器出口吹管壓力，MPa；

ΔPg—額定工況下過熱器壓降，MPa；

0.5 ～1.5 —開控制門時壓力跌落，MPa。

參考DL/T5047-95《電力施工及驗收技術規范（鍋爐機組篇）》的規定，控制門全開后，過熱器（此處指高壓過熱器）出口壓力達到2.0～2.4MPa時（由余熱鍋爐額定參數對應選取），一般即可滿足各處吹管壓力大于1的要求。此時汽包壓力需大于3.3MPa。

吹掃蒸汽流量以額定工況時蒸汽流量的60%～70%為宜，該機組額定高壓主蒸汽流量為190t/h，所以吹掃流量約為114～133t/h。若蒸汽吹掃流量為120t/h，則根據R的表達式反推出高壓過熱器出口處溫度需大于400℃；而取流量為125t/h時，則反推出高壓過熱器出口溫度需大于350℃。兩者相比較，所需流量變化不大但溫度相差卻較大。

現場操作時高壓側可按初始吹掃壓力為3.5MPa，高壓過熱器出口溫度大于350℃進行，蒸汽參數可通過燃機負荷調整來實現。根據規定：汽包鍋爐降壓吹管時，汽包壓力下降值應控制在飽和溫度下降值不超過42℃；按照極限情況計算，汽包壓力可降至2.0MPa；但此時高壓過熱器出口壓力必然小于2.0MPa，不能滿足前面提到的參考吹掃壓力，所以終止壓力為：2.5MPa。一次吹掃時間一般為3～5分鐘。同理，低壓側管路蒸汽吹掃參數為：低壓汽包起始壓力0.5MPa，終止壓力0.3MPa，低壓過熱器出口溫度大于190℃。

5 吹管方法

5.1 吹管路徑

吹管系統如圖4所示。

（1）第一階段，高壓回路過熱器系統及高壓主蒸汽管道吹掃

第一回路，吹掃高壓過熱器及高壓主汽管道：

高過出口→高壓蒸汽管道→主汽門→臨時管道→高壓臨吹門→臨時管道→靶板器→臨時管道→消音器

第二回路，吹掃高壓旁路（高壓主蒸汽管路吹掃合格后吹高旁）

高過出口→高壓蒸汽管道→高壓旁路管道→臨時管道→高壓臨吹門→臨時管道（標高8.5m以上軸封安全門排汽管道）→排放口

（2）第二階段，低壓回路段過熱器及低壓主蒸汽管道的吹掃

低過出口→低壓補汽閥前管道→臨時管道→低壓臨吹門→臨時管道（工業供熱汽管道）→靶板器→臨時管道（工業供熱汽管道）→排放口

（3）第三階段，低旁、高壓蒸汽至供熱管路及軸封管路吹掃

低過出口→低壓蒸汽管道→低壓旁路管道→臨時管道→工業供熱汽管道→排放口

高過出口→高壓蒸汽管道→高壓蒸汽至供熱管道→臨時管道（工業供熱汽管道）→排放口

高壓蒸汽供軸封管道→軸封蒸汽集箱→輔汽供軸封管道（反吹）→臨時管道（工業供熱汽管道）→排放口

高壓蒸汽供軸封管道→軸封蒸汽集箱→軸封供汽支管（高壓）→排放口

高壓蒸汽供軸封管道→軸封蒸汽集箱→軸封供汽支管（低壓）→排放口

高過出口→高壓蒸汽管道→高壓蒸汽至供熱管道→臨時管道（工業供熱汽管道）→排放口

5.2 吹管過程

各電動臨吹門的性能考核見表1，符合《火電機組啟動蒸汽吹管導則》，用蓄能降壓法吹掃，臨沖門開關時間控制在1min內的要求。

本次吹管采用降壓法高、低壓交替并列吹掃方式，高壓側蓄能時間為25～30min，低壓側蓄能時間為20min，實踐證明此種方式吹管效果良好，可以有效的縮短吹管時間。燃機點火至空載轉速，鍋爐漸升壓，稍開高、低壓臨沖門及啟沿程所有的疏水閥，對吹管管路進行暖管，等到吹管管路末端溫度上升到100℃以上，關閉所有的疏水閥，就可以對系統進行吹管了。當高壓側壓力達到2.11MPa，低壓側達到0.41MPa，高、低壓并列交替試吹多次，試吹結束后就可以進行正式吹管。

表1 臨沖門性能考核表s

在臨沖門動作時候，為防止汽包水位驟然變化而跳燃機一般撤出水位保護。期間應控制汽包水位，根據運行經驗高、低壓側水位控制在-50mm左右為適。為提高吹掃系數，第二天燃機帶20MW負荷，開始對高、低壓回路過熱器系統及高、低壓主蒸汽管道吹掃，吹管系數K1在1.12～1.3，K2在1.04～1.2。K1、K2的趨勢如圖5所示。

高旁吹掃，吹掃壓力可以由高旁臨沖門調節，參數在0.895MPa257℃時，開啟高旁臨沖門，吹掃多次直到排放口目測蒸汽清澈為止。低旁管道和減溫減壓蒸汽管路吹掃可以利用余汽進行吹掃，參數在0.4MPa210℃，吹掃多次，見排放口蒸汽清澈為止。高、低壓軸封管路較短，相對吹掃參數也較低，可以利用余汽進行吹掃，吹掃參數控制在0.25MPa＼220℃。在吹掃軸封系統時，建議先隔離軸封輔汽管路。當軸封系統吹掃合格后，隔離軸封系統，開啟軸封輔汽調進、調出對軸封輔汽供氣管路進行反吹掃，見排放口目測蒸汽清澈為止。

6 結語

本次吹管采用自產蒸汽吹掃方式，通過燃機負荷來調整蒸汽參數，但在實際吹掃過程中有效吹掃的時間一般在1min左右，只有經過多次吹管才能達到靶板驗收要求。本次蒸汽吹管除了高、低壓主回路外，還有較多的支路管道且多路管道共用一個排放口，在吹掃過程中應注意做好隔離措施，使各系統支路能夠獨立吹掃，保證吹掃的質量，也可以有效防止蒸汽分散到各支管。低壓蒸汽管道在第51次和第52次連續兩次打靶合格，高壓蒸汽管道在第80次和第81次連續兩次打靶合格，累計吹掃時間都在50h內，相比同等級機組本次吹管在較短時間內完成了吹管工作，創造了一定的經濟效益，也為機組的整套啟動打下了良好的基礎。

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[1]電綜（1998）179號.火電機組啟動蒸汽沖管導則[Z].1998.

[2]原電力工業部.火力發電廠基本建設工程啟動及竣工驗收規程[S].1996.

[3]電力建設施工及驗收技術規范（鍋爐機組篇）[S].1995.