660MW超超臨界機組冷態啟動過程優化

摘 要：為適應國家節能和環保的需要，某廠機組冷態啟動采取啟動過程統籌管理，強調分工明確，過程控制，執行力度。結合鍋爐和汽輪機的自身特點，采取了凝結水循環清洗方式優化、臨爐加熱、汽泵啟動、單風煙系統運行、調整動態分離器轉速、等離子點火、2號高加提前投入、降參數暖機等優化節能措施，縮短了啟動機組時間，機組冷態啟動并網后快速帶負荷投入脫硝系統，減少NOx排放超標時間，取得了良好的經濟效益和環保效益。

關鍵詞：冷態啟動；節能；環保；效益

1 設備概況

1.1 主設備介紹

某廠鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式，平衡通風、風冷式干排渣、露天布置燃煤鍋爐、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。汽輪機為上海汽輪機廠和西門子聯合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、反動式、凝汽式E195型汽輪機，型號是N660-27/600/620。

1.2 進汽方式

汽輪機采用全周進汽方式，高壓缸進口設有兩個高壓主汽門、兩個高壓調整門和一個補汽閥，中壓缸進口設有兩個中壓主汽門和兩個中壓調門，高、中壓缸進汽均為切向進汽。高、中壓閥門均布置在汽缸兩側，閥門與汽缸直接連接，無導汽管。蒸汽通過兩只高壓主汽門及高壓調門進入單流的高壓缸，從高壓缸下部的一個排汽口進入再熱器。冷再蒸汽通過再熱器加熱后，通過兩只中壓主汽門及中壓調門進入雙流的中壓缸，由中壓外缸頂部的中低壓連通管進入兩個雙流的低壓缸。汽輪機采用高中壓缸聯合啟動方式沖轉，沖轉過程中需在500rpm進行暖機。

1.3 煤質特性

鍋爐設計煤種為淮南煙煤，校核煤種為淮南煙煤。點火及助燃油為0號柴油。

1.4 制粉系統

鍋爐制粉系統為正壓直吹式系統。每臺鍋爐配置6臺HP1003/Dny碗式中速磨，BMCR工況時5臺磨煤機即可滿足，1臺備用。每臺磨煤機供布置于爐膛同一層四角的直流燃燒器，其最底層A層燃燒器配置有等離子點火裝置。系統配有2臺動葉調節軸流式一次風機，2臺密封風機。

1.5 給水回熱系統

給水回熱系統分為低壓加熱系統、除氧器、高壓加熱系統。低壓加熱系統采用五級加熱，布置有5、6、7、8號低壓加熱器和一臺軸封加熱器。機組設一套低溫省煤器，7號低加出口的凝結水引至電除塵后、前的兩級低溫省煤器，加熱后再引回6號低加前。1、2、3號高加采用大旁路系統。在1號高加出口給水管路上布置了一個外置式的蒸汽冷卻器，三級抽汽先經過該冷卻器降低過熱度后再引至3號高加。

1.6 汽泵

配置兩臺杭州汽輪機股份有限公司制造的50%BMCR容量的汽動給水泵，不設置電動給水泵；同時前置泵與主給水泵同軸布置，提高運行經濟性，減少廠用電率。

1.7 鄰爐加熱

在2號高加的進汽管路增加一路從鄰機來的冷再蒸汽（等同于鄰機的二抽），在機組啟動初期以及停機不停爐時加熱給水。通過2號高加至除氧器的疏水管道自流到除氧器繼續利用疏水的溫度加熱除氧器的水，充分利用鄰機的加熱蒸汽來提高給水溫度。

2 啟動過程存在的問題

2.1 工作票集中終結，復役操作量大

機組檢修工期短，檢修任務重，臨近啟動階段，出現集中終結工作票的現象。正常兩臺機組集控運行人員組配置10人，能夠滿足生產的需要。如一臺機組檢修，另外一臺機組啟動。運行人員要現場驗收，辦理工作票終結手續，設備送電，系統檢查復役等工作。另外轉動機械設備檢修后還將安排試轉。系統復役操作量大，造成人員工作安排緊張，機組啟動節點不可控，對運行機組正常巡回檢查工作也受影響。

2.2 運行人員把握節點尺度不一

機組冷態啟動準備工作，運行人員對啟動節點把握不一，缺乏前瞻性。特別是出現一些如輔機故障，閥門咔澀，自動調節不正常，系統運行不穩等突發情況，執行匯報尺度不一，容易在系統檢查和操作流程花費大量時間，造成機組啟動延誤。

2.3常規凝汽器除氧器進水、清洗時間長

正常情況下，凝汽器、除氧器進水清洗采用凝補水泵向凝汽器進水至正常水位，向凝結水母管注水。注水結束后啟動凝泵，進行凝汽器循環沖洗；待沖洗合格后，通過5號低加放水門對凝結水母管和低溫省煤器沖洗；沖洗結束后，向除氧器進水至正常水位；開啟除氧器放水門，保持凝結水流量350t/h進行凝汽器與除氧器之間循環清洗直至水質合格。這樣清洗時間長，影響除氧器加熱和鍋爐進水。

2.4 鍋爐進水時間長

本機組取消了電動給水泵，采用汽動給水泵啟動，汽泵與前置泵采用同軸布置，取消了電動前置泵。鍋爐進水需啟動汽泵進水，準備時間長。

2.5 等離子點火初期燃燒不穩

等離子點火初期燃燒不穩，分析主要原因有三點：點火初期爐膛溫度，吸熱強，煙氣溫度低，煤粉著火差；磨煤機入口風溫低，出口溫度偏低，煤粉著火差；引風機裕量大，抗擾能力差，負壓波動大。

2.6 暖機時間長

汽機冷態啟動沖轉參數，主汽壓力8.4Mpa、主汽溫度380℃、再熱汽壓力2.0Mpa、再熱汽溫度380℃。由于鍋爐采用等離子點火，火焰中心高，按沖轉壓力8.4Mpa、再熱汽壓力2.0Mpa控制，雖然通過投用大量減溫水，主、再熱汽溫也只能控制在480℃/480℃左右，高于沖轉推薦溫度100℃，暖機效果差。暖機時間持續約5小時，對機組啟動時間影響非常大。

2.7 并網后脫硝投入時間長

機組并網后，正常情況在負荷100MW和200MW各穩定1小時，進行啟動制粉系統、投入高加、備用汽泵沖轉及病泵、啟動汽泵汽源切換等操作。完成上述一系列操作，繼續升負荷直至滿足投入脫硝系統。從機組并網到脫硝投入，需要3.5h左右，NOx超標時間長，造成排污費增加。

3 啟動優化措施

3.1 解決工作票集中終結，復役操作量大的問題

3.1.1 嚴格控制工作票批準時間。機組等級檢修，由運行部值長組牽頭，加強與生產技術部各專業主管溝通，根據機組復役時間和系統復役先后順序，確定各項檢修工作的工期。各值長根據工期計劃嚴把檢修工期，同時要求檢修單位必須嚴格執行檢修工作計劃，避開檢修工作票集中終結現象。

3.1.2 設專人梳理，有序安排系統復役。機組C級檢修以上，運行部設專人負責統計和協調復役工作，每天下午梳理工作票，根據工作票統計情況，有序安排部分系統復役特別是系統閥門檢查，重點關注汽輪機油務監督、發電機絕緣及影響機組啟動的有關試驗。

3.2 解決運行人員把握節點尺度不一的問題

3.2.1 編制啟動工作節點指導運行操作。運行部值長組根據機組復役時間和操作量，提前3～4天編制機組啟動工作節點。啟動工作節點將機組啟動前的各項準備工作，細化到每個參與機組啟動的運行班次比如說當天夜班完成大小機拉真空、汽泵啟動、鍋爐上水冷態沖洗；早班完成風煙系統啟動、等離子點火、鍋爐升溫升壓、熱態清洗；中班完成沖氧化皮、汽機沖轉、暖機等。讓當值運行人員清楚當班期間要完成的主要工作、注意事項及存在風險。

3.2.2 強調啟動工作節點的執行力度。運行班由值長牽頭，機組長負責安排，嚴格執行運行部制定的機組啟動工作節點，確保節點執行的剛性。如因設備系統故障延誤啟動的，值長要第一時間將情況反饋給運行部并做好記錄，便于部門及時調整節點；如因組織不力延誤啟動的，運行部組織當值運行人員事后自查整改。

3.2.3 強化啟動節點工作的培訓力度。運行部要求參與機組啟動的各值上交啟動總結，專業進行點評，然后下發各值進行學習，共同提高；利用學習班向運行人員講解啟動節點工作是如何安排的，如何把握啟動節點的主線，節點執行中存在的風險、各專業運行相互協調與配合以及需注意的事項；利用仿真機讓運行部模擬機組冷態啟動的各項工作；將機組冷態啟動節點工作安排，納入值長、機組長崗位考試題庫。通過上述一系列的培訓，讓運行人員熟悉掌握機組的冷態啟動操作。

3.3 解決常規凝汽器除氧器進水、清洗時間長的問題

改變凝汽器和除氧器常規上水方式，采用凝補水向凝結水母管注水并通知化學加藥，通過5號低加放水門進行沖洗。沖洗后關閉5號低加放水門，向除氧器進水至正常水位。通過除氧器放水門，將水放至凝汽器，通過凝汽器底部放水排盡。然后重新采用凝補水向除氧器進水，放水至凝汽器。待凝汽器與除氧器進至正常水位后，關閉注水啟動凝泵，通知化學投入前置過濾器，保持凝結水流量在350T/H進行凝汽器與除氧器循環沖洗直至水質合格。為提高沖洗效果，可微開除氧器輔汽加熱，控制凝結水溫度在35～40℃，清洗效果更好。注意凝汽器真空破壞門應在全開狀態。除氧器化學取樣增加一路除氧器放水管路的測點，沖洗水質更快速準確。這種沖洗方式，可節省3小時。

3.4 解決鍋爐進水時間長的問題

3.4.1 采用除氧器靜壓上水方式。由于汽泵與前置泵采用同軸布置在13.7米汽機運行運轉平臺，為保證汽蝕余量，除氧器布置在標高38.9米除氧層。除氧器水質合格后，投入除氧器加熱，將給水溫度加熱到120℃，通過調整輔汽至除氧器調整門，將除氧器壓力提到0.45Mpa，利用除氧器的靜壓，向鍋爐進水。這種上水方式比較慢，適合鍋爐本體檢修已結束。

3.4.2 采用汽泵暖機時上水方式。除A級檢修外，鍋爐本體檢修工作受氧化皮清理和檢測影響，一般臨近鍋爐點火前6～12小時才結束。這樣不適合除氧器靜壓上水。汽泵沖轉800RPM暖機時，開啟汽泵出口電動門，通過給水旁路調整門控制，向鍋爐進水。汽泵暖機結束后可直接升速，通過給水旁路調整門維持鍋爐進水流量。通過這種上水方式，啟動可節省45min。

3.5 解決等離子點火初期燃燒不穩的問題

3.5.1 采用小流量啟動和投入臨爐加熱。鍋爐點火初期，可采用最小給水流量啟動，一般控制在400t/h～450t/h。投入臨爐加熱系統，將給水溫度提高到120℃～150℃。這樣水冷壁相對吸熱減弱，煙氣溫度相對提高，解決點火初期爐膛溫度，吸熱強，煙氣溫度低，煤粉著火差的問題。

3.5.2 提高進口風溫、磨出口溫度和煤粉細度。機組采用汽泵啟動，等離子點火初期，輔汽用汽量非常大，輔汽壓力難以維持0.9Mpa運行導致暖風器進汽量相應減少。通過關小除氧器輔汽加熱調整門來維持輔汽壓力，開大臨爐加熱電動門來維持給水溫度；點火初期控制磨出口溫度在85℃～100℃之間運行；適當提高磨煤機動態分離器轉速50RPM，提高煤粉細度。提高進口風溫、磨出口溫度和煤粉細度，解決磨煤機入口風溫低，出口溫度偏低，煤粉著火差。

3.5.3 引風機裕量大，抗擾能力差，負壓波動大。鍋爐啟動采用兩臺引風機運行，點火初期，引風機動葉開度小，抗擾能力差，爐膛負壓正常在±1000pa之間晃動。鍋爐啟動曾發生兩起因等離子斷弧和油槍自投引起引風機調節震蕩造成鍋爐熄火事件。目前采用單風煙系統啟動，提高抗干擾能力。待并網前啟動第二套風煙系統。

3.6 解決冷態啟動暖機時間長的問題

目前機組冷態啟動采用沖轉參數：主汽壓力一般為5.5MPa～6MPa、再熱汽壓力控制1.8Mpa，主汽溫度控制在420℃～440℃，再熱汽溫控制在420～440℃。采用較低的沖轉參數一方面可以降低沖轉時對汽輪機各部件的熱沖擊，另一方面可以增大蒸汽的容積流量，使各金屬部件加熱均勻，增強了機組啟動的安全性。另外，可以通過微開低壓加熱器汽側空氣門，適當降低凝汽器背壓，增加蒸汽的容積流量。注意汽機500RPM暖機結束后，升至滿速時間很短約5min。在汽機升速前，通過高低旁控制將主汽壓力提至8.4Mpa、再熱器壓力提至2.0Mpa方可繼續升速。通過上述措施暖機時間減少1h。

3.7 并網后脫硝投入時間長

為保證并網后快速投入脫硝系統，特采取以下措施，保證脫硝系統在2h內投入脫硝系統：（1）汽機沖轉時高、低加隨機滑啟；（2）汽機暖機充分，便于并網后快速帶負荷；（3）利用100%旁路，并網前完成第三套制粉系統啟動；（4）快速帶負荷至300MW以上，滿足脫硝投運條件。

4 結束語

機組冷態啟動采取啟動過程統籌管理，強調分工明確，過程控制，執行力度。結合鍋爐和汽輪機的自身特點，采取了凝結水循環清洗方式優化、臨爐加熱、汽泵啟動、單風煙系統運行、調整動態分離器轉速、、降參數暖機等優化節能措施，機組啟動時間縮短了4.75h，機組并網后脫硝投入時間縮短了1h，減少NOx排放超標時間，取得了良好的經濟效益和環保效益。

參考文獻

[1]上海汽輪機廠.660MW超超臨界中間再熱凝汽式汽輪機運行和維護說明書[Z].

[2]上海鍋爐廠.1957t/h超超臨界壓力直流鍋爐[Z].