1 000 MW超超臨界鍋爐吹管方式及過程的研究

劉珊伯，金宏達，孟繁兵，杜利梅

(黑龍江省電力科學研究院，哈爾濱 150030)

蒸汽吹管是新建火電機組調試過程中的一個重要步驟，吹管質量直接影響機組的安全經濟運行。與亞臨界鍋爐相比，超超臨界大容量機組鍋爐均為直流型式、高參數、大容量，采用傳統的鍋爐吹管方法不能完全滿足需要。因此，為了尋找可行的超超臨界鍋爐的吹管方式，本文結合某1 000 MW超超臨界塔式鍋爐吹管實例，闡述了超超臨界鍋爐的吹管過程，計算比較了不同吹管參數下的吹管系數，分析了吹管過程中過熱、再熱蒸汽溫度的控制。

1 鍋爐概述

鍋爐吹管方式一般分為降壓和穩壓兩種，這兩種吹管方式各有優缺點。降壓吹管操作簡單，單次吹管時間短，耗水量小;鍋爐各部分參數變化大，有利于管壁上金屬氧化皮的脫落。穩壓吹管有效吹管時間長，能取得較好的吹管效果，但操作復雜，需要投入制粉系統，耗水量大[1]。

超超臨界鍋爐均為直流型式，其特點是沒有汽包。鍋爐啟動系統中類似汽包的啟動分離器，蓄熱能力比汽包爐小，降壓產生的蒸汽比汽包爐小。超超臨界鍋爐吹管相對于亞臨界鍋爐有如下特點[2]:

1)鍋爐額定參數高，所需吹管參數高，吹管系數難以達到要求。按照《火電機組啟動蒸汽吹管導則》[3]說明，吹管時，汽包壓力在 5～7 MPa一般可滿足要求。實踐證明，超超臨界鍋爐采用降壓吹管方式時，啟動分離器壓力達到8.0 MPa仍難滿足吹管系數要求。

2)在降壓吹管開啟臨吹門的過程中，貯水箱水位與亞臨界鍋爐汽包水位相比波動劇烈，貯水箱壓力的突降容易形成“虛假水位”，造成貯水箱水位難以控制，影響爐水循環泵的安全運行。

3)超超臨界鍋爐采用穩壓吹管時，需要投入制粉系統，鍋爐從濕態運行轉為干態運行。受熱面安全、中間點溫度控制等必須引起足夠的重視[4]。

某電廠擴建工程為1 000 MW超超臨界機組，鍋爐為SG-3098/27.46-M539超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，采用單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動噴嘴調溫、平衡通風、全鋼架懸吊結構、露天布置、機械刮板撈渣機固態排渣。鍋爐制粉系統采用中速磨冷一次風機直吹式制粉系統，配置6臺中速磨煤機，在BMCR(鍋爐最大連續出力)工況時，5臺投運，1臺備用。鍋爐采用微油點火技術。鍋爐主要設計參數如表1所示。

表1 鍋爐主要設計參數

鍋爐啟動系統采用內置式汽水分離器，帶啟動循環泵，還布置了大氣擴容器和集水箱等設備的簡單疏水系統，將集水箱連接到凝汽器或機組循環水系統中，鍋爐設計最低直流負荷為30%BMCR。

2 吹管過程

為了盡量提高吹管質量，本次吹管采用降壓和穩壓結合的吹管方式。穩壓和降壓相結合的吹管方式，既可提高吹管質量，縮短調試時間，又可充分暴露制粉系統的缺陷，減少調試燃油量。在保證吹管系數的前提下，根據鍋爐分離器至汽機的各管道及各受熱面的額定參數、臨時管道的材質的要求，降壓吹管分離器壓力定為8.0 MPa，穩壓吹管分離器壓力定為5.5～6.0 MPa。在吹管過程中嚴格控制主汽溫度為427℃和再熱汽溫為520℃。

由于一階段吹管具有吹管時間短、次數少、臨時管路聯接簡單、燃料消耗少等優點，本次吹管采用一階段吹管方式，主要吹管流程:啟動分離器→各級過熱器→過熱器集汽集箱→主蒸汽管道→臨時管→臨吹門→臨時管(集粒器)→低溫再熱進口管路→低溫再熱器→高溫再熱管路→臨時管→靶板器→臨時管→消音器→大氣。

鍋爐經過冷態沖洗，水質滿足要求后，點火進行熱態沖洗，待鍋爐水質滿足點火要求開始升溫升壓。升溫升壓速率可按鍋爐冷態啟動曲線進行，開始投入兩層輕油槍，當油槍出力無法支持分離器壓力繼續上升時，投入B磨煤機，并逐漸增加給煤量，撤出1層輕油槍。分離器壓力上升到3.0 MPa、5.0 MPa、6.5 MPa時分別進行3次試吹管，首次試吹管前應打開臨吹門旁路閥、主蒸汽管道、低溫高溫再熱蒸汽管道上的疏水閥進行暖管疏水，防止因管道內積水而發生水擊。

第一階段鍋爐采用不熄火降壓吹管，當分離器壓力達到8.0 MPa時，開啟臨吹門。在降壓吹管開啟臨吹門的過程中，要嚴密監視貯水箱水位，協調控制汽動給水泵出力、貯水箱水位調節門以及給水旁路調節門，保持貯水箱水位穩定，防止水位過高或過低。在降壓吹管結束后，停爐冷卻12 h后進行第二階段穩壓吹管。在升溫升壓過程中，升溫升壓速率可按照鍋爐冷態啟動曲線進行，為了主蒸汽、再熱蒸汽溫度便于控制，應盡可能投入下層燃燒器。本次吹管中投入A、B、D磨煤機，當燃燒穩定后，撤出全部油槍(為了保證良好燃燒，可投入微油槍)。正式穩壓吹管時鍋爐熱負荷約為45%BMCR，本次穩壓吹管達到吹管參數后有效吹管時間為3 h，能在一定程度上彌補吹管動量較小的不足。本機組鍋爐共進行了69次降壓吹管。

3 超超臨界鍋爐吹管過程的分析

3．1 吹管系數

吹管系數為吹管時的蒸汽動量與額定工況下的蒸汽動量比，按下式計算:

式中:Gc為吹管時蒸汽流量;Vc為吹管時蒸汽比容;Ge為鍋爐額定工況蒸汽流量;Ve為鍋爐額定工況時蒸汽比容。

在降壓吹管過程中，隨著臨吹門的開啟和關閉，貯水箱壓力和吹管蒸汽流量不斷變化，因此不可能采用上式對吹管系數進行計算。《吹管導則》[3]中建議采用壓差法計算吹管系數，即某一小段吹洗過程中流動壓差與額定工況下流動壓差之比等于吹管系數。在實際吹管中，由于不能把系統分成若干小區段，因此壓差法應用于過熱器和再熱器時存在較大的誤差。經過理論驗算及試驗，當過熱器壓差為額定工況吹洗時，過熱器壓差之比值大于1.4，即能保證吹管符合動量比大于1的要求。

在降壓吹管中，只能根據過熱器、再熱器的壓降對吹管系數進行估算，過熱器的最大壓降為1.8 MPa，再熱器的最大壓降為0.25 MPa。鍋爐在額定工況下，過熱器、再熱器壓降分別為2.09 MPa和0.19 MPa，由壓降法估算吹管系數過熱器為0.86，再熱器為1.32。

鍋爐穩壓吹管過程中給水流量、循環流量以及省煤器入口流量隨貯水箱壓力的變化趨勢如圖1所示。

圖1 流量隨壓力的變化曲線

從圖1可以看出，從鍋爐升壓到正式吹管期間，隨著貯水箱壓力的升高，給水流量逐漸增大。在貯水箱壓力最大達到6.2 MPa時，給水流量達到最大為1 371 t/h。循環流量隨著貯水箱壓力的升高逐漸減小，當壓力為5.2 MPa時，鍋爐轉入干態運行，循環流量為0，此時爐水循環泵進入熱備用狀態。在整個穩壓吹管期間，省煤器入口流量保持在1 250 t/h左右。

表2為穩壓吹管的主要參數，比較了貯水箱壓力為5.5 MPa和6.0 MPa下的吹管系數，其中吹管系數由式(1)計算獲得，吹管流量根據圖1分別取為1 200 t/h(5.5 MPa)和1 300 t/h(6.0 MPa)。

表2 穩壓吹管參數

從表2的計算結果可以看出，貯水箱壓力為5.5 MPa時不能滿足吹管系數大于1的要求，6.0 MPa時過熱器進出口、再熱器進出口處吹管系數均大于1。

通過鍋爐降壓和穩壓吹管的吹管系數可知，超超臨界鍋爐若采用降壓吹管，分離器壓力達到8.0 MPa時，過熱器吹管系數則不能滿足要求;若采用穩壓吹管，分離器壓力為6.0 MPa時，過熱器吹管系數則能達到1.0以上，再熱器吹管系數在兩種吹管方式中均能滿足要求。為了彌補超超臨界鍋爐蒸汽吹管中過熱器吹管動量不足的問題，目前在超超臨界鍋爐調試過程中，將過熱器參與酸洗已有多個應用實例。對于塔式爐，因為過熱器為臥式水平布置，酸液的排放和防止雜物在過熱器內積聚的問題比較容易解決，所以將過熱器參與酸洗，有利于氧化皮的脫落，以彌補過熱器吹管動量不足。

3．2 過熱、再熱蒸汽壓力和溫度控制

在鍋爐吹管過程中，蒸汽壓力和溫度的控制對吹管安全以及吹管質量十分重要。降壓吹管時，要控制好燃料量，保證合適的升壓速率，1 h內降壓吹管次數3～4次為宜。在降壓吹管的升壓過程中，再熱器處于干燒狀態，必須密切注意爐膛出口煙氣溫度和再熱器壁溫，防止再熱器燒壞。

在穩壓吹管升溫、升壓過程中，為防止水位波動，在投入磨煤機和增加燃料量時，要根據分離器壓力上升情況逐漸開啟臨吹門，保證分離器壓力參數平滑過渡。臨吹門開啟幅度要小，對分離器壓力要待穩定后再進行升壓操作，否則分離器壓力會很快降低，引起水位上升很高，容易造成蒸汽帶水。在進入穩壓沖管階段時，鍋爐已進入直流運行狀態。此時汽溫控制首先要控制好中間點溫度(也就是要控制好燃水比)，其次分離器后的過熱器和再熱器溫度控制要通過投入減溫水對其出口汽溫進行控制。

過熱、再熱蒸汽溫度難以控制的主要原因:與額定工況相比，吹管壓力下水的汽化潛熱較大，給水在水冷壁內蒸發需要更多的熱量，這必然要求增加燃料量，燃料量增加使過熱器和再熱器吸熱相對增加，汽溫提高[5]。在穩壓吹管中，持續的大流量給水會因為輔汽加熱不足導致給水溫度偏低，進一步加劇這種工況。本次穩壓吹管過程中，過熱器、再熱器減溫水總量約為170 t/h，遠大于BMCR設計流量，給水溫度維持在70℃。過熱器、再熱蒸汽溫度最高為425℃和450℃，沒有超過材料限制。

4 結論

1)超超臨界鍋爐采用降壓吹管難以滿足吹管系數大于1的要求，宜采用降壓和穩壓相結合的吹管方式。

2)超超臨界鍋爐穩壓吹管過程中，主蒸汽、再熱蒸汽溫度難以控制，應通過燃水比控制好中間點溫度，保持分離器出口工質的微過熱狀態，并通過主蒸汽、再熱器減溫水以及提高給水溫度來有效控制主蒸汽、再熱蒸汽溫度。

[1]余岳溪，邵景濤.超臨界直流鍋爐蒸汽穩壓吹管與降壓吹管的比較[J].廣東電力，2007，20(6):57-59.

[2]薛戟，劉璟，許玉新.超(超)臨界機組鍋爐吹管方案及參數的研究[J].電站系統工程，2010，26(2):35-36.

[3]崔明儒，徐元載.火電機組啟動蒸汽吹管導則[S].北京:中國電力出版社，1998.

[4]張向群，王赫，張夜雨.穩壓蒸汽吹管工藝在百萬千瓦機組基建調試中的應用[J].東北電力技術，2011(9):27-29.

[5]陳志兵，黃磊，魯松林.600 MW超臨界壓力直流鍋爐機組投粉穩壓沖管[J].中國電力，2006，39(1):68-72.