揚州電廠鍋爐啟動上水節能優化

□楊偉俊

一、設備概況

江蘇華電揚州發電有限公司6、7號機組單機容量330MW。鍋爐為東方鍋爐廠生產的DG1036/18.2～Ⅱ4型，亞臨界壓力，一次中間再熱自然循環汽包爐，設計額定蒸發量1,036t/h。汽機為哈爾濱汽輪機廠生產的N330-16.67/538/538，給水系統配置2×50%容量的汽動給水泵(以下簡稱汽泵)和1×50%容量電動給水泵(以下簡稱電泵)，汽泵及電泵出口均設有再循環門。汽泵前置泵(以下簡稱前置泵)轉速1,480r/min，流量572m3/h，揚程102.5mH2O。除氧器工作壓強0.83MPa，最大工作壓強0.94MPa，設計壓強1.2MPa。

鍋爐給水系統原理如圖1所示，該系統在高壓加熱器(以下簡稱高加)出口和省煤器之間設計有主給水電動門(以下簡稱主給水門)，啟停大旁路調節門(以下簡稱大旁)，水壓試驗小旁路。前置泵標高0m，汽泵標高12.6m，除氧器標高21.8m，給水平臺標高31.1m，汽包標高68.9m。

圖1

二、優化方案可行性分析

不使用電泵上水所面臨的最大挑戰在于：現有設備提供的壓強能否克服靜壓和管道阻力，將水上到68.9m高的汽包？如果能上水，那么上水時間能否能滿足要求？這里將從管道阻力和水的靜壓強兩個方面討論這個問題。

(一)管道阻力。由流體力學可知，管道阻力可以分為局部阻力和沿程阻力。局部阻力是由管道附件(彎頭、三通、閥門等)形成的，在低速情況下它和局阻系數，動壓成正比，動壓又和流速的平方成正比。沿程阻力是比摩阻乘以管道長度，比摩阻由管道的管徑，內壁粗糙度，流體流速確定。對于一個已確定的管道和液體，流體阻力只和流速有關，可用如下方程表達：

F=a+∑bv+∑cv2+∑dv3+……

在生產現場，管道外形和直徑都是固定不變的，流速就和流量成正比，而人們所關心的阻力表現在壓強在經過管道后的下降。那么可將流量與經過管道后壓強的下降建模如下：

y=ax3+bx2+cx+d

式中x為水的流量，單位t/h；y為管道進口壓強和出口壓強的差，單位kPa；d為水的靜壓強，單位kPa。根據參數記錄可求出方程中的未知系數。

在原始數據采集中，給水流量測點在大旁前，測點編號FWFLOW；汽包壓強測點在汽包室，標高68.9m，測點編號02PT02；給水壓強測點在汽泵出口電動門后，標高6.3m，測點編號27PT92；水溫變化范圍160℃～300℃。因鍋爐上水時溫度達不到正常水溫，故求得的函數中表示靜壓強的常數誤差相對較大，舍去。又因為原始數據中2個壓強測點之間的管道大約為除氧器和汽包之間管道的4/5，所以需要加修正系數。最終在留有一定余量的前提下流量和壓差的函數表達為如下形式：

y=2(1.81×10-7x3+2.13×10-4x2+0.188x)

上式即為除氧器和汽包之間管道阻力函數，x表示水的流量，單位t/h；y表示管道阻力折算成壓強的損耗，單位kPa。鍋爐水容積228m3，當流量為300t/h時，可以在1小時內完成向鍋爐上水，此時管道阻力為：

y=2(1.81×10-7×3003+2.13×10-4×3002+0.188×300)

y≈161(kPa)

(二)水的靜壓強。假定除氧器水溫100℃，此時水的密度958kg/m3，重力加速度取9.80m/s2，根據液體靜壓強方程可近似計算出鍋爐汽包到除氧器的靜壓強：

P=ρ液gh

P=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-21.8m)

P≈0.44MPa

阻力折算成壓強0.16MPa，當汽包壓強為0時，除氧器壓強超過0.6MPa即可向鍋爐上水。

為了說明這樣計算的可行性，可以通過一個簡單方法驗證一下。由圖1可知，在鍋爐上水過程中唯一能截流的地方是給水平臺的大旁。大旁調節門前有壓強測點“給水操作臺前母管壓力(27PT67)”，此測點在主給水管路上距大旁15m以內，標高大約20m，可近似認為測出的壓強為大旁調節門前的壓強加0.1MPa。大旁調節門后有壓強測點“省煤器前給水壓力(01PT08)”，此測點在主給水管路上距大旁15m以內，標高31.1m，可近似認為測出的壓強為大旁調節門后的壓強。因大旁后再無任何截流設備，可認為省煤器前給水壓強為鍋爐上水在給水操作平臺所需要的實際壓強。

近似計算鍋爐上水過程省煤器前給水壓強：

P=ρ液gh

P=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-31.1m)

P≈0.35MPa

由計算可知，從汽包到給水平臺靜壓強約為0.35MPa。當汽包壓強為0時，省煤器前給水壓強超過0.35MPa即可向鍋爐上水。而實際結果又如何呢？如圖2所示。

圖2

圖2中橫坐標為時間，每格1小時，下方的曲線為省煤器前給水壓強，每格0.5MPa。實際測量結果為0.34MPa，計算誤差小于3%，完全符合現場實際所需要的計算精度。從圖2又可以看出，用電泵上水，大旁調整門前的壓強已達到4.44MPa，遠遠超過上水所需要的實際壓強。

當除氧器水溫受到限制，不能加壓到所需要的壓強時，或汽包剛起壓，靜壓上水困難，可增開汽泵前置泵。假設當除氧器壓強和汽包壓強均為0時，從汽包到前置泵出口的靜壓強為：

P1=ρ液gh

P1=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-0m)

P1≈0.64MPa

除氧器到前置泵入口的靜壓強為：

P2=ρ液gh

P2=958kg/m3×9.80m/s2×(21.8m-0m)

P2≈0.20MPa

前置泵所需要增加的壓強：

P3=P1-P2

P3=0.64MPa-0.20MPa

P3≈0.44MPa

加上沿途阻力折算成壓強0.16MPa，前置泵實際所需要提供的壓強為0.6MPa。而前置泵的揚程102.5mH2O，轉換為壓強為：

P=ρ液gh

P=1,000kg/m3×9.80m/s2×102.5m

P≈1.00MPa

在除氧器和汽包壓強均為0的情況下，前置泵向鍋爐上水還有將近64%的余量。假設處于最理想情況，除氧汽壓強0.83MPa，開前置泵向鍋爐上水，最多可將汽包壓強頂至1.23MPa。假設處于最不理想情況，除氧汽壓強0MPa，開前置泵向鍋爐上水，最多可將汽包壓強頂至0.40MPa。

三、優化方案具體實施

在保證機組快速啟動和一定余量的前提下，建議鍋爐點火前采用前置泵向鍋爐上水的方案，可按如下步驟執行：一是要求汽包壓強在0.4MPa以下。二是要求給水平臺所有上水門在關閉位置。三是要求2臺汽泵和電泵進出口門在開啟位置。四是聯系熱控人員，臨時取消2臺汽泵再循環門超馳開聯鎖。五是關閉2臺汽泵再循環門。六是關閉電泵出口門。七是開除氧器再循環泵。八是根據上水溫度要求，開啟輔汽至除氧器加熱門。如條件允許，可盡量升高除氧器壓強。九是啟動一臺前置泵，檢查電流在150A以下。十是盡快全開大旁調整門。否則開該汽泵再循環門。十一是檢查前置泵電流上升。十二是檢查給水操作臺前母管壓強大于省煤器前給水壓強約0.1MPa左右。十三是短暫停止除氧器補水，并觀察除氧器水位緩慢下降，以確認鍋爐上水進行中。十四是如需加快上水速度，可增開前置泵或提高除氧器壓強。十五是如汽包水位達到要求或需減慢上水速度，適當開啟該汽泵再循環門，關小大旁調整門。十六是當鍋爐點火或汽包壓強達到0.4MPa，準備調電泵上水。十七是全關大旁調整門。十八是盡快全開2臺汽泵和電泵再循環門。十九是全開電泵出口門。二十是啟動電泵。二十一是停前置泵。二十二是用給水大旁調整門調節汽包水位。二十三是聯系熱控人員，恢復2臺汽泵再循環門超馳開聯鎖。

如需除氧器靜壓向鍋爐上水，可按如下步驟執行：一是要求輔汽聯箱壓強不低于0.8MPa，保持穩定。二是要求給水平臺所有上水門在關閉位置。三是要求汽包壓強在0.1MPa以下。四是要求2臺汽泵和電泵進出口門在開啟位置。五是根據上水溫度要求決定是否開除氧器再循環泵。六是逐步開大輔汽至除氧器加熱調整門。七是將除氧器壓強頂至0.80～0.85MPa。，并保持。八是密切關注除氧器水溫和前置泵出水溫度，防止上水溫度不符合要求。九是逐步全開給水大旁調整門。十是檢查給水操作臺前母管壓強大于省煤器前給水壓強約0.1MPa左右。十一是短暫停止除氧器補水，并觀察除氧器水位緩慢下降，以確認鍋爐上水進行中。十二是如汽包水位達到要求，關小大旁調整門。十三是當鍋爐點火或汽包壓強超過0.1MPa，完成除氧器靜壓上水。十四是全關大旁調整門。十五是關小輔汽至除氧器加熱調整門，恢復除氧器壓強。十六是根據實際情況決定是否啟動電泵繼續向鍋爐上水。十七是用給水大旁調整門調節汽包水位。

四、結語

經過上述計算分析表明，從鍋爐上水至點火或汽包壓強到0.4MPa前，用前置泵代替電泵完成鍋爐上水任務，不僅比傳統方法大大節省廠用電，而且能在時間上滿足要求。同理，在停機后，當汽包壓強下降到0.4MPa以下，如要保持汽包水位，可停電泵，用前置泵繼續向鍋爐上水。

7號機開機過程中使用此方案上水，開單臺前置泵，用時2小時15分鐘完成鍋爐上水任務，直接節省廠用電至少2,200千瓦時。