400MW級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐調(diào)試技術(shù)與實踐

陳俊徐民

大唐華東電力試驗研究院

0 引言

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組以其熱效率高、經(jīng)濟性好、調(diào)峰性能好、清潔燃燒、建設(shè)周期短等特點在我國乃至世界范圍內(nèi)快速發(fā)展。江蘇省某電廠400MW級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)2號機組于2019年5月調(diào)試運行成功。其中余熱鍋爐的調(diào)試技術(shù)和運行控制方法對同類型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機組的優(yōu)化設(shè)計和調(diào)試具有一定的借鑒意義[1]。

1 概述

該電廠400MW級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組采用“9F”級燃機分軸聯(lián)合循環(huán)一拖一布置形式。機組由一臺GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C、一臺東方凌日公司生產(chǎn)的余熱鍋爐和兩臺哈爾濱電氣公司生產(chǎn)的發(fā)電機組成。余熱鍋爐的額定出力420t/h，露天布置，無補燃、自然循環(huán)，臥式爐型。鍋爐具有高、中、低三個壓力系統(tǒng)，一次中間再熱；過熱、再熱汽溫采用一級噴水調(diào)節(jié)。余熱鍋爐設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 余熱鍋爐設(shè)計參數(shù)

2 主要系統(tǒng)及設(shè)備

2.1汽水系統(tǒng)

鍋爐汽水系統(tǒng)包括高壓、中壓（再熱）、低壓汽水系統(tǒng)，其中低壓系統(tǒng)包含熱力除氧系統(tǒng)。

2.1.1 低壓系統(tǒng)

凝結(jié)水（給水）通過凝結(jié)水加熱器進(jìn)入除氧器。經(jīng)除氧頭除氧后的水直接進(jìn)入低壓鍋筒。低壓鍋筒內(nèi)的飽和水由下降管引入低壓蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口的汽水混合物回到低壓鍋筒形成自然循環(huán)；低壓鍋筒的飽和蒸汽，一部分通過上升管進(jìn)入除氧器除氧，另一部分進(jìn)入低壓過熱器，然后進(jìn)入汽輪機低壓缸。同時為防止凝結(jié)水加熱器的低溫?zé)煔飧g，鍋爐還設(shè)置凝結(jié)水加熱器再循環(huán)管路，以提高凝結(jié)水加熱器的進(jìn)口水溫，避免該受熱面低溫腐蝕。

2.1.2 中壓系統(tǒng)

低壓鍋筒的水經(jīng)中壓給水泵升壓后流經(jīng)中壓省煤器、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入中壓鍋筒。中壓鍋筒內(nèi)的飽和水由下降管引入中壓蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口的汽水混合物回到中壓鍋筒形成自然循環(huán)；中壓鍋筒內(nèi)的飽和蒸汽進(jìn)入中壓過熱器，然后進(jìn)入冷再管路，與高壓缸排汽混合后進(jìn)入再熱器，最后進(jìn)入汽輪機中壓缸作功。在一、二級再熱器之間管路上設(shè)置一級噴水減溫器，以控制再熱蒸汽溫度。

2.1.3 高壓系統(tǒng)

來自低壓鍋筒的水經(jīng)高壓給水泵、調(diào)節(jié)閥、高壓一級、二級、三級、四級省煤器進(jìn)入高壓鍋筒，為了防止高壓省煤器汽化，高壓省煤器還設(shè)置旁路系統(tǒng)以控制高壓省煤器出口溫度。高壓鍋筒內(nèi)的飽和水由下降管引入高壓蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口的汽水混合物回到高壓鍋筒形成自然循環(huán)；高壓鍋筒內(nèi)的飽和蒸汽進(jìn)入高壓一級、二級、三級過熱器，然后進(jìn)入汽輪機高壓缸。在高壓二、三級過熱器級間管路上設(shè)置一級噴水減溫器，以控制高壓過熱蒸汽溫度。

性能保證工況下各蒸發(fā)系統(tǒng)的循環(huán)倍率見表2。

表2 汽水系統(tǒng)循環(huán)倍率

2.2 排污系統(tǒng)

鍋爐島內(nèi)配置有一個定期排污擴容器和一個連續(xù)排污擴容器。每個鍋筒都設(shè)置了一路連續(xù)排污管路和一路事故放水管路（啟動放水），放水分別引到定期排污擴容器。

高、中、低壓蒸發(fā)系統(tǒng)分別各設(shè)三個定期排污點，其定期排污從集中下降管的底部（分配集箱）引出，分別引到定期排污擴容器。

2.3 余熱利用系統(tǒng)

在凝結(jié)水加熱器中間管屏（第六管屏）位置接一路熱水至水-水換熱器，用于外部系統(tǒng)供熱水以及天然氣的預(yù)熱，換熱后的熱水升壓后送回主凝結(jié)水管道。系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 余熱利用系統(tǒng)圖

3 調(diào)試

2號機調(diào)試期間，機組共啟動7次、停爐6次。停機原因為吹管期間正常停爐、設(shè)備異常、或操作失誤[2]。調(diào)試時間安排和主要工作內(nèi)容見表3。

4 調(diào)試技術(shù)主要特點

4.1 鍋爐酸洗工藝

本次酸洗分為水沖洗和化學(xué)清洗兩個步驟，并對余熱鍋爐的高、中、低壓系統(tǒng)進(jìn)行獨立清洗，以避免各系統(tǒng)間產(chǎn)生交叉污染。

4.1.1 水沖洗

清洗高壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→高壓給水管道→高壓省煤器→高壓汽包→高壓蒸發(fā)系統(tǒng)→下聯(lián)箱→底部回液閥→清洗箱。

清洗中壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→中壓給水管道→中壓省煤器→中壓汽包→中壓蒸發(fā)系統(tǒng)→下聯(lián)箱→底部回液閥→清洗箱。

清洗低壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→低壓給水管道→凝結(jié)水加熱器→低壓汽包→低壓蒸發(fā)系統(tǒng)→下聯(lián)箱→底部回液閥→清洗箱。

當(dāng)排水水質(zhì)澄清無顆粒物時結(jié)束沖洗，后進(jìn)行化學(xué)酸洗。

4.1.2 EDTA酸洗

建立熱力系統(tǒng)循環(huán)回路，維持汽包正常水位。當(dāng)溫度升至65℃左右時，先加緩蝕劑，控制濃度為0.3%～0.5%，循環(huán)均勻后再添加EDTA，控制濃度為2%～4%。同時加入適量還原劑，通過化驗調(diào)整氨水的加入量。在此過程中將溫度維持在85℃～95℃。當(dāng)EDTA殘余濃度（殘余濃度應(yīng)控制0.5%以上）和全鐵基本穩(wěn)定時，監(jiān)視管路清洗效果，運行1小時后結(jié)束清洗。

表3 調(diào)試進(jìn)度表

化學(xué)清洗結(jié)束后，停清洗泵。通過管路進(jìn)行熱爐放水。此過程加強疏放水排放，減少死區(qū)、盲區(qū)的沉積物。

放水結(jié)束后，迅速打開汽包兩端人孔，臨時安裝軸流風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)，同時應(yīng)盡快打開與下聯(lián)箱及省煤器相連的閥門或接口，使鍋爐處于自然通風(fēng)狀態(tài)，利用爐膛余熱將爐內(nèi)烘干。

4.2 給水系統(tǒng)調(diào)試

余熱鍋爐輔助系統(tǒng)調(diào)試從給水泵、凝結(jié)水加熱器再循環(huán)泵、抽水循環(huán)泵，熱水循環(huán)泵、鍋爐排水回收泵等單體調(diào)試結(jié)束后的動態(tài)交接驗收開始，包括聯(lián)鎖保護試驗、給水泵、凝結(jié)水加熱器再循環(huán)泵等帶負(fù)荷試運行、系統(tǒng)投運、鍋爐進(jìn)水沖洗及動態(tài)調(diào)整等項目。

4.3 三壓汽包解耦降壓吹管工藝

本次吹管的吹掃蒸汽取自燃機空負(fù)荷運行加熱余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。吹管采用降壓吹管的方式，對鍋爐高中壓系統(tǒng)分段進(jìn)行解耦蒸汽吹掃。由于余熱鍋爐的高壓、中壓、低壓系統(tǒng)吹管壓力因此需設(shè)計相應(yīng)的臨時管路以符合吹掃要求[3]。

本工程創(chuàng)新提出“余熱鍋爐三壓系統(tǒng)的吹管系統(tǒng)優(yōu)化”方案，即“對高、中壓汽水系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行臨時解耦、配合獨立吹掃”，通過優(yōu)化臨時管道結(jié)構(gòu)布置，實現(xiàn)高、中壓汽水系統(tǒng)的臨時解耦，避免高、中壓系統(tǒng)單獨吹掃時造成的交叉污染，有效提高了吹掃的清潔效率，大幅節(jié)約了清掃時間，顯著降低了蒸汽用量，確保吹管節(jié)點的安全、順利、高效完成。

4.3.1 高壓系統(tǒng)吹管流程

高壓系統(tǒng)吹管流程：高壓汽包→高壓過熱器→高壓主蒸汽管→高壓主汽門→臨時管道→臨沖閥1→高旁閥后旁路管道→冷再管道→集熱器→各級再熱器→熱再熱管道→中壓主汽門→臨時管道→靶板→消音器。見圖2。

4.3.2 中壓系統(tǒng)吹管流程

中壓系統(tǒng)吹管流程：中壓汽包→中壓過熱器→中壓主蒸汽管→臨時管道→臨沖閥2→臨時管道→消音器。見圖2。

圖2 高、中壓吹管流程圖（虛線為臨時所接管道）

高、中壓旁路及旁路閥前管道因布置受限，采用人工方式清理。在管道安裝之前必須進(jìn)行噴砂處理并由監(jiān)理單位進(jìn)行檢查，檢查合格后再進(jìn)行安裝。

4.3.3 低壓系統(tǒng)吹管流程

低壓系統(tǒng)吹管流程：低壓汽包→低壓過熱器→低壓主蒸汽管道→低壓主汽門→臨時管道→電動閥→排大氣。見圖3。

圖3 低壓蒸汽部分流程圖（虛線為臨時所接管道）

減溫水系統(tǒng)管道先采用水沖洗，鍋爐吹管期間再用蒸汽反吹洗；汽包充氮管路在鍋爐吹管時，用蒸汽反吹洗；取樣及儀表管路吹掃，需在鍋爐升壓過程中和吹管結(jié)束后，用鍋爐余氣進(jìn)行吹掃[3]。

整個吹管期間分為三個階段進(jìn)行，采用“日啟日停”的方式進(jìn)行工作，每天上午8：00點火升壓，18：00停機冷卻。在停機后適當(dāng)進(jìn)行換水工作，以有效保證吹管期間的水質(zhì)。冷卻的目的是利用熱脹冷縮原理使雜質(zhì)的充分剝離脫落，提高吹管效果，減少吹管次數(shù)。

4.3.4 降壓吹管參數(shù)

為保證吹管系數(shù)合格，高壓系統(tǒng)的初壓范圍為3.30MPa～3.80MPa，終選壓力范圍為2.30MPa～2.50MPa；中壓系統(tǒng)的初壓范圍為1.40MPa～1.70MPa，終選壓力范圍為0.95MPa～1.10MPa；低壓系統(tǒng)的初壓范圍為0.30MPa～0.40MPa，終選壓力范圍為0.20MPa～0.23MPa。高、中、低壓主汽溫度約420℃、230℃、180℃（具體數(shù)值根據(jù)吹管系數(shù)進(jìn)行調(diào)整）。

4.3.5 吹管效果

高壓系統(tǒng)蒸汽吹管共計61次，其中試吹管2次，正式吹管59次。并于第60次和第61次，連續(xù)2次打靶合格。中壓系統(tǒng)蒸汽吹管共計36次，其中正式吹管34次。并于第35次和第36次，連續(xù)2次打靶合格。低壓系統(tǒng)蒸汽吹管共計41次，其中正式吹管39次。此外，高壓、中壓過熱器及再熱器減溫水管道反吹的吹管共4次。

余熱鍋爐蒸汽吹管期間停爐兩次，分為三個階段進(jìn)行吹管。吹管參數(shù)符合鍋爐吹管方案；吹管系數(shù)均大于1；靶板上最大擊痕小于0.3mm，斑痕個數(shù)1點，靶板表面呈金屬本色。吹管調(diào)試質(zhì)量符合鍋爐吹管方案和相關(guān)吹管標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 安全門校驗

1）安全閥的校驗順序應(yīng)按照其設(shè)計開啟壓力，遵循先高壓后低壓的原則。

2）當(dāng)余熱鍋爐壓力升至70%～80%額定工作壓力時，拆除校驗安全閥的鎖緊裝置。

3）采用液壓頂升裝置校驗安全閥。

4）在安全閥整定過程中，根據(jù)需要進(jìn)行安全閥起座壓力、回座壓力、前泄現(xiàn)象的調(diào)整。

5）校驗后可視情況選擇同一系統(tǒng)起座壓力最低的一只安全閥進(jìn)行實際起座復(fù)核，二者起座壓力的相對誤差應(yīng)在1%范圍之內(nèi)，超出此范圍應(yīng)重新校驗。

4.5 整套啟動及168試運

4.5.1 第一階段（空負(fù)荷試運）

第一階段主要工作包括熱態(tài)沖洗、配合汽機沖轉(zhuǎn)、汽機主汽門、調(diào)門嚴(yán)密性試驗、協(xié)助完成汽輪發(fā)電機組、電氣設(shè)備并網(wǎng)前的各項試驗，機組首次并網(wǎng)。

4.5.2 第二階段（帶負(fù)荷調(diào)試）

第二階段主要工作包括機組帶負(fù)荷運行，在此期間余熱鍋爐要完成各系統(tǒng)的熱態(tài)調(diào)試和投運；完成余熱鍋爐熱態(tài)沖洗、安全閥校驗等各項工作；汽機超速試驗，化學(xué)蒸汽汽水取樣儀表沖洗；配合進(jìn)行MCS、CCS等自動的投入、汽水品質(zhì)調(diào)整監(jiān)督、燃機燃燒調(diào)整以及涉網(wǎng)試驗。

4.5.3 第三階段（168小時滿負(fù)荷試運）

按照《火力發(fā)電建設(shè)工程啟動試運及驗收規(guī)程》（DLT/5437-2009）進(jìn)行168小時滿負(fù)荷試運行工作。168小時滿負(fù)荷試運行完成后，進(jìn)行甩負(fù)荷試驗并對各項設(shè)備做一次全面檢查，處理試運中發(fā)現(xiàn)的缺陷，缺陷處理完畢后，移交生產(chǎn)單位進(jìn)入生產(chǎn)階段。

5 異常情況及其措施

5.1 高壓主蒸汽超溫且過熱器減溫水流量未達(dá)設(shè)計值

2號機組滿負(fù)荷運行時高壓主蒸汽較額定值567℃超溫，過熱器減溫水流量需20t/h以上，達(dá)到最大設(shè)計值，中壓主蒸汽欠溫2℃～3℃。分析認(rèn)為余熱鍋爐高壓汽水系統(tǒng)吸熱較多，而中壓系統(tǒng)吸熱較少導(dǎo)致了這種現(xiàn)象。建議檢修時進(jìn)行受熱面調(diào)整或設(shè)計煙氣擋板，改變余熱鍋爐煙氣流場，降低高壓系統(tǒng)吸熱量，增加中壓系統(tǒng)吸熱量。在高壓主蒸汽超溫時高壓過熱器減溫水調(diào)門全開，減溫水流量未達(dá)到設(shè)計值。經(jīng)分析，管道系統(tǒng)可能某處存在堵塞發(fā)生節(jié)流，建議后期檢修時檢查減溫器噴嘴，管道沿程各閥門。圖4和圖5為相同工況1號機組與2號機組高壓減溫水系統(tǒng)對比。

圖4 1號機組減溫水流量

圖5 2號機組減溫水流量

5.2 2號機組高壓給水泵振動大

2號機組B高壓給水泵在運行過程中出現(xiàn)流量與設(shè)計壓力不匹配時，泵驅(qū)動端振動大繼而引發(fā)DCS泵振動高值報警。通過控制泵轉(zhuǎn)速和控制再循環(huán)調(diào)門開度的方式嚴(yán)格按照泵流量和壓力曲線運行，泵振動值恢復(fù)正常。

5.3 啟動鍋爐天然氣壓力低跳機

啟動鍋爐設(shè)計天然氣壓力較低，設(shè)計工作壓力為60kPa，天然氣經(jīng)調(diào)壓站減壓后，溫降較大，冬季室外溫度較低時，管道容易結(jié)冰，導(dǎo)致啟動鍋爐天然氣壓力低跳機。管道上電加熱器加熱功率較小，無法滿足加熱要求。通過啟動鍋爐引熱水加熱調(diào)壓站天然氣管道后解決了此問題。

5.4 余熱鍋爐異常振動

在燃機燃燒調(diào)整中的某些工況點，余熱鍋爐有明顯的異常振動。主要原因：在這些工況下燃機會發(fā)生燃燒脈動，造成煙氣流場變化引起鍋爐異常振動。在鍋爐發(fā)生異常振動時，應(yīng)盡快調(diào)整燃機出力，避開燃燒脈動工況以避免余熱鍋爐振動。

6 結(jié)語

通過對上述調(diào)試要點的把握，該余熱鍋爐在啟動過程中能順利按照規(guī)程進(jìn)行啟動，并穩(wěn)定運行順利通過168小時滿負(fù)荷試運行，為大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐的調(diào)試提供參考[4]。