超臨界機組利用鄰機蒸汽試運行方案

部俊鋒

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250003）

0 引言

新建超臨界機組在空載和低負荷試運行期間，試驗項目難以一次成功，試運行指標難以短時間合格；大量缺陷的暴露和消除，隨時減緩或中斷試運行進程。因此，設備和系統需反復地啟停和沖洗，鍋爐長時間處于燃燒不充分、污染物排放較多、濕態運行的狀態，導致新建超臨界機組的試運行存在消耗多、污染大、風險高問題。

在新建電廠首臺超臨界機組試運行時，只有啟動爐蒸汽量作為有限的輔汽用，試運行蒸汽必須鍋爐點火自產，機組試運行消耗多、污染大、風險高問題不可避免。但對后續機組而言，投產機組已有豐富的蒸汽資源，利用鄰機蒸汽完成空載和低負荷試運項目，減少自身鍋爐點火次數和在“非經濟、環保區”運行的時間，是新建機組試運行的有效方案。

1 現有利用鄰機蒸汽的方案

1.1 輔汽汽源

機組試運行期間需要通過輔汽聯箱給輔助系統提供蒸汽，一般包括：為除氧器、暖風器提供加熱蒸汽；為軸封系統提供密封蒸汽；為空預器吹灰系統提供吹掃蒸汽；為燃油系統提供加熱、霧化蒸汽；為汽動水泵、汽動風機等輔機系統提供驅動蒸汽等。輔汽壓力一般在0.8 MPa 左右，溫度在300 ℃左右。其中一路輔汽汽源來自鄰機蒸汽，通過相鄰機組輔汽連箱的互連實現相互供汽。

1.2 熱態沖洗加熱汽源

由于超臨界機組對汽水品質要求較高，試運行初期必須對汽水系統進行沖洗。先是冷態沖洗，在不點火的情況下，鍋爐上水對凝結水系統、給水系統（包括各級加熱器）、省煤器和水冷壁系統、啟動系統等進行沖洗，并通過變流量和除氧器加熱水溫的方法，提高沖洗的效果，直至爐水中鐵離子質量濃度低于100 μg／L，冷態沖洗合格。

冷態沖洗合格后，按常規的試運流程，鍋爐要點火，以30%鍋爐最大連續出力（Boiler Maximum Continuous Rating,BMCR）的啟動流量和200 ℃左右的水溫，進行熱態沖洗，直至爐水中鐵離子質量濃度低于50 μg／L。熱態沖洗需要50 h 左右的時間才能沖洗合格，這期間，鍋爐負荷始終保持在10%額定負荷左右，燃料燃燒不充分，沉積在尾部煙道有二次燃燒的風險，也會污染脫硫、脫硝系統，使脫硫漿液中毒失效、使脫硝催化劑堵塞。

我國技術人員已探索出了利用鄰機蒸汽完成熱態沖洗的方法，具體做法是：在鄰機冷段再熱器與待啟動機組2 號高壓加熱器間增加連接管道和閥門系統，利用鄰機再熱蒸汽通過2 號高壓加熱器加熱給水，配以除氧器加熱，可滿足熱態清洗要求的190 ℃左右的最佳沖洗水溫要求。這一做法也為下一步鍋爐點火提供了“熱爐、熱風”環境，有很好的經濟效益和環保效益，已在多個電廠得到應用［1］。新增加的系統也被命名為“鄰機加熱系統”，并推廣到了新建機組的設計中。

對于生產機組而言，利用鄰機蒸汽完成熱態沖洗已經足夠。后續工作，從本機鍋爐點火到機組并網再到鍋爐轉干態運行，可在10 h 內完成，大大降低了鍋爐低負荷運行的時間。但是，對于新建機組，除鍋爐熱態沖洗外，還有大量的試運行項目是在鍋爐低負荷運行狀態下進行的，包括空冷系統沖洗合格、蒸汽品質沖洗合格、汽機沖轉定速、發電機并網前電氣試驗、低負荷暖機等。完成這些項目所需時間遠超熱態沖洗時間，且涉及更多專業、更多系統間的協調配合，因此，如能利用鄰機蒸汽完成上述試運行項目，將使新建機組試運行簡易化，并在環保性、經濟性和安全性等方面大為提高。

2 利用鄰機蒸汽試運的系統

除完成熱態沖洗外，新建超臨界機組要利用鄰機蒸汽完成空載和低負荷試運行項目，須在兩機組間建立不同于“鄰機加熱系統”的蒸汽連通系統，以引入更多參數可調的蒸汽。有兩種連通方案。

2.1 相鄰機組的主蒸汽連通方案

新建機組過熱器出口增設隔離閥，在隔離閥和汽機主汽門之間的主蒸汽管道上，通過由管道、減溫減壓裝置和必要的測量裝置組成的連通系統，將相鄰已投產機組的主蒸汽引入到新建機組。

該方案可滿足汽機各種啟動方式（高壓缸啟動、中壓缸啟動、高中壓缸聯合啟動）的要求，但由于組成系統的管道和設備需要在超臨界參數下運行，成本高、安全風險大，單純為了機組基建期試運行，性價比不高，若結合機組投產后其他長期靈活性運行的需求，可綜合考慮采用此方案。

2.2 相鄰機組的冷段再熱蒸汽連通方案

2.2.1 供汽系統

通過必要的閥門和測量裝置組成的系統，將投產機組的冷段再熱器蒸汽和經高壓旁路減溫減壓后的主蒸汽引到新建機組的冷段再熱蒸汽管道上。該方案所需管道和設備的材質滿足機組冷段再熱器蒸汽參數要求即可，相比主蒸汽連通方案，大幅降低了造價和安全風險。

該方案的蒸汽連通系統見圖1，在高壓旁路至冷段再熱器管道和高壓缸排汽至冷段再熱器管道間，2 臺機組各自加一有中間位置可停功能的隔離門V1、V2；再從高壓旁路和隔離門之間，通過連接管道和調節門V3，實現兩臺機組的蒸汽連通和雙向供汽［2］。

圖1 鄰機冷段再熱器蒸汽連通系統

2.2.2 供汽方式

投產機組向新建機組供汽時，主要通過開啟V1閥從投產機組冷段再熱器抽汽，并調節V3 閥和開啟V2 閥將蒸汽經新建機組冷段再熱器管道、再熱器、熱段再熱器管道，供至汽機中主門前和低壓旁路前；也可在供汽量不足和供汽溫度低時，通過開啟高壓旁路閥輔助供汽；還可在投產機組低負荷和停機工況下，單獨通過高壓旁路供汽減溫減壓后的主蒸汽，提高了供汽的經濟性和靈活性。

為保證足夠的供汽量并防止再熱器超溫，投產機組可減少或關閉1 號、2 號高壓加熱器的抽汽量，將自用抽汽量轉換為等量的外供汽量［3］。

2.2.3 系統容量

利用該方案進行新建機組的試運行，汽機只能采用中壓缸啟動模式，基于機組在中壓缸啟動模式下，切缸之前可長時間帶的負荷在15%額定負荷以下（以推力軸承不超溫為限）。該蒸汽連通系統的容量設計在20%BMCR 即可。

這一容量接近于1 號、2 號高壓加熱汽的額定抽汽總量（17%BMCR 左右），小于高壓旁路的設計容量（35%BMCR 以上），也小于機組的最大補水能力（30%BMCR 左右），既能滿足新建機組低負荷試運的蒸汽需求，也不會造成投產機組運行工況失控和汽水失衡。

3 利用鄰機蒸汽試運的項目

以相鄰機組的冷段再熱蒸汽連通方案為例，通過蒸汽連通系統，將鄰機冷段再熱器蒸汽（汽溫汽壓在3 MPa，300 ℃以上）引入到新建機組的再熱器系統，可完成常規方式下必須鍋爐點火才能進行試運的項目。

3.1 鍋爐熱態沖洗

超臨界機組的2 號高壓加熱抽汽都取自冷段再蒸汽，新建機組的再熱器引入鄰機蒸汽后，其2 號高壓加熱即有了加熱給水的汽源，因此該方案可取代“鄰機加熱系統”實現鍋爐熱態沖洗。另外，對于只設汽動給水泵的機組，鄰機蒸汽除提供除氧器、2 號高壓加熱汽源外，還可提供足夠的給水泵驅動汽源，解決此類機組普遍存在的因輔汽量不足致使給水溫度低的問題。

3.2 高壓缸倒暖

汽輪機冷態啟動前，調整凝汽器壓力不高于13.3 kPa，鄰機蒸汽通過冷再和倒暖閥自高排逆止閥前進入高壓缸，逐步將高壓缸倒暖至150 ℃。

3.3 沖轉汽輪機

根據中壓缸啟動方式的啟動曲線，將鄰機來汽調整到1 MPa、350 ℃的沖轉蒸汽參數，用5%～8%BMCR左右的蒸汽量即可沖動汽輪機至3 000 r／min，并完成注油試驗、油泵切換和惰走試驗。

3.4 并網前電氣試驗

維持汽輪機3 000 r/min，做發電機短路、空載、勵磁、同期等試驗。

3.5 低負荷試運

并網逐步帶到切缸前的允許負荷暖機，進行核相、廠用電切換等試驗，并對3 號高壓加熱器及全部低壓加熱器系統進行試投、沖洗。

3.6 鄰機汽源退出

新建機組鍋爐點火，主蒸汽通過高壓旁路與鄰機來汽并汽；隨著自產汽量的逐步增大，鄰機汽源逐步退出，實現汽源的無擾切換。

以上工作量在7 天左右，因此，利用鄰機蒸汽試運可避免鍋爐7 天左右的低負荷燃燒。同時，也為新建機組鍋爐點火后的試運工作，創造了“熱風、熱爐、熱機、潔凈”的良好條件，消除了空載和低負荷試驗的限制，鍋爐可盡早“斷燃油或等離子”，轉干態運行。

3.7 其他項目

1）直接空冷系統沖洗。對采用直接空冷系統的新建機組，先送軸封、抽真空，使凝汽器壓力降低到15 kPa 以下；通過低壓旁路閥將鄰機蒸汽引入凝汽器，逐列對空冷島進行沖洗，直至疏水中固體懸浮物的含量達到10 mg／L 以下。

2）間接空冷系統沖洗。對采用間接空冷系統的新建機組，冬季空冷系統沖洗時，循環水溫必須在50 ℃以上才能進扇區。在機組建立真空條件下，將鄰機蒸汽通過低壓旁路閥引入凝汽器，可滿足加熱循環水的要求。替代鍋爐點火或在低位水箱及凝汽器加臨時加熱系統的做法［4］。

3）旁路供熱。設計有旁路供熱的機組，也可將鄰機蒸汽通過低壓旁路閥對供熱系統進行試投和沖洗工作［5-6］。

4）安全門校驗。調整鄰機來汽壓力在再熱器額定壓力的80%以上，可對再熱器安全門進行校驗。

4 利用鄰機蒸汽試運的優點

4.1 試運更安全

利用鄰機蒸汽，避免了鍋爐長時間低負荷燃燒時，未燃盡物在空預器和灰斗二次燃燒的危險；以及因煙氣中酸性物質結露，低溫腐蝕空預器和尾部煙道的風險。同時，也減少了污染物對除塵器、脫硫、脫硝等系統的損害。

4.2 試運更環保

鍋爐無須點火，廢氣、廢渣、污染物的產生轉移到了除污功能完備的投產機組，最大限度地實現了環保試運。

4.3 試運更經濟

某600 MW 機組僅采用“鄰機加熱系統”熱態沖洗，每次節省燃料、除鹽水和廠用電費用在10 萬元左右［7］。利用鄰機蒸汽試運比單純熱態沖洗至少還能節省10 倍的費用。若考慮降低新建機組鍋爐及大量輔機設備的壽命損耗，以及節省試運期間各參建單位的人工成本，利用鄰機蒸汽試運的經濟性就更可觀了。

4.4 試運更靈活

試運用汽做到了從鄰機“隨用隨取”，用汽參數調整也由復雜的“鍋爐點火、燃燒調整”變為單純的閥門操作，避免了多個系統的運維和協調難度。有利于靈活安排汽輪發電機組的沖轉和試驗等工作，也有利于靈活應對因試運缺陷處理造成的不連續。

用于提供鄰機蒸汽的蒸汽連通系統，在機組投產后的啟動和大修后的試驗中仍能起作用，可作為正式系統設置；該系統也為機組設計時，選用低價的大氣擴容式啟動系統，無須配置價格昂貴的啟動循環水泵，提供了決策依據；該系統還可替代暖風器系統的作用，從而省掉該系統的配置投資。

5 結語

新建超臨界機組試運時，利用鄰機蒸汽完成空負荷及低負荷階段的試運項目，使得汽輪機、發變組和汽水等系統，在鍋爐點火前即具備帶高負荷試運行的條件，可避免鍋爐長時間低負荷燃燒，并徹底解決機組試運行初期消耗多、污染大、風險高的問題。這是擴大單元制思維在單元機組試運中的創新運用，也符合對試運安全性、環保性、靈活性的政策要求，是對機組啟動調試工作的改進。