并網(wǎng)前投運(yùn)高加安全性分析及控制策略

張守學(xué) 畢華南

摘 要：隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)和管控要求的日益加強(qiáng)和深入，發(fā)電企業(yè)普遍高度重視環(huán)保達(dá)標(biāo)工作。在啟機(jī)過程中脫硝系統(tǒng)因溫度偏低而無法投運(yùn)，NOx指標(biāo)無法做到全負(fù)荷達(dá)標(biāo)。鑒于此，以華能邯峰電廠660 MW亞臨界汽包爐啟動為例進(jìn)行分析，通過汽機(jī)側(cè)并網(wǎng)前投運(yùn)高加，提高給水溫度，達(dá)到間接提升煙溫的目的，力求通過調(diào)整運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)啟動過程脫硝達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：高加;啟動;溫升;熱應(yīng)力

0? ? 引言

京津冀地區(qū)實(shí)行嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，要求并網(wǎng)火電機(jī)組煙氣NOx含量不超50 mg/Nm3，電廠正常運(yùn)行期間能夠穩(wěn)定達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)火電廠鍋爐脫硝裝置催化劑均設(shè)置溫度限制，以防催化劑失效影響特性。

在鍋爐冷態(tài)啟動過程中，SCR入口煙溫上升較慢，在并網(wǎng)前與催化劑溫度限值還有很大差距，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝難度很大，在以往的冷態(tài)啟動過程中，從鍋爐并網(wǎng)到SCR正常投運(yùn)，至少需要2 h，在此期間NOx處于超標(biāo)狀態(tài)。這就需要鍋爐點(diǎn)火后，盡快投入所有油槍，加快鍋爐升溫升壓速度;汽機(jī)側(cè)需要并網(wǎng)前投運(yùn)A7高加，盡量提升給水溫度，減緩省煤器區(qū)換熱強(qiáng)度，提高煙氣溫度，達(dá)到并網(wǎng)前投運(yùn)脫硝系統(tǒng)的目的。

1? ? 概述

火電廠高壓加熱器普遍采用鋼板焊接，臥式布置，內(nèi)置過熱段和冷卻段。高壓加熱器是提高火電廠熱經(jīng)濟(jì)性的重要附屬設(shè)施，高加投運(yùn)率直接影響電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性。由于高加系統(tǒng)汽側(cè)、水側(cè)壓力高，因此對高加的設(shè)計、材質(zhì)、制造、安裝、檢修和運(yùn)行都有很高的要求，高加系統(tǒng)故障率僅次于鍋爐爆管，高加系統(tǒng)的泄漏故障占整個高加系統(tǒng)故障的65%左右。為減少高加熱沖擊，火電廠啟動過程中一般采用隨機(jī)啟動方式，既汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)、暖機(jī)過程中同步提高給水溫度。隨著環(huán)保排放要求日益嚴(yán)格，機(jī)組啟動期間必須滿足超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，提高給水溫度作為提升煙溫重要手段之一，打破傳統(tǒng)操作理念，并網(wǎng)前投運(yùn)高加勢在必行，應(yīng)科學(xué)分析，采取應(yīng)對措施，謹(jǐn)慎操作，避免高加遭受較大的熱沖擊而損壞。

2? ? 現(xiàn)狀

冷態(tài)啟動過程中煙溫提升困難，一般在機(jī)組并網(wǎng)前，煙溫僅能達(dá)到230 ℃左右，與投運(yùn)SCR的低限溫度280 ℃還有很大差距，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝難度很大?；痣姍C(jī)組并網(wǎng)后要求全程環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷投入脫硝裝置，必須從運(yùn)行調(diào)整方面加以改進(jìn)和優(yōu)化。

（1）A7高加抽汽采用冷再，正常情況下投運(yùn)高加需機(jī)組并網(wǎng)后且負(fù)荷大于70 MW，需修改熱工邏輯。

（2）啟動階段汽包間斷給水，給水流量不均勻，尤其在啟動初期階段，存在給水頻繁中斷情況，造成高加管板溫度升高，易造成高加脹管，直接影響高加安全性。

（3）啟動期間給水流量較小，控制A7高加進(jìn)汽電動門開度較小，抽汽門必然處于微開調(diào)節(jié)狀態(tài)，門芯沖刷不可避免，經(jīng)過幾次投用后，造成閥門不嚴(yán)和需要時無法隔絕的后果[1]，存在汽缸進(jìn)水隱患。

（4）給水溫度的升高取決于抽汽流量、壓力、溫度的變化[2]。整個啟動階段，給水溫度調(diào)節(jié)需手動調(diào)整，給水流量、冷再壓力、溫度變化幅度較大，給水溫度調(diào)節(jié)滯后且變化幅度大、速度快，加熱器U型管以及關(guān)口焊縫由于受激烈的溫度交變熱應(yīng)力而容易損壞，尤其在給水突然中斷時給高加帶來的熱沖擊更大，U型管長期受熱疲勞而容易損壞泄漏。

（5）高加投運(yùn)前暖管時間不夠，溫升率控制不當(dāng)，高溫高壓蒸汽進(jìn)入高加，厚實(shí)的管板與較薄的管束之間吸熱速度不同步、吸熱不均勻而產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，使得高加U型管產(chǎn)生熱變形，另外高加管板焊有一層與管子材料類似的金屬包層，U型管焊接到管板的包層上，如暖管不充分或熱沖擊過大造成管道振動，將導(dǎo)致U型管振動損壞。

（6）啟動階段，高低壓旁路操作頻繁，冷再壓力、溫度變化較大，間接造成給水溫度調(diào)節(jié)大幅波動。當(dāng)高壓加熱器因給水急劇冷卻或加熱，由于管板厚，鋼管管壁薄，兩者膨脹、收縮量差異大，易導(dǎo)致鋼管外壁與管板內(nèi)壁由緊力配合變?yōu)殚g隙配合。同時焊縫在經(jīng)歷快速收縮和膨脹后會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力作用下焊縫易產(chǎn)生裂紋[3]。

（7）啟動期間如給水溶氧超標(biāo)，將造成高加U型管鋼管管壁腐蝕而變薄，鋼管與管板間的脹口受腐蝕而松弛，壽命逐漸縮短。

從以上分析可知并網(wǎng)前投運(yùn)高加風(fēng)險極大，如不采取可靠措施，極易造成高加損壞發(fā)生泄漏事故，嚴(yán)重時有造成汽輪機(jī)進(jìn)水的危險。

3? ? 解決方案

為達(dá)到并網(wǎng)前安全可靠投運(yùn)高加的目的，可采取以下措施：

（1）啟動前確保高加保護(hù)可靠投入，啟動前試驗(yàn)高加水位>610 mm，高加水側(cè)自動切旁路運(yùn)行，保護(hù)關(guān)閉A7進(jìn)汽電動門。

（2）增加A7高加進(jìn)汽電動門操作閉鎖子回路，該子回路投入時閉鎖汽機(jī)跳閘，模擬當(dāng)前負(fù)荷>70 MW，子回路投入時允許運(yùn)行人員操作A7高加進(jìn)汽電動門。該閉鎖子回路只用于啟動前操作，不能影響原高加投入邏輯，機(jī)組負(fù)荷>7 MW，A6、A7高加正常投入后自動退出該子回路，機(jī)組正常運(yùn)行期間閉鎖運(yùn)行人員操作該子回路。

（3）啟動過程中，投入除氧器加熱，盡量維持較高給水溫度，上水初期，保持汽包不間斷換水，力爭在鍋爐點(diǎn)火前將汽包壁溫加熱到80 ℃以上。

（4）適當(dāng)延長汽輪機(jī)在850 r/min、3 000 r/min暖機(jī)時間，利用暖機(jī)時間適當(dāng)提高蒸汽溫度，減緩鍋爐內(nèi)煙氣放熱量，進(jìn)而提高煙氣溫度。

（5）鍋爐點(diǎn)火后，及時開啟高、低壓旁路系統(tǒng)，一般3 h后，當(dāng)主汽流量大于50 kg/s、高加聯(lián)程閥頂起、給水流量平穩(wěn)、冷再溫度大于150 ℃幾個條件同時滿足時再投運(yùn)A7高加。

（6）啟動階段，啟停給水泵、制粉系統(tǒng)，操作高、低壓旁路系統(tǒng)應(yīng)緩慢，可能影響冷再溫度、壓力的操作應(yīng)提前告知負(fù)責(zé)調(diào)整給水溫度的人員，提前控制，盡量避免給水溫度大幅波動。

（7）加強(qiáng)高加溫度、水位監(jiān)視，盡量避免給水突然中斷，控制高加溫升率≤1.8 ℃/min。由溫差引起的熱應(yīng)力是沿壁厚不均勻分布的，或內(nèi)壁受壓外壁受拉或外壁受壓內(nèi)壁受拉，這兩種情況對高加的使用均有不同程度的影響。對設(shè)備的溫升和溫降速率加強(qiáng)控制，有效管控設(shè)備的運(yùn)行條件[4]，確保高加穩(wěn)定運(yùn)行，控制A7高加溫升不超80 ℃。

（8）加強(qiáng)汽水品質(zhì)監(jiān)督，如給水溶氧超標(biāo)，手動開大除氧器脫氧門，控制給水溶氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超20×10-9。

4? ? 結(jié)語

啟動階段提升煙溫，以燃燒調(diào)整為主、提高給水溫度為輔。啟動前安排一臺磨上高揮發(fā)分低硫煙煤，提高燃燒穩(wěn)定性，強(qiáng)化燃燒，加快鍋爐加熱速度，改善受熱面超溫和壁溫分布情況;低硫分能減緩?fù)哆\(yùn)SCR初期硫酸氫銨生成，保證催化劑性能不受損。如機(jī)組啟停頻繁或參與電網(wǎng)深度調(diào)峰較多，可考慮通過技改采用低溫SCR技術(shù)，以大幅改善催化劑運(yùn)行環(huán)境[5];另外，機(jī)側(cè)可考慮增加小口徑A7高加進(jìn)汽旁路調(diào)整電動門，用于啟動期間調(diào)整給水溫度。雖然并網(wǎng)前投運(yùn)高加存在一定風(fēng)險性，但通過優(yōu)化運(yùn)行方式、修改熱工邏輯、完善技術(shù)措施等手段可使風(fēng)險可控。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 梁家明.高壓加熱器預(yù)熱手段的探討[J].四川電力技術(shù)，1999（S1）：66-67.

[2] 黃立開.高壓加熱器隨機(jī)滑啟經(jīng)濟(jì)性分析[J].電力學(xué)報，2007，22（4）：538-540.

[3] 李云飛.高壓加熱器鋼管泄漏原因分析[J].云南電力技術(shù)，2010，39（6）：63.

[4] 張福君.簡析給水高壓加熱器設(shè)計制造和運(yùn)行[J].電站輔機(jī)，2013，34（4）：27-30.

[5] 黎華敏，柏源.SCR系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷條件下運(yùn)行對策研究[J].電力科技與環(huán)保，2014（5）：36-37.

收稿日期：2020-03-25

作者簡介：張守學(xué)（1976—），男，河北邯鄲人，工程師，研究方向：電廠運(yùn)行或熱力。