超超臨界直流爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)操作方法探討

張洪彥

摘 要：超超臨界鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中，從濕態(tài)到干態(tài)轉(zhuǎn)換是個(gè)難點(diǎn)，操作方法不當(dāng)可能導(dǎo)致機(jī)組非停、設(shè)備損壞等事故。隨著環(huán)保要求的提高，機(jī)組并網(wǎng)后脫硝投入時(shí)間有更加嚴(yán)格的要求，這對(duì)鍋爐從濕態(tài)到干態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間和穩(wěn)定性提出了更高的要求。針對(duì)以上問(wèn)題，文章提出了兩種超超臨界鍋爐從濕態(tài)到干態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，可以在不同運(yùn)行工況條件下滿足機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

關(guān)鍵詞：超超臨界;直流鍋爐;濕干態(tài)轉(zhuǎn)換;操作方法

中圖分類號(hào)：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）08-0015-02

隨著節(jié)能、環(huán)保要求的逐步提高，大容量、高參數(shù)的火電機(jī)組得到長(zhǎng)足發(fā)展，技術(shù)也日益成熟。在此背景下，具有高參數(shù)的超超臨界直流爐由于其在節(jié)能方面的明顯優(yōu)勢(shì)，逐漸成為各電廠新建機(jī)組的首選爐型，在電站鍋爐中所占的比例逐年增加。

超超臨界直流鍋爐相比亞臨界汽包爐，除了蒸汽參數(shù)、鍋爐材質(zhì)和鍋爐組成結(jié)構(gòu)方面的差異外，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，從濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)是超超臨界直流鍋爐的一項(xiàng)特別之處。這一過(guò)程是直流爐啟動(dòng)過(guò)程的一個(gè)必經(jīng)階段，也是一個(gè)非常重要的控制點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，如果操作不當(dāng)，可能導(dǎo)致鍋爐受熱面超溫甚至給水流量低，導(dǎo)致鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作或者主蒸汽帶水等惡性事故。如機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)水煤比控制不當(dāng)，造成受熱面汽溫、壁溫超限。溫度超限在威脅鍋爐的安全運(yùn)行時(shí)，還將造成汽輪機(jī)暖機(jī)不當(dāng)，汽輪機(jī)缸體脹差增大。如果調(diào)整不及時(shí)，可能造成汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦，振動(dòng)異常增大，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備損壞等事故[1]。

同理，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)若發(fā)生汽水分離器滿水、蒸汽帶水事故，還將嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。其將使汽輪機(jī)脹差快速減小，甚至出現(xiàn)負(fù)脹差，汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙減小，各金屬受熱面產(chǎn)生交變應(yīng)力，振動(dòng)、脹差、軸向位移等參數(shù)超限，嚴(yán)重時(shí)造成汽輪機(jī)水沖擊事故，引發(fā)更大的設(shè)備損壞事故。在國(guó)家能源局印發(fā)的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中，6.5.3.7中明確提出“加強(qiáng)直流鍋爐的運(yùn)行調(diào)整，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定的負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行濕干態(tài)轉(zhuǎn)換操作，并避免在該負(fù)荷點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。”[2]

隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高，相關(guān)文件中對(duì)火電機(jī)組并網(wǎng)后鍋爐煙氣中氮氧化物排放值超標(biāo)時(shí)間做出了具體的規(guī)定，所以企業(yè)對(duì)于脫硝投入時(shí)間就有更加嚴(yán)格的控制，這就對(duì)鍋爐從濕態(tài)到干態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間和穩(wěn)定性提出了更高的要求。針對(duì)以上問(wèn)題，文章以某電廠660MW超超臨界鍋爐為例，提出了兩種超超臨界鍋爐從濕態(tài)到干態(tài)的轉(zhuǎn)換方法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，給出在不同工況下的操作方法建議。

1 設(shè)備概述

該電廠鍋爐為東方鍋爐公司制造的型號(hào)為DG2057/29.3-Π2的660MW變壓運(yùn)行直流爐，其具有高效超超臨界參數(shù)、前后墻對(duì)沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置等特點(diǎn)。配有專門的啟動(dòng)系統(tǒng)，由內(nèi)置式汽水分離器、儲(chǔ)水罐、361閥（儲(chǔ)水罐水位調(diào)節(jié)閥）、啟動(dòng)分離器、疏水泵等組成。其中，水冷壁的主要材質(zhì)參數(shù)如表1所示。

2 兩種轉(zhuǎn)態(tài)方法介紹

2.1 濕干態(tài)轉(zhuǎn)換

超超臨界直流爐啟動(dòng)初期為了保證水冷壁的安全，需要維持給水流量不低于30%BMCR給水流量。隨著機(jī)組負(fù)荷上升，燃料量及蒸汽量的不斷增加，汽水分離器內(nèi)的水逐漸減少，當(dāng)鍋爐的產(chǎn)汽量和給水量一致時(shí)，鍋爐由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行。濕、干態(tài)轉(zhuǎn)換是超超臨界直流爐啟動(dòng)必經(jīng)的一個(gè)過(guò)程，而該過(guò)程操作稍有不當(dāng)可能會(huì)出現(xiàn)受熱面超溫、給水流量低導(dǎo)致MFT保護(hù)動(dòng)作、主蒸汽帶水等惡性事故。因此，濕干態(tài)轉(zhuǎn)換操作要謹(jǐn)慎，而燃燒與給水量的調(diào)整是關(guān)鍵。下面將介紹兩種直流爐濕、干態(tài)轉(zhuǎn)換的方法。

2.2 維持給水量增加煤量

機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷升至轉(zhuǎn)態(tài)負(fù)荷區(qū)間（不同機(jī)組的轉(zhuǎn)態(tài)負(fù)荷區(qū)間不同，文章所述的機(jī)組轉(zhuǎn)態(tài)負(fù)荷為180MW～250MW），維持給水量在30%BMCR給水量左右，主汽壓力在10MPa左右，逐漸增加煤量，每次增加煤量不大于5t/h，以控制轉(zhuǎn)態(tài)速度。監(jiān)視好儲(chǔ)水罐液位及中間點(diǎn)過(guò)熱度變化情況，當(dāng)中間點(diǎn)溫度出現(xiàn)過(guò)熱度后，緩慢增加煤量，控制中間點(diǎn)過(guò)熱度在10℃左右為宜。

中間點(diǎn)過(guò)熱度過(guò)高，可能出現(xiàn)主汽溫上升過(guò)高無(wú)法控制的局面;而中間點(diǎn)過(guò)熱度過(guò)低，容易出現(xiàn)干、濕態(tài)反復(fù)交替的情況。絕不允許其溫度進(jìn)入飽和及以下溫度。當(dāng)中間點(diǎn)過(guò)熱度為0℃時(shí)，無(wú)法監(jiān)視過(guò)熱度，也就無(wú)法監(jiān)視實(shí)際汽水分離的界面。如果進(jìn)入鍋爐的給水量大于蒸汽量，可能導(dǎo)致過(guò)熱器系統(tǒng)進(jìn)水甚至汽輪機(jī)水沖擊的惡性事故。

盡量通過(guò)持續(xù)地增加煤量轉(zhuǎn)態(tài)，減少反復(fù)增減煤量操作，防止干、濕態(tài)的交替轉(zhuǎn)換。當(dāng)過(guò)熱度穩(wěn)定在10℃左右時(shí)，關(guān)閉啟動(dòng)擴(kuò)容器至排汽裝置電動(dòng)門后，關(guān)閉361 A、B閥和361閥前電動(dòng)門，鍋爐進(jìn)入直流狀態(tài)，鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)操作完成，此后的操作可按照溫度控制及給水流量控制。要注意燃料及給水量持續(xù)按比例增加，使得汽水分離器出口過(guò)熱度穩(wěn)定上升至15℃左右，防止出現(xiàn)汽水分離器出口過(guò)熱度大幅波動(dòng)，爭(zhēng)取一次轉(zhuǎn)換成功。

2.3 維持煤量減少給水量

方法一是隨著機(jī)組負(fù)荷的上漲、轉(zhuǎn)態(tài)的操作穩(wěn)步進(jìn)行的，隨著過(guò)熱器入口的焓值上升直到超過(guò)設(shè)定值，再按照一定的比例增加給水量及燃料量，使鍋爐進(jìn)入直流狀態(tài)。但是有一些特殊工況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)給水的穩(wěn)定控制，比如單臺(tái)給水泵故障或者給水系統(tǒng)設(shè)備異常等。但是隨著近年來(lái)環(huán)保參數(shù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，在機(jī)組并網(wǎng)后要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)投入脫硝系統(tǒng)，降低NOX排放量。此時(shí)，如果還用方法一的轉(zhuǎn)態(tài)操作，就可能無(wú)法進(jìn)行下去，無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)投入脫硝系統(tǒng)。文章提出了一種新的濕干態(tài)轉(zhuǎn)換方法。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升至轉(zhuǎn)態(tài)負(fù)荷區(qū)間，保證鍋爐在濕態(tài)的前提條件下，維持煤量穩(wěn)定，逐漸減少給水量，完成轉(zhuǎn)態(tài)。具體操作如下：先增加煤量至需求煤量（比如投脫硝所需煤量對(duì)應(yīng)的最低煙溫等），維持主汽壓力在10MPa左右，可以將機(jī)組運(yùn)行模式設(shè)定為TF模式，用汽機(jī)調(diào)門控制壓力。穩(wěn)定燃燒，緩慢減少給水量，每次減少給水量不大于20t/h，以控制轉(zhuǎn)態(tài)速度。需要注意給水量不得低于最低給水流量，防止給水量流量低鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)儲(chǔ)水罐的液位下降至0m，中間點(diǎn)過(guò)熱度開(kāi)始上升，穩(wěn)定觀察一段時(shí)間，如果中間點(diǎn)過(guò)熱度大于10℃且有上升的趨勢(shì)，說(shuō)明給水量減少過(guò)多，適當(dāng)增加給水量。在轉(zhuǎn)態(tài)過(guò)程中盡量通過(guò)持續(xù)地減少給水量轉(zhuǎn)態(tài)，減少給水量的反復(fù)增減操作，防止干、濕態(tài)的交替轉(zhuǎn)換。當(dāng)過(guò)熱度穩(wěn)定在10℃左右，停止減少給水，關(guān)閉啟動(dòng)擴(kuò)容器至排汽裝置電動(dòng)門后，關(guān)閉361 A、B閥和361閥前電動(dòng)門，鍋爐進(jìn)入直流狀態(tài)。此時(shí)可以根據(jù)設(shè)備需求升負(fù)荷或者穩(wěn)定工況，如果升負(fù)荷，其操作和第一種方法相同;如果穩(wěn)定在該段負(fù)荷，需要嚴(yán)密監(jiān)視儲(chǔ)水罐液位，過(guò)熱度、屏過(guò)、高過(guò)的溫度變化情況。由于該負(fù)荷階段為不穩(wěn)定階段，容易出現(xiàn)干、濕態(tài)反復(fù)轉(zhuǎn)換，所以要盡量縮短時(shí)長(zhǎng)，維持過(guò)熱度穩(wěn)定。

3 兩種轉(zhuǎn)態(tài)方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

采用維持給水量增加煤量的方法的優(yōu)點(diǎn)是，在轉(zhuǎn)態(tài)過(guò)程維持給水流量的穩(wěn)定，可以保證各受熱面不易超溫，有利于保證機(jī)組安全。通過(guò)增加煤量，提高燃燒率增加水冷壁內(nèi)介質(zhì)的汽化潛熱，可以較快提高水冷壁出口過(guò)熱度，有利于轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)間的控制。由于該轉(zhuǎn)態(tài)方法是順著機(jī)組啟動(dòng)程序，進(jìn)一步縮短了轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)間，既有利于保證環(huán)保參數(shù)的合格，也可以防止干、濕態(tài)的反復(fù)轉(zhuǎn)換[3]。該方法的缺點(diǎn)是，如果出現(xiàn)給水系統(tǒng)設(shè)備異常，不能有效地控制給水流量，可能導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法轉(zhuǎn)態(tài)，或者轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)出現(xiàn)超溫，脫硝系統(tǒng)無(wú)法投入等異常情況。

采用維持煤量減少給水量的方法的優(yōu)點(diǎn)是，在給水設(shè)備故障不能夠穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，仍能夠及時(shí)完成鍋爐的濕干態(tài)轉(zhuǎn)換，及時(shí)投入脫硝系統(tǒng)，保證機(jī)組并網(wǎng)后環(huán)保參數(shù)合格，但通過(guò)實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：

轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。通過(guò)減少給水量，儲(chǔ)水罐液位可能是由于給水量過(guò)小導(dǎo)致的暫時(shí)零水位，而不是真實(shí)的水煤比匹配結(jié)果。為了防止這種情況發(fā)生，就必須要緩慢減少給水、觀察過(guò)熱度的情況再操作，所以會(huì)用時(shí)較長(zhǎng)。

給水流量調(diào)整擺動(dòng)大，轉(zhuǎn)態(tài)不易控制，由于給水泵出口與主汽壓力偏差較大，調(diào)門特性較差，可能出現(xiàn)給水量大幅擺動(dòng)。

點(diǎn)火初期為了保證升溫升壓速度，減少熱量損失，在低負(fù)荷階段特別是濕態(tài)工況下會(huì)盡量減少給水量，而轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)通過(guò)減少給水量來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制稍有不當(dāng)就可能導(dǎo)致給水流量低保護(hù)動(dòng)作，所以這種方法的安全性相對(duì)較差。

減水轉(zhuǎn)態(tài)實(shí)際是個(gè)反復(fù)操作的過(guò)程，轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)減少給水流量，轉(zhuǎn)態(tài)結(jié)束后升負(fù)荷，增加煤量還得增加給水，變相地增加了轉(zhuǎn)態(tài)的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

超超臨界鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的濕干態(tài)轉(zhuǎn)換操作是一個(gè)非常重要且十分復(fù)雜的問(wèn)題，影響的因素較多。面對(duì)當(dāng)前環(huán)保要求日益嚴(yán)格、機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和脫硝系統(tǒng)投入時(shí)間要求更加嚴(yán)格的情況，需要根據(jù)設(shè)備的情況選擇合適的轉(zhuǎn)態(tài)方式。在機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、給水流量可以穩(wěn)定控制的情況下，優(yōu)先采用維持給水量增加煤量的方法;在機(jī)組給水系統(tǒng)存在故障、給水流量無(wú)法穩(wěn)定控制的情況下，采用維持煤量減少給水量的方法，但在操作時(shí)要保證給水流量高于保護(hù)動(dòng)作值。

參考文獻(xiàn)

[1] 章德龍.超超臨界火電機(jī)組培訓(xùn)系列教材鍋爐分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[2] 國(guó)家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[3] 黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整[M].第3版.北京：中國(guó)電力出版社，2016.