9F 燃氣機組熱態啟動時利用鍋爐余熱自供汽的研究與實施

樓 捷 金 珺

（浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315200）

0 前言

某公司兩臺S109FA 燃氣蒸汽聯合循環機組原利用附近燃煤鍋爐蒸汽充當輔助蒸汽，在機組啟動階段為軸封等系統供汽。 由于供汽燃煤鍋爐拆除，外來熱網蒸汽溫度較低。

目前，9F 燃機機組運行方式基本為日開夜停，運行時間是根據天然氣量的調度指令進行的，每天運行14～16 個小時。 第二天啟動時，鍋爐還是在熱態狀態，并存有大量的具有一定壓力溫度的爐水。

本課題要求研究在熱態情況下，利用機組余熱鍋爐自身余熱產生的蒸汽來滿足燃機啟動時軸封等系統供汽的要求。 通過對鍋爐汽包、蒸發器的余熱水減壓蒸發后提供機組啟動階段用汽的熱力計算，并匹配合適的電加熱器裝置， 滿足9F 燃氣蒸汽聯合循環發電機組在無啟動鍋爐時的機組啟動。

9F 燃機單臺機組啟動階段需求輔助蒸汽供軸封汽的要求為：供汽壓力1 MPa、供汽溫度260℃、供汽流量7.484 t/h,供汽時間約半小時（總汽量約3.742 t）。

如采用新建啟動鍋爐供汽， 以額定蒸發量15 t/h鍋爐為例，項目總投資將高達1760 萬元。

如果能利用鍋爐余熱供汽或熱網供汽，并使用高效電加熱器的這個方案將大大減少資金的投入。

1 鍋爐主要設計參數

余熱鍋爐系三壓、再熱、無補燃、無旁通煙筒、臥式布置、自然循環余熱鍋爐，與GE 公司9F 等級燃機匹配。 受熱面采用模塊化設計，共分五個模塊。

鍋爐具有三壓系統，即低壓系統、中壓系統（包括中溫過熱器及再熱器）和高壓系統。

過熱蒸汽流量：285.48 t/h； 壓力：10.09 MPa；溫度：567 ℃；

再熱蒸汽流量：313.56 t/h；壓力：2.24 MPa；溫度：566 ℃；

中壓過熱器流量：39.96 t/h；壓力：2.58 MPa；溫度：304 ℃；

低壓過熱蒸汽流量： 41.76 t/h； 壓力：0.44 MPa；溫度：301 ℃。

2 鍋爐余熱產汽能力分析

鍋爐余熱利用，就是將高壓和中壓蒸發系統中的較高溫度的飽和水降壓到輔助蒸汽所需壓力，生成的低壓飽和蒸汽加熱到指定溫度作為輔助蒸汽使用。

2.1 基本原理

較高壓力和溫度的水降壓到低壓時， 根據熱平衡，部分生成較低壓力下對應的飽和蒸汽，部分生成較低壓力下對應的飽和水。

熱平衡公式： 飽和水量×飽和水焓=產汽量×低壓飽和蒸汽焓+（飽和水量-產汽量）×低壓飽和水焓

2.2 輔助蒸汽參數要求

所需軸封汽供汽溫度260℃，供汽壓力1 MPa，蒸汽焓值2965.2 kJ/kg。 供汽流量約7484 kg/h，供汽時間約半小時（總汽量約3.742 t）。

輔助蒸汽壓力對應下的飽和參數： 壓力1 MPa，飽和溫度184℃，飽和水焓值781 kJ/kg，飽和蒸汽焓值2781 kJ/kg。

2.3 鍋爐高壓和中壓系統容積

中壓系統：中壓省煤器系統5 m3，中壓蒸發器系統20 m3，中壓汽包25 m3，中壓過熱器13 m3。

高壓系統：高壓省煤器系統44 m3，高壓蒸發器系統42 m3，高壓汽包32 m3，高壓過熱器33 m3，

其中汽包容積為充滿水的容積，實際容積需要根據汽包水位確定。

2.4 鍋爐高中壓系統停機后若干小時后的實際運行參數（取自機組DCS）

表1 停機后高中壓系統實際運行參數

2.5 鍋爐啟動時實際參數

目前，鍋爐運行時間是根據天然氣量的調度指令進行的，一般鍋爐運行14～16 個小時/天，相應的停爐時間一般為8～10 小時，根據目前實際情況，本次主要以運行16 小時，停爐8 小時和運行14 小時，停爐10小時進行分析研究。

整理上表得到：

啟動時高壓蒸發系統和中壓蒸發系統參數如表2 所示：

表2 高中壓蒸發系統參數

2.6 目前鍋爐蓄熱產汽能力分析

表3 高中壓系統蓄熱產汽能力分析

產汽量=〔飽和水量×（飽和水焓-低壓飽和水焓）〕/（低壓飽和蒸汽焓-低壓飽和水焓）

2.7 鍋爐高壓汽包正常水位時蓄熱產汽能力分析

從表1 鍋爐實際運行參數來看，汽包水位普遍處于低水位狀態，建議鍋爐運行和啟停時控制汽包水位不低于正常水位，以提高高壓系統蓄熱能力。

表4 高壓系統正常水位產汽能力

因為9F 燃機機組每日開停， 鍋爐各系統的疏水閥普遍存在一定程度的內漏， 如能解決這個問題，系統壓力、水位將進一步提高。

2.8 結論

（1）根據目前鍋爐實際運行情況，停爐8 小時，高壓蒸發系統可以產生6227 kg 的低壓飽和蒸汽，停爐10 小時，高壓蒸發系統可以產生4483 kg 的低壓飽和蒸汽。 中壓系統不能產生低壓飽和蒸汽。

（2）在鍋爐停爐8 小時和10 小時狀態下，對應的汽包水位偏低，影響了產汽量，如果運行控制中，能將汽包水位控制在正常水位（汽包中心線），則停爐8 小時， 高壓蒸發系統可以產生7365 kg 的低壓飽和蒸汽，停爐10 小時，高壓蒸發系統可以產生5705 kg 的低壓飽和蒸汽。

（3）停爐8 小時和停爐10 小時，高壓蒸發系統產生的蒸汽量均滿足輔助蒸汽7484 kg/h 半小時的用量要求。

3 輔助蒸汽系統方案

3.1 方案簡介

（1）將高壓蒸發系統中的飽和水從蒸發器引入擴容器中進行汽化，在高壓下降管下部匯集集箱和三個分配集箱的疏水管接頭上設置三通，作為飽和水的引出管，再匯合到總管上引到擴容器上。

（2）熱網接入管道與低壓飽和蒸汽管并聯引到擴容器進行汽水分離，防止熱網來蒸汽中帶水。

（3）低壓飽和蒸汽引出并用電加熱器進行加熱，加熱到規定溫度后，接入原輔助蒸汽管道。

（4）降壓后的低壓飽和水接到高壓給水泵前，經高壓給水泵加壓后進入高壓省煤器。

（5）補充水由低壓汽包供水，通過高壓泵從高壓省煤器進入高壓系統，降壓飽和水加補水量（42 m3）小于高壓省煤器容量（44 m3），對汽包沒有影響。

根據機組實際情況，實現鍋爐低壓飽和蒸汽產汽并接入熱網來蒸汽，通過電加熱器加熱，滿足輔助蒸汽要求的系統方案，如圖1 所示。

圖1 系統示意圖

3.2 電加熱器功率選擇

根據方案系統及參數要求，需要增設一電加熱器為低壓飽和蒸汽或熱網蒸汽進行加熱。

輔助蒸汽用量7484 kg/h，則電加熱器功率如表5：

表5 電加熱器功率計算

電加熱功率=產汽量×（輔助蒸汽焓-低壓飽和蒸汽焓）/時間

停爐8 小時和10 小時，高壓蒸發系統均可產生7484 kg/h 低壓飽和蒸汽， 為實現7484 kg/h 的輔助蒸汽用量，電加熱器理論需要總功率為383 kW,考慮到低壓飽和蒸汽可能含水，并保留一定的富余量，實際選擇電加熱器功率450 kW。 并充分利用原有的690 V 變壓器，電加熱器選用690 V 等級電壓。

4 實際運行測試

系統完成后，對蒸汽流量、蒸汽溫升，電加熱器功率等進行了測試，具體數據如表6 所示。

表6 電加熱器實測功率

測試數據表明， 本系統在9F 機組熱態啟動能產生足夠量的蒸汽，并通過電加熱器，加熱到規定的要求，滿足啟動用軸封用汽等系統的需求。

5 結語

本課題通過對利用9F 燃機機組停運10 小時內鍋爐的余熱提供機組自身啟動階段用汽的研究，完成了供汽汽源的熱力計算，并進行了相關試驗、測試，提出了 “鍋爐余熱供汽或熱網供汽+高效電加熱器”解決方案，確定了電加熱器的選型，解決了9F 燃機機組在沒有滿足參數要求的輔助蒸汽時的機組啟動問題。 本方案符合企業生產的實際需求，對9F 燃機機組的節能工作具有創新意義，具有良好的經濟效益和社會效益。