1 000 MW二次再熱塔式鍋爐吹管技術(shù)研究

李貴鵬

（大唐東北電力試驗(yàn)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130001）

0 引言

二次再熱代表了煤電發(fā)展的最高水平，相比于一次再熱，二次再熱技術(shù)可提高燃煤機(jī)組發(fā)電效率約2%。與常規(guī)超超臨界相比，二次再熱機(jī)組采用了更高的蒸汽參數(shù)，且鍋爐側(cè)增加一級(jí)再熱器，汽機(jī)側(cè)增加一個(gè)超高壓缸，啟動(dòng)旁路升級(jí)為高中低三級(jí)旁路串聯(lián)，整個(gè)機(jī)組熱力系統(tǒng)的設(shè)備布置也變得更為復(fù)雜［1-2］。為保障機(jī)組的安全啟動(dòng)，世界各國(guó)的工藝規(guī)范都規(guī)定新建機(jī)組必須在汽輪機(jī)的第一次沖轉(zhuǎn)前采取一系列工藝措施清除爐管和管道內(nèi)的異物，這其中最重要的一道程序就是蒸汽吹管［3］，即利用比鍋爐最高運(yùn)行負(fù)荷動(dòng)量更大的蒸汽，將滯留于鍋爐及系統(tǒng)管道內(nèi)的異物“吹”除。

近幾年，我國(guó)陸續(xù)投產(chǎn)十余臺(tái)二次再熱機(jī)組，但針對(duì)二次再熱機(jī)組鍋爐的吹管工藝尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。大唐東營(yíng)2×1 000 MW 新建工程1 號(hào)機(jī)組于2020 年11 月完成168 h 滿負(fù)荷試運(yùn)。以該機(jī)組為對(duì)象，闡述鍋爐蒸汽吹管的工藝措施，并針對(duì)實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題及采取的改進(jìn)建議進(jìn)行說(shuō)明，為后續(xù)同類(lèi)機(jī)組提供參考。

1 機(jī)組概況

機(jī)組鍋爐型號(hào)SG-2778/32.45 -M7053，為上海鍋爐廠制造的超超臨界壓力、二次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)塔式爐，鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總見(jiàn)表1。鍋爐設(shè)計(jì)燃用煤種為神府東勝煙煤，采用中速磨冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6 臺(tái)MPS245HP-II 型磨煤機(jī)。鍋爐采用帶有爐水循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，給水系統(tǒng)配置1 臺(tái)100%BMCR 容量的汽動(dòng)給水泵，配單獨(dú)凝結(jié)器。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)（BMCR工況）

2 吹管方案及流程

2.1 吹管方式

國(guó)內(nèi)目前的蒸汽吹管導(dǎo)則中只有面向一次再熱機(jī)組的穩(wěn)壓吹管和蓄熱降壓吹管兩種方式［4］。穩(wěn)壓吹管是維持鍋爐輸入和輸出的能量平衡以及給水量和蒸發(fā)量之間的質(zhì)量平衡，鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)壓力相對(duì)穩(wěn)定的一種吹管方式；其優(yōu)點(diǎn)是主汽流量大，每次吹管能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間大動(dòng)量比的吹掃，可大大減少吹管次數(shù)，缺點(diǎn)是對(duì)調(diào)試設(shè)備的投入要求高，吹管期間至少須投入3 套制粉系統(tǒng)，同時(shí)要求系統(tǒng)較強(qiáng)的補(bǔ)水能力［5］。蓄熱降壓吹管是利用鍋爐容積內(nèi)水的蓄熱快速降壓閃蒸產(chǎn)生大量蒸汽短時(shí)間高速?zèng)_洗受熱面的一種吹管方式，其優(yōu)點(diǎn)是瞬間蒸汽吹管動(dòng)量大，受熱面溫度頻繁變化產(chǎn)生的擾動(dòng)有利于氧化皮的剝離，沖擊效果好，缺點(diǎn)是每次吹管的有效時(shí)間短，需要較多的吹管次數(shù)［6］。借鑒安源、泰州、萊蕪等國(guó)內(nèi)投產(chǎn)二次再熱機(jī)組的吹管經(jīng)驗(yàn)［7-11］，考慮本工程現(xiàn)場(chǎng)的安裝進(jìn)度、系統(tǒng)除鹽水補(bǔ)水能力和調(diào)試工期，最終選用蓄熱降壓的吹管方式。

2.2 吹管工藝流程

本工程采用兩階段蓄熱降壓吹管方式，詳細(xì)吹掃流程見(jiàn)圖1。

圖1 兩階吹管蒸汽吹掃流程

第一階段單吹過(guò)熱器，直至靶板考核合格，詳細(xì)的吹管流程為：?jiǎn)?dòng)分離器→各級(jí)過(guò)熱器→過(guò)熱器集汽集箱→主蒸汽管道→超高壓主汽門(mén)（安裝假門(mén)芯）→臨時(shí)管→臨吹門(mén)1→臨吹門(mén)2→臨時(shí)管→靶板器→臨時(shí)管→消音器→排大氣。一階段吹管后期進(jìn)行高壓旁路管路的吹掃。

第二階段串聯(lián)吹掃過(guò)熱器、一次再熱器、二次再熱器，在二次再熱器進(jìn)口加裝集粒器，直至靶板考核合格，詳細(xì)的吹管流程為：?jiǎn)?dòng)分離器→各級(jí)過(guò)熱器→過(guò)熱器集汽集箱→主蒸汽管道→超高壓主汽門(mén)（安裝假門(mén)芯）→臨時(shí)管→臨吹門(mén)1→臨吹門(mén)3→臨時(shí)管→一次再熱進(jìn)口管道→各級(jí)一次再熱器→一次再熱出口管道→高壓主汽門(mén)（旁路）→臨時(shí)管→靶板器→集粒器→二次再熱進(jìn)口管道→各級(jí)二次再熱器→二次再熱出口管路→中壓主汽門(mén)（安裝假門(mén)芯）→臨時(shí)管→靶板器→臨時(shí)管→消音器→排大氣。二階段吹管過(guò)程中，同步進(jìn)行中壓旁路管路的吹掃。

3 吹管過(guò)程控制

3.1 吹管參數(shù)選擇

吹管參數(shù)的選擇必須要保證在蒸汽吹管時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)量大于額定負(fù)荷時(shí)的動(dòng)量，即吹管系數(shù)大于1。DL/T 1269—2013《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則》中推薦一次再熱機(jī)組的吹管壓力≥6.5 MPa。相比一次再熱，二次再熱鍋爐水冷壁和過(guò)熱器的水容積減少了約50%，蓄熱能力減少較多，且還新增了一級(jí)蒸汽再熱系統(tǒng)，系統(tǒng)管道內(nèi)徑更小，阻力更大。為滿足吹管要求，必須要大幅提高吹管參數(shù)［12］。結(jié)合本工程的實(shí)踐，最終確定一階段吹管時(shí)分離器出口壓力為9.5 MPa，對(duì)應(yīng)主蒸汽溫度不低于380 ℃；二階段吹管分離器出口壓力需提升至11.5 MPa，對(duì)應(yīng)再熱蒸汽溫度不低于400 ℃。

為提升每一次降壓吹管的效果，本工程采取如下措施：1）鍋爐蓄熱期間，將鍋爐給煤量提升至60 t/h，將貯水箱水位提升至18 m（最高水位31.2 m），同時(shí)開(kāi)大過(guò)熱器疏水，臨吹門(mén)開(kāi)4～6 s 中停，以盡可能提高鍋爐的蓄熱量。2）增大蒸汽通流面積以降低管道阻力：一階段吹管后期（保證高壓旁路潔凈度），開(kāi)臨吹門(mén)1 的同時(shí)打開(kāi)高壓旁路臨吹門(mén)4；二階段吹管過(guò)程中，保持中壓旁路臨吹門(mén)5開(kāi)啟。

3.2 吹管過(guò)程控制

鍋爐冷態(tài)沖洗合格，投入等離子點(diǎn)火裝置，啟動(dòng)A或B層制粉系統(tǒng)，開(kāi)始升溫升壓，采用開(kāi)式清洗與閉式清洗相結(jié)合的方式進(jìn)行熱態(tài)沖洗。在此過(guò)程中，保持省煤器入口流量約850 t/h，控制升溫速率≤2 ℃/min。待分離器溫度達(dá)到170～190 ℃，每隔2 h取水樣檢測(cè)，至爐水中鐵離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜100 μg/L，熱態(tài)沖洗完成。

正式吹管前，分別在啟動(dòng)分離器出口壓力升至2.5 MPa、4.0 MPa、6.0 MPa、8.0 MPa 時(shí)進(jìn)行試吹管，檢查蒸汽管道的膨脹和支吊架受力情況，確認(rèn)臨時(shí)設(shè)施是否滿足進(jìn)一步的吹管要求。

一階段正式吹管時(shí)，維持一臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，保持臨吹門(mén)2 開(kāi)啟。分離器出口壓力升至9.5 MPa 時(shí)，開(kāi)啟臨吹門(mén)1，臨吹門(mén)開(kāi)到位后，把給水旁路調(diào)閥開(kāi)大進(jìn)行補(bǔ)水，同時(shí)密切監(jiān)視貯水箱水位。分離器出口壓力降至7.5 MPa時(shí)，關(guān)閉臨吹門(mén)1，待貯水箱水位回升后逐步減小給水流量，維持貯水箱水位穩(wěn)定，待分離器壓力恢復(fù)到原來(lái)水平后，進(jìn)行下一次的降壓吹管。直至連續(xù)兩次打靶合格，第一階段吹管結(jié)束。

二階段正式吹管時(shí)，保持臨吹門(mén)2 關(guān)閉、臨吹門(mén)3 和臨吹門(mén)5 開(kāi)啟。分離器出口壓力升至11.5 MPa時(shí)，開(kāi)啟臨吹門(mén)1 和4，臨吹門(mén)開(kāi)到位后把給水旁路調(diào)閥開(kāi)大進(jìn)行補(bǔ)水，同時(shí)密切監(jiān)視貯水箱水位。分離器出口壓力降至9～9.5 MPa時(shí)，關(guān)閉臨吹門(mén)，待貯水箱水位回升后逐步減小給水流量，維持貯水箱水位穩(wěn)定，貯水箱壓力升至11.5 MPa時(shí)，進(jìn)行下一次降壓吹管。直至連續(xù)兩次分別打靶一次再熱器、二次再熱器合格后，第二階段吹管結(jié)束。

按吹管導(dǎo)則要求，降壓吹管每小時(shí)吹管次數(shù)不宜超過(guò)4 次。為避免兩次吹管間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，臨吹門(mén)開(kāi)啟前將貯水箱水位穩(wěn)定在18 m，一定時(shí)間后再把給水旁路調(diào)閥開(kāi)大進(jìn)行補(bǔ)水。臨吹門(mén)關(guān)到位后，給煤量短暫降至35～40 t/h，并開(kāi)啟過(guò)熱器疏水調(diào)閥，避免貯水箱壓力上升過(guò)快。

3.3 吹管過(guò)程遇到問(wèn)題和改進(jìn)建議

1）1 號(hào)鍋爐吹管臨時(shí)系統(tǒng)在吹管前已經(jīng)驗(yàn)收合格，各臨吹門(mén)已確認(rèn)開(kāi)關(guān)靈活，行程時(shí)間均低于60 s。正式吹管過(guò)程中，曾發(fā)生臨吹門(mén)1 卡澀、關(guān)不嚴(yán)、臨吹門(mén)1 旁路漏汽、過(guò)熱器靶板座脫落等問(wèn)題，影響了吹管工期。

2）降壓吹管初期，曾發(fā)生兩次因貯水箱水位低而導(dǎo)致的爐水循環(huán)泵跳閘事故，主要原因在于吹管初期運(yùn)行人員對(duì)貯水箱水位的變化規(guī)律掌握不足。臨吹門(mén)開(kāi)啟后，因貯水箱內(nèi)壓力快速降低，大量工質(zhì)汽化會(huì)產(chǎn)生虛假水位，此時(shí)應(yīng)提前預(yù)判貯水箱內(nèi)水位的變化，準(zhǔn)確把控補(bǔ)水時(shí)機(jī)。為避免爐水循環(huán)泵進(jìn)口工質(zhì)汽化，臨吹門(mén)開(kāi)啟前應(yīng)確保爐水循環(huán)泵入口過(guò)冷水的投入滿足要求。

3）為滿足吹管系數(shù)要求，本工程確定的吹管蒸汽參數(shù)值略高于其他同類(lèi)工程［7-11］，且實(shí)際使用的吹管次數(shù)也較多。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，有如下的改進(jìn)建議：吹管前，臨時(shí)管道應(yīng)進(jìn)行噴砂處理并將內(nèi)部雜物清理干凈；盡可能降低臨時(shí)系統(tǒng)管道阻力，各汽門(mén)處應(yīng)盡量使用旁路管道替代假門(mén)芯減少蒸汽阻力。

4）從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，鍋爐二次再熱器的吹管系數(shù)最難達(dá)到要求，故而二階段在一階段基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了吹管壓力。

5）每次停爐冷卻期間，應(yīng)采取帶壓放水以改善水質(zhì)。每次短暫停爐過(guò)程中，只要適當(dāng)控制放水和上水流量，即可有效避免給水下降管振動(dòng)問(wèn)題。

4 吹管效果

采用不熄火不停泵的兩階段降壓吹管方式，吹管期間共中間停爐冷卻4 次。第一階段共有效吹管103 次，第102、103 次連續(xù)打靶合格，吹管過(guò)程中過(guò)熱器壓降保持在2.8～3.0 MPa，滿足壓降比大于1.4的要求。第二階段共有效吹管106次，第82、83次連續(xù)打靶一次再熱器合格，第105、106 次連續(xù)打靶二次再熱器合格，吹管過(guò)程中一次再熱器壓降保持在0.42～0.56 MPa，二次再熱器壓降保持在0.36～0.38 MPa，滿足壓降比大于1.4的要求。

在整個(gè)吹管過(guò)程中，鍋爐的水動(dòng)力工況穩(wěn)定，各個(gè)受熱面未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。吹洗過(guò)程中鍋爐采用等離子點(diǎn)火模式啟動(dòng)和運(yùn)行，節(jié)約了大量的燃油。

5 結(jié)語(yǔ)

借鑒國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)二次再熱機(jī)組的吹管經(jīng)驗(yàn)，提出并檢驗(yàn)了“兩階段蓄熱降壓”的吹管工藝，再結(jié)合提高壓力、增加通流面積等措施，最終較好地滿足了蒸汽吹管導(dǎo)則提出的質(zhì)量要求，保證了機(jī)組啟動(dòng)工作的順利進(jìn)行。與其他同類(lèi)方案相比，兩階段降壓法有效縮短了鍋爐中間停爐冷卻次數(shù)，節(jié)省了調(diào)試期間的燃料成本，為后續(xù)同類(lèi)機(jī)組的調(diào)試提供借鑒。