鍋爐輔助蒸汽在火電廠的應(yīng)用

鍋爐輔助蒸汽在火電廠的應(yīng)用

0鍋爐發(fā)電機(jī)從何底宣除了供電網(wǎng)，新的發(fā)電廠通常遠(yuǎn)離城市和其他工業(yè)公司，即不提供國外的蒸汽。為確保新機(jī)組安全啟動都同時裝設(shè)了啟動鍋爐,以提供機(jī)組啟動用蒸汽。隨著新建機(jī)組逐臺啟動投產(chǎn),啟動鍋爐也就完成了它的歷史使命(啟動蒸汽轉(zhuǎn)由已投產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)組提供)、結(jié)束了繼續(xù)存在的意義。某新建電廠裝設(shè)2臺260t/h循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組。建于偏僻的董塘鎮(zhèn)鴨子逕,周圍均是山谷,距離最近的小鎮(zhèn)也超過5km,且無生產(chǎn)、供應(yīng)蒸汽的工業(yè)企業(yè)。在初步設(shè)計審查時,電廠參建技術(shù)人員提出不裝設(shè)啟動鍋爐的建議,取得了初設(shè)審查專家組認(rèn)可。該廠2004年上旬開工建設(shè),2臺機(jī)組分別于2005年8月和12月通過96h滿負(fù)荷連續(xù)試運(yùn)行并投產(chǎn),證明了無外來蒸汽(包括啟動鍋爐產(chǎn)生蒸汽)的新建燃煤火力發(fā)電廠是可以正常啟動投產(chǎn)的。1鍋爐水壓試驗(yàn)加熱為確保鍋爐、汽輪機(jī)組設(shè)備安全和達(dá)到工藝效果要求,火力發(fā)電廠鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)組的啟動過程(包括冷態(tài)啟動和熱態(tài)啟動)需要用到的蒸汽,包括鍋爐點(diǎn)火油系統(tǒng)伴熱和油槍吹掃蒸汽、鍋爐水壓試驗(yàn)加熱蒸汽、預(yù)烘爐加熱蒸汽、鍋爐受熱面清洗加熱蒸汽、鍋爐點(diǎn)火啟動前爐水加熱蒸汽、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前軸封加熱蒸汽以及除氧器加熱蒸汽等,統(tǒng)稱為啟動蒸汽。最關(guān)鍵的是鍋爐水壓試驗(yàn)、汽輪機(jī)軸封加熱。(1)鍋爐點(diǎn)火油系統(tǒng)伴熱和油槍吹掃蒸汽:鍋爐點(diǎn)火用油,大多選用輕柴油和重油等,環(huán)境溫度較低時,點(diǎn)火用油粘度增大甚至凝結(jié),影響循環(huán)流動性、霧化性和鍋爐點(diǎn)火需求,一般采用加裝蒸汽伴熱管道進(jìn)行加熱;為防止油槍堵塞和積油,也在油槍啟動前后用蒸汽進(jìn)行吹掃。(2)鍋爐水壓試驗(yàn)加熱:鍋爐水壓試驗(yàn),特別是超水壓試驗(yàn)屬破壞性試驗(yàn),必須確保環(huán)境溫度、爐水溫度、汽包壁溫達(dá)到要求時才可進(jìn)行;否則,汽包和部分合金管道可能會發(fā)生低溫冷脆而破裂等事故。通常在鍋爐汽包或底部集箱加入啟動蒸汽而加熱爐水,保證水壓試驗(yàn)用水溫度和鍋爐汽包壁溫在要求范圍。(3)鍋爐預(yù)烘爐:電廠鍋爐爐膛內(nèi)都敷設(shè)有衛(wèi)燃帶和耐磨、耐熱或隔熱澆注料,特別是循環(huán)流化床鍋爐,耐磨、隔熱澆注料應(yīng)用更多。為確保澆注料質(zhì)量,新裝鍋爐或澆注料更換過多的已投產(chǎn)鍋爐都要求進(jìn)行烘爐,目的是將澆注料內(nèi)水分烘除,并使?jié)沧⒘细邷毓探Y(jié);一般分為低溫烘爐、中溫烘爐和高溫烘爐3個階段,以防止烘爐時澆注料開裂、脫落而影響質(zhì)量。低溫烘爐多采用從水冷壁管內(nèi)通入啟動蒸汽加熱水冷壁管和澆注料的方式進(jìn)行,也稱為預(yù)烘爐,待澆注料溫度達(dá)到一定時才點(diǎn)燃烘爐油槍進(jìn)行明火或煙氣烘爐,以避免升溫過快引起澆注料膨脹不均而損壞。(4)鍋爐受熱面清洗加熱:鍋爐制造、安裝過程中,鍋爐受熱面管道內(nèi)壁會形成高溫氧化皮、產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物和積聚焊渣、泥沙污染物等,為保持受熱面內(nèi)表面清潔,防止受熱面因結(jié)垢、腐蝕引起事故以及提高水汽品質(zhì),必須對新裝鍋爐進(jìn)行清洗,包括堿洗和酸洗;為確保清洗效果,需將清洗液加熱到40~140℃,具體根據(jù)清洗液的種類而定。一般采用通入啟動蒸汽加熱來提高清洗液溫度。(5)鍋爐啟動前爐水加熱:目的是縮短鍋爐冷態(tài)啟動時間和減少鍋爐啟動燃油量,主要是預(yù)先在汽包或底部集箱通入啟動蒸汽,將爐水加熱到適當(dāng)溫度,但會引起水冷壁振動。(6)除氧器加熱:目的是加熱給水,將給水中的氣體排出,降低給水氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)到合格范圍。一般是通過輔助蒸汽系統(tǒng)接入啟動蒸汽。(7)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前軸封加熱:汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,特別是熱態(tài)啟動,應(yīng)先向軸封供汽,然后抽真空,以防止大量冷空氣從軸封段被吸進(jìn)汽輪機(jī)內(nèi),造成軸封段轉(zhuǎn)子收縮,脹差負(fù)值增大,甚至超過允許值等而出現(xiàn)安全問題。依汽輪機(jī)金屬溫度不同,投入的軸封蒸汽參數(shù)也不同。通常采用啟動蒸汽進(jìn)行加熱。這些加熱蒸汽的使用,關(guān)系到鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)組能否安全順利啟動投產(chǎn),因此,不裝設(shè)啟動鍋爐必須要有達(dá)到“使用這些加熱蒸汽所要達(dá)到的目的”的替代方案或解決加熱蒸汽來源的措施。2啟動運(yùn)行狀況裝設(shè)啟動鍋爐的目的是為遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)或其他工業(yè)企業(yè)、無外來蒸汽供應(yīng)的新建燃煤火力發(fā)電廠提供啟動蒸汽。優(yōu)點(diǎn)是壓力低、出力小、啟動快;缺點(diǎn)是效率低、能耗大。裝設(shè)啟動鍋爐就是利用其優(yōu)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)第1臺機(jī)組安全啟動運(yùn)行投產(chǎn),同時也存在以下問題:(1)啟動鍋爐是一套嚴(yán)格、完整的蒸汽壓力鍋爐系統(tǒng),必須完全按特種設(shè)備監(jiān)察規(guī)程進(jìn)行管理,包括設(shè)計、安裝和試運(yùn)行、投產(chǎn)等,是一重大危險源,必須有一套嚴(yán)格的安全保障設(shè)施和管理措施,并須進(jìn)行定期檢測檢驗(yàn),取得安裝許可和使用許可。(2)投資大,使用時間短。基本是在第1臺機(jī)組啟動投產(chǎn)后即被廢棄,其使用價值與投資極不匹配。(3)處理困難。作為一筆固定資產(chǎn),必須申請報廢處理和辦理移裝或報廢許可備案。(4)其他方面,如占地方、能耗大、運(yùn)行維護(hù)工作量等因其使用時間短則可不計。因此,新建燃煤火力發(fā)電廠對啟動鍋爐既是利又是弊,如果有其他替代方案都不會裝設(shè)。3對點(diǎn)火燃油進(jìn)行加熱(1)電廠鍋爐與啟動鍋爐都是壓力容器系統(tǒng),是燃燒煤、油(或其他燃料)而產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備,只是啟動鍋爐壓力低、容積小、啟動方便、快捷;電廠鍋爐壓力高、體積寵大、啟動時間長。(2)對鍋爐超水壓試驗(yàn)、烘爐、清洗或啟動前加熱來講,介質(zhì)都是在鍋爐受熱面管道內(nèi)。清洗的堿和酸,一般情況下也是在爐水達(dá)到要求溫度時才開始注入。因此,完全可利用本機(jī)組鍋爐自配的點(diǎn)火油槍或其他專用油槍直接進(jìn)行點(diǎn)火加熱。當(dāng)然,燃油系統(tǒng)要提前施工、在水壓試驗(yàn)前投入運(yùn)行或采取移動式供油。(3)對點(diǎn)火燃油可采用外敷保溫材料,輔以電加熱和油循環(huán)來確保燃油粘度滿足油槍點(diǎn)火霧化要求;對油槍吹掃,可采用壓縮空氣,如此也可杜絕發(fā)生燃油因隔離不嚴(yán)而進(jìn)入全廠輔助蒸汽系統(tǒng)的事故。(4)對汽輪機(jī)軸封和除氧器,只能依賴蒸汽進(jìn)行密封、加熱?？衫帽緳C(jī)鍋爐冷態(tài)啟動過程逐漸產(chǎn)生的新蒸汽、通過專門設(shè)置的減溫減壓裝置提供合適壓力溫度的蒸汽進(jìn)行加熱;對大型機(jī)組也可結(jié)合、利用一次旁路裝置減溫減壓后提供的蒸汽進(jìn)行加熱。4當(dāng)前區(qū)塊管理系統(tǒng)的應(yīng)用4.1加熱伴熱系統(tǒng)某電廠鍋爐點(diǎn)火采用0號輕柴油,油循環(huán)時可將油溫提高到40℃以上,而冬季環(huán)境溫度在-5℃以上,因此,不須裝設(shè)加熱伴熱系統(tǒng)。對點(diǎn)火油槍,考慮到使用0號輕柴油,采用在啟動前進(jìn)行油槍清理、必要時進(jìn)行霧化試驗(yàn)措施確保油槍不堵塞,并裝設(shè)隔離措施(循環(huán)流化床鍋爐為正壓燃燒鍋爐,如不采取隔離措施,高溫?zé)釟饬鲿赜蜆屘淄矅姵?,在機(jī)組運(yùn)行時也可抽出油槍進(jìn)行清理。4.2水壓試驗(yàn)溫度《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第198條“……水壓試驗(yàn)應(yīng)在周圍氣溫高于5℃時進(jìn)行,低于5℃時必須有防凍措施。水壓試驗(yàn)用的水應(yīng)保持高于周圍露點(diǎn)的溫度,以防止鍋爐表面結(jié)露,但也不宜高以防止引起汽化和過大的溫差應(yīng)力,一般為20~70℃。合金鋼受壓元件的水壓試驗(yàn)溫度應(yīng)高于所用鋼種的脆性轉(zhuǎn)變溫度?！睋?jù)此,說明溫度較低時對鍋爐試水壓的影響是:受熱面表面可能會結(jié)露,增加了檢查難度,對滲漏較小的缺陷難以發(fā)現(xiàn),給熱態(tài)運(yùn)行時增加了受熱面爆漏機(jī)率。鍋爐廠和質(zhì)監(jiān)局都同意周圍氣溫高于12℃以上時進(jìn)行超水壓試驗(yàn)。實(shí)際上,某電廠1號鍋爐超水壓試驗(yàn)時間為2004-12-17,2號鍋爐則在2005-05-12進(jìn)行,周圍環(huán)境溫度都大于13℃以上,因此,某電廠鍋爐超水壓試驗(yàn)時無外來蒸汽加熱,也未進(jìn)行爐內(nèi)油槍點(diǎn)火加熱升溫。4.3澆注料的選擇(1)鍋爐澆注料結(jié)構(gòu)布置。某電廠260t/h循環(huán)流化床鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司引進(jìn)美國福斯特·惠勒能源公司(FWEC)技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn),澆注料結(jié)構(gòu)布置為爐膛、汽冷旋風(fēng)分離器和包墻過熱器采用膜式管屏制作,密相區(qū)和含塵煙氣沖刷區(qū)敷設(shè)60mm厚耐磨澆注料;床下點(diǎn)火風(fēng)道、床下風(fēng)室、J閥返料器、風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、旋風(fēng)分離器出口煙道等則使用耐熱或耐磨澆注料和保溫澆注料的復(fù)合結(jié)構(gòu),氣流側(cè)(內(nèi)側(cè))為耐熱或耐磨澆注料(厚約80~100mm),金屬管壁側(cè)(外側(cè))為保溫澆注料(厚約140mm)。(2)鍋爐澆注料選擇。a.耐磨澆注料采用高溫膠水拌和,即無水拌和方式,主要材料為含鉻耐磨料和耐高溫膠水,適當(dāng)保養(yǎng)后無需烘爐即可投入使用。b.耐熱澆注料加水拌和,主要材料為高鋁水泥、熟料和水,需適當(dāng)保養(yǎng)和烘烤后才能投入使用。c.保溫澆注料加水拌和,主要材料為膨脹珍珠巖或蛭石、硅酸鹽水泥和水,需適當(dāng)保養(yǎng)和烘烤后才能投入使用。(3)烘爐方案選擇。根據(jù)鍋爐澆注料結(jié)構(gòu)布置和材料特性,烘爐關(guān)鍵部分是床下點(diǎn)火風(fēng)道、床下風(fēng)室、J閥返料器、風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、旋風(fēng)分離器出口煙道,水冷壁和旋風(fēng)分離器的耐磨澆注料則不需烘烤,因此通入蒸汽預(yù)烘爐已無意義。為此,采用小油槍爐外點(diǎn)火煙氣烘爐方案:分別在點(diǎn)火風(fēng)道、J閥返料口(爐膛內(nèi))、風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、旋風(fēng)分離器進(jìn)口共布置10臺小油槍,根據(jù)旋風(fēng)分離器出口煙溫和各部位澆注料溫度(埋設(shè)測溫點(diǎn))啟、停油槍臺數(shù),并在爐膛出口與旋風(fēng)分離器之間設(shè)置臨時隔墻,以確保大部分煙氣通過J閥返料系統(tǒng)到達(dá)旋風(fēng)分離器出口煙道。當(dāng)然,大量高溫?zé)煔鈺ㄟ^爐膛和旋風(fēng)分離器,對敷設(shè)于爐膛和旋風(fēng)分離器上的耐磨澆注料進(jìn)行烘烤。經(jīng)現(xiàn)場檢測驗(yàn)收,烘爐達(dá)到了預(yù)期效果。4.4未建貯灰場清洗(1)某電廠采用氣力干除灰和機(jī)械干除渣,灰渣全部采用汽車外運(yùn)進(jìn)行綜合利用,因而未建貯灰場。為減少鍋爐清洗用水量,防止外排水污染下游,選用“協(xié)調(diào)EDTA(乙二胺四乙酸)”循環(huán)清洗。(2)用床上油槍加熱爐水達(dá)到125~130℃,再進(jìn)行EDTA循環(huán)清洗。清洗效果達(dá)到預(yù)期要求。4.5減溫減量到軸封加熱汽這是最關(guān)鍵的問題,特別是軸封加熱。如果此問題解決不了,機(jī)組將無法啟動,但要利用本機(jī)組鍋爐產(chǎn)生的一次新蒸汽作為汽輪機(jī)軸封蒸汽和除氧器加熱蒸汽,似沒有先例,設(shè)計院不知參數(shù)如何選擇,廠家也不知設(shè)備如何配置。一次蒸汽壓力、溫度是變化的,而要求軸封加熱蒸汽是相對穩(wěn)定的,要實(shí)現(xiàn)確實(shí)存在較大的困難。為此,電廠對設(shè)計院和廠家提出設(shè)想要求:a.采用高溫高壓減溫減壓裝置,將一次蒸汽(壓力1.0~9.8MPa)減溫減壓到軸封加熱蒸汽參數(shù),也就是全廠輔助蒸汽參數(shù),控制在0.8~2.0MPa及相應(yīng)溫度范圍;b.要求無論是冷態(tài)啟動,還是熱態(tài)或極熱態(tài)啟動,減溫減壓裝置都能投入運(yùn)行,并要提供滿足軸封加熱要求的蒸汽量,以確保汽輪機(jī)安全順利啟動;c.一次蒸汽參數(shù)較低時可全開調(diào)節(jié)閥、不需進(jìn)行減溫減壓調(diào)節(jié),一次蒸汽參數(shù)較高時則進(jìn)行調(diào)節(jié),且要平穩(wěn)、線性要好。該減溫減壓裝置按此要求完成了招投標(biāo)選廠、制造和現(xiàn)場安裝。調(diào)試時,一次蒸汽參數(shù)已滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求,但減溫減壓裝置投運(yùn)后,軸封加熱蒸汽卻無法達(dá)到要求。蒸汽量不足。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn),減壓調(diào)節(jié)閥為2級減壓結(jié)構(gòu),問題出在第2級:節(jié)流孔徑過小、數(shù)量也不夠,即流通面積不足,造成蒸汽量不夠。經(jīng)初步估算后,現(xiàn)場決定采用擴(kuò)孔方案處理,就地增加2個D16mm孔,復(fù)裝后達(dá)到要求,機(jī)組安全沖轉(zhuǎn)。機(jī)組投產(chǎn)后1a多來,該減溫減壓裝置達(dá)到了預(yù)期效果,實(shí)踐了冷態(tài)啟動、熱態(tài)啟動,甚至是極熱態(tài)啟動都能提供滿足要求的軸封加熱蒸汽。所提供的軸封加熱蒸汽可隨汽輪機(jī)缸溫高低而調(diào)節(jié),具有采用輔助蒸汽作為軸封加熱蒸汽所無法比擬的優(yōu)越性。在相鄰機(jī)組運(yùn)行時也可停用減溫減壓裝置而切換使用全廠輔助蒸汽進(jìn)行啟動軸封加熱。減溫減壓裝置可隨時啟動。裝設(shè)減溫減壓裝置后,機(jī)組啟動不再依賴外來蒸汽,因此,可以安排全廠機(jī)組同時停運(yùn)檢修,不必再擔(dān)心檢修完畢后無啟動蒸汽而不能啟機(jī)的問題了。4.6鍋爐運(yùn)行費(fèi)用及相關(guān)費(fèi)用某電廠初步設(shè)計時擬配置的啟動鍋爐為WZS10-1.25/300-Y型,壓力為1.25MPa;概算費(fèi)用為121.63萬元,包括土建、設(shè)備及安裝費(fèi)用。減溫減壓裝置費(fèi)用為29萬元,相關(guān)配件及安裝費(fèi)用約2萬元。相差費(fèi)用達(dá)到近90萬元,還未計啟動鍋爐的運(yùn)行成本和大量維修維護(hù)以及報廢拆除等費(fèi)用。其他系統(tǒng)、工藝投資則基本不變。5石量和調(diào)濕機(jī)械循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組啟動關(guān)鍵在于床溫的加熱和投煤。某電廠在未經(jīng)爐水加熱時的冷態(tài)啟動時間控制在4~6h,符合設(shè)計要求;床溫在540~700℃直接投燃煤矸石量達(dá)60%的燃料,無需添加其他點(diǎn)火優(yōu)質(zhì)煤。為節(jié)約廠用電,多數(shù)火力發(fā)電廠在機(jī)組啟動前都是由疏水箱經(jīng)疏水泵向鍋爐上水,當(dāng)溫度、壓力達(dá)到一定量才改由除氧器經(jīng)給水泵向鍋爐補(bǔ)水,即機(jī)組冷態(tài)啟動過程中爐水含有一定數(shù)量的氧,這些氧將在蒸汽壓力達(dá)到2.0MPa前通過鍋爐點(diǎn)火對空排汽或通過主蒸汽管道暖管排到擴(kuò)容器而排出,不影響啟動蒸汽品質(zhì)。并且現(xiàn)代