火電機組啟動鍋爐調試發(fā)現(xiàn)的問題及處理

莫維明

(上海電力建設啟動調整試驗所有限公司，上海 200083)

某電廠2×660 MW機組配置兩臺額定蒸發(fā)量為40 t/h的燃油啟動鍋爐，鍋爐系結構為雙鍋筒縱向布置、膜式水冷壁、D型爐膛自然循環(huán)、微正壓的低壓鍋爐。前墻布置燃燒器，爐膛出口處布置水平式過熱器，而后是對流管束，煙氣從對流管束經過煙道接頭流入省煤器，通過省煤器后進入煙囪排出。啟動鍋爐的主要設計技術參數(shù)如表1所示。

表1 啟動鍋爐主要設計參數(shù)

1 啟動鍋爐在火電廠的作用

火電廠在機組啟動過程中，需要用到輔助蒸汽系統(tǒng)，比如爐側的空預器蒸汽吹灰、磨煤機的滅火蒸汽、蒸汽暖風器、機側的軸封蒸汽、除氧器加熱等。而提供輔助蒸汽系統(tǒng)汽源的一般主要有下面幾種途徑:啟動鍋爐蒸汽、鍋爐冷段再熱蒸汽、汽輪機四抽蒸汽。

在中低負荷段，一般由鍋爐的冷段蒸汽提供；在中高負荷段，當汽輪機四抽蒸汽參數(shù)滿足輔助蒸汽參數(shù)要求，就切換到用汽機四抽供汽。在剛點火啟動時，鍋爐的冷段蒸汽尚未滿足輔助蒸汽參數(shù)要求，就用啟動鍋爐來提供汽源，來確保機組在啟動過程中的一些設備系統(tǒng)安全及工藝的要求。

2 啟動鍋爐調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及處理

對于啟動鍋爐來講，從整個電廠運營來看，主系統(tǒng)和主設備的運行時間并不長，但不能就此忽視啟動鍋爐的作用，尤其在機組啟動階段，扮演著舉足輕重的角色。從機組整個系統(tǒng)調試來看，啟動鍋爐的調試也是碰到問題較多的一個系統(tǒng)，問題往往集中在設計不合理、系統(tǒng)設置不夠完善、滿足不了一些運行工藝要求等方面，因此對這套系統(tǒng)沒有像主設備系統(tǒng)那樣引起足夠的重視。而對于啟動鍋爐的調試，往往是發(fā)現(xiàn)問題，再解決問題。

2.1 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造

通常設計提供主鍋爐的油源供油泵也可以提供給啟動鍋爐。啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造前如圖1所示。這樣設計的好處是簡化了系統(tǒng)，降低了成本。但是不利的一面就是在主鍋爐爐前油系統(tǒng)建立循環(huán)時，在打開開關型的進油電磁閥瞬間，電磁閥上游充滿管道的油瞬間會大量流入下游空管道中，母管油壓會產生較大的波動，此時就會使啟動鍋爐的油壓瞬時降到低油壓保護值2.2 MPa以下，導致啟動鍋爐熄火。啟動鍋爐產汽提供的輔助蒸汽系統(tǒng)參數(shù)下降，汽機的軸封蒸汽系統(tǒng)退出，點火前建立的真空下降。影響了大鍋爐點火前的準備工作，使得原先從啟動鍋爐點火經過大約2 h到凝汽器的真空建立滿足大鍋爐點火條件的時間延長。后經過設計優(yōu)化(見圖2)，采用啟動鍋爐供油系統(tǒng)同大鍋爐供油系統(tǒng)分別設置，這樣使得兩者之間互不影響。

圖1 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造前

圖2 啟動鍋爐供油系統(tǒng)改造后

某電廠設置兩臺蒸發(fā)量為40 t/h的啟動鍋爐，每一臺啟動鍋爐分別配置兩臺供油泵，一用一備，分別設置有獨立的進回油管路，原先的設計回路如圖3所示。啟動鍋爐供油泵出口進油管路和回油管路只有通過油槍回油管路來建立聯(lián)系。這樣的設計存在三個問題：一是供油泵只有在啟動鍋爐燃燒器投運后，才能建立油循環(huán)正常運行工況，在此之前因為沒有通路使供油泵無法啟動；二是在啟動鍋爐點火前，無法進行爐前油循環(huán)，濾去管路及油中帶入的雜質；三是啟動點火前，無法通過回油管路上的再循環(huán)閥來控制點火油壓。

圖3 啟動鍋爐燃燒器供回油管路改造前

隨后進行了管路改造，在啟動鍋爐燃燒器前進回油母管增加了一路短管DN50，并增加了手動閥門如圖4所示。在需啟動鍋爐點火前2 h，全開此手動門，啟動鍋爐供油泵，建立啟動鍋爐的爐前油循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)供油泵進口濾網前后差壓數(shù)值大小判斷是否需清理濾網，由于進回油管路建立了聯(lián)系，就可以通過回油管路上的再循環(huán)來調節(jié)整個點火油壓在2.6～3.0 MPa。

圖4 在啟動鍋爐房內增加旁路管道和閥門

但此種改進沒有徹底解決所有問題，就是一旦進入點火程序，如果點火后把此手動門全關，那么點火油壓沒法有效控制，在點火低負荷少量油進入爐內燃燒，大量油通過燃燒器回油調節(jié)閥進入回油管路，就會造成回油壓力高保護跳閘。如果把此手動門開著，更是直接使點火油壓和回油建立了聯(lián)系，更易導致回油壓力高保護動作。針對這一問題，在供油泵房再增加一路管道，把供油泵出口進油管路提前和回油調節(jié)閥聯(lián)系起來(見圖5)。這樣啟動鍋爐的點火油壓就能時刻通過回油再循環(huán)閥來進行有效控制。此時的調節(jié)點由于在遠離啟動鍋爐房的油泵房內，那么對燃燒器回油管路的回油壓力影響較小，使得燃燒器回油壓力較穩(wěn)定。對于回油調節(jié)式油槍來講，最低負荷時，其回油壓力是最高的，只要此時回油壓力低于其保護值，那么隨著后面負荷的增加，其回油壓力只會更低，確保了啟動爐不會再因為回油壓力高而保護動作熄火。

圖5 在油泵房內再增加旁路管道

在實際點火過程中，發(fā)現(xiàn)點火油槍常常點火不成功，后拆開點火油槍頭部，發(fā)現(xiàn)總有些細小的橡膠類物質堵塞部分油槍噴口，造成油槍霧化效果差，點火燃燒不好、強度不夠導致火檢時檢測不到。通過分析發(fā)現(xiàn)，在整個啟動鍋爐供油系統(tǒng)中，可在啟動鍋爐供油泵的進口處設置30目的粗濾網，此濾網主要是保護啟動鍋爐供油泵。對于燃燒器油槍細小噴頭來講，需要再增加細濾網防止油槍被堵塞。后來了解到，前期廠家和設計院相互配合時出現(xiàn)了問題，廠家未對燃燒器進口濾網的要求提資給設計院，而設計院就沒設計細濾網，重新和燃燒器廠家確認后，在通向啟動鍋爐燃燒器前的供油管路上增加了一個400目的細濾網(見圖6)，來攔截更為細小的雜質顆粒，后面就沒再發(fā)生雜質堵塞油槍事件。

圖6 進啟動鍋爐燃燒器前增加400目濾網

2.2 啟動鍋爐的啟動排汽容量與最低燃燒負荷需匹配

通常啟動鍋爐都設置有啟動排汽管路，作用就是在外界用汽量沒有或者不大的條件下，啟動鍋爐升溫、升壓的過程中，滿足最小燃燒負荷下啟動鍋爐蒸汽受熱面管內能有足夠量的蒸汽冷卻受熱面管，從而維持啟動鍋爐安全穩(wěn)定運行的需要，同時輔助控制啟動鍋爐升壓速率(見圖7)。在進行啟動鍋爐蒸汽吹掃的過程中，發(fā)現(xiàn)啟動鍋爐在燃燒器規(guī)定的最小燃料量的運行方式下，其啟動排汽容量無法滿足此負荷下啟動爐連續(xù)安全運行。由于過熱器中沒有足夠的蒸汽來冷卻受熱面，容易造成過熱器超溫，雖然啟動爐不設管壁溫度，從過熱器出口蒸汽溫度在減溫前比設計滿負荷時熱力計算值380 ℃還要高50 ℃，達430 ℃，由此可以看出受熱面存在超溫運行。根據(jù)燃燒器提供的負荷曲線，滿負荷燃油量達到3.098 t/h，而最小負荷燃料量達1.6 t/h，其最小負荷的燃料量達到滿負荷時的50%，其啟動排汽的設計容量僅有30%。在此排汽容量下，如果外部沒有用汽量，即使啟動鍋爐在最小負荷點，也不能連續(xù)穩(wěn)定運行。

圖7 輔助蒸汽系統(tǒng)圖

在輔助蒸汽吹掃過程中，采用調節(jié)輔助蒸汽至除氧器電動調節(jié)門開度來輔助控制啟動鍋爐的升壓速率，滿足啟動鍋爐在最小燃燒負荷下穩(wěn)定運行足夠蒸汽通流量的需要，控制輔助蒸汽其他各用戶每小時降壓吹管的次數(shù)不大于4次。后面在正常的投運過程中，依靠打開到磨煤機滅火蒸汽和空預器吹灰的暖管疏水閥門來滿足啟動鍋爐最小負荷下蒸汽通流的需要，此種設計的不匹配也造成了一定蒸汽的損失。

2.3 優(yōu)化啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)

大型鍋爐往往都是懸吊式的，有利于向下膨脹，大都用煤作為燃料，底部又設置有撈渣機，因此其水冷壁的最底面高度比鍋爐0 m放置的排污擴容器的高度要高，只要在底面設置足夠管徑的排放管，使排放量和沖洗要求的水量相平衡。這樣在冷態(tài)水沖洗時就極易清除沉積在底部的雜質，取得很好的冷態(tài)沖洗效果在較短時間內滿足點火水質要求。點火后無壓放水也能把受熱面管的存水放盡。而啟動鍋爐大多是臥式爐，燒油或燒天然氣，其下聯(lián)箱直接安置在底部0 m層，其排污管從吸收膨脹和現(xiàn)場安裝考慮，檢修通道往往需往上成倒U型再進入定期排污擴容器合適的位置，這樣冷態(tài)水沖洗很難清除易積存在底面的雜質，清洗效果不佳，延長了水沖洗時間，點火后無壓放水也很難放盡內部的存水。后面在啟動鍋爐下聯(lián)箱的底部排放母管的最低位再增設足夠管徑的排放管(見圖8)，直接接至降溫池中，供冷態(tài)水沖洗和點火后的無壓放水用，即提高了鍋爐冷態(tài)沖洗效果，又避免了停爐后因有不合格的存水導致鍋爐受熱面的腐蝕。

圖8 啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)優(yōu)化

2.4 啟動鍋爐煙道尾部積存冷凝水問題

啟動鍋爐的除氧器用汽的汽源來自啟動鍋爐的主蒸汽管道，在啟動初期，低負荷階段，蒸汽品質和參數(shù)不足以投入啟動爐除氧加熱系統(tǒng)，給水的除氧通過加聯(lián)氨的方式進行化學除氧，無法投用加熱蒸汽使得省煤器的進水溫度在30～35℃之間；再加上初期的低負荷，使得省煤器出口的排煙溫度低于50℃，遠遠低于煙氣的露點溫度，造成大量的凝結水凝結下來；加上啟動鍋爐的省煤器是水平布置在煙道里，若煙道低位不設置疏放水點，就會積存在煙道里，減小了煙氣的通流截面，增大了阻力損失，并且熱煙氣遇到冷凝水溫度驟降，易增加煙道的振動。后在省煤器底部增加了疏放水管道，當煙氣溫度低于露點溫度時及時打開疏放水門，排盡其中的冷凝液；當高負荷投入除氧器加熱提高給水溫度使得排煙溫度高于露點溫度時，關閉省煤器疏放水閥門，防止煙氣從疏放水管路中排出。

3 結語

(1)當新建電廠首臺機組需要啟動，但未有老廠提供啟動蒸汽的汽源時，啟動鍋爐將起著非常重要的作用。啟動鍋爐本體及配套系統(tǒng)的合理設計也是啟動鍋爐能否安全穩(wěn)定投入運行的關鍵。

(2)燃油系統(tǒng)的設計需要考慮在鍋爐點火前要提前建立油循環(huán)，越能靠近鍋爐燃燒器的油循環(huán)，越能大范圍濾去管路雜質，防止雜質進入油槍噴頭影響霧化效果。

(3)啟動鍋爐的啟動排氣設計容量應能滿足啟動鍋爐燃燒器最小負荷工況下的安全運行需要，這樣啟動鍋爐在沒有外界負荷的情況下，能維持運行并能起到良好的熱備用作用。

(4)啟動鍋爐疏放水系統(tǒng)的設計要考慮冷態(tài)大流量水沖洗的需要，有效去除易沉積在管道最底面的雜質，以及熱態(tài)無壓放水時能放盡爐水，降低停運期間的管路腐蝕程度。

(5)啟動鍋爐在啟動初期，除氧器無法投入加熱蒸汽來加熱給水，使得排煙溫度遠低于煙氣露點溫度，在尾部水平煙道省煤器處容易產生積水，如這些積水不能有效去除，極易引發(fā)煙道的振動。