鍋爐輔助蒸汽在火電廠的應用

鍋爐輔助蒸汽在火電廠的應用

0鍋爐發(fā)電機從何底宣除了供電網(wǎng)，新的發(fā)電廠通常遠離城市和其他工業(yè)公司，即不提供國外的蒸汽。為確保新機組安全啟動都同時裝設了啟動鍋爐,以提供機組啟動用蒸汽。隨著新建機組逐臺啟動投產(chǎn),啟動鍋爐也就完成了它的歷史使命(啟動蒸汽轉由已投產(chǎn)運行的機組提供)、結束了繼續(xù)存在的意義。某新建電廠裝設2臺260t/h循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機組。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)、供應蒸汽的工業(yè)企業(yè)。在初步設計審查時,電廠參建技術人員提出不裝設啟動鍋爐的建議,取得了初設審查專家組認可。該廠2004年上旬開工建設,2臺機組分別于2005年8月和12月通過96h滿負荷連續(xù)試運行并投產(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鍋爐水壓試驗加熱為確保鍋爐、汽輪機組設備安全和達到工藝效果要求,火力發(fā)電廠鍋爐汽輪發(fā)電機組的啟動過程(包括冷態(tài)啟動和熱態(tài)啟動)需要用到的蒸汽,包括鍋爐點火油系統(tǒng)伴熱和油槍吹掃蒸汽、鍋爐水壓試驗加熱蒸汽、預烘爐加熱蒸汽、鍋爐受熱面清洗加熱蒸汽、鍋爐點火啟動前爐水加熱蒸汽、汽輪機沖轉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。最關鍵的是鍋爐水壓試驗、汽輪機軸封加熱。(1)鍋爐點火油系統(tǒng)伴熱和油槍吹掃蒸汽:鍋爐點火用油,大多選用輕柴油和重油等,環(huán)境溫度較低時,點火用油粘度增大甚至凝結,影響循環(huán)流動性、霧化性和鍋爐點火需求,一般采用加裝蒸汽伴熱管道進行加熱;為防止油槍堵塞和積油,也在油槍啟動前后用蒸汽進行吹掃。(2)鍋爐水壓試驗加熱:鍋爐水壓試驗,特別是超水壓試驗屬破壞性試驗,必須確保環(huán)境溫度、爐水溫度、汽包壁溫達到要求時才可進行;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,保證水壓試驗用水溫度和鍋爐汽包壁溫在要求范圍。(3)鍋爐預烘爐:電廠鍋爐爐膛內(nèi)都敷設有衛(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;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行,也稱為預烘爐,待澆注料溫度達到一定時才點燃烘爐油槍進行明火或煙氣烘爐,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,防止受熱面因結垢、腐蝕引起事故以及提高水汽品質(zhì),必須對新裝鍋爐進行清洗,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,主要是預先在汽包或底部集箱通入啟動蒸汽,將爐水加熱到適當溫度,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)量分數(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)汽輪機沖轉前軸封加熱:汽輪機沖轉前,特別是熱態(tài)啟動,應先向軸封供汽,然后抽真空,以防止大量冷空氣從軸封段被吸進汽輪機內(nèi),造成軸封段轉子收縮,脹差負值增大,甚至超過允許值等而出現(xiàn)安全問題。依汽輪機金屬溫度不同,投入的軸封蒸汽參數(shù)也不同。通常采用啟動蒸汽進行加熱。這些加熱蒸汽的使用,關系到鍋爐汽輪發(fā)電機組能否安全順利啟動投產(chǎn),因此,不裝設啟動鍋爐必須要有達到“使用這些加熱蒸汽所要達到的目的”的替代方案或解決加熱蒸汽來源的措施。2啟動運行狀況裝設啟動鍋爐的目的是為遠離城鎮(zhèn)或其他工業(yè)企業(yè)、無外來蒸汽供應的新建燃煤火力發(fā)電廠提供啟動蒸汽。優(yōu)點是壓力低、出力小、啟動快;缺點是效率低、能耗大。裝設啟動鍋爐就是利用其優(yōu)點,以實現(xiàn)第1臺機組安全啟動運行投產(chǎn),同時也存在以下問題:(1)啟動鍋爐是一套嚴格、完整的蒸汽壓力鍋爐系統(tǒng),必須完全按特種設備監(jiān)察規(guī)程進行管理,包括設計、安裝和試運行、投產(chǎn)等,是一重大危險源,必須有一套嚴格的安全保障設施和管理措施,并須進行定期檢測檢驗,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、運行維護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。3對點火燃油進行加熱(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、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到要求溫度時才開始注入。因此,完全可利用本機組鍋爐自配的點火油槍或其他專用油槍直接進行點火加熱。當然,燃油系統(tǒng)要提前施工、在水壓試驗前投入運行或采取移動式供油。(3)對點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)生燃油因隔離不嚴而進入全廠輔助蒸汽系統(tǒng)的事故。(4)對汽輪機軸封和除氧器,只能依賴蒸汽進行密封、加熱?？衫帽緳C鍋爐冷態(tài)啟動過程逐漸產(chǎn)生的新蒸汽、通過專門設置的減溫減壓裝置提供合適壓力溫度的蒸汽進行加熱;對大型機組也可結合、利用一次旁路裝置減溫減壓后提供的蒸汽進行加熱。4當前區(qū)塊管理系統(tǒng)的應用4.1加熱伴熱系統(tǒng)某電廠鍋爐點火采用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,不須裝設加熱伴熱系統(tǒng)。對點火油槍,考慮到使用0號輕柴油,采用在啟動前進行油槍清理、必要時進行霧化試驗措施確保油槍不堵塞,并裝設隔離措施(循環(huán)流化床鍋爐為正壓燃燒鍋爐,如不采取隔離措施,高溫熱氣流會沿油槍套筒噴出),在機組運行時也可抽出油槍進行清理。4.2水壓試驗溫度《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》第198條“……水壓試驗應在周圍氣溫高于5℃時進行,低于5℃時必須有防凍措施。水壓試驗用的水應保持高于周圍露點的溫度,以防止鍋爐表面結露,但也不宜高以防止引起汽化和過大的溫差應力,一般為20~70℃。合金鋼受壓元件的水壓試驗溫度應高于所用鋼種的脆性轉變溫度?！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)運行時增加了受熱面爆漏機率。鍋爐廠和質(zhì)監(jiān)局都同意周圍氣溫高于12℃以上時進行超水壓試驗。實際上,某電廠1號鍋爐超水壓試驗時間為2004-12-17,2號鍋爐則在2005-05-12進行,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時無外來蒸汽加熱,也未進行爐內(nèi)油槍點火加熱升溫。4.3澆注料的選擇(1)鍋爐澆注料結構布置。某電廠260t/h循環(huán)流化床鍋爐為東方鍋爐(集團)股份有限公司引進美國福斯特·惠勒能源公司(FWEC)技術改進生產(chǎn),澆注料結構布置為爐膛、汽冷旋風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60mm厚耐磨澆注料;床下點火風道、床下風室、J閥返料器、風水聯(lián)合冷渣器、旋風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合結構,氣流側(內(nèi)側)為耐熱或耐磨澆注料(厚約80~100mm),金屬管壁側(外側)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)鍋爐澆注料結構布置和材料特性,烘爐關鍵部分是床下點火風道、床下風室、J閥返料器、風水聯(lián)合冷渣器、旋風分離器出口煙道,水冷壁和旋風分離器的耐磨澆注料則不需烘烤,因此通入蒸汽預烘爐已無意義。為此,采用小油槍爐外點火煙氣烘爐方案:分別在點火風道、J閥返料口(爐膛內(nèi))、風水聯(lián)合冷渣器、旋風分離器進口共布置10臺小油槍,根據(jù)旋風分離器出口煙溫和各部位澆注料溫度(埋設測溫點)啟、停油槍臺數(shù),并在爐膛出口與旋風分離器之間設置臨時隔墻,以確保大部分煙氣通過J閥返料系統(tǒng)到達旋風分離器出口煙道。當然,大量高溫煙氣會通過爐膛和旋風分離器,對敷設于爐膛和旋風分離器上的耐磨澆注料進行烘烤。經(jīng)現(xiàn)場檢測驗收,烘爐達到了預期效果。4.4未建貯灰場清洗(1)某電廠采用氣力干除灰和機械干除渣,灰渣全部采用汽車外運進行綜合利用,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到125~130℃,再進行EDTA循環(huán)清洗。清洗效果達到預期要求。4.5減溫減量到軸封加熱汽這是最關鍵的問題,特別是軸封加熱。如果此問題解決不了,機組將無法啟動,但要利用本機組鍋爐產(chǎn)生的一次新蒸汽作為汽輪機軸封蒸汽和除氧器加熱蒸汽,似沒有先例,設計院不知參數(shù)如何選擇,廠家也不知設備如何配置。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,要實現(xiàn)確實存在較大的困難。為此,電廠對設計院和廠家提出設想要求: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行,并要提供滿足軸封加熱要求的蒸汽量,以確保汽輪機安全順利啟動;c.一次蒸汽參數(shù)較低時可全開調(diào)節(jié)閥、不需進行減溫減壓調(diào)節(jié),一次蒸汽參數(shù)較高時則進行調(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)已滿足汽輪機沖轉要求,但減溫減壓裝置投運后,軸封加熱蒸汽卻無法達到要求。蒸汽量不足。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn),減壓調(diào)節(jié)閥為2級減壓結構,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)場決定采用擴孔方案處理,就地增加2個D16mm孔,復裝后達到要求,機組安全沖轉。機組投產(chǎn)后1a多來,該減溫減壓裝置達到了預期效果,實踐了冷態(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。在相鄰機組運行時也可停用減溫減壓裝置而切換使用全廠輔助蒸汽進行啟動軸封加熱。減溫減壓裝置可隨時啟動。裝設減溫減壓裝置后,機組啟動不再依賴外來蒸汽,因此,可以安排全廠機組同時停運檢修,不必再擔心檢修完畢后無啟動蒸汽而不能啟機的問題了。4.6鍋爐運行費用及相關費用某電廠初步設計時擬配置的啟動鍋爐為WZS10-1.25/300-Y型,壓力為1.25MPa;概算費用為121.63萬元,包括土建、設備及安裝費用。減溫減壓裝置費用為29萬元,相關配件及安裝費用約2萬元。相差費用達到近90萬元,還未計啟動鍋爐的運行成本和大量維修維護以及報廢拆除等費用。其他系統(tǒng)、工藝投資則基本不變。5石量和調(diào)濕機械循環(huán)流化床鍋爐機組啟動關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,符合設計要求;床溫在540~700℃直接投燃煤矸石量達60%的燃料,無需添加其他點火優(yōu)質(zhì)煤。為節(jié)約廠用電,多數(shù)火力發(fā)電廠在機組啟動前都是由疏水箱經(jīng)疏水泵向鍋爐上水,當溫度、壓力達到一定量才改由除氧器經(jīng)給水泵向鍋爐補水,即機組冷態(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到2.0MPa前通過鍋爐點火對空排汽或通過主蒸汽管道暖管排到擴容器而排出,不影響啟動蒸汽品質(zhì)。并且現(xiàn)代