彭　群

(浙江大唐國際 紹興江濱熱電有限責任公司，浙江 紹興 312366)

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燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組快速啟動中水汽品質控制與監(jiān)督

彭群

(浙江大唐國際 紹興江濱熱電有限責任公司，浙江 紹興 312366)

摘要：針對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組快速啟動中，余熱鍋爐化學水系統(tǒng)在機組熱態(tài)、溫態(tài)、冷態(tài)啟動過程中如何保證蒸汽的氫電導率和啟動階段水汽品質快速合格等問題進行分析，為同類型機組快速啟動提供相關數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

關鍵詞：燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組；快速啟動；余熱鍋爐；水汽品質

隨著國內對環(huán)境保護方面的重視，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組越來越多。燃機利用天然氣燃燒發(fā)電，其排放的煙氣中幾乎沒有SO2產生。M701F4型燃氣輪機采用干式低NOx燃燒技術燃燒氣體燃料，在燃燒天然氣時，無需注入蒸汽和水就能達到低NOx排放，能有效保護環(huán)境和改善環(huán)境質量。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有啟動快速、成功率高、運行方式靈活等優(yōu)點，大大改善了電力系統(tǒng)運行環(huán)境，增強了系統(tǒng)的調峰能力和事故應急能力[1]。

1機組介紹

某公司采用三菱M701F4型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，全廠共配有2套。每套機組配置由1臺燃氣輪機、1臺余熱鍋爐、1臺蒸汽輪機和1臺發(fā)電機組成，按燃氣輪機、蒸汽輪機、發(fā)電機的順序排列，從發(fā)電機端看，機組轉向為順時針。機組聯(lián)合循環(huán)最大出力可達452 MW。汽輪機為三壓、再熱、雙缸、向下排汽、可背壓可純凝式汽輪機，型號為TC2F-35.4。余熱鍋爐采用杭州鍋爐廠生產的三壓、再熱、臥式、無補燃、自身除氧、自然循環(huán)鍋爐，露天布置，型號為NG-M701F4-R2。余熱鍋爐水汽品質依據(jù)《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》(GB/T 12145—2008)[2]和《浙江省燃機電廠水汽質量合格率統(tǒng)計指標的規(guī)定(試行)》進行控制。

2水汽監(jiān)督方式

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組的化學補給水處理流程是：工業(yè)水→陽床→除碳器→陰床→混床→除鹽水箱。余熱鍋爐通過自身除氧，給水采用氨-聯(lián)氨的還原性全揮發(fā)處理(AVT(R))方式。同時，由于系統(tǒng)采用低壓汽包爐水(由低壓給水組成)作為中、高壓爐水的給水，所以低壓爐水不進行處理，中、高壓汽包爐水采用低磷酸鹽處理(LPT)方式。中、高壓爐水系統(tǒng)壓力等級不同，水汽指標根據(jù)國家標準和《浙江省燃機電廠水汽質量合格率統(tǒng)計指標的規(guī)定(試行)》要求進行控制。

鍋爐啟動后，汽機沖轉前的蒸汽質量按表1所示的相關數(shù)據(jù)執(zhí)行，并應在機組冷態(tài)啟動沖轉8 h內，溫態(tài)沖轉6 h內，熱態(tài)沖轉2 h內恢復到正常運行水平。

表1　汽機沖轉前的蒸汽質量

燃機啟動中壓旁路打開后(旁路循環(huán)建立)，低壓爐水質量按表2執(zhí)行，并在熱啟動2 h內恢復正常運行水平。

表2　鍋爐啟動后低壓爐水質量

機組在正常運行時的水汽質量按表3執(zhí)行[2]。

表3　機組運行中的化學監(jiān)督項目

表3　(續(xù))

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組化學監(jiān)督與一般火電廠的不同點如下所示。

1)鍋爐沒有直接的燃料，燃氣輪機做功后的煙氣溫度依然很高，高溫煙氣進入余熱鍋爐煙道，煙氣中的熱量被余熱鍋爐各模塊充分吸收，加熱水后產生蒸汽來推動汽輪機做功發(fā)電。因此，余熱鍋爐-汽輪機的水汽系統(tǒng)是監(jiān)督的重點[1]。

2)余熱鍋爐具有3個不同壓力等級(高壓12.93 MPa、中壓4.41 MPa、低壓0.79 MPa)的汽包和水汽系統(tǒng)，各個系統(tǒng)之間既緊密聯(lián)系又相互獨立。因此，在水汽監(jiān)督上應采用不同的標準進行控制。

3)機組一般作為調峰機組運行，具有啟停快速、成功率高的特點。機組采用的晝起夜停運行方式對水汽系統(tǒng)水質有很大的沖擊，為保持鍋爐化學水工況的平衡和機組水汽品質的穩(wěn)定性帶來了一定難度，對水汽質量標準提出了更嚴格的要求。

4)由于燃氣機組自動化程度高，人員編制少(一般沒有化學運行人員)，所以對化學在線儀表依賴性特別強。這就要求配備齊全的化學在線儀表，同時儀表具有良好的穩(wěn)定性、準確性[3]。

5)中、高壓汽包底部設置有啟動排污連接，并且蒸發(fā)器底部設有定期排污。

3燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組在快速啟動中水汽品質控制與監(jiān)督

3.1燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組的化學監(jiān)督

3.1.1凝結水系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

1)凝結水管道沖洗及凝汽器補水：開啟2臺凝結水泵進、出口電動閥，開啟2臺凝結水泵入口濾網(wǎng)放水手動閥、2臺凝結水泵逆止閥與電動閥間放水手動閥，開啟凝汽器底部放水手動閥、凝結水雜用水母管放水手動閥，放盡凝汽器及凝結水管道內的殘留水。

2)凝汽器注水正常后，確認凝結水系統(tǒng)各放水閥均已關閉，除鐵器已退出，投入軸加及凝結水再循環(huán)，并將凝汽器水幕噴水手動開啟，啟動工頻凝結水泵沖洗凝結水系統(tǒng)30 min后，通過凝結水母管放水至定排電動閥，將凝汽器放水至500 mm后停運凝結水泵。在此期間啟動凝結水輸送泵沖洗凝汽器正常補水及緊急補水管道(如有需要沖洗供熱補水及供熱緊急補水管道)。開啟2臺凝結水泵入口濾網(wǎng)放水手動閥，開啟凝汽器底部放水手動閥將凝汽器內的水放盡。

3)當結水含鐵量大于1 000 μg/L時，通過凝結水母管放水至定排電動閥排放；當結水含鐵量≤1 000 μg/L時，投運除鐵器，直至該系統(tǒng)沖洗結束。凝結水質合格后對2臺真空泵放水、沖洗。

4)凝結水系統(tǒng)沖洗結束之后，整個冷態(tài)啟動階段及正常運行階段必須100%投運除鐵器，嚴禁凝結水除鐵器退出運行或部分旁路運行。

3.1.2 低壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖見圖1。

圖1　低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖

1)原則上，低壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗是通過啟動凝結水輸送泵，向低壓鍋爐上水沖洗。如果通過凝結水泵向低壓系統(tǒng)上水沖洗，應保證凝結水系統(tǒng)已沖洗完成，凝結水系統(tǒng)除鐵器已投運且凝結水含鐵量小于100 μg/L。

2)如果2臺機組長期停運1個月以上，或凝補水箱正在被檢修，進行凝汽器補水及低壓系統(tǒng)上水前應對凝補水箱內除鹽水取樣化驗，要求除鹽水電導率小于0.2 μs/cm。

3)啟動凝結水輸送泵對低壓系統(tǒng)上水沖洗，低壓省煤器1滿水后，全開凝結水再循環(huán)泵旁路閥，開啟低壓省煤器1、2各支路放水，對低壓省煤器沖洗。低壓省煤器沖洗30 min后，開啟低壓蒸發(fā)器定排，高、中壓給水泵入口管道放水，并將低壓汽包上水至合適水位。低壓系統(tǒng)沖洗期間，對高、中壓給水泵泵體及入口管路放水沖洗至水質清澈。

4)如果低壓汽包見水時，各放水點水很臟且渾濁，或者低壓省煤器、低壓爐水任一含鐵量大于500 μg/L時，停止上水。對低壓系統(tǒng)進行整爐放水，放水完成后重新上水。

5)低壓爐水含鐵量小于200 μg/L時，低壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗結束，可以向高、中壓系統(tǒng)上水。

3.1.3高、中壓系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗

高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖如圖2所示。

1)低壓系統(tǒng)沖洗合格后，開啟高、中壓省煤器各支路放水，啟動給水泵，進行高、中壓省煤器系統(tǒng)沖洗，同時開啟TCA水側入口旁路閥，交換微開TCA回水至凝汽器調節(jié)閥、TCA回水至高壓汽包調節(jié)閥對TCA水側沖洗。中壓省煤器滿水后，開啟中壓蒸發(fā)器定排，并將中壓汽包上水至合適水位；高壓省煤器1、2滿水后，開啟高壓蒸發(fā)器定排，并將高壓汽包上水至合適水位，進行取樣化驗。

圖2　高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗系統(tǒng)圖

2)高壓汽包見水時，各放水點水很臟，且渾濁，或高壓省煤器、高壓爐水任一含鐵量大于500 μg/L時，停止上水，對高壓系統(tǒng)進行整爐放水，放水完成后重新上水。

3)中壓汽包見水時，各放水點水很臟，且渾濁，或中壓爐水含鐵量大于500 μg/L時，停止上水，對中壓系統(tǒng)進行整爐放水，放水完成后重新上水。

4)高、低壓省煤器及高、中、低壓爐水含鐵量均小于200 μg/L時，高、中壓系統(tǒng)冷態(tài)沖洗結束。

3.1.4冷態(tài)啟動中鍋爐熱態(tài)沖洗

1)鍋爐點火后，高、中、低壓系統(tǒng)升壓至0.3～1.0 MPa，最大限度地開啟鍋爐連排和定排，直至爐水含鐵量小于200 μg/L。熱態(tài)沖洗應在機組啟動完成前結束。如果機組啟動完成(汽機進汽完成，負荷達到225 MW)，熱態(tài)沖洗未完成，機組應停止升負荷，加強排污。若爐水很臟，且渾濁，應停運機組，進行整爐放水后重新上水啟動。

2)沖洗過程中，將儀表管、取樣管等管路同時進行沖洗并投運取樣裝置與分析儀表。

3)鍋爐點火后，根據(jù)水質情況調整給水加氨和聯(lián)氨量，盡可能使給水pH值及水中含氧量符合給水標準。

4)鍋爐高、中、低壓升壓至0.3～0.5 MPa時，沖洗取樣管道，并投運對應壓力取樣分析裝置。

5)高、中壓系統(tǒng)升壓至1.5 MPa時，低壓系統(tǒng)升壓至0.3 MPa時，分析爐水水質，根據(jù)水質情況啟動磷酸鹽加藥泵向汽包加藥。同時根據(jù)水質情況通知機組長調整鍋爐連排和定排。

6)高壓汽包升壓至2.5 MPa時，分析給水、爐水水質及蒸汽品質，根據(jù)水汽品質情況調整各加藥量、排污及鍋爐的運行工況。

7)啟動過程中，還應密切觀察鍋爐補給水和爐水外觀。當發(fā)現(xiàn)爐水渾濁時，應加強爐內處理(即加大加藥量)及定排、連排，必要時申請采取降負荷及停爐放水等措施，直至爐水澄清。

圖3所示為2013年12月11日冷態(tài)啟動各水質的鐵含量曲線。圖4所示為機組點火后各水質的鐵含量曲線。機組停運30天從曲線可以看出冷態(tài)沖洗結束后，機組2:48點火，3:21并網(wǎng)后水質鐵離子含量很快達到合格范圍。

圖3　冷態(tài)啟動各水質的鐵離子含量曲線

圖4　機組點火后各水質的鐵含量曲線

3.2機組啟停及運行階段汽水品質監(jiān)督

機組在正常晝起夜停運行方式中，機組一般為熱態(tài)或溫態(tài)啟動，啟動迅速。水汽質量能夠在機組熱態(tài)啟動并網(wǎng)2 h內，溫態(tài)啟動并網(wǎng)6 h內達到合格水平。下面抽取2014年3月3日1#機組的汽水品質監(jiān)督數(shù)據(jù)進行說明。

圖5所示為機組負荷曲線，從曲線看出，機組5:23啟動，5:57并網(wǎng)，8:09至滿負荷458 MW只需2.5 h左右，啟動快速。機組的啟停對水汽質量參數(shù)有很大的影響。其中，包括本身機組水汽質量變化(因負荷壓力等參數(shù)變化)，如溶解氧、氫電導。另外，對于在線儀表的影響，主要是機組停運時儀表流量不足，導致在線數(shù)據(jù)測量不準，如爐水磷酸根、蒸汽鈉離子、硅酸根離子等。

圖5　冷態(tài)啟動機組負荷曲線

圖6和圖7記錄了機組2013年12月11日冷態(tài)沖洗后凝結水水質中溶解氧及氫電導變化曲線。

圖6　啟動及運行時凝結水溶解氧變化曲線

表4為2013年3月3日至2013年3月8日機組滿負荷運行時的水汽品質數(shù)據(jù)。從表中看出，每日機組滿負荷時水質指標都控制在合格范圍內，飽和蒸汽硅一般穩(wěn)定在1～3 μg/kg，中、高壓爐水磷酸鹽為0.5～1.0 mg/L，鈉穩(wěn)定在3 μg/kg以下。只有部分氫導在不合格范圍內，但通過加大連排，也能很快恢復到合格范圍內。

圖7　啟動及運行時凝結水氫電導變化曲線

3.3運行經(jīng)驗總結及建議

分析近一年來的余熱鍋爐水汽品質，發(fā)現(xiàn)要保證水汽品質，應做好以下工作。

1)嚴格執(zhí)行機組啟動前各個系統(tǒng)的沖洗工作。對于確保汽輪機設備安全、降低水汽系統(tǒng)雜質沉積和腐蝕、凝汽器泄漏的判斷等，氫電導率是貫穿水汽系統(tǒng)的核心化學控制指標。當蒸汽的氫電導率上升，表示水汽系統(tǒng)陰離子含量增加，雜質會在高負荷區(qū)析出，從而引起垢下腐蝕[4]。同時，當水汽系統(tǒng)低分子有機酸含量較高時，由于氨的分配系數(shù)高于酸根，在汽輪機低壓缸初凝區(qū)，氨主要分配于汽相使氨含量較低，導致初凝水pH值降低，引起金屬的酸性腐蝕。因此，沖洗及運行過程中應嚴格控制給水pH值，以防止凝結水和低溫給水系統(tǒng)的腐蝕。

2)在保證pH值的基礎上，降低爐水含鹽量從而控制沉積物腐蝕的產生，減少蒸汽污染。磷酸根的含量控制在0.5～3 mg/L，爐水pH值控制在9.2～9.6[5]。

3)啟動初期加強連排和利用啟動排污，降低腐蝕產物的沉積和減少蒸汽的帶水量及溶解攜帶量，合理調整加藥量，保持余熱鍋爐運行工況和爐水水質穩(wěn)定，避免水質大幅度波動。

表4　機組滿負荷時的水汽品質數(shù)據(jù)

表4　(續(xù))

4結束語

經(jīng)過一年的運行，無論是冷態(tài)啟動還是熱態(tài)啟動，各個水汽系統(tǒng)的品質都能在2 h內達到合格水平，關鍵是嚴格執(zhí)行各個系統(tǒng)的沖洗并且巧妙利用啟動排污，保證燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在啟停頻繁、快速調峰的特點下安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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A Study on the Control and Monitoring of the Quality of Water Vapor During the Quick Start of the Gas-Steam Combined Cycle Unit

PENG Qun

(Zhejiang Shaoxing Jiangbin Thermoelectricity Co., Ltd. of Datang International Power Generation Co., Ltd.，Shaoxing Zhejiang 312366，P.R.China)

Abstract：This article expounds the problems like how the chemical water treatment system of the exhaust-heat boiler ensures the hydrogen conductivity of the steam and how it ensures that the quality of water vapor is quickly up to standard during the hot，warm and cold quick starts of the gas-steam combined cycle unit，to provide relevant data and experience for quick starts of similar units．

Key words：gas-steam combined cycle unit；quick start；exhaust-heat boiler；quality of water vapor

收稿日期：2015-09-17

作者簡介：彭群(1975-)，助理工程師，主要從事電廠化學監(jiān)督及分析工作。

中圖分類號：TM611

文獻標識碼：A

文章編號：1008-8032(2016)02-0035-06