熊建國(guó)，韓高巖，楊利平，呂洪坤，李 劍，孫五一

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.浙能阿克蘇熱電有限公司， 新疆 阿克蘇 843000；3.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014）

0 引言

在我國(guó)新疆地區(qū)，水資源分布不均，南疆水資源匱乏，而燃煤發(fā)電廠在調(diào)試期間用水耗能較大[1]，據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，配有爐水循環(huán)泵的百萬(wàn)機(jī)組在沖管期間所消耗除鹽水量高達(dá)約4萬(wàn)t、耗煤量約2 000 t，而無(wú)爐水循環(huán)泵機(jī)組在沖管期間因無(wú)法回收大部分熱態(tài)工質(zhì)，造成大量工質(zhì)和能量的浪費(fèi)，使消耗的除鹽水及煤量更大[2-3]。在南疆缺水地區(qū)，除鹽水供應(yīng)不足已成為機(jī)組鍋爐沖管順利進(jìn)行的制約因素，而我國(guó)對(duì)于沖管的研究主要在于大容量機(jī)組沖管經(jīng)驗(yàn)介紹、不同沖管方式對(duì)比及沖管安全性等方面，對(duì)于鍋爐沖管節(jié)水節(jié)能方面的探討卻不多[4-6]。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)火電建設(shè)提出一系列限制政策，但《電力發(fā)展十三五規(guī)劃（2016—2020 年）》中指出“十三五”期間投產(chǎn)機(jī)組容量仍有約2億kW，新建機(jī)組鍋爐沖管節(jié)水節(jié)能仍有一定空間。

1 沖管原理及機(jī)組鍋爐簡(jiǎn)介

1.1 沖管的基本原理

鍋爐沖管是通過(guò)高溫蒸汽的沖刷力，將蒸汽管道中的鐵銹、殘留垃圾、塵土等雜物帶出，從而保證后期進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽品質(zhì)合格。鍋爐在沖管過(guò)程中，當(dāng)沖管系數(shù)大于1時(shí)，沖管才有效果。在實(shí)際沖管過(guò)程中參考的是過(guò)熱器和再熱器的壓降比，當(dāng)壓降比大于1.4時(shí)，沖管是有效的。沖管系數(shù)和壓降比的定義如式（1）和（2）所示，沖管達(dá)一定次數(shù)后，在管道中放入靶板來(lái)檢驗(yàn)沖洗管道的潔凈度是否合格[7]。

式中：k為沖管系數(shù)；G為吹管工況蒸汽流量；v為吹管工況蒸汽比體積；G0為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)的蒸汽流量；v0為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)的比體積。

式中：β為壓降比；ΔP沖為吹管工況某區(qū)段流動(dòng)壓降；ΔPBMCR為鍋爐最大出力工況下該區(qū)段流動(dòng)壓降。

1.2 機(jī)組爐側(cè)簡(jiǎn)介

新疆某發(fā)電廠供熱機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的350 MW等級(jí)超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，是單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，型號(hào)為SG-1173/25.5-M4418。爐膛由下部的螺旋膜式水冷壁和上部的垂直膜式水冷壁構(gòu)成。該鍋爐配有不帶啟動(dòng)循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)分離器及儲(chǔ)水箱均布置在爐前。鍋爐采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，配有5臺(tái)ZGM95型中速磨煤機(jī)，在A/B層燃燒器處裝有2層微油槍。鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 沖管過(guò)程節(jié)水節(jié)能措施

2.1 加強(qiáng)水質(zhì)檢測(cè)，及時(shí)回收工質(zhì)

該發(fā)電廠機(jī)組汽水主要流程如圖1所示，沖管時(shí)期鍋爐首先進(jìn)行冷態(tài)沖洗，在集水箱水質(zhì)含鐵量較大時(shí)，給水經(jīng)由省煤器、水冷壁、汽水分離器、儲(chǔ)水箱及集水箱排污至廢水池中，水質(zhì)符合要求后通過(guò)啟動(dòng)疏水泵回收至排氣裝置[8]。在新疆供熱機(jī)組沖管時(shí)期，為節(jié)約除鹽水，在冷態(tài)沖洗階段增加集水箱水質(zhì)檢測(cè)頻率，根據(jù)DL/T 1076-2017《火力發(fā)電廠化學(xué)調(diào)試導(dǎo)則》要求，當(dāng)水質(zhì)中含鐵量低于1 000 μg/L時(shí)立即通過(guò)疏水泵回收儲(chǔ)水箱排水，通過(guò)化學(xué)精處理來(lái)過(guò)濾水中含鐵，進(jìn)而減少除鹽水浪費(fèi)。

圖1 機(jī)組汽水主要流程

當(dāng)水質(zhì)中含鐵量小于100 μg/L時(shí)，鍋爐冷態(tài)沖洗結(jié)束，點(diǎn)火進(jìn)入熱態(tài)沖洗。鍋爐熱態(tài)沖洗時(shí)要求分離器出口溫度在150~190℃。由圖1可知，熱態(tài)沖洗時(shí)，該供熱機(jī)組由于無(wú)爐水循環(huán)泵，含熱工質(zhì)只能通過(guò)疏水泵向排氣裝置進(jìn)行回收。由于此時(shí)汽輪機(jī)還未進(jìn)入進(jìn)汽階段，并且化學(xué)精處理投運(yùn)要求凝結(jié)水溫度低于65℃，因此只能回收小部分熱態(tài)工質(zhì)，大部分工質(zhì)和熱量只能直接排至廢水池，造成了浪費(fèi)。為增大熱態(tài)外排工質(zhì)回收比例，該供熱機(jī)組在熱態(tài)沖洗階段控制分離器出口溫度在160℃，盡可能通過(guò)疏水泵回收熱態(tài)工質(zhì)，同時(shí)控制精處理進(jìn)口凝結(jié)水溫度低于60℃。為了盡量降低分離器出口溫度，首先應(yīng)減少大氣擴(kuò)容器中熱態(tài)工質(zhì)的對(duì)空排放，其次可增加外排熱態(tài)工質(zhì)的回收比例。經(jīng)調(diào)試工況對(duì)比，當(dāng)分離器出口和凝結(jié)水溫度分別為160℃和60℃時(shí)，較溫度為190℃和55℃時(shí)可多回收約25%的外排熱態(tài)工質(zhì)。

2.2 選擇沖管方式，優(yōu)化沖管參數(shù)

機(jī)組鍋爐穩(wěn)態(tài)沖管所需供水量較大，由于除鹽水供應(yīng)不足，無(wú)爐水循環(huán)泵的機(jī)組無(wú)法對(duì)熱態(tài)水質(zhì)全部回收，進(jìn)而造成除鹽水和熱量浪費(fèi)[9-11]。因此本機(jī)組采用主、再熱管道串聯(lián)一步法來(lái)降壓沖管，沖管流程如圖2所示。

圖2 機(jī)組的沖管流程

沖管分三步：第一步，降壓串沖主再熱蒸汽系統(tǒng)30次，停爐12 h以上；第二步，鍋爐重新點(diǎn)火升溫升壓，繼續(xù)對(duì)主再熱蒸汽系統(tǒng)串沖30次，安排停爐12 h以上；第三步，鍋爐再次點(diǎn)火升溫升壓，繼續(xù)串沖主再熱蒸汽管道至打靶合格。

為了減少?zèng)_管耗水耗能，剩余小段高旁管道采用人工清理方式，另外調(diào)整沖管參數(shù)，盡量減少鍋爐沖管次數(shù)。降壓沖管時(shí)，在保證管道一定安全余量下可適當(dāng)提高蓄能壓力。機(jī)組鍋爐沖管過(guò)程中，蓄能壓力和主再熱器最大壓降比關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，提高蓄能壓力可有效提高主再熱器最大壓降比，同時(shí)延長(zhǎng)每次有效沖管時(shí)間。鍋爐沖管設(shè)施規(guī)格要求如表2所示，考慮到臨時(shí)管道規(guī)格及保有一定安全余量等要求，沖管期間將蓄能壓力提高至7.0 MPa，主再熱蒸汽壓降比也分別提高到1.67和2.14，增強(qiáng)了每次沖管效果，減少?zèng)_管次數(shù)。

圖3 最大壓降比與蓄能壓力關(guān)系

臨沖門的開關(guān)時(shí)間也影響每次沖管效果，沖管臨沖門1和2開到位時(shí)間分別為46 s和50 s，在蓄能壓力相等時(shí)，使用臨沖門1和臨沖門2沖管時(shí)的過(guò)熱器壓降比曲線對(duì)照如圖4所示，使用臨沖門1比使用臨沖門2的最大過(guò)熱器壓降比提高了約0.08，且有效沖管時(shí)間幾乎相同。因此，沖管過(guò)程中優(yōu)先選用開關(guān)時(shí)間短的臨沖門。

表2 沖管臨時(shí)設(shè)施的規(guī)格要求

圖4 不同臨沖門過(guò)熱器壓降比

綜上所述，在管道設(shè)備安全裕度內(nèi)，增大蓄能壓力、選用開關(guān)時(shí)間短的臨沖門等措施均可提高沖管系數(shù)，進(jìn)而減少?zèng)_管次數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)能的目的。

2.3 調(diào)整機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

2.3.1 適當(dāng)降低給水流量

鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，為了在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，防止水動(dòng)力不穩(wěn)定，規(guī)定其最小給水流量不低于最大給水流量的30%。在調(diào)試沖管期間，為節(jié)約除鹽水可適當(dāng)降低給水流量，但需同時(shí)注意監(jiān)視水冷壁溫度有無(wú)異常，進(jìn)而調(diào)整給水流量。由于水冷壁溫度是在水冷壁上等間距測(cè)定的，因此在監(jiān)視水冷壁溫度時(shí)，要較規(guī)定溫度報(bào)警值留有一定余量[12-13]。

該供熱鍋爐規(guī)定的最小給水流量為331 t/h，在沖管期間，為減少對(duì)除鹽水的消耗，降低了最小給水流量。在沖管蓄壓時(shí)流量降低為約150 t/h，垂直段水冷壁和螺旋水冷壁最大壁溫點(diǎn)最大值約為286℃和281℃，遠(yuǎn)低于水冷壁報(bào)警溫度493℃，末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器最大壁溫點(diǎn)最大值也遠(yuǎn)低于溫度報(bào)警值，主汽溫度和煙溫也都分別低于安全要求值420℃和520℃。沖管穩(wěn)定期間的給水流量、儲(chǔ)水箱下降管流量、各管壁區(qū)域最大溫度點(diǎn)及主蒸汽溫度變化如圖5所示。可見，在沖管過(guò)程中，降低給水流量時(shí)，運(yùn)行并無(wú)異常情況，而降低給水流量是減少除鹽水消耗的有效措施。

圖5 沖管時(shí)部分參數(shù)變化曲線

此外，給煤量一定而給水流量降低時(shí)，給水的蒸發(fā)量會(huì)增加，減少熱態(tài)工質(zhì)的外排，減少了工質(zhì)和熱量的浪費(fèi)。在新疆機(jī)組沖管時(shí)期，凝結(jié)水補(bǔ)水溫度為19℃，下降管水溫約為277℃，控制凝結(jié)水溫度約60℃，可回收熱態(tài)工質(zhì)約25 t/h，有小部分的熱態(tài)工質(zhì)排至廢水儲(chǔ)存池。

2.3.2 燃燒調(diào)整

在沖管期間，考慮到盡量產(chǎn)出更多的蒸汽，應(yīng)投用下層磨煤機(jī)，同時(shí)提高分離器轉(zhuǎn)速，適當(dāng)減少底部二次風(fēng)量，并且當(dāng)各金屬壁溫、主汽溫度和爐膛出口煙溫在安全范圍內(nèi)時(shí)可適當(dāng)增大給煤量。機(jī)組在沖管期間投用底層A磨煤機(jī)，煤量20 t/h、一次風(fēng)量約54 t/h、總風(fēng)量約460 t/h、分離器轉(zhuǎn)速頻率為28 Hz。投用下層磨煤機(jī)，同時(shí)適當(dāng)增大旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速以及減少底部二次風(fēng)量時(shí)，可使火焰中心下移，同時(shí)提高火焰溫度，進(jìn)而水冷壁吸收較多熱量，產(chǎn)生更多的蒸汽，減少工質(zhì)的外排量。提高給煤量，可增大蒸發(fā)量，提高蒸汽溫度，也會(huì)一定程度提高沖管系數(shù)，但在增加給煤量時(shí)，為了防止再熱器干燒嚴(yán)重，應(yīng)控制爐膛出口煙溫低于520℃，并且考慮到?jīng)_管設(shè)施的規(guī)格要求，應(yīng)控制蒸汽溫度不超過(guò)420℃。

3 其他措施

針對(duì)新疆無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)組，可在啟動(dòng)疏水泵出口增加通往除氧器的管路。在沖管期間，當(dāng)外排熱態(tài)工質(zhì)含鐵量小于100 μg/L時(shí)，可通過(guò)此管路將熱態(tài)工質(zhì)直接全部回收至除氧器，減少工質(zhì)和熱量浪費(fèi)。

為了減少?zèng)_管期間的耗水耗能，在管道安裝施工階段，也要注意保持管內(nèi)的清潔，清理遺留在管道內(nèi)的泥沙、氧化皮等雜物。此外，還可采取在沖管第一、二階段中間時(shí)段加氧沖管，使氧氣充分發(fā)揮疏松管壁附著物作用，并在沖刷干凈的金屬壁上形成氧化保護(hù)膜，進(jìn)而減少?zèng)_管次數(shù)，達(dá)到節(jié)能節(jié)水效果[14-16]。

4 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)新疆無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)組，在鍋爐沖管階段，可采取以下措施，以達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。

（1）在鍋爐冷態(tài)水沖洗階段，提高集水箱水質(zhì)檢測(cè)頻率，在集水箱水質(zhì)含鐵量小于1 000 μg/L后及時(shí)回收工質(zhì)。在熱態(tài)沖洗階段，在要求范圍內(nèi)，降低分離器出口溫度，提高凝結(jié)水溫度，盡量多回收熱態(tài)工質(zhì)。

（2）在沖管期間，在安全裕度內(nèi)可提高蓄能壓力，選用開關(guān)時(shí)間短的臨沖門。

（3）在沖管時(shí)，對(duì)于350 MW無(wú)爐水循環(huán)泵機(jī)組可通過(guò)減少鍋爐蓄能期間給水流量至約160 t/h，啟用下層磨煤機(jī)、增大分離器轉(zhuǎn)速、減少底部二次風(fēng)量等措施實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)能。

（4）對(duì)于無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)，建議增加啟動(dòng)疏水泵出口去往除氧器管路，從而在熱態(tài)水沖洗水質(zhì)合格后直接全部回收外排熱態(tài)工質(zhì)。

[1]吳業(yè)鵬，袁汝華.絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶背景水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)[J].水資源保護(hù)，2016，32（4）∶60-66.

[2]吳豫新，李世杰.660 MW超超臨界機(jī)組無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)方案及分析[J].電力建設(shè)，2011，32（1）∶83-85.

[3]崔國(guó)華，厲富超.1 000 MW超超臨界鍋爐不帶爐水循環(huán)泵的沖管方式[J].江蘇電機(jī)工程，2014，33（3）∶72-74.

[4]趙星海，鄭明秀，魏春明，等.電廠沖管對(duì)汽水管道系統(tǒng)的安全性影響[J].鍋爐技術(shù)，2009，40（4）∶21-23.

[5]陳有福，陶謙，管詩(shī)駢，等.1 000 MW二次再熱示范機(jī)組降壓沖管研究[J].中國(guó)電力，2016，49（11）∶112-118.

[6]陳志兵，黃磊，魯松林.600 MW超臨界壓力直流鍋爐機(jī)組投粉穩(wěn)壓沖管[J].中國(guó)電力，2006，39（1）∶68-71.

[7]國(guó)家能源局.火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則：DL/T 1269-2013[S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[8]李彥猛，許五洲.600 MW超臨界直流鍋爐不投運(yùn)鍋爐循環(huán)泵啟動(dòng)控制[J].浙江電力，2010，29（10）∶32-35.

[9]華國(guó)鈞，李文華，王磊，等.1 050 MW直流鍋爐穩(wěn)壓沖管[J].電站系統(tǒng)工程，2016，32（6）∶43-45.

[10]陳有福，陶謙，管詩(shī)駢，等.穩(wěn)壓沖管在國(guó)內(nèi)首型百萬(wàn)超超臨界二次再熱鍋爐上的應(yīng)用[J].鍋爐技術(shù)，2017，48（1）∶56-61.

[11]陳志兵，張海潮，花茂來(lái).鎮(zhèn)江發(fā)電廠600 MW超臨界鍋爐穩(wěn)壓沖管參數(shù)分析[J].熱能動(dòng)力工程，2005，20（6）∶639-642.

[12]胡永祥.超臨界直流爐沖管啟動(dòng)過(guò)程中的汽溫控制[J].科技信息，2009，21∶329-330.

[13]徐小瓊，潘國(guó)清.1 000 MW機(jī)組超超臨界塔式鍋爐調(diào)試[J].浙江電力，2010，29（5）∶35-38.

[14]王岳華.如何減少鍋爐蒸汽沖管的次數(shù)[J].湖北電力，2001，25（3）∶48-49.

[15]黃煦.基于綜合成本煤耗率最小的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行[J].廣東電力，2017，30（9）∶41-44.

[16]孫新強(qiáng)，張?jiān)?用投粉加氧方式進(jìn)行鍋爐吹管[J].電力建設(shè)，2008，29（11）∶56-58.

[17]單宏威，張丹，王學(xué)關(guān).1 000 MW超超臨界鍋爐沖管臨時(shí)管道設(shè)計(jì)探討[J].電力建設(shè)，2011，32（6）∶114-117.