周叢叢，李 磊

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200063)

循環(huán)流化床鍋爐以其燃燒的清潔、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點得到了廣泛應用，是目前有效的潔凈煤燃燒技術之一。在循環(huán)流化床鍋爐中，大量固體物料在強烈的湍流下進入爐膛，爐內熱量、質量和動量傳遞過程十分強烈，具有一定的蓄熱量。當發(fā)生全廠失電的極端工況時，即便切除外部的給料，蓄熱也會造成爐內汽水混合物及水被不斷加熱，因此裝有外置床的循環(huán)流化床鍋爐，都需要設置緊急補水系統(tǒng)給鍋爐提供補給水來排出蓄熱量。目前主流的循環(huán)流化床鍋爐，由于不帶外置床，設置緊急補水系統(tǒng)與否，取決于鍋爐廠的設計、選材及對安全性的保障措施。因系統(tǒng)造價高、使用頻率低、維護費用高等問題，很多鍋爐廠家不配置緊急補水系統(tǒng)。

某工程鍋爐廠安全評估后，提出在全廠失電的情況下，水冷系統(tǒng)內的工質大約5分鐘將會被蒸干，工質蒸干后將導致管壁溫度升高較快，當達到管子最大容許壁溫時，管子就要損壞甚至燒毀。為了對循環(huán)流化床的安全更有保障，考慮增設一套緊急補水系統(tǒng)，系統(tǒng)的設置基于現(xiàn)有給水系統(tǒng)配置，同時又有外接電源等特殊性。

緊急補水系統(tǒng)中造價最高的環(huán)節(jié)是增加一套柴油機驅動系統(tǒng)，而某工程的特點是具備外接電源，這樣就不再需要增加新的柴油機作為備用電源，大大節(jié)省了設置緊急補水系統(tǒng)的成本。但此電源不能直接給電動給水泵供電向鍋爐補水，因為某工程每臺機組給水系統(tǒng)采用2臺50%容量的汽動給水泵和1臺30%容量的啟動用電動給水泵，電動給水泵揚程太小，壓頭不能滿足在全廠失電工況下向低溫省煤器供水，所以必須設置緊急補水泵來給鍋爐供水。本文就此結合某工程來分析一種具有外接電源供電的緊急補水系統(tǒng)的流程設計。

1 緊急補水系統(tǒng)的介紹

國內自主研發(fā)的一些300 MW循環(huán)流化床鍋爐，如廣東寶麗華300 MW機組、淮北臨渙煤泥矸石電廠一期300 MW機組等工程參照引進技術也設置了緊急補水系統(tǒng)。常規(guī)緊急補水系統(tǒng)流程見圖1，緊急補水系統(tǒng)的水源來自緊急補水箱，緊急補水進入緊急補水泵升壓后接至鍋爐高壓給水管道上。

某工程緊急補水系統(tǒng)的水源來自凝結水儲水箱。緊急補水先進入緊急補水泵前置泵，再進入緊急補水泵，升壓后的緊急補水接至鍋爐省煤器入口管道上(給水操作臺后)。系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐機組常規(guī)緊急補水系統(tǒng)流程圖

2 緊急補水系統(tǒng)的設計

2.1 緊急補水水源

常規(guī)工程的緊急補水水源有以下3種：除氧器補水；緊急補水箱補水；凝結水儲水箱補水。緊急補水可用除鹽水，補水量應按照鍋爐冷卻水量、鍋爐平衡閃蒸所需水量之和計算。

很多工程采用除氧器的水作為鍋爐補給水，優(yōu)點是水溫度較高，與鍋爐內給水溫度接近，對鍋爐材料較好。但其缺點也比較明顯：水溫度高，與鍋爐束管溫差小，除氧器中的水能帶走的鍋爐蓄熱量太少；水量太少，某工程中除氧器的有效容積為110 m3。鍋爐廠的安全評估計算得出高溫床料溫度降到不影響鍋爐干燒所需補水總量約300 t。顯然，除氧器中的水量遠遠不能滿足鍋爐補水需求。

圖2 某工程緊急補水系統(tǒng)的流程圖

如果增設一個緊急補水箱，有以下缺點：一次性投資成本增加；正常運行維護成本增加；鍋爐廠安全評估水冷壁必須在2 min之內得到有效補水，緊急補水要滿足鍋爐突發(fā)狀況的需求，水質必須達到除鹽水的指標，這就意味著緊急補水箱要一直處于備用狀態(tài)，需要增設一套緊急補水的水凈化及水位監(jiān)測系統(tǒng)。

某工程中凝補水箱的容量為2×300 m3，可以滿足鍋爐廠補水總量約300 t(單臺爐)的需求。常溫凝結水水溫約20℃左右，通過省煤器進入鍋爐本體后，冷熱溫差對鍋爐本體管材性能影響不大；而且凝補水箱一直處于使用狀態(tài)，水質完全能夠達到鍋爐補水的要求。

經以上對比綜合分析考慮，某工程水源取自凝結水儲存水箱，補水量為200 m3/h。

2.2 緊急補水泵的選擇

緊急補水系統(tǒng)造價高、使用頻率低，為了降低造價、提高利用率、達到高性價比的設計，采用多臺爐合用一套緊急補水泵。某工程全廠設一臺電動緊急補水泵(配電動前置泵)，兩臺機組合用，不設置備用泵。

緊急補水泵的揚程計算要考慮以下幾點：補給水泵到省煤器進口介質流動總阻力，并加20%裕量；省煤器進口與補水箱水位的靜壓差；鍋爐額定工況省煤器入口給水壓力；補水箱額定工作壓力。本工程計算出設計揚程為3040 m H2O。

某工程緊急補水泵設計流量：200 m3/h；設計揚程3040 m H2O。緊急補水泵組主泵參數見表1，緊急補水泵組前置泵參數見表2。

表1 緊急補水泵組主泵參數

表2 緊急補水泵組前置泵參數

2.3 前置泵的布置

常規(guī)工程的前置泵與補水泵是同軸布置在補水箱附近。

某工程中，前置泵與補水泵分開不同軸布置，前置泵布置在凝結水儲水箱附近(零米)。某工程凝結水儲水箱高度約7 m，凝結水儲水箱最低水位距水箱緊急補水接口高度為3 m。一方面，布置在此可以保證足夠的壓頭以防止前置泵的汽蝕；另一方面，前置泵升壓后也能保證足夠的壓頭以防止緊急補水泵的汽蝕。

2.4 緊急補水泵的布置

緊急補水泵的布置方案有三種：布置在儲水箱附近；布置在汽機房內；布置在鍋爐房內。

2.4.1 補水泵布置在儲水箱附近

布置在儲水箱附近的優(yōu)點是儲水箱位于A排外30 m處，周圍空間大，方便泵的布置。

布置在儲水箱附近的缺點包括：雖然本工程采購的泵為室外泵，但是放在室外長期來看還是不利于泵的保養(yǎng)；泵入口管道的管材為S30408，泵出口管道的管材為SA106－C，SA106－C材料價格相對較高，顯然應盡量縮短泵出口的管道長度，節(jié)約成本；若泵放在儲水箱附近，則泵出口的管道要跨過整個汽機房，泵出口管道數量會非常多。

2.4.2 補水泵布置在汽機房內

布置在汽機房內的優(yōu)點包括：補水泵布置在汽機房兩臺機組中間，泵出口去兩臺爐的管道可以對稱布置，而且距離兩臺爐都較近，便于管道布置；補水泵放在汽機房可以利用汽機房內的檢修起吊，便于泵的檢修及維護；泵出口的管道相比布置在儲水箱附近大大縮短；泵放在汽機房內有利于泵的保養(yǎng)。

布置在汽機房內的缺點包括：被優(yōu)化過的汽機房非常緊湊，布置補水泵位置空間上存在一定的難度；補水泵布置在汽機房BC跨內，泵入口的管道要從A排外一直接到BC跨，管道布置也存在一定的難度。

2.4.3 補水泵布置在鍋爐房內

布置在鍋爐房內的優(yōu)點包括：補水泵布置在鍋爐房兩臺機組中間，泵出口去兩臺爐的管道可以對稱布置，而且距離兩臺爐都較近，便于管道布置；泵出口的管道相比布置在儲水箱附近大大縮短。

該方式的缺點包括：補水泵布置在鍋爐房不利于檢修及維護；鍋爐房是露天布置，泵放在鍋爐房不利于泵的保養(yǎng)。

綜合比較幾種布置方案，始終遵循高性價比、低總投資的原則，補水泵布置在汽機房內是最佳方案。

2.5 緊急補水泵的驅動電源

規(guī)程中規(guī)定緊急補水泵應選用柴油機驅動的定速泵。某工程具有得天獨厚的優(yōu)勢，處于煤礦工業(yè)廣場北部，所以沒有再配備柴油機，而是從廠區(qū)輸煤6 kV配電裝置供電；同時為滿足全廠失電時鍋爐緊急補水的要求，考慮從廠外礦區(qū)引一路10 kV電源，通過10/6.3 kV干式變壓器降壓到6 kV作為緊急補水泵的備用電源，變壓器容量為2 500 kVA，阻抗4%。緊急補水泵跨接在廠區(qū)公用段和10/6.3 kV干式變壓器低壓側。

2.6 緊急補水接入鍋爐的接口位置

緊急補水管道接在鍋爐范圍內的高壓給水管道且具體接入位置是設在鍋爐低溫省煤器入口管道上(給水操作臺后)。接在此處意義重大：此位置旁路掉了所有的閥門組、設備，避免了所有可能出現(xiàn)的閥門及設備故障，導致補給水給水不暢的可能；最大程度地減少阻力，減少泵的揚程；此處距離鍋爐低溫省煤器位置最近，能及時對鍋爐進行補水。

2.7 緊急補水管道材質的選擇

緊急補水泵入口前管道接到儲水箱，所以采用的是不銹鋼S30408材質。緊急補水泵出口管道采用的是與高壓給水管道材質一致的SA106C材料。

2.8 緊急補水系統(tǒng)造價

2.8.1 常規(guī)緊急補水系統(tǒng)

常規(guī)緊急補水系統(tǒng)是2臺機公用1套緊急補水系統(tǒng)，配置1臺大功率的柴油機，1套高壓頭低流量的水泵，1個1 000 m3的緊急補水箱等。其造價見表3。

表3 常規(guī)緊急補水系統(tǒng)設備配置(2×300 MW)

2.8.2 某工程緊急補水系統(tǒng)

某工程處于煤礦工業(yè)廣場北部，所以可利用煤礦工程作為外部電源，不需要新增柴油發(fā)電機，這大大節(jié)省了投資成本。某工程造價見表4。

表4 某工程緊急補水系統(tǒng)設備配置(2×350 MW)

3 結語

某工程利用地理位置優(yōu)勢及特點設置的緊急補水系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單、布置合理、設備最優(yōu)化、最經濟的優(yōu)點；有穩(wěn)定的外部電源即可代替柴油發(fā)電機組是緊急補水系統(tǒng)的一種新方法。但是，某工程緊急補水系統(tǒng)的設置也存在以下問題：

(1)補水取凝補水箱的凝結水，溫度偏低，對于鍋爐受熱面存在熱端差，對于材料不利。

(2)緊急補水泵與儲水箱之間的管道常年存在積水，時間久了水質會變差。鑒于此，如補給水溫度跟高壓給水溫度一致則補水效果最理想，并且最好設置一套除鹽水自潔系統(tǒng)，并應定期維護，增加水質監(jiān)測系統(tǒng)，確保水質達標。希望以后的工程可以相應的采取改進措施。

[1]薛立民.循環(huán)流化床鍋爐緊急補水系統(tǒng)研究[J].山西電力，2016，(5).

[2]電力規(guī)劃設計總院.火電工程限額設計參考造價指標[M].北京：中國電力出版社，2016.