中煤電力有限公司 李 虎

1 引言

錨定碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，“十四五”時(shí)期是推動(dòng)我國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，也是落實(shí)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)的攻堅(jiān)期。期間，傳統(tǒng)化石燃料能源發(fā)電面臨空前的壓力與挑戰(zhàn)，尤其是火力發(fā)電機(jī)組，面對(duì)嚴(yán)峻的電力市場(chǎng)形勢(shì)，想要保持競(jìng)爭(zhēng)力就必須以高質(zhì)量躍升發(fā)展為主題，以提質(zhì)增效為主線，以改革創(chuàng)新為動(dòng)力，持續(xù)全面開展“開源降耗”工作。

2 機(jī)組概述

該發(fā)電公司裝機(jī)容量1290MW，#2機(jī)組為660MW超超臨界機(jī)組，鍋爐是哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、直流濃淡煤粉燃燒器、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。

該機(jī)組配置2×50%BMCR的汽動(dòng)給水泵，前置泵為臥式、單級(jí)、雙吸垂直進(jìn)出、單蝸殼泵。前置泵由小汽輪機(jī)通過(guò)減速齒輪驅(qū)動(dòng)，通過(guò)疊片式柔性聯(lián)軸器連接。前置泵減速箱為德國(guó)生產(chǎn)，型號(hào)TRE22，變比為3.387∶1。小汽輪機(jī)汽源有冷再熱（高壓汽）和四段抽汽、輔助蒸汽（低壓汽），給水泵小汽輪機(jī)正常工作汽源采用四段抽汽，備用和啟動(dòng)用汽源采用再熱冷段蒸汽和輔助蒸汽（啟動(dòng)鍋爐），小汽機(jī)排汽直接排入主機(jī)凝汽器。

圖1 鍋爐結(jié)構(gòu)圖

3 目前存在的問(wèn)題及改造

3.1 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

對(duì)于直流鍋爐來(lái)說(shuō)，對(duì)鍋爐進(jìn)行上水操作時(shí)，應(yīng)特別注意上水速度以減少熱應(yīng)力，當(dāng)省煤器進(jìn)出口水溫差值超過(guò)105℃時(shí)，停止上水。一般規(guī)定冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，鍋爐進(jìn)水水溫控制在70～80℃，確認(rèn)給水泵運(yùn)行正常，調(diào)整給水旁路調(diào)門開度，控制給水流量正常。嚴(yán)格控制進(jìn)水速度，夏季進(jìn)水時(shí)間不小于2h，冬季進(jìn)水不小于3～4h。冬季進(jìn)水流量控制在100t/h及以下，夏季控制在200t/h及以下。當(dāng)貯水箱見水以后，進(jìn)行開式?jīng)_洗，這時(shí)給水溫度要和鍋爐金屬溫度要匹配，也是為了使鍋爐緩慢加熱、膨脹，防止水冷壁等產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起水冷壁泄漏等事故隱患。

結(jié)合該機(jī)組前置泵及給水泵均由小汽輪機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)，鍋爐上水時(shí)必須進(jìn)行小機(jī)沖轉(zhuǎn)，其間凝結(jié)水、開式水、循環(huán)水、軸封等系統(tǒng)需同步運(yùn)行。汽機(jī)軸封系統(tǒng)投運(yùn)→凝汽器真空建立→小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)→鍋爐上水→冷態(tài)清洗結(jié)束，其間時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10h，造成啟機(jī)過(guò)程電耗、汽耗過(guò)大，固提出并實(shí)施該鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化改造方案。

3.2 方案的提出、確定及實(shí)施

3.2.1 擬定以下四種方案

一是從#2機(jī)凝結(jié)水雜母至鍋爐疏擴(kuò)減溫水管路引出兩個(gè)支路分別與#2爐水冷壁入口匯集集箱放水一、二次門后管路和#2爐主給水調(diào)節(jié)站逆止門后放水一、二次門后管路相連，作為鍋爐冷態(tài)上水水源。

二是#2爐低溫省煤器進(jìn)水管（低溫省煤器因漏點(diǎn)過(guò)多，現(xiàn)已隔離不用）與汽機(jī)房13.7米A前置泵入口管路直接相連，作為鍋爐冷態(tài)上水水源，上水時(shí)需關(guān)閉A前置泵入口電動(dòng)門。

三是#2機(jī)除氧器緊急放水至爐疏擴(kuò)管路加裝增壓泵直接接入A前置泵入口電動(dòng)門后管路（汽機(jī)房30m平臺(tái)處），并加裝前后隔離門，除氧器水經(jīng)增壓后直接作為鍋爐冷態(tài)上水水源，上水時(shí)需關(guān)閉A前置泵入口電動(dòng)門。

四是#2機(jī)除氧器至A前置泵入口電動(dòng)門前后加裝小旁路，旁路上加裝增壓泵，并加裝前后隔離門，上水時(shí)需關(guān)閉A前置泵入口電動(dòng)門。

3.2.2 方案的確定

綜合對(duì)比分析，經(jīng)小組成員討論后確定對(duì)方案2實(shí)施。

表1 各方案對(duì)比表

3.3 方案的實(shí)施

3.3.1 材料準(zhǔn)備及費(fèi)用

一是購(gòu)買碳鋼管20m（壓力等級(jí)40kg），費(fèi)用25000元；二是兩個(gè)閥門（DN150），費(fèi)用5000元；三是施工工器具；四是設(shè)備變更、異動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)分析，編制#2機(jī)凝結(jié)水至鍋爐上水管路改造施工安健環(huán)風(fēng)險(xiǎn)檢查評(píng)估表（見表2），并落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控。

表2 安健環(huán)風(fēng)險(xiǎn)檢查評(píng)估表

3.3.2 施工情況

此優(yōu)化方案與在#2機(jī)組A級(jí)檢修期間進(jìn)行施工，與2021年12月01日完成。改造圖紙及現(xiàn)場(chǎng)管路布置如圖2所示

圖2 改造設(shè)計(jì)圖

3.4 改造后風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)

一是嚴(yán)格控制前置泵入口管路壓力，防止管路超壓。二是前置泵入口電動(dòng)門不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致除氧器滿水，加強(qiáng)除氧器液位監(jiān)視與調(diào)整，禁止退出除氧器液位相關(guān)連鎖保護(hù)。

圖3 管道布置圖

4 系統(tǒng)優(yōu)化改造后應(yīng)用

4.1 超臨界直流鍋爐典型冷態(tài)啟動(dòng)流程

啟動(dòng)前準(zhǔn)備→鍋爐上水（儲(chǔ)水箱建立水位）→冷態(tài)清洗（開式/循環(huán)）→鍋爐點(diǎn)火→系統(tǒng)升溫、升壓→熱態(tài)沖洗→汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)→發(fā)電機(jī)并網(wǎng)→廠用電切換→鍋爐干/濕態(tài)轉(zhuǎn)換→投入AGC運(yùn)行。

4.2 直流鍋爐水質(zhì)要求

鍋爐受熱面內(nèi)沉積和由蒸汽帶入汽機(jī)而沉積在汽機(jī)噴嘴、葉片上的鹽分，除了與受熱面內(nèi)工質(zhì)的參數(shù)和物理狀態(tài)有關(guān)外，還與給水中所含鹽量的多少和鹽的組成有很大關(guān)系。因此在給定參數(shù)下，只有控制直流鍋爐給水品質(zhì)，才能保證鍋爐與汽機(jī)的要求。直流鍋爐的熱態(tài)沖洗水質(zhì)（分離器儲(chǔ)水箱爐水取樣）合格標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 熱態(tài)沖洗水質(zhì)合格標(biāo)準(zhǔn)表

圖4

4.3 上水流程

此鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)水容積共269m3，包括省煤器水冷壁90m3、水冷壁139m3、啟動(dòng)系統(tǒng)管路10m3。

4.4 采用改造后上水方式，機(jī)組準(zhǔn)時(shí)并網(wǎng)

2022年2月19日上午08:00，接國(guó)網(wǎng)安徽省調(diào)度員令：要求#2機(jī)組于2022年2月20日下午16:00并網(wǎng)。根據(jù)此并網(wǎng)時(shí)間，運(yùn)行管理部對(duì)機(jī)組過(guò)程中各重要節(jié)點(diǎn)時(shí)間做出明確安排及精準(zhǔn)控制。具體各節(jié)點(diǎn)落實(shí)時(shí)間如下：一是19日晚上19:30啟動(dòng)2A凝結(jié)水泵（變頻）對(duì)凝結(jié)水及除氧器進(jìn)行沖洗；二是20日凌晨03:50除氧器出水Fe＜200ug/L，#2鍋爐開始上水，早上06:36上水結(jié)束，儲(chǔ)水箱建立正常水位；早上07:00儲(chǔ)水箱出口水質(zhì)Fe＜500μg/L、混濁度NTU＜3，鍋爐冷態(tài)開式?jīng)_洗完成，進(jìn)行冷態(tài)循環(huán)沖洗；早上07:56儲(chǔ)水箱出口水質(zhì)Fe＜100μg/L時(shí)，冷態(tài)循環(huán)沖洗結(jié)束，鍋爐點(diǎn)火成功；三是下午13:37汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)；四是下午16:30#2機(jī)組并網(wǎng)成功；五是晚上21:00#2機(jī)負(fù)荷300MW，投入AGC運(yùn)行。鍋爐上水參數(shù)：壓力1.2MPa（前置泵入口額定壓力1.25MPa）、溫度13.7℃、上水時(shí)間166min。

通過(guò)此次#2機(jī)組的順利啟動(dòng)，驗(yàn)證了此鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化方案的安全性與可行性。

5 改造后效益總結(jié)分析

表4 輔機(jī)參數(shù)表

5.1 使用凝結(jié)水泵上水，改造后收益

5.1.1 電耗情況

循環(huán)水泵（低速）：333×6.3×√3×0.77×6=16787.1kWh（節(jié)約）；凝結(jié)水泵：38×6.3×√3×0.88×4=1459.5kWh（節(jié)約）；開式泵：24×6.3×√3×0.881×6=1384.3kWh（節(jié)約）；真空泵：2×220×0.4× √3×0.78×6=1426.6kWh（節(jié)約）。

5.1.2 汽耗情況

一臺(tái)小機(jī)、軸封用汽共30t/h，共節(jié)約用汽30×6=180t。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)一次總計(jì)：節(jié)約電耗21057.5kWh，節(jié)約汽耗180t。按照全年6次啟停機(jī)計(jì)算，總收益6×3.49=20.94萬(wàn)元。

5.2 使用凝結(jié)水輸送泵上水，改造后收益

根據(jù)近三次利用此上水優(yōu)化方式，利用凝結(jié)水泵上水已驗(yàn)證方案的成功，本小組繼續(xù)深挖節(jié)能潛力，準(zhǔn)備后續(xù)使用凝輸送泵上水，預(yù)計(jì)收益：

5.2.1 電耗情況

圖5 執(zhí)行優(yōu)化方案時(shí)DCS凝結(jié)水系統(tǒng)圖

圖6 執(zhí)行優(yōu)化方案時(shí)DCS鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)圖

循環(huán)水泵（低速）：333×6.3×√3×0.77×6=16787.1kWh（節(jié)約）；凝結(jié)水泵：38×6.3×√3×0.88×6=2189.3kWh（節(jié)約）；開式泵：24×6.3×√3×0.881×6=1384.3kWh（節(jié)約）；真空泵：2×220×0.4× √3×0.78×6=1426.6kWh（ 節(jié)約）；凝輸泵：100×0.4×√3×0.91×8=567kWh（耗電）。

5.2.2 汽耗情況

一臺(tái)小機(jī)、軸封用汽共30t/h，共節(jié)約用汽30×6=180t。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)一次總計(jì)：節(jié)約電耗21220.3kWh，節(jié)約汽耗180t。按照全年6次啟停機(jī)計(jì)算，總收益6×3.499=20.99萬(wàn)元

5.3 通過(guò)利用凝結(jié)水泵與凝結(jié)水輸送泵上水方式對(duì)比

通過(guò)收益數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：利用凝結(jié)水輸送泵上水節(jié)能效果稍好，但是上水時(shí)間明顯增長(zhǎng)，后續(xù)根據(jù)實(shí)際機(jī)組啟動(dòng)各節(jié)點(diǎn)控制的緊湊性進(jìn)行合理選擇。

6 據(jù)此方案繼續(xù)深挖節(jié)能潛力

此鍋爐上水優(yōu)化方式僅適用于鍋爐冷態(tài)上水，不能滿足鍋爐溫態(tài)上水。下一步，筆者初步設(shè)想靈活利用現(xiàn)場(chǎng)已改制的臨機(jī)加熱系統(tǒng)，對(duì)此方案的給水進(jìn)行加熱，滿足鍋爐溫態(tài)上水的需求。當(dāng)前，臨機(jī)加熱蒸汽接入#2高壓加熱器，與給水進(jìn)行表面換熱后疏水進(jìn)入凝汽器，但如果循環(huán)水、真空系統(tǒng)未投運(yùn)，嚴(yán)禁疏水熱汽進(jìn)入凝汽器，固需進(jìn)一步優(yōu)化臨機(jī)加熱系統(tǒng)?！敖承摹本G電小組初步設(shè)想將#2高加危急疏水管路增加旁路，在鍋爐上水時(shí)將原危急疏水手動(dòng)門關(guān)閉，將疏水引流，疏水去向目前初步考慮為：一是接入除氧器加熱凝結(jié)水；二是接入臨機(jī)進(jìn)行回收；三是接入2A磨煤機(jī)暖風(fēng)器；四是排入#2爐疏水?dāng)U容器。另外，如果臨機(jī)加熱疏水引流后可使用臨機(jī)加熱進(jìn)行鍋爐熱態(tài)循環(huán)沖洗，推遲鍋爐點(diǎn)火時(shí)間，同步推遲給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)間，繼續(xù)降低機(jī)組啟動(dòng)期間的能耗。以上優(yōu)化暢想待小組進(jìn)一步討論、核算、確定、實(shí)施。

7 結(jié)語(yǔ)

本文討論實(shí)施的鍋爐冷態(tài)上水方式優(yōu)化改造，有效降低了機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中能耗水平，實(shí)現(xiàn)了該公司提質(zhì)增效的總體目標(biāo)。后續(xù)“匠心”綠電小組將始終在機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上，加速改革創(chuàng)新，補(bǔ)短板、抓提升，不忘初心、砥礪前行，堅(jiān)持工匠精神，繼續(xù)積極對(duì)標(biāo)先進(jìn)找差距，凝聚力量謀發(fā)展。在“3060”碳目標(biāo)、能耗“雙控”的背景下，以期未來(lái)能夠?yàn)榛痣姍C(jī)組進(jìn)一步節(jié)能降耗探索出更多方案參考和幫助貢獻(xiàn)。