關于600MW超臨界機組無熱源冷態(tài)啟動設計與成功應用的研究
作者；張毅
在沒有啟動爐的情況下，鍋爐啟動時需消耗大量燃油，嚴重影響脫硫、脫硝設備運行效率，稍有不慎還有可能造成空氣預熱器（空預器）著火等設備損壞事故的發(fā)生。本文將介紹皖能合肥發(fā)電有限公司（以下簡稱“合肥電廠”）5號機組通過設備改造成功實現(xiàn)單機無熱源冷態(tài)啟動，實現(xiàn)安全、節(jié)能和環(huán)保運行的目標。
1 機組改造前存在的問題
合肥電廠1號爐建于20世紀60年代，后改造為供熱鍋爐，滿足合肥北城區(qū)的冬季供熱。依據(jù)國家“上大壓小”政策，關停了2號、3號、4號小機組擴建1臺600 MW超臨界機組，鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)DG1914/25.4-Ⅱ600 MW超臨界直流對沖爐，鍋爐前墻下層（A、B層）燃燒器上各安裝1套等離子點火系統(tǒng)。機組常年單機運行，冷態(tài)啟動是常用肩動方式。
1.1 以1號爐作為啟動熱源
在機組建沒初期對單獨建設啟動鍋爐和利用現(xiàn)有1號爐作為啟動爐進行了技術經(jīng)濟比較，綜合考慮投資、占地、運行費用等因素，決定采用
1號爐作為啟動熱源。
肩動輔助蒸汽參數(shù)為0.8～1.274 MPa、300℃，蒸汽量50 t/h，系統(tǒng)布置如圖l所示。
1.2 以1號爐作為啟動熱源存在的問題
5號機組投運后．1號爐作為啟動熱源暴露出系列問題：(1)1號爐只在冬季供暖期間運行，其他季節(jié)5號爐冷態(tài)啟動要先啟動1號機組；(2)耗油多，僅1號爐啟動就需耗油6t以上；(3)1號鍋爐主要污染物排放大，維護費用高；(4)啟動時間
長．不能滿足調度的要求，從1號爐點火供汽到5號機組并網(wǎng)需48 h以上。
2無啟動鍋爐機組冷態(tài)啟動熱源設計
5號機組是直吹式制粉系統(tǒng)．冷態(tài)啟動所需熱源主要是為了滿足鍋爐熱風制粉、空預器吹灰、給水熱力除氧、汽輪機軸封用汽、汽泵沖轉等方面的蒸汽需求。
2.1 空預器吹灰氣源解決方案
每臺空預器配備1只蒸汽吹灰器( PS-AT)，每只吹灰器蒸汽耗量83 kg/min。吹灰蒸汽為0.8MPa/350℃密度為2.82 kg/m3，2臺空預器吹灰器蒸汽總耗量為58.9 m3/min。輸灰用壓縮空氣壓力為0.6～0.8 MPa, 600 MW機組每臺鍋爐設計輸灰用壓縮空氣流量是80m3／min'大于空預器正常吹灰所需58.9 m3/min的氣量。鍋爐啟動初期用煤量一般在25 t/h左右，產(chǎn)生可收集的總灰量在3 t/h左右，鍋爐啟動初期的輸灰系統(tǒng)處于停用狀態(tài)，無需用氣，因此，可以通過截止閥將輸灰用壓縮空氣與空預器吹灰蒸汽管路相通．作為鍋爐啟動初期空預器的吹灰介質，如圖2所示。
2.2給水熱力除氧、汽動給水泵沖轉和汽機軸封用汽所需汽源解決方案
機組點火啟動后．隨著壓力的上升和高壓旁路的打開逐步開大再熱冷段至輔汽聯(lián)箱的閥門，先開啟輔汽聯(lián)箱至除氧器的閥門．滑參數(shù)加熱除氧器水箱的鍋爐給水。當蒸汽壓力達0.4 MPa時，再打開至汽動給水泵用汽閥門實現(xiàn)小汽輪機沖轉。汽機軸封用汽則可在點火啟動后通過開啟主蒸汽管道上軸封汽閥門提供。
2.3啟動磨煤機熱風問題的解決
燃燒器底層A磨煤機制粉系統(tǒng)原設計有蒸汽暖風器（系統(tǒng)風側阻力在300—400 Pa），冷態(tài)啟動時，若不啟動1號爐，則無加熱蒸汽可用，因此必須設計合適的加熱系統(tǒng)來取代蒸汽暖風器。
可選用的方法有電加熱、燃油輔助加熱等，電阻加熱器加熱功率2～4 MW,需要一定的現(xiàn)場空間，改造投入較大：燃油輔助加熱系統(tǒng)簡單、投入少．因此．在A磨煤機入口風道的蒸汽暖風器后安裝1套小油槍輔助加熱系統(tǒng)，對進入A磨煤機冷空氣加熱，滿足A磨煤機運行條件。
3燃油輔助加熱系統(tǒng)設計
采用油輔助加熱器取代原有蒸汽暖風器加熱磨煤機進口空氣，則油輔助加熱器必須與原有設計中暖風器（冷風加熱器）性能近似，滿足等離子體點火要求。原有暖風器中，選用1號鍋爐的蒸汽作加熱器的汽源，蒸汽參數(shù)為：壓力1.25 MPa，溫度350 ℃,流量35 t/h,暖風器出口風溫150～160℃，滿足磨煤機干燥和通風出力要求，磨煤機出口風粉溫度可達65℃以上。油輔助加熱器布置在A磨煤機人口主熱風道上，并設有旁路，旁路上加裝電動隔離風門（見圖3）。此種布置方式目的是隨鍋爐空預器出口熱風溫度逐漸升高，逐步過渡到旁路、主風道同時運行，以減小系統(tǒng)阻力。
3.1 有關參數(shù)設計
A磨煤機啟動條件是：一次風風量80～110 t/h(22.22～30.56 kg/s)，風溫150～160℃。當風溫加熱到150℃時，需要的加熱量為3 346 kj/s。
燃油量0.055 kg/s(200 kg/h)，油低位熱值41MJ/kg，油燃燒器空氣／油比為18～20，取20時，空氣流量1.1 kg/s，假定空氣來流初始溫度300 K，則燃燒后燃氣溫度為2 260 K。
燃燒風參數(shù)：流量1.1 kg/s.溫度2 260 K。將燃燒風溫度降低到800～1 000 K,按配風與燃燒風為2:1配風，需要配風流量2.2 kg/s，假設其溫度300 K,則燃燒器出口混合溫度為950 K,風量為3.3 kg/s。
5號機組密封風機出口參數(shù)：壓力15～18 kPa，流量11.1 m3/s．約13.5 kg/s，可以滿足油輔助燃燒器3.3 kg/s的需求。
3.2油燃燒器設計
油燃燒器設計可借鑒航空發(fā)動機火焰筒燃燒技術，采用旋流火焰駐定技術。中心風（燃燒進風）加旋，駐定火焰；外側風冷卻外壁和燃燒火焰筒。通過氣膜配風冷卻和組織完全燃燒。其結構示意如圖4所示。
火焰筒m口直徑約0.8 m．燃燒器最大直徑1.0 m;火焰筒長度約2.5 m．整個燃燒器長度約3m。
3.3燃油輔助加熱系統(tǒng)設計
圖3為油輔助加熱A磨煤機熱風系統(tǒng)示意圖，用燃油輔助加熱系統(tǒng)取代原有的蒸汽暖風器，燃用油來自柴油發(fā)電機油箱，從油箱底部接1根D20 mm的油管到A磨煤機暖風器平臺。燃油泵設計出口壓力0.4～0.7 MPa、流量200~300 kg/h。調整供油和回油壓力調節(jié)閥可控制燃油流量和油槍霧化效果。燃油通過機械霧化后進入油燃燒室，由高能點火器點燃。來自密封風機ILn口的冷風作為燃燒風．燃燒后生成的高溫炯氣與適量的空預器來一次風在A磨煤機入口充分混合，當風量達80 t/h、風溫達150℃時可以啟動A磨煤機進行制粉。小油槍滅火保護用的火檢探頭冷卻風和油槍吹掃用空氣來自A磨煤機附近儀用壓縮空氣。
4無熱源冷態(tài)啟動要點及成功應用案例
經(jīng)過上述改造后．合肥電廠5號機組成功實現(xiàn)了無油無熱源冷態(tài)啟動，與有外部熱源或配備燃油系統(tǒng)的機組冷態(tài)啟動相比，應注意以下幾點：(1)鍋爐點火初期因先用壓縮空氣來吹空預器的積灰．待鍋爐白產(chǎn)蒸汽達到相應參數(shù)時再切換到蒸汽吹灰。為防止吹灰蒸汽進入輸灰壓縮空氣系統(tǒng)，這時應關閉閥門B和閥門C，并且拆除閥門B的前法蘭．使閥門B和C之間形成斷開點，下次啟動時再接上，見圖2。2009年11月16日合肥電廠5號爐改造后第一次啟動，因閥門B和閥門C未關嚴，隨著負荷的上升，吹灰蒸汽壓力高于壓縮空氣壓力．蒸汽進入了輸灰壓縮空氣系統(tǒng)，運行人員又未能及時發(fā)現(xiàn)，致使蒸汽與干灰混合，堵塞了輸灰管道．機組負荷降到300 MW運行．2天后才恢復正常。(2)冷態(tài)啟動A磨煤機前需先投運燃油輔助加熱系統(tǒng)。第一次啟用該系統(tǒng)前建議要先做油槍霧化試驗，確定最佳霧化油壓。首次點火先在就地操作，點火前控制油壓，點火成功后轉為控制燃油流量。待油壓、流量、油槍著火燃燒穩(wěn)定后再切入遠方控制，并確保油槍滅火保護系統(tǒng)可靠投運。合肥電廠5號爐磨煤機熱風輔助加熱系統(tǒng)燃油壓力是0.5 MPa、燃油流量270kg/h。(3)磨煤機熱風輔助加熱系統(tǒng)的小油槍可能因霧化不好或配風不當，致使一次風中燃燒不充分的油煙與煤粉粘結，再加上磨煤機通風出力調整不當，存在一次風粉阻力增加、粉管堵管或火嘴結焦等隱患，因此首次啟動時需要適當提高一次風速。合肥電廠5號爐第一次冷態(tài)啟動，點火初期給煤量25 t/h.磨煤機通風量100 t/h．在鍋爐等離子噴燃器著火后磨煤機通風量提高至120t/h。從2009年1 1月改造至2015年3月共完成7次鍋爐無熱源、無油全冷態(tài)啟動。(4)從A磨煤機燃油輔助加熱系統(tǒng)投運到鍋爐點火，汽機輔助蒸汽聯(lián)箱至大小機的軸封供汽閥門、主蒸汽至軸封供汽閥門及門后疏水閥均應處于關閉狀態(tài)，當鍋爐主汽壓力達到0.4 MPa時才開啟主蒸汽至軸封的相關閥門進行暖管，啟動真空泵，維持凝汽器真空-30 kPa。當主汽壓力1.0 MPa時逐步開大主蒸汽至軸封母管進汽調整門，向高中壓及低壓缸軸封供汽，根據(jù)主汽參數(shù)、軸封母管壓力的變化及汽機各軸封運行情況應及時調整凝汽器真空，防止軸封壓力過高潤滑油油中帶水。
通過高壓旁路向再熱器冷端供汽，打開再熱器冷端至輔汽聯(lián)箱閥門滑參數(shù)向除氧器等重要用戶供汽，至此．機組開機方式轉入常規(guī)的冷態(tài)啟動方式。圖5及圖6分別給出了合肥電廠5號機組2010年11月25日無熱源冷態(tài)啟動過程中給煤量和主要參數(shù)的變化趨勢。
從圖5、圖6可以看出．8:27時磨煤機燃油輔助加熱系統(tǒng)小油槍點火：8:39時啟動A磨煤機，給煤量20 t/h左右：10:39時低溫再熱器入口煙氣溫度300℃，空預器到A磨煤機的一次風溫達到100℃，停用輔助加熱小油槍，停用燃油輔助加熱系統(tǒng)．A磨煤機開始用本爐的熱一次風制粉。本次冷態(tài)啟動油輔助熱風系統(tǒng)小油槍投入時間2 h 7 min．累計用油0.5 t，而常規(guī)600 MW機組采用微油點火系統(tǒng)的鍋爐冷態(tài)啟動至少耗油5 t以上。與合肥電廠5號機組原冷態(tài)啟動方式相比，無論是啟動時間、耗油還是耗電均大大降低。采用本方案，在點火初期即可投入電（布袋）除塵器、脫硫系統(tǒng)．可有效降低機組啟動過程中的粉塵和S02排放。
5結論
本文提出了一種油輔助加熱啟動磨煤機暖風系統(tǒng)改造方案，在磨煤機人口風道設計空氣加熱系統(tǒng)來獲得磨煤機干燥熱風．從而可以實現(xiàn)在不單獨建設啟動鍋爐或無外界熱源可用的情況下，成功完成機組冷態(tài)啟動。
6摘要：為解決某廠單臺5號機組在無外界熱源條件下的冷態(tài)啟動問題，在A磨煤機入口風道設計安裝微油加熱空氣預熱系統(tǒng)，從而獲得了磨煤機干燥熱風，利用等離子體點火技術實現(xiàn)鍋爐點火，點火初期利用壓縮空氣對空氣預熱器吹灰，利用鍋爐自產(chǎn)蒸汽，解決機組冷態(tài)啟動過程中所必需解決的空氣預熱器吹灰、給水熱力除氧、汽輪機軸封用汽、汽泵沖轉等方面的蒸汽需求，成功實現(xiàn)取消啟動鍋爐，實現(xiàn)單臺機組的冷態(tài)啟動，節(jié)省燃油，降低啟動能耗，并在點火初期即投入了電除塵。該研究成果對節(jié)約火電建設投資、降低火電運營成本具有較高的參考價值。
