锅炉辅助蒸汽在火电厂的应用

锅炉辅助蒸汽在火电厂的应用

0锅炉发电机从何底宣除了供电网，新的发电厂通常远离城市和其他工业公司，即不提供国外的蒸汽。为确保新机组安全启动都同时装设了启动锅炉,以提供机组启动用蒸汽。随着新建机组逐台启动投产,启动锅炉也就完成了它的历史使命(启动蒸汽转由已投产运行的机组提供)、结束了继续存在的意义。某新建电厂装设2台260t/h循环流化床锅炉发电机组。建于偏僻的董塘镇鸭子迳,周围均是山谷,距离最近的小镇也超过5km,且无生产、供应蒸汽的工业企业。在初步设计审查时,电厂参建技术人员提出不装设启动锅炉的建议,取得了初设审查专家组认可。该厂2004年上旬开工建设,2台机组分别于2005年8月和12月通过96h满负荷连续试运行并投产,证明了无外来蒸汽(包括启动锅炉产生蒸汽)的新建燃煤火力发电厂是可以正常启动投产的。1锅炉水压试验加热为确保锅炉、汽轮机组设备安全和达到工艺效果要求,火力发电厂锅炉汽轮发电机组的启动过程(包括冷态启动和热态启动)需要用到的蒸汽,包括锅炉点火油系统伴热和油枪吹扫蒸汽、锅炉水压试验加热蒸汽、预烘炉加热蒸汽、锅炉受热面清洗加热蒸汽、锅炉点火启动前炉水加热蒸汽、汽轮机冲转前轴封加热蒸汽以及除氧器加热蒸汽等,统称为启动蒸汽。最关键的是锅炉水压试验、汽轮机轴封加热。(1)锅炉点火油系统伴热和油枪吹扫蒸汽:锅炉点火用油,大多选用轻柴油和重油等,环境温度较低时,点火用油粘度增大甚至凝结,影响循环流动性、雾化性和锅炉点火需求,一般采用加装蒸汽伴热管道进行加热;为防止油枪堵塞和积油,也在油枪启动前后用蒸汽进行吹扫。(2)锅炉水压试验加热:锅炉水压试验,特别是超水压试验属破坏性试验,必须确保环境温度、炉水温度、汽包壁温达到要求时才可进行;否则,汽包和部分合金管道可能会发生低温冷脆而破裂等事故。通常在锅炉汽包或底部集箱加入启动蒸汽而加热炉水,保证水压试验用水温度和锅炉汽包壁温在要求范围。(3)锅炉预烘炉:电厂锅炉炉膛内都敷设有卫燃带和耐磨、耐热或隔热浇注料,特别是循环流化床锅炉,耐磨、隔热浇注料应用更多。为确保浇注料质量,新装锅炉或浇注料更换过多的已投产锅炉都要求进行烘炉,目的是将浇注料内水分烘除,并使浇注料高温固结;一般分为低温烘炉、中温烘炉和高温烘炉3个阶段,以防止烘炉时浇注料开裂、脱落而影响质量。低温烘炉多采用从水冷壁管内通入启动蒸汽加热水冷壁管和浇注料的方式进行,也称为预烘炉,待浇注料温度达到一定时才点燃烘炉油枪进行明火或烟气烘炉,以避免升温过快引起浇注料膨胀不均而损坏。(4)锅炉受热面清洗加热:锅炉制造、安装过程中,锅炉受热面管道内壁会形成高温氧化皮、产生腐蚀产物和积聚焊渣、泥沙污染物等,为保持受热面内表面清洁,防止受热面因结垢、腐蚀引起事故以及提高水汽品质,必须对新装锅炉进行清洗,包括碱洗和酸洗;为确保清洗效果,需将清洗液加热到40~140℃,具体根据清洗液的种类而定。一般采用通入启动蒸汽加热来提高清洗液温度。(5)锅炉启动前炉水加热:目的是缩短锅炉冷态启动时间和减少锅炉启动燃油量,主要是预先在汽包或底部集箱通入启动蒸汽,将炉水加热到适当温度,但会引起水冷壁振动。(6)除氧器加热:目的是加热给水,将给水中的气体排出,降低给水氧质量分数到合格范围。一般是通过辅助蒸汽系统接入启动蒸汽。(7)汽轮机冲转前轴封加热:汽轮机冲转前,特别是热态启动,应先向轴封供汽,然后抽真空,以防止大量冷空气从轴封段被吸进汽轮机内,造成轴封段转子收缩,胀差负值增大,甚至超过允许值等而出现安全问题。依汽轮机金属温度不同,投入的轴封蒸汽参数也不同。通常采用启动蒸汽进行加热。这些加热蒸汽的使用,关系到锅炉汽轮发电机组能否安全顺利启动投产,因此,不装设启动锅炉必须要有达到“使用这些加热蒸汽所要达到的目的”的替代方案或解决加热蒸汽来源的措施。2启动运行状况装设启动锅炉的目的是为远离城镇或其他工业企业、无外来蒸汽供应的新建燃煤火力发电厂提供启动蒸汽。优点是压力低、出力小、启动快;缺点是效率低、能耗大。装设启动锅炉就是利用其优点,以实现第1台机组安全启动运行投产,同时也存在以下问题:(1)启动锅炉是一套严格、完整的蒸汽压力锅炉系统,必须完全按特种设备监察规程进行管理,包括设计、安装和试运行、投产等,是一重大危险源,必须有一套严格的安全保障设施和管理措施,并须进行定期检测检验,取得安装许可和使用许可。(2)投资大,使用时间短。基本是在第1台机组启动投产后即被废弃,其使用价值与投资极不匹配。(3)处理困难。作为一笔固定资产,必须申请报废处理和办理移装或报废许可备案。(4)其他方面,如占地方、能耗大、运行维护工作量等因其使用时间短则可不计。因此,新建燃煤火力发电厂对启动锅炉既是利又是弊,如果有其他替代方案都不会装设。3对点火燃油进行加热(1)电厂锅炉与启动锅炉都是压力容器系统,是燃烧煤、油(或其他燃料)而产生蒸汽的设备,只是启动锅炉压力低、容积小、启动方便、快捷;电厂锅炉压力高、体积宠大、启动时间长。(2)对锅炉超水压试验、烘炉、清洗或启动前加热来讲,介质都是在锅炉受热面管道内。清洗的碱和酸,一般情况下也是在炉水达到要求温度时才开始注入。因此,完全可利用本机组锅炉自配的点火油枪或其他专用油枪直接进行点火加热。当然,燃油系统要提前施工、在水压试验前投入运行或采取移动式供油。(3)对点火燃油可采用外敷保温材料,辅以电加热和油循环来确保燃油粘度满足油枪点火雾化要求;对油枪吹扫,可采用压缩空气,如此也可杜绝发生燃油因隔离不严而进入全厂辅助蒸汽系统的事故。(4)对汽轮机轴封和除氧器,只能依赖蒸汽进行密封、加热。可利用本机锅炉冷态启动过程逐渐产生的新蒸汽、通过专门设置的减温减压装置提供合适压力温度的蒸汽进行加热;对大型机组也可结合、利用一次旁路装置减温减压后提供的蒸汽进行加热。4当前区块管理系统的应用4.1加热伴热系统某电厂锅炉点火采用0号轻柴油,油循环时可将油温提高到40℃以上,而冬季环境温度在-5℃以上,因此,不须装设加热伴热系统。对点火油枪,考虑到使用0号轻柴油,采用在启动前进行油枪清理、必要时进行雾化试验措施确保油枪不堵塞,并装设隔离措施(循环流化床锅炉为正压燃烧锅炉,如不采取隔离措施,高温热气流会沿油枪套筒喷出),在机组运行时也可抽出油枪进行清理。4.2水压试验温度《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第198条“……水压试验应在周围气温高于5℃时进行,低于5℃时必须有防冻措施。水压试验用的水应保持高于周围露点的温度,以防止锅炉表面结露,但也不宜高以防止引起汽化和过大的温差应力,一般为20~70℃。合金钢受压元件的水压试验温度应高于所用钢种的脆性转变温度。”据此,说明温度较低时对锅炉试水压的影响是:受热面表面可能会结露,增加了检查难度,对渗漏较小的缺陷难以发现,给热态运行时增加了受热面爆漏机率。锅炉厂和质监局都同意周围气温高于12℃以上时进行超水压试验。实际上,某电厂1号锅炉超水压试验时间为2004-12-17,2号锅炉则在2005-05-12进行,周围环境温度都大于13℃以上,因此,某电厂锅炉超水压试验时无外来蒸汽加热,也未进行炉内油枪点火加热升温。4.3浇注料的选择(1)锅炉浇注料结构布置。某电厂260t/h循环流化床锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司引进美国福斯特·惠勒能源公司(FWEC)技术改进生产,浇注料结构布置为炉膛、汽冷旋风分离器和包墙过热器采用膜式管屏制作,密相区和含尘烟气冲刷区敷设60mm厚耐磨浇注料;床下点火风道、床下风室、J阀返料器、风水联合冷渣器、旋风分离器出口烟道等则使用耐热或耐磨浇注料和保温浇注料的复合结构,气流侧(内侧)为耐热或耐磨浇注料(厚约80~100mm),金属管壁侧(外侧)为保温浇注料(厚约140mm)。(2)锅炉浇注料选择。a.耐磨浇注料采用高温胶水拌和,即无水拌和方式,主要材料为含铬耐磨料和耐高温胶水,适当保养后无需烘炉即可投入使用。b.耐热浇注料加水拌和,主要材料为高铝水泥、熟料和水,需适当保养和烘烤后才能投入使用。c.保温浇注料加水拌和,主要材料为膨胀珍珠岩或蛭石、硅酸盐水泥和水,需适当保养和烘烤后才能投入使用。(3)烘炉方案选择。根据锅炉浇注料结构布置和材料特性,烘炉关键部分是床下点火风道、床下风室、J阀返料器、风水联合冷渣器、旋风分离器出口烟道,水冷壁和旋风分离器的耐磨浇注料则不需烘烤,因此通入蒸汽预烘炉已无意义。为此,采用小油枪炉外点火烟气烘炉方案:分别在点火风道、J阀返料口(炉膛内)、风水联合冷渣器、旋风分离器进口共布置10台小油枪,根据旋风分离器出口烟温和各部位浇注料温度(埋设测温点)启、停油枪台数,并在炉膛出口与旋风分离器之间设置临时隔墙,以确保大部分烟气通过J阀返料系统到达旋风分离器出口烟道。当然,大量高温烟气会通过炉膛和旋风分离器,对敷设于炉膛和旋风分离器上的耐磨浇注料进行烘烤。经现场检测验收,烘炉达到了预期效果。4.4未建贮灰场清洗(1)某电厂采用气力干除灰和机械干除渣,灰渣全部采用汽车外运进行综合利用,因而未建贮灰场。为减少锅炉清洗用水量,防止外排水污染下游,选用“协调EDTA(乙二胺四乙酸)”循环清洗。(2)用床上油枪加热炉水达到125~130℃,再进行EDTA循环清洗。清洗效果达到预期要求。4.5减温减量到轴封加热汽这是最关键的问题,特别是轴封加热。如果此问题解决不了,机组将无法启动,但要利用本机组锅炉产生的一次新蒸汽作为汽轮机轴封蒸汽和除氧器加热蒸汽,似没有先例,设计院不知参数如何选择,厂家也不知设备如何配置。一次蒸汽压力、温度是变化的,而要求轴封加热蒸汽是相对稳定的,要实现确实存在较大的困难。为此,电厂对设计院和厂家提出设想要求:a.采用高温高压减温减压装置,将一次蒸汽(压力1.0~9.8MPa)减温减压到轴封加热蒸汽参数,也就是全厂辅助蒸汽参数,控制在0.8~2.0MPa及相应温度范围;b.要求无论是冷态启动,还是热态或极热态启动,减温减压装置都能投入运行,并要提供满足轴封加热要求的蒸汽量,以确保汽轮机安全顺利启动;c.一次蒸汽参数较低时可全开调节阀、不需进行减温减压调节,一次蒸汽参数较高时则进行调节,且要平稳、线性要好。该减温减压装置按此要求完成了招投标选厂、制造和现场安装。调试时,一次蒸汽参数已满足汽轮机冲转要求,但减温减压装置投运后,轴封加热蒸汽却无法达到要求。蒸汽量不足。经拆检发现,减压调节阀为2级减压结构,问题出在第2级:节流孔径过小、数量也不够,即流通面积不足,造成蒸汽量不够。经初步估算后,现场决定采用扩孔方案处理,就地增加2个D16mm孔,复装后达到要求,机组安全冲转。机组投产后1a多来,该减温减压装置达到了预期效果,实践了冷态启动、热态启动,甚至是极热态启动都能提供满足要求的轴封加热蒸汽。所提供的轴封加热蒸汽可随汽轮机缸温高低而调节,具有采用辅助蒸汽作为轴封加热蒸汽所无法比拟的优越性。在相邻机组运行时也可停用减温减压装置而切换使用全厂辅助蒸汽进行启动轴封加热。减温减压装置可随时启动。装设减温减压装置后,机组启动不再依赖外来蒸汽,因此,可以安排全厂机组同时停运检修,不必再担心检修完毕后无启动蒸汽而不能启机的问题了。4.6锅炉运行费用及相关费用某电厂初步设计时拟配置的启动锅炉为WZS10-1.25/300-Y型,压力为1.25MPa;概算费用为121.63万元,包括土建、设备及安装费用。减温减压装置费用为29万元,相关配件及安装费用约2万元。相差费用达到近90万元,还未计启动锅炉的运行成本和大量维修维护以及报废拆除等费用。其他系统、工艺投资则基本不变。5石量和调湿机械循环流化床锅炉机组启动关键在于床温的加热和投煤。某电厂在未经炉水加热时的冷态启动时间控制在4~6h,符合设计要求;床温在540~700℃直接投燃煤矸石量达60%的燃料,无需添加其他点火优质煤。为节约厂用电,多数火力发电厂在机组启动前都是由疏水箱经疏水泵向锅炉上水,当温度、压力达到一定量才改由除氧器经给水泵向锅炉补水,即机组冷态启动过程中炉水含有一定数量的氧,这些氧将在蒸汽压力达到2.0MPa前通过锅炉点火对空排汽或通过主蒸汽管道暖管排到扩容器而排出,不影响启动蒸汽品质。并且现代