火電廠機組全停情況下的啟動探討

史海紅,席廣輝,李 峰

（1.江蘇上電八菱集團有限公司，江蘇鹽城 224001；2.江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇邳州 221300）

徐塘發(fā)電公司1999年技改工程以大帶小，在原2×40 MW機組的基礎(chǔ)上擴建2臺300 MW機組。以老廠為依托，其新建機組未設(shè)啟動鍋爐而依靠老廠3號機供新建300 MW機組啟動用汽（鍋爐點火用汽、給水除氧加熱、大機軸封用汽及小機調(diào)試用汽等），完成了機組的全面啟動。隨著電力的改革和發(fā)展，老廠機組已全部關(guān)停，作為地方機組3號機因多種因素影響，也面臨即將關(guān)停的局面，這就意味著新建機組將失去機組啟動的備用汽源。雖經(jīng)二期擴建已達4×300 MW規(guī)模容量，但在機組意外故障全停或機組檢修全停情況下，如何順利啟動機組是擺在我們面前的重大問題[1，2]。

1 已投產(chǎn)機組啟動蒸汽的用途

為確保鍋爐、汽輪機組設(shè)備安全和達到工藝效果的要求，在機組啟動過程中需要用到蒸汽，對于已投產(chǎn)機組主要包括鍋爐點火用汽、給水除氧加熱、汽輪機沖轉(zhuǎn)前軸封加熱用汽等，其中汽輪機軸封加熱用汽是保證機組安全性的關(guān)鍵。

（1）鍋爐點火用汽：現(xiàn)用鍋爐點火油槍為蒸汽霧化油槍，采用一定壓力和溫度的蒸汽加熱燃油并使之霧化，為點火和燃燒創(chuàng)造良好的條件，同時也在油槍啟動前后用蒸汽進行吹掃，保證爐膛系統(tǒng)的安全。

（2）給水除氧加熱：目的是加熱給水，將給水中的氣體排出，降低給水的含氧量。系統(tǒng)布置上一般采用通過輔助蒸汽系統(tǒng)接入啟動蒸汽。

（3）汽輪機沖轉(zhuǎn)前軸封加熱用汽：汽輪機沖轉(zhuǎn)前，特別是熱態(tài)啟動，應(yīng)先送軸封后拉真空，以防止大量冷空氣從軸封段吸入汽輪機內(nèi)，造成軸封段轉(zhuǎn)子收縮，脹差負值增大，甚至超過允許值而出現(xiàn)安全問題，根據(jù)汽輪機金屬溫度的不同，投入的軸封蒸汽溫度也不同，一般采用啟動蒸汽加熱。

這些加熱蒸汽的使用，關(guān)系到機組能否安全順利啟動投運。因此，必須有具備機組啟動所需加熱蒸汽來源的方案和措施。

2 機組啟動蒸汽汽源的分析

從啟動蒸汽的用途分析可知道，缺少啟動汽源的的機組將無法安全啟動。而多數(shù)火電廠都遠離城鎮(zhèn)或其他工業(yè)企業(yè)，在自身備用啟動汽源失去的情況下，無外部汽源供給，機組面臨無啟動汽源而無法啟動的狀態(tài)。從常規(guī)汽源分析，在機組全停情況下，為保證機組順利啟動，裝設(shè)啟動鍋爐作為機組啟動的啟動汽源似乎顯得尤為必要。

（1）啟動鍋爐供汽。啟動鍋爐可以提供一定壓力和溫度的蒸汽，為機組順利啟動提供可靠的保障。對于缺少啟動鍋爐的發(fā)電廠則必須重新裝設(shè)啟動鍋爐，但是啟動鍋爐是一套完整的蒸汽壓力鍋爐系統(tǒng)，必須完全按照特種設(shè)備監(jiān)察規(guī)程進行管理，是一項重大危險源，必須有嚴(yán)格的安全保障措施和管理措施，同時必須進行定期檢測檢驗。再者其投資較大，使用時間短，一般在第一臺機組順利啟動后，即可滿足其他機組的啟動用汽要求 （機組輔汽系統(tǒng)均為母管制），此時啟動鍋爐完全可以退出運行，僅作為機組啟動的備用汽源，而為此，必須投入大量的資金作為保障。

鑒于上述分析，裝設(shè)啟動鍋爐其使用價值遠遠小于其投資價值，雖然啟動鍋爐對機組的順利啟動提供了較高的可靠性，但其極低的經(jīng)濟性也是不足取的。所以，考慮在無啟動鍋爐情況下，機組啟動汽源的進一步分析。

（2）利用鍋爐自身產(chǎn)生的蒸汽作為機組的啟動汽源。從機組啟動程序上分析，汽輪機沖轉(zhuǎn)前必須先送軸封后抽真空，并要求鍋爐蒸汽具備一定的壓力和溫度之后。因此，在汽輪機沖轉(zhuǎn)前，鍋爐已具備一定壓力和溫度的蒸汽，此時的蒸汽可以作為軸封汽源之一，只是此時的新蒸汽壓力和溫度是變化的，而軸封對加熱蒸汽的要求是相對穩(wěn)定的。在此基礎(chǔ)上，只要保證汽源的穩(wěn)定，就可以滿足機組啟動的要求，作為機組啟動蒸汽汽源之一。

3 利用鍋爐自身產(chǎn)生的蒸汽作為機組啟動汽源的可行性方案論證

（1）鍋爐對水質(zhì)的要求。鍋爐上水要求進水溫度≥21℃、＜104℃，進水溫度應(yīng)不大汽包壁溫50℃。在機組冷態(tài)、除氧器無加熱蒸汽情況下，根據(jù)季節(jié)不同給水溫度可能＜21℃，此時可通過控制鍋爐上水速度滿足進水要求。雖然此時爐水有一定的含氧量，這些氧將在蒸汽壓力達到2.0 MPa前通過鍋爐排氣或管道疏水而排出，不影響啟動蒸汽品質(zhì)，所以，冷態(tài)啟動時給水除氧與否不會影響蒸汽品質(zhì)。

（2）鍋爐點火油系統(tǒng)。設(shè)計上點火油槍為蒸汽霧化，燃用0號輕柴油，該油種具有很好的流動性。

在無霧化蒸汽情況下，將蒸汽霧化油槍改為機械霧化油槍，輔以油循環(huán)，即使在冬季仍可滿足鍋爐點火要求（有冬季機械霧化點火的實例）。

（3）汽輪機軸封和除氧器加熱。這是最關(guān)鍵的問題，特別是軸封加熱，如果此問題解決不了，機組將無法啟動，但要利用本機組產(chǎn)生的新蒸汽直接作為汽輪機軸封用汽和除氧器加熱蒸汽，其壓力和溫度很難控制，而軸封用汽和除氧器用汽都有嚴(yán)格的要求。具體設(shè)計參數(shù)見表1：

表1 軸封用汽參數(shù)

設(shè)計參數(shù)要求軸封蒸汽溫度與高、中壓缸軸封區(qū)轉(zhuǎn)子金屬表面溫度差在允許范圍內(nèi)。（汽溫＞金屬溫度不超過110℃），如果解決了高、中壓缸軸封用汽問題，則低壓缸軸封依靠自身系統(tǒng)則可同時滿足要求，那么機組就可以安全啟動了。

系統(tǒng)設(shè)計上（如圖1），機組的軸封汽源有新蒸汽、冷再熱蒸汽、輔汽及自密封蒸汽四種。汽源使用上，機組冷態(tài)啟動時先用輔助蒸汽向軸封供汽，正常運行中軸封用汽主要靠高、中壓缸軸封漏汽自密封；新蒸汽、冷再熱蒸汽、輔汽作為軸封用汽的輔助汽源。機組運行中，當(dāng)軸封母管壓力降至25 kPa時，輔汽供軸封用汽調(diào)節(jié)門自動開啟調(diào)節(jié)，維持軸封汽母管壓力在25 kPa；當(dāng)軸封母管壓力高至27 kPa以上時，軸封汽溢流門自動開啟調(diào)節(jié)，維持軸封汽母管壓力在27 kPa。冷再供軸封、主蒸汽供軸封調(diào)節(jié)門自動取消，需要時可手動開啟。機組事故跳閘后，由于軸封區(qū)金屬溫度較高，采用主蒸汽向軸封供汽，以減少軸封汽與軸封金屬的溫差。

雖然軸封母管上主汽是其汽源之一，但其僅作為機組事故狀況下備用軸封汽源，參數(shù)不滿足機組啟動時軸封汽源的要求，不能作為機組的啟動汽源。

（1）采用高溫高壓減溫減壓裝置，將新蒸汽減溫減壓到軸封加熱蒸汽參數(shù)，也就是高壓輔汽參數(shù)（包括壓力和溫度）。

（2）要求無論是冷態(tài)啟動、熱態(tài)啟動或極熱態(tài)啟動，減溫減壓裝置都能投入運行，并能夠提供滿足軸封加熱的蒸汽量。

（3）鍋爐啟動初期，新蒸汽溫度較低時可全開調(diào)節(jié)閥，不需進行減溫減壓調(diào)節(jié)，當(dāng)新蒸汽參數(shù)較高時進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)品質(zhì)要求：調(diào)節(jié)平穩(wěn)并具有良好的線性。

綜上所述，在原系統(tǒng)管路上加以改造，只要滿足上述要求，采用鍋爐自身產(chǎn)生的蒸汽作為機組啟動汽源是完全可行的。減溫減壓裝置的設(shè)計和設(shè)備的配置必須經(jīng)資質(zhì)單位計算后確定，可以依靠設(shè)計院或廠家共同完成。

4 結(jié)束語

裝設(shè)啟動鍋爐：綜合土建、設(shè)備（10 t鍋爐）及安裝費用120萬～140萬元。

裝設(shè)減溫減壓裝置：設(shè)備及安裝費用30萬～40萬元。

費用估算二者相差約100萬元 （因未進行實地收資，其實際費用可能相差更大），其中不包括啟動鍋爐的后期維護、保養(yǎng)等費用。所以，裝設(shè)減溫減壓裝置相對于裝設(shè)啟動鍋爐具有良好的經(jīng)濟性。

目前，減溫減壓裝置已得到充分應(yīng)用，鍋爐本體吹灰減壓站可以將18.6 MPa主汽降至3.6 MPa，經(jīng)改造后其壓力已降至1.2 MPa運行。冷再經(jīng)減壓后可以作為高輔汽源，汽機高旁減溫減壓裝置實現(xiàn)高旁進出口壓力16.67／3.57 MPa，進出口溫度 537／320℃。將減溫減壓裝置應(yīng)用于汽機軸封系統(tǒng)，只是對減溫減壓裝置提出了更高的要求，在實際應(yīng)用上是完全可行的。

[1]鐘 平，施延洲，王祝成.大型汽輪機高中壓缸中間軸封漏汽量的測試研究[J].熱力發(fā)電，2006（1）∶44-47.

[2]馮偉忠.1 000 MW級火電機組旁路系統(tǒng)作用及配置[J].中國電力，2005（8）∶53-56.