超臨界機組吹管技術淺析

李學軍，劉發圣

（1.貴溪發電有限責任公司，江西貴溪 335400；2.國網江西省電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 引言

蒸汽吹管是新建電站鍋爐投運前的重要試運步驟之一。吹管質量的控制和吹管工藝的正確實施對鍋爐和汽輪機的安全運行有著直接影響。目前國內外主要有兩種電站鍋爐吹管工藝，即降壓蒸汽吹管法和穩壓蒸汽吹管法。傳統的降壓蒸汽吹管技術在我國已經基本成熟，而穩壓蒸氣吹管技術，尤其是超臨界直流鍋爐的穩壓吹管技術還在起步階段，而對于配爐水循環泵啟動系統的超臨界直流鍋爐，目前使用穩壓吹管的成功實例和經驗不多。本文著重對配鍋爐水循環泵啟動系統的HG-1964/25.4-YM17 型超臨界直流鍋爐的吹管工藝和流程進行了研究，并對吹管過程中的注意事項進行了探討。

1 吹管原理

為了保證蒸汽吹管的有效性，吹管時被吹掃表面所受的作用力必須大于鍋爐最大連續出力(BMCR)下蒸汽對管道表面的作用力。吹管系數K被定義為吹掃工況和BMCR工況下兩個作用力之比，因此K必須大于1，并且K值越大，吹管效果越好。它的計算公式為：

K=(吹管時蒸汽流量)2×(吹管時蒸汽比容)/(額定負荷蒸汽流量)2×(額定負荷時蒸汽比容)

2 吹管方式的特點

穩壓蒸汽吹管是在吹管過程中始終維持相對恒定的系統壓力，它是一個相對穩態的過程，在此過程中鍋爐維持輸入和輸出之間的能量平衡以及給水量和蒸發量之間的質量平衡。穩壓吹管法在操作控制、相關支持系統的投入數量、臨吹管路的管材要求、系統布置等方面都比降壓吹管法要求要高。

降壓蒸汽吹管是指鍋爐事先維持一個較高的吹管壓力，然后迅速全開臨時吹管門，使得鍋爐壓力迅速下降，蒸發量瞬間驟增，從而實現對鍋爐受熱面的吹掃。降壓吹管法具有系統布置簡單、吹管過程易于控制、吹管所需投入的系統少、操作相對簡單等優點，并且它能夠保證在吹管期間的有效時間內過熱器各處吹管系數K大于1。

3 不同吹管工藝的控制要點

3.1 穩壓吹管工藝控制

3.1.1 給水及啟動系統的控制

在鍋爐點火啟壓前為了使吹管臨時管路充分暖管，將臨時吹管門開到25%的開度。穩壓吹管的升溫升壓過程與降壓吹管的升溫升壓過程相同，對啟動系統控制要求較低，工況較穩定。升溫升壓初期建立了穩定的汽水循環后，鍋爐按照廠家的升溫升壓曲線進行升溫升壓，鍋爐點火后為加快鍋爐升壓速度，控制給水流量比鍋爐MFT 保護定值490 t/h 高60 t/h 左右，隨著燃料量的增加給水量也逐漸增加，此時逐漸開大臨沖門開度至全開狀態，在鍋爐穩壓吹管前，通過給水流量來控制汽水分離器出口溫度過熱度在5 ℃左右，同時將儲水箱溢流閥盡量關閉，當鍋爐負荷達到30%BMCR時鍋爐逐漸的轉為干態運行方式，即可進行穩壓吹管。

3.1.2 過熱器及再熱器汽溫的控制

兩種吹管方式均需控制過熱汽和再熱汽的溫度在臨時管材的承受范圍之內，同時臨沖門后的蒸汽溫度不能超過冷段再熱管道的承受范圍，整個吹管過程中必須嚴格控制。穩壓吹管方式不存在主汽、再熱汽溫度下降的現象，但極易發生主汽超溫，建議在鍋爐穩壓吹管過程中，控制低溫再熱器入口溫度小于390 ℃，目的是防止低、再管道過度膨脹，從而引起管道支吊架變形。控制此溫度的主要方法是穩壓吹管過程中使過熱器出口汽溫不要過高，由于吹管過程中，一般采用過熱器、再熱器串聯吹管，主蒸汽在管道內擴容產生較小的焓降，一般情況下，低溫再熱器入口溫度與過熱器出口溫度的差值小于50 ℃，因此要控制低溫再熱器不超溫，就要使過熱器出口蒸汽溫度在440 ℃以內。吹管過程中主要是通過減溫器來控制主蒸汽溫度，通過再熱器煙氣擋板和事故噴水減溫器來控制再熱蒸汽溫度。穩壓吹管的控制要點就是主汽、再熱蒸汽溫度不能超溫，控制合理的中間點過熱度，同時保證各受熱面不能超溫。

3.1.3 其它控制要點

1）穩壓吹管時鍋爐負荷達到BMCR的50%左右，在鍋爐點火升壓過程中，在煤質較差時需投用4套制粉系統，通過燃燒調整和臨吹門開度，保持汽水分離器出口壓力5.5 Mpa左右，給水流量在890 t/h左右，維持吹管參數。因此至少需保證4套制粉系統能夠投用。

2）每次穩壓吹管時間一般在2 h左右，主要看機組的補水情況，鍋爐開始進入穩壓吹管過程，保持此工況直至化學除鹽水量耗盡，鍋爐按要求正常停爐，一個完整的穩壓吹管過程結束，每次吹管結束后，鍋爐應降壓冷卻，相鄰兩次吹管應間隔12 h以上。

3.2 降壓吹管工藝控制

1）降壓吹管方式需要的燃料量一般少于BMCR燃料量的20%，因此一般只需保證2套制粉系統能夠投用即可。現如今多數新建電廠都是采用等離子點火投粉吹管。鍋爐投粉初期熱風溫度低、燃燒效率低、飛灰含碳量高，因此鍋爐點火初期空預器必須連續吹灰，防止尾部煙道二次燃燒的發生。此外，降壓蒸汽吹管時，鍋爐在升壓過程過、再熱器無蒸汽通流，因此應控制爐膛出口煙溫不超過540 ℃，防止受熱面超溫。

2）降壓吹管方式為保證給水流量大于490 t/h以及貯水箱的水位高于900 mm，防止循環泵跳閘及鍋爐滅火，這是降壓吹管升溫升壓和開關臨沖門時的控制難點。特別是開關臨沖門時要求運行人員有足夠的經驗，能夠很好的掌握補水量的調節方法。工程實踐中，出現過多次運行人員不熟悉開關臨沖門對分離器水位變化的影響規律而導致跳泵的現象，降壓吹管控制要點是關臨吹門時要逐漸加大給水流量、關小爐水循環泵出口閥開度、打開循環泵再循門。

3）在鍋爐降壓吹管時，難于建立起穩定的水動力特性，為此應盡量提高給水溫度，降壓吹管工程實踐中主汽溫度和再熱汽溫下降幅度非常大，控制不好極易引起管道水擊。此外，貯水箱出水是飽和水，降壓吹管時壓力降低有可能產生汽化，為防止爐水循環泵汽蝕現象的發生，應投入足夠的過冷水。采用降壓吹管方式時，每次吹管的時間間隔不宜太長，否則再熱冷段和熱段管道會冷卻，再吹管時大量的蒸汽容易遇冷凝結，嚴重時也會產生水擊現象。

4 吹管實踐

4.1 鍋爐設計參數

貴溪發電廠三期1 號鍋爐系哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主開發研制的HG-1964/25.4-YM17 型超臨界鍋爐。該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的直流鍋爐、單爐膛、平衡通風、固態排渣、尾部雙煙道結構，利用擋板調節再熱汽溫、全鋼架、全懸吊結構、露天布置的π型布置。鍋爐主要設計參數列于表1。

4.2 吹管范圍及流程

吹管的主要范圍包括：鍋爐過熱器系統，再熱器系統，主蒸汽管道、冷、熱段再熱蒸汽管道。臨沖門裝在主汽門出口臨時管上，臨沖門后裝集粒器，靶板器裝在中壓主汽門出口臨時管上至消音器之間。

吹管系統流程：啟動分離器→過熱器系統→主蒸汽管道→高壓主汽門→臨時管→臨沖門→臨時管→集粒器→冷段再熱蒸汽管道→再熱器系統→熱段再熱蒸汽管道→中壓主汽門→臨時管→臨時母管→靶板器→臨時母管→消音器→排大氣。

表1 鍋爐的主要設計參數

4.3 吹管參數的選擇

1）穩壓蒸汽吹管參數，根據鍋爐、汽機各管道及受熱面的參數和臨時管道材質的要求，在保證吹管系數的前提下，穩壓吹管時分離器壓力維持在5.5MPa左右。

2）降壓蒸汽吹管參數，降壓吹管時分離器壓力維持在6.5 MPa左右，當分離器壓力在6.5 Mpa左右時打開吹管臨時控制門，分離器壓力下降至3.0～4.0 MPa時關閉臨時控制門。

4.4 吹管的方法和步驟

本機組蒸汽吹管分兩階段進行：第一階段采用穩壓吹管法；第二階段采用穩壓和降壓聯合吹管方法。穩壓蒸汽吹管時鍋爐爐膛熱負荷較大，為避免鍋爐受熱面管壁超溫，機組采用過、再熱器系統串聯吹管的方法。

1）第一階段吹管。

鍋爐點火后打開主汽管道及臨時管道上的疏水門并微開臨時吹管控制門對管路進行暖管，當排汽口管壁溫度達到100 ℃時，暖管工作結束。按冷態啟動曲線進行鍋爐升溫升壓，當主汽壓力達到0.3～0.5 MPa時，對臨時管道進行螺栓熱緊；當主汽壓力達到3.0 MPa時，進行1次試吹管；試吹結束后檢查臨時管路的膨脹、支撐和固定狀態，若無異常則繼續升壓。當主汽壓力升至4.0 MPa時，再進行1次試吹管。再次檢查臨時管路的膨脹、支撐和固定狀態，無異常則繼續升壓。鍋爐主汽壓力達到5.5 MPa時，逐漸開啟臨時控制門，開門的同時提高鍋爐燃燒率及投入過熱器和再熱器的減溫水控制汽溫，根據吹管需要，適時投運第3臺磨煤機進行穩壓吹管。

2）第二階段吹管。

按照第一階段步驟進行試吹管結束后，鍋爐繼續升壓，主汽壓力達到5.5 MPa 時，逐漸開啟臨時控制門進行穩壓吹管，2 次穩壓吹管結束后，轉入降壓吹管打靶階段，此時鍋爐保留2 臺磨煤機運行，直至連續2次打靶合格為止。

5 吹管效果評價

1）第一階段共進行了3次穩壓吹管；第二階段共進行了59 次降壓吹管，吹管過程中主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度能控制在允許范圍內，在吹管系數k＞1的前提下，連續2次打靶，第1靶斑痕為3點，粒度小于0.4 mm，第2靶斑痕為2點，粒度小于0.4 mm。靶板檢驗結果表明，吹管效果優良。

2）貴溪電廠工程實踐中嘗試了穩壓法吹管和降壓法吹管，兩種吹管方式各有優缺點，穩壓吹管對鍋爐和汽機各分系統的要求均較高，穩壓吹管時鍋爐基本達到了整套啟動的要求，汽機的汽動給水系統、真空系統、潤滑油系統、軸封系統均須調試完畢，機組基本達到了整套啟動的要求，與采用降壓吹管工藝相比可能會延遲點火吹管這一進度，但從整個基建過程來看，鍋爐穩壓吹管完成后機組整體試運情況較為接近整套啟動的條件，所以并不會延誤機組整體試運工期。實踐表明無論采用穩壓吹管或降壓吹管方式，均能保證所要求的吹管系數和吹管質量，兩種吹管方式效果無明顯區別。建議各廠根據自身機組整體試運情況選擇合適的吹管方式。

[1]中華人民共和國電力工業部.火電機組啟動蒸汽吹管導則[S].1998.

[2]DL/T 5047—1995電力建設施工及驗收技術規范（鍋爐機組篇）[S].

[3]應明良，戴成峰，胡偉鋒等.600 MW 機組對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造及運行調整[J].中國電力，2011，44(4)：55-58.