CCPP中蒸汽旁路和鍋爐給水泵技術(shù)的研究

徐迎超，樊泳，閻波，范曉明，寇彥德

熱電

CCPP中蒸汽旁路和鍋爐給水泵技術(shù)的研究

徐迎超1，樊泳1，閻波2，范曉明2，寇彥德1

（1.北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司，北京，100043;2.首鋼股份公司遷安鋼鐵公司，河北邯鄲，064404）

首鋼遷鋼公司2×50 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)（CCPP）發(fā)電工程結(jié)合國內(nèi)機(jī)組運行情況，對燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)做了以下改進(jìn)：蒸汽系統(tǒng)增加蒸汽旁路，凝汽器設(shè)置為帶旁路的凝汽器；余熱鍋爐給水泵采用高低壓雙輸出給水泵技術(shù)。解決了機(jī)組在啟停機(jī)時蒸汽放散的問題，同時回收了除鹽水，降低了給水泵的電耗，年增加凈利潤94萬元。

CCPP；蒸汽旁路；凝汽器；給水泵

1 前言

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)(Combined Cycle Power Plant)發(fā)電機(jī)組，簡稱CCPP。燃?xì)廨啓C(jī)自身的發(fā)電效率不算很高，一般在30%～35%，但是其產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá)450℃～550℃，可以通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機(jī)再發(fā)一次電，從而形成燃?xì)廨啓C(jī)—蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率可以達(dá)到58%～60%，一些大型機(jī)組甚至可以超過60%。同時，還具有開、停機(jī)快，運行負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大速度快等特點，該技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中得到快速應(yīng)用，用于回收其高爐、焦?fàn)t生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量氣體燃料副產(chǎn)品（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣）進(jìn)行發(fā)電，提高了發(fā)電效率，又能很好地滿足鋼鐵企業(yè)煤氣動態(tài)平衡的需要，減少放散[1，3]。

CCPP中的鍋爐和汽機(jī)都可以外供蒸汽,聯(lián)合循環(huán)可以靈活組成熱電聯(lián)產(chǎn)工廠。在CCPP系統(tǒng)中有一個煤氣壓縮機(jī)(GC)單元,特別在低熱值煤氣發(fā)電中,煤氣壓縮機(jī)比較大。眾所周知,余熱鍋爐加蒸汽輪機(jī)發(fā)電是常規(guī)技術(shù),CCPP的技術(shù)核心是燃?xì)廨啓C(jī),燃?xì)廨啓C(jī)一般是透平空壓機(jī)、燃燒器與燃?xì)馔钙綑C(jī)組合的總稱。電力工業(yè)采用的CCPP常用天然氣、重油等高熱值燃料,鋼鐵廠CCPP以燃高爐煤氣為主,有的工廠有可能摻入少量焦?fàn)t煤氣,用于發(fā)電的煤氣熱值(800～1350)×4.18 kJ/m3,只是天然氣的1/10～1/6。低熱值煤氣燃燒不易穩(wěn)定,煤氣體積龐大,煤氣壓縮功增加,增加了低熱值CCPP技術(shù)的難度。低熱值煤氣的燃燒技術(shù)主要有兩種技術(shù)流派:一種是采用單筒燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī),使用的煤氣熱值可在800×4.18 kJ/m3左右,如ABB、新比隆公司的產(chǎn)品；另外一種是多筒燃燒器的燃機(jī),多用于煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC),煤氣熱值1334×4.18 kJ/m3,煤氣含H2量10%左右,如GE公司與三菱公司的產(chǎn)品，通鋼、馬鋼采用了這種機(jī)組[2]。CCPP從設(shè)備布置方面分為兩種：一種為單軸布置，即煤氣壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)在同一軸上，單軸布置工作效率高，布置緊湊，占地面積小；另一種為雙軸布置，即煤氣壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)共軸，蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)共軸，這種設(shè)備布置方式需要2臺發(fā)電機(jī)，分軸布置工作效率較低，占地大，但可以分開建設(shè)。

2 CCPP發(fā)電機(jī)組的選擇及工藝流程

遷鋼50 MWCCPP電站采用日本三菱重工公司生產(chǎn)的M251S型分軸布置機(jī)組，CCPP發(fā)電機(jī)組主要設(shè)備為：M251S型燃?xì)廨啓C(jī)（含空氣壓縮機(jī)）、29 MW燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、煤氣壓縮機(jī)、煤氣電除塵器、煤氣冷卻器、蒸汽輪機(jī)、25.0 MW蒸汽輪發(fā)電機(jī)。

日本三菱重工公司的CCPP發(fā)電機(jī)組工藝主要系統(tǒng)為：燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)及蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.1 燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)

燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括煤氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、閉式冷卻水系統(tǒng)、CO2滅火保護(hù)系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及葉片清洗系統(tǒng)。

2.2 余熱鍋爐系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)燃燒完排出的500～600℃的高溫?zé)煔猓ㄟ^省煤器、蒸發(fā)器、過熱器將鍋爐中的高壓水和低壓水加熱成高壓高溫蒸汽和低壓蒸汽。這個過程屬于常規(guī)的余熱回收利用。

2.3 蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)

蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組分別設(shè)主蒸汽系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、疏放水系統(tǒng)。

3 蒸汽旁路技術(shù)的研究

3.1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

50 MW級別CCPP發(fā)電機(jī)組目前國內(nèi)配套的汽輪機(jī)凝汽器均為普通凝汽器，在燃?xì)廨啓C(jī)啟動時，余熱鍋爐產(chǎn)汽參數(shù)達(dá)不到汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)要求，只能對空放散，同樣在汽輪機(jī)跳機(jī)時，余熱鍋爐產(chǎn)汽也只能對空放散。這樣既產(chǎn)生了白色污染，同時造成熱損失及除鹽水損失。

目前僅在150 MW及以上級別汽輪發(fā)電機(jī)組中使用100%主蒸汽旁路技術(shù)，并且主調(diào)節(jié)閥均為CCI或FRANK等進(jìn)口設(shè)備，價格高昂。

3.2 改進(jìn)方案

本技術(shù)研發(fā)應(yīng)用帶高低壓蒸汽旁通裝置的凝汽器，在CCPP機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動期間，通過蒸汽旁路裝置建立初級循環(huán)，并配合汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)完成定壓滑參數(shù)啟動，解決了在燃機(jī)升負(fù)荷期間的輕載待機(jī)問題，燃機(jī)按照獨立運行方式完成啟動、運行、升負(fù)荷，無需等待汽輪機(jī)組暖機(jī)啟動，冷態(tài)由啟動至滿負(fù)荷時間縮短4～6 h，啟動全過程無蒸汽放散。

（1）次高壓主蒸汽旁路

次高壓主蒸汽旁路采用氣動調(diào)節(jié)閥+兩級節(jié)流孔板減壓技術(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的作用是配合次高壓主汽閥及汽輪機(jī)工作狀態(tài)決定次高壓主蒸汽旁路是否投入；一級節(jié)流孔板安裝在氣動調(diào)節(jié)閥后，將蒸汽壓力減至0.5 MPa；二級節(jié)流孔板安裝在凝汽器喉部，將蒸汽壓力減至0.0625 MPa。一級噴水減溫安裝在一級節(jié)流孔板后，將蒸汽溫度減至152℃，二級噴水減溫采用凝汽器喉部噴淋，將蒸汽溫度降至102℃。

（2）低壓補汽旁路

低壓主蒸汽旁路采用氣動調(diào)節(jié)閥+一級節(jié)流孔板減壓技術(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的作用是配合低壓補汽閥及汽輪機(jī)工作狀態(tài)決定低壓主蒸汽旁路是否投入；一級節(jié)流孔板將蒸汽壓力減至0.0625 MPa。噴水減溫采用凝汽器喉部噴淋，將蒸汽溫度控制在102℃。

（3）自主開發(fā)研制雙鼠籠主蒸汽旁路調(diào)節(jié)閥

針對CCPP燃?xì)廨啓C(jī)的啟動、停機(jī)及變工況條件下的余熱鍋爐產(chǎn)汽特性，確定主蒸汽及旁路蒸汽調(diào)節(jié)閥的Cv曲線，結(jié)合調(diào)節(jié)閥快開、快關(guān)的工藝特點，自主研發(fā)汽缸式雙鼠籠形式調(diào)閥，實現(xiàn)旁路調(diào)節(jié)閥快速開閉時間小于1 s，泄漏率低于V級，性能達(dá)到進(jìn)口設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，價格僅為進(jìn)口設(shè)備的1/4。

4 鍋爐給水泵技術(shù)的研究

4.1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

三壓余熱鍋爐需配套高壓給水泵和低壓給水泵，每臺給水泵均需要預(yù)留備用，造成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組配備的泵種繁多，檢修維護(hù)量大，布置占地大，一次投資大，用電成本高。

4.2 改進(jìn)方案

本工程采用高低壓雙輸出給水泵技術(shù)，由高壓給水泵同時輸出高低壓兩級給水，減少2臺低壓給水泵，降低了給水設(shè)施自用電量，同時減少一次投資及運行維護(hù)量。

高壓給水泵為多級給水泵，在滿足低壓給水參數(shù)的級上設(shè)置低壓給水抽頭，通過水泵的動態(tài)水力模型試驗，當(dāng)?shù)蛪航o水量小于高壓給水量的30%時，水泵軸功率僅需增加5%，小于高低壓雙泵同時運行時的電耗。

5 新技術(shù)應(yīng)用效果

5.1 蒸汽旁路技術(shù)應(yīng)用效果

（1）CCPP機(jī)組分啟動過程中無需燃機(jī)機(jī)組輕負(fù)荷待機(jī)配合汽輪機(jī)暖機(jī)啟動，冷態(tài)啟動時間縮短約4 h。

（2）在燃機(jī)機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)波動時，旁通裝置可配合調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽量，從而實現(xiàn)汽輪機(jī)負(fù)荷快速調(diào)整。

（3）帶旁路的凝汽器技術(shù)使用后，在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組啟動和停機(jī)時，蒸汽不在對空放散，這樣不僅解決了蒸汽的白色污染，也回收了優(yōu)質(zhì)的除鹽水，減少了發(fā)電系統(tǒng)的除鹽水補充。

5.2 鍋爐給水泵技術(shù)應(yīng)用效果

雙輸出給水泵技術(shù)的應(yīng)用，降低了工程階段的投資，減少了運行時的給水泵耗電量，減少了占地，方便運行人員的操作和維護(hù)。

6 結(jié)論

通過應(yīng)用如上創(chuàng)新技術(shù)，首鋼遷鋼公司50 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電解決了機(jī)組在啟停機(jī)時蒸汽放散問題，回收了除鹽水；降低了給水泵的投資和運行維護(hù)費用，年增加凈利潤94萬元。

[1]彭藝輝.燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)（CCPP）發(fā)電技術(shù)[J].柳鋼科技，2011，1:57.

[2]劉海寧，陸明春.淺談鋼鐵公司自備電廠燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（CCPP）[J].天津冶金，2007，5:56.

[3]徐迎超，閻波，樊泳，崔合群，周玉磊.燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)（CCPP）發(fā)電在首鋼遷鋼公司中的應(yīng)用[J].冶金動力，2012,1：28.

A Study on the Steam Bypass and Boiler Water Feed Pum p Technology in CCPP

Xu Ying chao1,Fan Yong1,Yan Bo2,Fan Xiao min2,Kou Yan de1

The 2×50 MWgas-steam combined cycle power project of Shougang Qianan Steel made the following improvements on the CCPP system based on the actual operation conditions of domestic CCPP units:adding a steam bypass in the steam system,the condenser to be set up with a bypass and adopting high and loWpressure dual output technology in the HRSG feed water pump.This upgrading modification has solved the problem of steam bleeding at unit startup and shutdown,at the same time recovered desalted water and reduced the power consumption of the water pump,which increased net profit by 940,000 yuan annually.

CCPP;steam bypass;condenser;feed water pump

TM611

B

1006-6764（2015）09-0037-03

2015-06-09

徐迎超（1982-），男，工程師，現(xiàn)主要從事節(jié)能環(huán)保、余熱利用、發(fā)電項目的設(shè)計與研究工作。

(1.Beijing Shougang International Engineering Technology Co.,Ltd.,Beijing,100043; 2.Shougang Qianan Iron and Steel Company,Handan,Hebei 064404,China)