旁路系統(tǒng)在減輕氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕中的應(yīng)用

王鵬宇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，大容量、高參數(shù)超（超）臨界機(jī)組已經(jīng)成為火電建設(shè)發(fā)展的主流。鍋爐過熱器出口蒸汽壓力已達(dá)到30MPa，主、再熱蒸汽溫度更是達(dá)到了605/623℃的新高度，超（超）臨界機(jī)組帶來高效率、高環(huán)保的同時，鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題，已經(jīng)成為影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行不可回避的問題。本文主要對比闡述配置常規(guī)容量旁路（超）超臨界機(jī)組，如何在機(jī)組啟停階段利用旁路系統(tǒng)對鍋爐管道進(jìn)行有效吹掃，從而減輕鍋爐脫落氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題。

關(guān)鍵詞：氧化皮堵塞;固體顆粒物沖蝕;旁路選型;穩(wěn)壓吹掃;降壓吹掃

中圖分類號：TK261 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0175-02

0 引言

超（超）臨界機(jī)組在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面取得了巨大的成功，但在長期穩(wěn)定運(yùn)行方面卻面臨著鍋爐脫落氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕等問題的挑戰(zhàn)。這些問題至今尚無徹底解決的辦法，但我們可以利用現(xiàn)有的條件盡量延緩問題出現(xiàn)的時間，將經(jīng)濟(jì)損失降到最小。

1 氧化皮脫落給機(jī)組帶來的主要危害

鍋爐管束脫落的氧化皮堵塞受熱面管道，使管道通流量減少，造成管束短期或長期超溫而爆管，其中以大量布置垂直受熱面的π型鍋爐尤為嚴(yán)重。高速蒸汽流攜帶出管束中積存的氧化皮顆粒又帶來了汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)效率，增加了維護(hù)工作量。蒸汽攜帶的氧化皮顆粒在低速區(qū)沉積在機(jī)側(cè)閥門處，造成閥門卡塞，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。沖出機(jī)側(cè)系統(tǒng)的固體顆粒物進(jìn)入到凝結(jié)水和給水系統(tǒng)，惡化了汽水品質(zhì)，加速了鍋爐的腐蝕結(jié)垢。

2 爐選型式

超（超）臨界電站鍋爐主要有兩種類型，一種是塔式鍋爐;一種是π型鍋爐。π型鍋爐布置有大量的垂直對流受熱面（屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器），在啟動階段，蒸汽動量不足以將脫落的氧化皮帶出垂直管段，氧化皮堵塞在U型管底部彎頭處，阻塞蒸汽的流通，造成管束超溫爆管。在高負(fù)荷階段，部分氧化皮被高速蒸汽流吹出，蒸汽所攜帶的高動量固體顆粒物將對汽輪機(jī)產(chǎn)生沖蝕。塔式鍋爐，對流受熱面均為水平布置，啟動階段脫落的氧化皮容易被蒸汽沖走，經(jīng)高低壓旁路系統(tǒng)直接送入凝汽器中，氧化皮脫落所帶來的危害明顯緩解。塔式鍋爐雖然在應(yīng)對受熱面氧化皮堵塞問題上有著先天的優(yōu)勢，但因其設(shè)備造價高，基建工期長，低負(fù)荷區(qū)間再熱蒸汽溫度難以保證等問題，在發(fā)電企業(yè)實際選型應(yīng)用上與π型鍋爐不分伯仲。對于超臨界以上參數(shù)的鍋爐，無論選擇何種爐型，氧化皮問題都是無法避免的，關(guān)鍵在于如何減少其危害。

影響氧化皮脫落的主要有兩個因素：一是氧化皮達(dá)到了一定的厚度;二是管束溫度大幅度、高頻率變化，氧化皮受到應(yīng)力作用（主因）。氧化皮的膨脹系數(shù)要遠(yuǎn)小于金屬管材的膨脹系數(shù)，管束溫度變化越劇烈，氧化皮受到的應(yīng)力就越大，越容易使其從本體上脫落下來。如果機(jī)組能長期在較穩(wěn)定的負(fù)荷下運(yùn)行，氧化皮脫落的概率就大為降低。這樣不管采用何種爐型、何種旁路容量配置，都會大為延緩氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕問題，所以最有效的方法就是盡可能地減少鍋爐汽水系統(tǒng)的冷熱循環(huán)，減少鍋爐的啟停次數(shù)。隨著新能源的崛起和火力發(fā)電機(jī)組的大量建設(shè)，火電機(jī)組的利用小時數(shù)被大量壓縮，大容量機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰已是常態(tài)化，在應(yīng)對氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕問題上，火電機(jī)組只能尋找新的突破點(diǎn)。

3 旁路型式

旁路型式，如表1所示。

設(shè)有大容量的旁路系統(tǒng)，在機(jī)組啟停及運(yùn)行中有著各種先天優(yōu)勢，不但滿足常規(guī)的啟停需求，更是減少非鍋爐故障的突然停爐問題。但因其造價較高且對帶基本負(fù)荷或參與調(diào)峰較少的機(jī)組來說，機(jī)組服役期間優(yōu)勢并不明顯，所以還沒有取得最廣泛的應(yīng)用。對于已經(jīng)建成的火電機(jī)組，進(jìn)行旁路系統(tǒng)改造，其可操作性和經(jīng)濟(jì)性都不強(qiáng)，只能利用現(xiàn)有的條件解決問題。

4 對鍋爐內(nèi)氧化皮進(jìn)行吹掃

對于配置三用閥旁路系統(tǒng)或采用塔式鍋爐的機(jī)組，當(dāng)鍋爐內(nèi)氧化皮厚度達(dá)到臨界值或已出現(xiàn)氧化皮脫落現(xiàn)象時，為防止運(yùn)行中氧化皮大量脫落帶來的危害，可在機(jī)組啟動過程中人為的讓厚度較大的氧化皮提前脫落，然后采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。將鍋爐進(jìn)行初步升溫升壓，然后快速停爐冷卻，讓管道內(nèi)的氧化皮在應(yīng)力作用下先期脫落，然后在啟動中利用旁路系統(tǒng)將脫落的氧化皮沖到凝汽器中，從而做到提前預(yù)防主動控制。雖然這樣會延長機(jī)組啟動時間并增加燃料的損耗，卻是減輕氧化皮危害的一種很有效方法。在機(jī)組停運(yùn)過程中，汽輪機(jī)先行解列，鍋爐繼續(xù)短期維持運(yùn)行，用旁路系統(tǒng)同樣能對爐內(nèi)脫落的氧化皮進(jìn)行吹掃。對于旁路容量較小且氧化皮問題已經(jīng)很嚴(yán)重的π型鍋爐來說，易采用停爐對管道彎頭處進(jìn)行射線檢查，然后割管清理的方法。

π型鍋爐和常規(guī)容量配置的旁路系統(tǒng)機(jī)組，雖然在應(yīng)對氧化皮堵塞上有著先天的不足，如能在機(jī)組啟停過程中，合理的利用旁路系統(tǒng)，對垂直段對流受熱面管束進(jìn)行穩(wěn)壓或降壓吹掃，將鍋爐內(nèi)脫落的氧化皮吹掃至凝汽器，依然可以大為減緩氧化皮的危害。

現(xiàn)以東方超超臨界π型鍋爐，旁路配置為高旁（40%）+低旁串聯(lián)旁路機(jī)組為例，簡述對爐內(nèi)氧化皮的吹掃過程。

4.1 鍋爐穩(wěn)壓吹掃

鍋爐按照啟動曲線正常升溫升壓，當(dāng)鍋爐分離器壓力大于5.0MPa時，及時啟動第二套制粉系統(tǒng)，保證燃料量充足，繼續(xù)進(jìn)行升溫升壓。手動逐漸開大高低壓旁路，直至旁路閥全開，注意調(diào)整給水流量，保持鍋爐貯水罐水位并盡量減小361閥的開度。當(dāng)鍋爐分離器壓力達(dá)到7.0MPa時，維持鍋爐總?cè)剂狭糠€(wěn)定，給水流量在750t/h左右，361閥近0開度，對鍋爐管道進(jìn)行穩(wěn)壓吹掃。穩(wěn)壓吹掃1小時后，進(jìn)行凝結(jié)水水質(zhì)化驗，當(dāng)凝結(jié)水外觀澄清透明后，穩(wěn)壓吹掃結(jié)束，逐步減少燃料量、關(guān)小高低壓旁路，調(diào)整鍋爐各參數(shù)至汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)所需參數(shù)。鍋爐進(jìn)行穩(wěn)壓吹掃操作相對簡單，但對燃料和除鹽水消耗較大。

4.2 鍋爐降壓吹掃

鍋爐熱態(tài)沖洗結(jié)束后，手動逐漸開大高低壓旁路至60%以上，對旁路系統(tǒng)進(jìn)行充分暖管。當(dāng)鍋爐分離器壓力達(dá)到2.0MPa時，逐漸關(guān)小高壓旁路，將低壓旁路閥手動逐漸開大，直至全開位。當(dāng)高壓旁路關(guān)至最小允許開度（10%）后，快速全開高壓旁路閥，對過熱器和再熱器進(jìn)行第一次試吹掃。高壓旁路全開1分鐘后，關(guān)小高壓旁路閥，然后再次進(jìn)行升壓。緩慢提高蒸汽吹掃壓力，依次在分離器壓力3.0、4.0、5.0、6.0、7.0MPa下，重復(fù)上述吹掃操作，直至吹掃合格為止。隨著降壓吹掃壓力的逐步提升，及時啟動第二套制粉系統(tǒng)，保證燃料量充足。吹掃過程注意給水流量的調(diào)節(jié)，要始終保持高旁有一定開度，維持再熱器必要的冷卻蒸汽流量，防止觸發(fā)鍋爐“再熱器保護(hù)”。鍋爐降壓吹掃過程，對爐內(nèi)氧化皮有一定的擾動作用，促使一些氧化皮提前脫落。降壓吹掃過程相對復(fù)雜，需要運(yùn)行人員有一定的操作經(jīng)驗，燃料和除鹽水消耗相對較少，對高壓旁路閥門有一定的沖擊影響。

機(jī)組在停運(yùn)過程中，如鍋爐側(cè)無明顯故障，可先行將汽輪機(jī)解列，鍋爐繼續(xù)短期維持運(yùn)行，采用類似上面的兩種操作方法對鍋爐管道進(jìn)行吹掃。

5 鍋爐氧化皮吹掃效果

塔式鍋爐或配置三用閥旁路系統(tǒng)的機(jī)組，利用上述方法對鍋爐氧化皮進(jìn)行吹掃，幾乎可以將脫落的氧化皮吹掃干凈，有效防止了鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題。π型鍋爐和常規(guī)旁路配置的機(jī)組，采用上述的吹掃方式也可以將大量的固體顆粒物從鍋爐管束中吹出，大大減緩了鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題。對于鍋爐管束彎頭處已經(jīng)存在大量脫落的氧化皮并有管路堵塞現(xiàn)象的機(jī)組，最好還是采用停爐進(jìn)行射線檢查，割管檢修清理的辦法。

利用旁路系統(tǒng)對鍋爐管道進(jìn)行氧化皮吹掃，只能解決已出現(xiàn)的部分問題，最有效的辦法還是在運(yùn)行中嚴(yán)格控制系統(tǒng)參數(shù)。防止鍋爐出現(xiàn)超溫超壓、兩側(cè)汽溫偏差大、溫度大幅波動，并有效減少鍋爐停運(yùn)次數(shù)，加強(qiáng)金屬監(jiān)督和停運(yùn)后的維護(hù)保養(yǎng)。應(yīng)用旁路系統(tǒng)吹掃鍋爐氧化皮雖然可以有效降低其危害，但如果吹掃過于頻繁或操作中控制不當(dāng)，容易出現(xiàn)旁路閥芯受損或鍋爐超溫問題，對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響。

綜上所述，無論采用什么爐型，何種旁路配置（一級大旁路效果較差，可根據(jù)情況適當(dāng)進(jìn)行），都可以應(yīng)用上述方法對鍋爐內(nèi)脫落的氧化皮進(jìn)行有效吹掃。結(jié)合運(yùn)行時嚴(yán)格的參數(shù)控制及停運(yùn)后的維護(hù)保養(yǎng)，雖然不能完全解決超（超）臨界機(jī)組鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕問題，但也會讓這些問題出現(xiàn)的間隔有效延長，危害大大減緩。

6 結(jié)語

超（超）臨界機(jī)組是火電發(fā)展的必然方向，不僅要在材料技術(shù)上有所突破，更要在運(yùn)行操作理念上跟進(jìn)。在超（超）臨界機(jī)組廣泛應(yīng)用的同時，還有許多技術(shù)問題有待解決，新的方案同樣會帶來新的問題，只有在實踐中反復(fù)摸索才會有突破進(jìn)步。鍋爐氧化皮堵塞和汽輪機(jī)固體顆粒物沖蝕是無法避免的但并不是無法控制的，隨著運(yùn)行操作理念的完備，應(yīng)用旁路系統(tǒng)對鍋爐脫落的氧化皮進(jìn)行吹掃，為防治氧化皮堵塞和固體顆粒物沖蝕打開了一個新的局面。

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