400MW級燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐調試技術與實踐

陳俊徐民

大唐華東電力試驗研究院

0 引言

燃氣-蒸汽聯合循環機組以其熱效率高、經濟性好、調峰性能好、清潔燃燒、建設周期短等特點在我國乃至世界范圍內快速發展。江蘇省某電廠400MW級燃氣-蒸汽聯合循環2號機組于2019年5月調試運行成功。其中余熱鍋爐的調試技術和運行控制方法對同類型燃氣—蒸汽聯合循環機組的優化設計和調試具有一定的借鑒意義[1]。

1 概述

該電廠400MW級燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組采用“9F”級燃機分軸聯合循環一拖一布置形式。機組由一臺GE公司生產的燃氣輪機、一臺東方凌日公司生產的余熱鍋爐和兩臺哈爾濱電氣公司生產的發電機組成。余熱鍋爐的額定出力420t/h，露天布置，無補燃、自然循環，臥式爐型。鍋爐具有高、中、低三個壓力系統，一次中間再熱；過熱、再熱汽溫采用一級噴水調節。余熱鍋爐設計參數見表1。

表1 余熱鍋爐設計參數

2 主要系統及設備

2.1汽水系統

鍋爐汽水系統包括高壓、中壓（再熱）、低壓汽水系統，其中低壓系統包含熱力除氧系統。

2.1.1 低壓系統

凝結水（給水）通過凝結水加熱器進入除氧器。經除氧頭除氧后的水直接進入低壓鍋筒。低壓鍋筒內的飽和水由下降管引入低壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到低壓鍋筒形成自然循環；低壓鍋筒的飽和蒸汽，一部分通過上升管進入除氧器除氧，另一部分進入低壓過熱器，然后進入汽輪機低壓缸。同時為防止凝結水加熱器的低溫煙氣腐蝕，鍋爐還設置凝結水加熱器再循環管路，以提高凝結水加熱器的進口水溫，避免該受熱面低溫腐蝕。

2.1.2 中壓系統

低壓鍋筒的水經中壓給水泵升壓后流經中壓省煤器、調節閥進入中壓鍋筒。中壓鍋筒內的飽和水由下降管引入中壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到中壓鍋筒形成自然循環；中壓鍋筒內的飽和蒸汽進入中壓過熱器，然后進入冷再管路，與高壓缸排汽混合后進入再熱器，最后進入汽輪機中壓缸作功。在一、二級再熱器之間管路上設置一級噴水減溫器，以控制再熱蒸汽溫度。

2.1.3 高壓系統

來自低壓鍋筒的水經高壓給水泵、調節閥、高壓一級、二級、三級、四級省煤器進入高壓鍋筒，為了防止高壓省煤器汽化，高壓省煤器還設置旁路系統以控制高壓省煤器出口溫度。高壓鍋筒內的飽和水由下降管引入高壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到高壓鍋筒形成自然循環；高壓鍋筒內的飽和蒸汽進入高壓一級、二級、三級過熱器，然后進入汽輪機高壓缸。在高壓二、三級過熱器級間管路上設置一級噴水減溫器，以控制高壓過熱蒸汽溫度。

性能保證工況下各蒸發系統的循環倍率見表2。

表2 汽水系統循環倍率

2.2 排污系統

鍋爐島內配置有一個定期排污擴容器和一個連續排污擴容器。每個鍋筒都設置了一路連續排污管路和一路事故放水管路（啟動放水），放水分別引到定期排污擴容器。

高、中、低壓蒸發系統分別各設三個定期排污點，其定期排污從集中下降管的底部（分配集箱）引出，分別引到定期排污擴容器。

2.3 余熱利用系統

在凝結水加熱器中間管屏（第六管屏）位置接一路熱水至水-水換熱器，用于外部系統供熱水以及天然氣的預熱，換熱后的熱水升壓后送回主凝結水管道。系統示意圖見圖1。

圖1 余熱利用系統圖

3 調試

2號機調試期間，機組共啟動7次、停爐6次。停機原因為吹管期間正常停爐、設備異常、或操作失誤[2]。調試時間安排和主要工作內容見表3。

4 調試技術主要特點

4.1 鍋爐酸洗工藝

本次酸洗分為水沖洗和化學清洗兩個步驟，并對余熱鍋爐的高、中、低壓系統進行獨立清洗，以避免各系統間產生交叉污染。

4.1.1 水沖洗

清洗高壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→高壓給水管道→高壓省煤器→高壓汽包→高壓蒸發系統→下聯箱→底部回液閥→清洗箱。

清洗中壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→中壓給水管道→中壓省煤器→中壓汽包→中壓蒸發系統→下聯箱→底部回液閥→清洗箱。

清洗低壓回路：清洗箱→清洗泵→臨時管道→低壓給水管道→凝結水加熱器→低壓汽包→低壓蒸發系統→下聯箱→底部回液閥→清洗箱。

當排水水質澄清無顆粒物時結束沖洗，后進行化學酸洗。

4.1.2 EDTA酸洗

建立熱力系統循環回路，維持汽包正常水位。當溫度升至65℃左右時，先加緩蝕劑，控制濃度為0.3%～0.5%，循環均勻后再添加EDTA，控制濃度為2%～4%。同時加入適量還原劑，通過化驗調整氨水的加入量。在此過程中將溫度維持在85℃～95℃。當EDTA殘余濃度（殘余濃度應控制0.5%以上）和全鐵基本穩定時，監視管路清洗效果，運行1小時后結束清洗。

表3 調試進度表

化學清洗結束后，停清洗泵。通過管路進行熱爐放水。此過程加強疏放水排放，減少死區、盲區的沉積物。

放水結束后，迅速打開汽包兩端人孔，臨時安裝軸流風機進行通風，同時應盡快打開與下聯箱及省煤器相連的閥門或接口，使鍋爐處于自然通風狀態，利用爐膛余熱將爐內烘干。

4.2 給水系統調試

余熱鍋爐輔助系統調試從給水泵、凝結水加熱器再循環泵、抽水循環泵，熱水循環泵、鍋爐排水回收泵等單體調試結束后的動態交接驗收開始，包括聯鎖保護試驗、給水泵、凝結水加熱器再循環泵等帶負荷試運行、系統投運、鍋爐進水沖洗及動態調整等項目。

4.3 三壓汽包解耦降壓吹管工藝

本次吹管的吹掃蒸汽取自燃機空負荷運行加熱余熱鍋爐產生的蒸汽。吹管采用降壓吹管的方式，對鍋爐高中壓系統分段進行解耦蒸汽吹掃。由于余熱鍋爐的高壓、中壓、低壓系統吹管壓力因此需設計相應的臨時管路以符合吹掃要求[3]。

本工程創新提出“余熱鍋爐三壓系統的吹管系統優化”方案，即“對高、中壓汽水系統在結構上進行臨時解耦、配合獨立吹掃”，通過優化臨時管道結構布置，實現高、中壓汽水系統的臨時解耦，避免高、中壓系統單獨吹掃時造成的交叉污染，有效提高了吹掃的清潔效率，大幅節約了清掃時間，顯著降低了蒸汽用量，確保吹管節點的安全、順利、高效完成。

4.3.1 高壓系統吹管流程

高壓系統吹管流程：高壓汽包→高壓過熱器→高壓主蒸汽管→高壓主汽門→臨時管道→臨沖閥1→高旁閥后旁路管道→冷再管道→集熱器→各級再熱器→熱再熱管道→中壓主汽門→臨時管道→靶板→消音器。見圖2。

4.3.2 中壓系統吹管流程

中壓系統吹管流程：中壓汽包→中壓過熱器→中壓主蒸汽管→臨時管道→臨沖閥2→臨時管道→消音器。見圖2。

圖2 高、中壓吹管流程圖（虛線為臨時所接管道）

高、中壓旁路及旁路閥前管道因布置受限，采用人工方式清理。在管道安裝之前必須進行噴砂處理并由監理單位進行檢查，檢查合格后再進行安裝。

4.3.3 低壓系統吹管流程

低壓系統吹管流程：低壓汽包→低壓過熱器→低壓主蒸汽管道→低壓主汽門→臨時管道→電動閥→排大氣。見圖3。

圖3 低壓蒸汽部分流程圖（虛線為臨時所接管道）

減溫水系統管道先采用水沖洗，鍋爐吹管期間再用蒸汽反吹洗；汽包充氮管路在鍋爐吹管時，用蒸汽反吹洗；取樣及儀表管路吹掃，需在鍋爐升壓過程中和吹管結束后，用鍋爐余氣進行吹掃[3]。

整個吹管期間分為三個階段進行，采用“日啟日停”的方式進行工作，每天上午8：00點火升壓，18：00停機冷卻。在停機后適當進行換水工作，以有效保證吹管期間的水質。冷卻的目的是利用熱脹冷縮原理使雜質的充分剝離脫落，提高吹管效果，減少吹管次數。

4.3.4 降壓吹管參數

為保證吹管系數合格，高壓系統的初壓范圍為3.30MPa～3.80MPa，終選壓力范圍為2.30MPa～2.50MPa；中壓系統的初壓范圍為1.40MPa～1.70MPa，終選壓力范圍為0.95MPa～1.10MPa；低壓系統的初壓范圍為0.30MPa～0.40MPa，終選壓力范圍為0.20MPa～0.23MPa。高、中、低壓主汽溫度約420℃、230℃、180℃（具體數值根據吹管系數進行調整）。

4.3.5 吹管效果

高壓系統蒸汽吹管共計61次，其中試吹管2次，正式吹管59次。并于第60次和第61次，連續2次打靶合格。中壓系統蒸汽吹管共計36次，其中正式吹管34次。并于第35次和第36次，連續2次打靶合格。低壓系統蒸汽吹管共計41次，其中正式吹管39次。此外，高壓、中壓過熱器及再熱器減溫水管道反吹的吹管共4次。

余熱鍋爐蒸汽吹管期間停爐兩次，分為三個階段進行吹管。吹管參數符合鍋爐吹管方案；吹管系數均大于1；靶板上最大擊痕小于0.3mm，斑痕個數1點，靶板表面呈金屬本色。吹管調試質量符合鍋爐吹管方案和相關吹管標準。

4.4 安全門校驗

1）安全閥的校驗順序應按照其設計開啟壓力，遵循先高壓后低壓的原則。

2）當余熱鍋爐壓力升至70%～80%額定工作壓力時，拆除校驗安全閥的鎖緊裝置。

3）采用液壓頂升裝置校驗安全閥。

4）在安全閥整定過程中，根據需要進行安全閥起座壓力、回座壓力、前泄現象的調整。

5）校驗后可視情況選擇同一系統起座壓力最低的一只安全閥進行實際起座復核，二者起座壓力的相對誤差應在1%范圍之內，超出此范圍應重新校驗。

4.5 整套啟動及168試運

4.5.1 第一階段（空負荷試運）

第一階段主要工作包括熱態沖洗、配合汽機沖轉、汽機主汽門、調門嚴密性試驗、協助完成汽輪發電機組、電氣設備并網前的各項試驗，機組首次并網。

4.5.2 第二階段（帶負荷調試）

第二階段主要工作包括機組帶負荷運行，在此期間余熱鍋爐要完成各系統的熱態調試和投運；完成余熱鍋爐熱態沖洗、安全閥校驗等各項工作；汽機超速試驗，化學蒸汽汽水取樣儀表沖洗；配合進行MCS、CCS等自動的投入、汽水品質調整監督、燃機燃燒調整以及涉網試驗。

4.5.3 第三階段（168小時滿負荷試運）

按照《火力發電建設工程啟動試運及驗收規程》（DLT/5437-2009）進行168小時滿負荷試運行工作。168小時滿負荷試運行完成后，進行甩負荷試驗并對各項設備做一次全面檢查，處理試運中發現的缺陷，缺陷處理完畢后，移交生產單位進入生產階段。

5 異常情況及其措施

5.1 高壓主蒸汽超溫且過熱器減溫水流量未達設計值

2號機組滿負荷運行時高壓主蒸汽較額定值567℃超溫，過熱器減溫水流量需20t/h以上，達到最大設計值，中壓主蒸汽欠溫2℃～3℃。分析認為余熱鍋爐高壓汽水系統吸熱較多，而中壓系統吸熱較少導致了這種現象。建議檢修時進行受熱面調整或設計煙氣擋板，改變余熱鍋爐煙氣流場，降低高壓系統吸熱量，增加中壓系統吸熱量。在高壓主蒸汽超溫時高壓過熱器減溫水調門全開，減溫水流量未達到設計值。經分析，管道系統可能某處存在堵塞發生節流，建議后期檢修時檢查減溫器噴嘴，管道沿程各閥門。圖4和圖5為相同工況1號機組與2號機組高壓減溫水系統對比。

圖4 1號機組減溫水流量

圖5 2號機組減溫水流量

5.2 2號機組高壓給水泵振動大

2號機組B高壓給水泵在運行過程中出現流量與設計壓力不匹配時，泵驅動端振動大繼而引發DCS泵振動高值報警。通過控制泵轉速和控制再循環調門開度的方式嚴格按照泵流量和壓力曲線運行，泵振動值恢復正常。

5.3 啟動鍋爐天然氣壓力低跳機

啟動鍋爐設計天然氣壓力較低，設計工作壓力為60kPa，天然氣經調壓站減壓后，溫降較大，冬季室外溫度較低時，管道容易結冰，導致啟動鍋爐天然氣壓力低跳機。管道上電加熱器加熱功率較小，無法滿足加熱要求。通過啟動鍋爐引熱水加熱調壓站天然氣管道后解決了此問題。

5.4 余熱鍋爐異常振動

在燃機燃燒調整中的某些工況點，余熱鍋爐有明顯的異常振動。主要原因：在這些工況下燃機會發生燃燒脈動，造成煙氣流場變化引起鍋爐異常振動。在鍋爐發生異常振動時，應盡快調整燃機出力，避開燃燒脈動工況以避免余熱鍋爐振動。

6 結語

通過對上述調試要點的把握，該余熱鍋爐在啟動過程中能順利按照規程進行啟動，并穩定運行順利通過168小時滿負荷試運行，為大型燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐的調試提供參考[4]。