燃機余熱鍋爐運行調整分析

劉廣于

（北京首鋼股份有限公司能源部，河北遷安 064404）

1 余熱鍋爐概況

某廠燃氣－蒸汽聯合循環發電機組為使用高爐煤氣摻燒焦爐煤氣的低熱值聯合循環發電機組，由一臺M701S（DA）型燃氣輪機，一臺NG-M701S(DA)-R 的雙壓帶除氧器、臥式、無補燃、自然循環的余熱鍋爐，一臺單缸單排汽蒸汽輪機，一臺發動機和一臺煤氣壓縮機組成。主機為單軸布置方式，燃氣輪機排煙經余熱鍋爐煙囪排到大氣，同時余熱鍋爐產生的高低壓蒸汽通過主汽管道送至汽機做功發電，形成聯合循環。

余熱鍋爐受熱面采用模塊化設計，沿煙氣流向分成5個模塊，見表1。

表1 余熱鍋爐受熱面分布表

2 余熱鍋爐啟動

由于為非補燃余熱鍋爐，余熱鍋爐啟動過程不涉及點火燃燒。因此，從運行角度只分析上水和升壓過程。同時在此發電機組啟動時還涉及到了余熱鍋爐的蒸汽切換。

余熱鍋爐汽水流程圖如圖1所示。

2.1 上水

余熱鍋爐啟動前，要將除氧器和汽包上水到啟動水位。由于啟動前除氧器及高低壓汽包內都沒有水，需要先用除鹽水對除氧器上水。當除氧器上水至合適水位后，打開輔助蒸汽對除氧器水箱進行加熱、對除鹽水除氧，當除氧器溫度達到110 ℃，可以進行高低壓汽包上水。

圖1 余熱鍋爐汽水流程圖

高低壓汽包上水要求是除氧除鹽水，上水時要控制汽包壁溫差不超過55 ℃，因此要控制好上水的速度。在溫差允許的情況下，可以盡可能地加快上水速度，有利于排盡管內的空氣。

2.2 升壓

機組啟動是用啟動蒸汽帶動蒸汽輪機沖轉，當轉速達到600 r/min時，進行燃機點火。點火后余熱鍋爐開始啟動升壓，除氧器系統首先達到額定壓力，然后是低壓系統，最后是高壓系統。當高壓系統壓力達到0.07 MPa，低壓系統壓力達到0.035 MPa時，開始提高燃機負荷，關閉過熱器疏水閥門。

此時，通過控制燃機和對空排汽閥門來控制鍋爐升溫速度，高壓系統溫升應低于4.4 ℃/min，低壓系統溫升應低于27.8 ℃/min。

2.3 蒸汽切換

余熱鍋爐高壓系統蒸汽參數滿足條件時，余熱鍋爐產汽與啟動蒸汽進行切換，切換過程如圖2。

圖2 蒸汽切換系統圖

蒸汽切換有以下幾個條件：

（1）高壓蒸汽壓力大于3 MPa。

（2）高壓蒸汽有至少56 ℃過熱度。

（3）高壓蒸汽壓力表、溫度計信號無異常。

（4）高壓蒸汽溫度大于300 ℃（冷態）。

3 余熱鍋爐運行調整內容與分析

與常規鍋爐相比，余熱鍋爐的運行調整沒有燃燒控制，主要包括汽包水位調整、主蒸汽溫度調整和主蒸汽壓力調整。

3.1 汽包水位保護

余熱鍋爐高壓汽包的0 水位為汽包中心線以下-51 mm，鍋爐運行正常的水位控制范圍為±102 mm，為了保護余熱鍋爐，分別將汽包水位+203 mm和-657 mm 稱為“汽包水位高高高”和“汽包水位低低”，作為余熱鍋爐停爐跳機的保護水位。同時在正常水位和跳機水位之間，還有+153 mm 稱為的汽包水位高高作為報警水位，具體見圖3。低壓汽包水位保護與高壓汽包水位保護原理相同，參見圖4。

圖3 高壓汽包水位保護示意圖

圖4 低壓汽包水位保護示意圖

（1）汽包水位高的危害

汽包水位高于正常規定值，會減小蒸汽空間，會造成汽水分離條件惡化，影響蒸汽品質。如果水位過高，水可能沖到過熱器中，同時由于燃氣輪機發電機組配套余熱鍋爐汽包位置一般均高于過熱器，這種現象更容易發生。過熱器進水將會導致過熱器及其后的主汽管道、蒸汽輪機結垢，所以水位高是不允許的。

（2）汽包水位低的危害

汽包水位太低會危及水循環的安全，由于汽包中的水基本呈飽和狀態，汽包里的水進入下降管時，截面突然縮小，產生局部阻力損失，爐水在汽包內流速很低，進入下降管時流速突然升高，一部分靜壓能轉變為動壓能，所以，水從汽包進入下降管時壓力要降低。如果水位過低，其靜壓小于爐水進入下降管的壓降，進入下降管的爐水就可能汽化，而危及水循環的安全。同時，汽包水位過低還有可能使爐水進入下降管時形成漏斗，汽包內的蒸汽從漏斗進入下降管也會危及水循環的安全，此外，如果汽包水位低于蒸發器上聯箱，還會導致蒸發器干燒，燒壞蒸發器。

故為了獲得良好的蒸汽品質，又保證水循環和蒸發器安全，汽包水位必須保持在規定的范圍內。

3.2 汽包水位控制

余熱鍋爐升壓前，汽包水位控制在-200 mm，這個水位稱為“余熱鍋爐的啟動水位”；余熱鍋爐升壓后，汽包的水位控制在0 mm。燃機點火余熱鍋爐升壓后，蒸發器內的水受熱膨脹，使爐水的水體積增大，進而會使汽包的水位上升。同時由于余熱鍋爐的負荷受燃機控制，特別是在余熱鍋爐升壓的階段，此時燃機正在點火沖轉，投入的燃料熱值比較高，余熱鍋爐蒸發器產汽量會增大，引起蒸發器水體積增大，使汽包水位急劇上升。如果此時控制不好，很容易使余熱鍋爐“汽包水位高高高”跳機。所以，在燃機點火初期、余熱鍋爐升壓階段，聯鎖保護觸發應將汽包水位控制在-200 mm，并密切監視水位。

3.3 主蒸汽溫度控制

余熱鍋爐的主蒸汽溫度若高于額定值，會使主蒸汽管道和蒸汽輪機材料強度下降。若主蒸汽溫度低于額定值，會導致蒸汽焓下降、做功能力下降，影響蒸汽輪發電機輸出功率。另外，蒸汽初溫度低，會使蒸汽輪機末級葉片含濕量增加，對蒸汽輪機的安全運行不利。因此，余熱鍋爐在運行中要保證主蒸汽溫度在允許的范圍內波動。

余熱鍋爐主蒸汽溫度額定值為523 ℃，為了保護蒸汽管道及蒸汽輪機本體，對主蒸汽溫度設置了機組的跳閘保護值540 ℃，當余熱鍋爐的主蒸汽溫度超過540 ℃時機組跳閘。同時在額定值和保護值之間設置報警值530 ℃,主蒸汽溫度達到530 ℃時發出報警，提醒運行人員注意控制主汽溫度。

余熱鍋爐調節主汽溫度的方法：（1）調節過熱器減溫水量。（2）調節入口的煙氣量。余熱鍋爐沒有旁路煙囪，鍋爐入口的煙氣量無法調節，因此正常情況下，通過調節過熱器減溫水量來控制主汽溫度。

4 停爐前后主要工作

4.1 停爐前期的工作

正常運行時爐水中的泥渣和其它物質呈懸浮狀態。當停爐水循環停止時，泥渣和其它固體物質有可能堆積和附著在蒸發器內部表面，不僅會影響蒸發器的換熱效果，而且還會腐蝕蒸發器管子，故在停爐前期要進行如下操作：

（1）增加10%的連續排污量，并增加受熱面底部定期排污頻率。

（2）適當增加化學加藥量。

（3）進行帶壓放水，以便將爐內雜質排放出來。

（4）在燃機轉速降到0之前，必須保證給水系統的除氧。

4.2 停爐后的保護

余熱鍋爐停爐后，為了防止在檢修期間受到腐蝕，必須對各壓力系統采取有效的保護措施。停爐保護方法有：熱爐帶壓放水烘干法，充氮法，聯胺浸絕法等。通常的例修，由于停爐時間較短，一般采用熱爐帶壓放水烘干法進行停爐保護。當高壓汽包壓力降到0.7 MPa，迅速打開各系統定期排污閥門、疏放水閥門，對空排汽閥門，迅速將爐水放掉，利用余熱鍋爐的余熱將系統內的濕汽蒸發掉，以達到烘干保護的目的。如果是在冬季停爐，還應充分考慮余熱鍋爐系統防凍措施。

5 總結

綜上所述，就余熱鍋爐運行中的調整操作進行了分析，并提出一些操作方法和措施。怎樣使燃機余熱鍋爐運行更合理更安全，還需要我們在今后的工作中,不斷摸索和總結。