超超臨界直流爐濕態轉干態操作方法探討

張洪彥

摘 要：超超臨界鍋爐在啟動過程中，從濕態到干態轉換是個難點，操作方法不當可能導致機組非停、設備損壞等事故。隨著環保要求的提高，機組并網后脫硝投入時間有更加嚴格的要求，這對鍋爐從濕態到干態轉換的時間和穩定性提出了更高的要求。針對以上問題，文章提出了兩種超超臨界鍋爐從濕態到干態的轉換方法，并對其優缺點進行了比較，可以在不同運行工況條件下滿足機組安全、穩定運行的要求。

關鍵詞：超超臨界;直流鍋爐;濕干態轉換;操作方法

中圖分類號：TK229.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）08-0015-02

隨著節能、環保要求的逐步提高，大容量、高參數的火電機組得到長足發展，技術也日益成熟。在此背景下，具有高參數的超超臨界直流爐由于其在節能方面的明顯優勢，逐漸成為各電廠新建機組的首選爐型，在電站鍋爐中所占的比例逐年增加。

超超臨界直流鍋爐相比亞臨界汽包爐，除了蒸汽參數、鍋爐材質和鍋爐組成結構方面的差異外，在機組啟動過程中，從濕態轉干態是超超臨界直流鍋爐的一項特別之處。這一過程是直流爐啟動過程的一個必經階段，也是一個非常重要的控制點。在這個過程中，如果操作不當，可能導致鍋爐受熱面超溫甚至給水流量低，導致鍋爐MFT保護動作或者主蒸汽帶水等惡性事故。如機組啟動過程中，鍋爐轉態時水煤比控制不當，造成受熱面汽溫、壁溫超限。溫度超限在威脅鍋爐的安全運行時，還將造成汽輪機暖機不當，汽輪機缸體脹差增大。如果調整不及時，可能造成汽輪機動靜摩擦，振動異常增大，嚴重時造成設備損壞等事故[1]。

同理，在機組啟動過程中，轉態時若發生汽水分離器滿水、蒸汽帶水事故，還將嚴重威脅汽輪機的安全運行。其將使汽輪機脹差快速減小，甚至出現負脹差，汽輪機動靜間隙減小，各金屬受熱面產生交變應力，振動、脹差、軸向位移等參數超限，嚴重時造成汽輪機水沖擊事故，引發更大的設備損壞事故。在國家能源局印發的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中，6.5.3.7中明確提出“加強直流鍋爐的運行調整，嚴格按照規程規定的負荷點進行濕干態轉換操作，并避免在該負荷點長時間運行?！盵2]

隨著國家環保要求的提高，相關文件中對火電機組并網后鍋爐煙氣中氮氧化物排放值超標時間做出了具體的規定，所以企業對于脫硝投入時間就有更加嚴格的控制，這就對鍋爐從濕態到干態轉換的時間和穩定性提出了更高的要求。針對以上問題，文章以某電廠660MW超超臨界鍋爐為例，提出了兩種超超臨界鍋爐從濕態到干態的轉換方法，并對其優缺點進行了比較，給出在不同工況下的操作方法建議。

1 設備概述

該電廠鍋爐為東方鍋爐公司制造的型號為DG2057/29.3-Π2的660MW變壓運行直流爐，其具有高效超超臨界參數、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型布置等特點。配有專門的啟動系統，由內置式汽水分離器、儲水罐、361閥（儲水罐水位調節閥）、啟動分離器、疏水泵等組成。其中，水冷壁的主要材質參數如表1所示。

2 兩種轉態方法介紹

2.1 濕干態轉換

超超臨界直流爐啟動初期為了保證水冷壁的安全，需要維持給水流量不低于30%BMCR給水流量。隨著機組負荷上升，燃料量及蒸汽量的不斷增加，汽水分離器內的水逐漸減少，當鍋爐的產汽量和給水量一致時，鍋爐由濕態轉為干態運行。濕、干態轉換是超超臨界直流爐啟動必經的一個過程，而該過程操作稍有不當可能會出現受熱面超溫、給水流量低導致MFT保護動作、主蒸汽帶水等惡性事故。因此，濕干態轉換操作要謹慎，而燃燒與給水量的調整是關鍵。下面將介紹兩種直流爐濕、干態轉換的方法。

2.2 維持給水量增加煤量

機組啟動過程中，當負荷升至轉態負荷區間（不同機組的轉態負荷區間不同，文章所述的機組轉態負荷為180MW～250MW），維持給水量在30%BMCR給水量左右，主汽壓力在10MPa左右，逐漸增加煤量，每次增加煤量不大于5t/h，以控制轉態速度。監視好儲水罐液位及中間點過熱度變化情況，當中間點溫度出現過熱度后，緩慢增加煤量，控制中間點過熱度在10℃左右為宜。

中間點過熱度過高，可能出現主汽溫上升過高無法控制的局面;而中間點過熱度過低，容易出現干、濕態反復交替的情況。絕不允許其溫度進入飽和及以下溫度。當中間點過熱度為0℃時，無法監視過熱度，也就無法監視實際汽水分離的界面。如果進入鍋爐的給水量大于蒸汽量，可能導致過熱器系統進水甚至汽輪機水沖擊的惡性事故。

盡量通過持續地增加煤量轉態，減少反復增減煤量操作，防止干、濕態的交替轉換。當過熱度穩定在10℃左右時，關閉啟動擴容器至排汽裝置電動門后，關閉361 A、B閥和361閥前電動門，鍋爐進入直流狀態，鍋爐轉態操作完成，此后的操作可按照溫度控制及給水流量控制。要注意燃料及給水量持續按比例增加，使得汽水分離器出口過熱度穩定上升至15℃左右，防止出現汽水分離器出口過熱度大幅波動，爭取一次轉換成功。

2.3 維持煤量減少給水量

方法一是隨著機組負荷的上漲、轉態的操作穩步進行的，隨著過熱器入口的焓值上升直到超過設定值，再按照一定的比例增加給水量及燃料量，使鍋爐進入直流狀態。但是有一些特殊工況，無法實現給水的穩定控制，比如單臺給水泵故障或者給水系統設備異常等。但是隨著近年來環保參數的要求越來越嚴格，在機組并網后要求在規定的時間內投入脫硝系統，降低NOX排放量。此時，如果還用方法一的轉態操作，就可能無法進行下去，無法在規定時間內投入脫硝系統。文章提出了一種新的濕干態轉換方法。

當機組負荷升至轉態負荷區間，保證鍋爐在濕態的前提條件下，維持煤量穩定，逐漸減少給水量，完成轉態。具體操作如下：先增加煤量至需求煤量（比如投脫硝所需煤量對應的最低煙溫等），維持主汽壓力在10MPa左右，可以將機組運行模式設定為TF模式，用汽機調門控制壓力。穩定燃燒，緩慢減少給水量，每次減少給水量不大于20t/h，以控制轉態速度。需要注意給水量不得低于最低給水流量，防止給水量流量低鍋爐MFT保護動作。當儲水罐的液位下降至0m，中間點過熱度開始上升，穩定觀察一段時間，如果中間點過熱度大于10℃且有上升的趨勢，說明給水量減少過多，適當增加給水量。在轉態過程中盡量通過持續地減少給水量轉態，減少給水量的反復增減操作，防止干、濕態的交替轉換。當過熱度穩定在10℃左右，停止減少給水，關閉啟動擴容器至排汽裝置電動門后，關閉361 A、B閥和361閥前電動門，鍋爐進入直流狀態。此時可以根據設備需求升負荷或者穩定工況，如果升負荷，其操作和第一種方法相同;如果穩定在該段負荷，需要嚴密監視儲水罐液位，過熱度、屏過、高過的溫度變化情況。由于該負荷階段為不穩定階段，容易出現干、濕態反復轉換，所以要盡量縮短時長，維持過熱度穩定。

3 兩種轉態方法優缺點對比

采用維持給水量增加煤量的方法的優點是，在轉態過程維持給水流量的穩定，可以保證各受熱面不易超溫，有利于保證機組安全。通過增加煤量，提高燃燒率增加水冷壁內介質的汽化潛熱，可以較快提高水冷壁出口過熱度，有利于轉態時間的控制。由于該轉態方法是順著機組啟動程序，進一步縮短了轉態時間，既有利于保證環保參數的合格，也可以防止干、濕態的反復轉換[3]。該方法的缺點是，如果出現給水系統設備異常，不能有效地控制給水流量，可能導致機組無法轉態，或者轉態時出現超溫，脫硝系統無法投入等異常情況。

采用維持煤量減少給水量的方法的優點是，在給水設備故障不能夠穩定運行的情況下，仍能夠及時完成鍋爐的濕干態轉換，及時投入脫硝系統，保證機組并網后環保參數合格，但通過實際操作發現存在如下問題：

轉態時間過長。通過減少給水量，儲水罐液位可能是由于給水量過小導致的暫時零水位，而不是真實的水煤比匹配結果。為了防止這種情況發生，就必須要緩慢減少給水、觀察過熱度的情況再操作，所以會用時較長。

給水流量調整擺動大，轉態不易控制，由于給水泵出口與主汽壓力偏差較大，調門特性較差，可能出現給水量大幅擺動。

點火初期為了保證升溫升壓速度，減少熱量損失，在低負荷階段特別是濕態工況下會盡量減少給水量，而轉態時通過減少給水量來實現，控制稍有不當就可能導致給水流量低保護動作，所以這種方法的安全性相對較差。

減水轉態實際是個反復操作的過程，轉態時減少給水流量，轉態結束后升負荷，增加煤量還得增加給水，變相地增加了轉態的時間。

4 結語

超超臨界鍋爐啟動過程的濕干態轉換操作是一個非常重要且十分復雜的問題，影響的因素較多。面對當前環保要求日益嚴格、機組啟動時間和脫硝系統投入時間要求更加嚴格的情況，需要根據設備的情況選擇合適的轉態方式。在機組給水系統運行穩定、給水流量可以穩定控制的情況下，優先采用維持給水量增加煤量的方法;在機組給水系統存在故障、給水流量無法穩定控制的情況下，采用維持煤量減少給水量的方法，但在操作時要保證給水流量高于保護動作值。

參考文獻

[1] 章德龍.超超臨界火電機組培訓系列教材鍋爐分冊[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2] 國家能源局.防止電力生產事故的二十五項重點要求[M].北京：中國電力出版社，2014.

[3] 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整[M].第3版.北京：中國電力出版社，2016.