供熱機組油庫與啟動鍋爐拆除后機組啟動技術研究

王永偉

（福建省鴻山熱電有限責任公司 福建泉州 362712）

0 引言

啟動鍋爐與油庫一般是新建電廠與首臺機組配套建設項目。啟動鍋爐其目的是在首臺機組啟動過程中向機組輔汽聯箱供汽，再由輔汽聯箱供給各個用戶［1］，如：汽輪機的軸封蒸汽、鍋爐空預器的吹灰蒸汽等。隨著機組運行的穩定，啟動爐處于長時間停用狀態。電廠建成機組全部運營期間，啟動鍋爐主要在全廠發生停電事故全冷態啟動情況下使用［2］。在沒有啟動鍋爐的情況下，機組將無法啟動。大型火力發電廠油庫系統在機組啟停及機組低負荷時起著向鍋爐、啟動鍋爐提供燃油的作用。本文介紹福建省鴻山熱電有限責任公司（以下簡稱“鴻山熱電”）機組通過技術研究后，對設備進行相應的改造，以確保在油庫、啟動鍋爐拆除后機組實現冷態、熱態正常啟動，達到安全、節能運行的目標。

1 設備概況

福建省鴻山熱電有限責任公司成立于2007 年4 月，位于泉州石獅市鴻山鎮，一期工程安裝2×600 MW 超臨界抽凝供熱機組，已于2011 年1 月投產發電。鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司超臨界直流鍋爐，型號為：HG-1962/25.4-YM3。鍋爐沒有燃油系統，鍋爐下層A、D 制粉系統使用了煙臺龍源電力技術有限公司的等離子煤粉點火系統。同步建設了1 臺啟動鍋爐為長沙鍋爐生產的SZS35-1.27/350-Y 型燃油蒸汽鍋爐，出口蒸汽額定壓力1.27 MPa，額定溫度350 ℃，額定出力35 t/h。同步建設了2 個有效容積為500 m3儲油罐以及相關附屬系統（簡稱油庫）。由于機組屬于熱電聯產機組，只能在春節期間對2 臺機組停運檢修，春節后點燃啟動鍋爐向機組提供啟動蒸汽。

1.1 啟動鍋爐存在的問題

自二期2×1000 MW 機組（產權隸屬國家能源集團）2017年建成投產后，4 臺機組輔汽互為備用，鴻山熱電啟動鍋爐不再運行，每月定期點火保養一次。2018 年8 月后，由于燃油系統管道更換檢修，未再進行點火保養，導致很多管道出現嚴重腐蝕減薄，甚至出現穿孔、斷裂的情況。目前對外部嚴重腐蝕管道進行更換，但腐蝕部位復雜、面積很大，特別是啟動鍋爐膛底部（靠近地面基礎一側）也出現管道及鋼板腐蝕穿孔，檢修空間狹小無法進行檢查處理。此外啟鍋風煙道亦存在嚴重腐蝕。啟動鍋爐已不再具備運行條件，不能作為機組啟動用汽汽源。

1.2 油庫目前的運行狀況

火電廠油庫設計的目的是在機組啟停及機組低負荷時向鍋爐、啟動鍋爐提供燃油的作用。鴻山熱電鍋爐采用了兩層等離子煤粉點火系統，在2016 年2 臺鍋爐的爐前油系統已經拆除。油庫的主要作用就是向啟動鍋爐供油，其次作為廠內推耙機等機動車的加油的油源。隨著啟動鍋爐的停運，油庫的作用越來越小。但是油庫作為柴油儲存的場地，由于柴油具有揮發性高且遇到明火會產生燃燒爆炸的危險，所以油庫的安全管理十分重要。一旦發生危險，會產生不可彌補的損失及傷害。油庫作為每個電廠的重大危險源，每年都要投入大量的人力、物力去維護，因此拆除油庫對鴻山熱電具有十分重要的意義。

2 油庫與啟動鍋爐拆除后機組啟動工況分析

在沒有啟動鍋爐為機組啟動提供輔汽汽源的情況下，機組正常啟動時，機組啟動用汽有以下3 種情況。

（1）一、二期4 臺機組至少有1 臺機組在運行，其他機組啟動操作。無論鴻山熱電#1 機組啟動還是#2 機組啟動，都可以通過輔汽聯絡母管或一、二期輔汽聯絡母管向待啟動機組輔汽聯箱供汽，屬于正常操作不再闡述。

（2）僅鴻山熱電1 臺機組運行，運行機組異常跳閘后啟動操作：①立即開啟冷再至軸封電動門，確保軸封壓力正常，關閉除軸封用汽以外的所有輔汽用戶；②立即對鍋爐進行吹掃，啟動磨煤機快速增加煤量，通過冷再至輔汽電動門對輔汽聯箱供汽；③鍋爐點火成功后，對系統全面檢查分析后，機組正常可以啟動，其余操作按照機組跳閘后重新啟動來操作；④如果確因汽機或電氣原因，短時間可以處理結束的，可以保持鍋爐運行；一旦需要長時間停機處理，其余操作按照機組正常停運來處理，確保真空轉速到零之前，軸封供汽正常；⑤單機運行時機組跳閘，確因鍋爐原因（如：四管泄漏）造成鍋爐無法立即點火，或者因汽機或電氣原因暫時無法啟動，按照緊急停機來進行操作。

（3）4 臺機組全停。4 臺機組全停后再次啟動，分為2 種情況，作為本文研究的重點課題：①一、二期4 臺機組全部停運時，如春節期間全部調停，鴻山熱電機組重新啟動，此時機組屬于冷態啟動；②二期2 臺機組全部停運時，鴻山熱電單機運行時跳閘，故障處理完畢，機組可以重新啟動，此時機組屬于熱態啟動，汽輪機缸溫較高，此時機組屬于冷態啟動。

如果沒有進行技術改造，或者其他汽源對輔汽系統進行補充供汽，機組將無法啟動，如期實現機組對外供氣。因此，針對4 臺機組全停后再啟動研究就顯得尤為重要。

3 4 臺機組全停后啟動策略

鴻山熱電廠位于石獅市沿海三鎮工業園區，為該地區重要的熱源點，通過供熱管道向三鎮工業園區內用戶提供工業蒸汽。工業園區也有石獅熱電、清源科技、鴻峰環保3 個熱電廠向熱用戶供汽。由于這3 個熱電廠主要的功能是供汽與垃圾發電，發電機出線接入地區110 kV 電網，屬于縣調電廠，與一期、二期接入的是不同的電網，一旦電網發生事故，這3 個小電廠可以提前于大機組啟動。為了提高供熱的可靠性，鴻山熱電與石獅熱電低壓供熱管網有2 處聯絡母管，作為互相備用，最大聯絡供汽量可達100 t/h。鴻山熱電輔汽系統作為低壓供熱的備用汽源，在系統上與低壓供熱母管在低壓應急供熱母管處聯絡。綜上所述，可將石獅熱電作為鴻山熱電的啟動鍋爐來使用，給4 臺機組全停后再次啟動供汽。

一、二期4 臺機組全部停運時，鴻山熱電機組重新啟動時所需要的廠用輔汽，可以通過北線低壓供熱管道，用石獅熱電的低壓供熱蒸汽對鴻山熱電輔汽聯箱供汽。2019 年10 月份鴻山熱電對石獅熱電補充供熱最大為100 t/h，鴻山熱電單臺機組啟動時瞬時最大輔汽用量為50 t/h。石獅熱電通過供熱管線對鴻山熱電輔汽聯箱反供汽，完全可以滿足鴻山熱電單臺機組啟動初期的蒸汽用量。

石獅熱電對鴻山熱電輔汽聯箱供汽時，具體供汽流程：石獅熱電#4 供熱管線→廠外低壓供熱大堡管線→廠內低壓供熱大堡管線→廠內北線低壓母管→廠內低壓母管→廠內低壓供熱聯絡電動門→廠內低壓母管→廠內南線低壓母管→低壓應急供熱母管→#1、2 機組輔汽聯絡母管→#1 機組（或#2 機組）輔汽聯箱。

根據計算，以上管路長度約4 970 m，管徑及相應長度詳見表1，并對起始端的參數進行核算，分為3 種運行工況：①石獅熱電起始參數為0.6 MPa，220 ℃，流量為30 t/h 時，至#1 機組輔汽聯箱參數為0.54 MPa，177 ℃。②石獅熱電起始參數為0.8 MPa，250 ℃，流量為30 t/h 時，至#1 機組輔汽聯箱參數為0.76 MPa，205 ℃。③石獅熱電起始參數為0.6 MPa，220 ℃，流量為50 t/h 時，至#1 機組輔汽聯箱參數為0.48 MPa，180 ℃。

表1 管徑及相應長度統計

（1）一、二期4 臺機組全部停運，如：春節期間一期2 臺機組檢修、二期2 臺機組調停后，鴻山熱電機組重新啟動，此時機組屬于冷態啟動，利用石獅熱電的蒸汽對鴻山熱電輔汽聯箱供汽后，完成機組冷態啟動。

石獅熱電對鴻山熱電輔汽聯箱供汽時，為防止向低壓伍堡管網中竄汽，確保鴻山熱電啟動用汽正常，需要將以下閥門關閉：伍堡供熱管網至石獅熱電供熱管網供汽總門；伍堡供熱管網至石獅熱電供熱管網供汽總門旁路手動門；大堡伍堡至祥華支線供汽總門；大堡伍堡至祥華支線供汽總門旁路手動門；北線至伍堡供熱管網手動總門；北線至伍堡供熱管網手動總門旁路手動門；南線低壓供熱手動總門；南線低壓供熱手動總門旁路手動門；一、二期輔汽聯絡電動門；伍堡支線至大堡支線聯絡門伍堡支線至大堡支線聯絡門。

將以上閥門隔離完畢后，按照熱網首次投運來進行暖管操作，對輔汽聯箱供汽正常后，其余按照冷態啟動操作來進行［2］。

（2）二期2 臺機組全部停運，一期單機運行時跳閘，故障短時間處理完畢，機組重新啟動，屬于熱態啟動。一期單機運行中跳閘，故障短時間（36 h 以內）處理完畢，機組重新啟動，屬于熱態啟動。汽輪機缸溫較高，而石獅熱電供汽的輔汽聯箱溫度較低（180 ℃～210 ℃）。根據《汽輪機啟動調試導則》（DL/T 863—2016）要求，汽輪機熱態啟動投用軸封汽時，高、中、低壓軸封供汽溫度與轉子軸封區間金屬表面溫度應匹配，不應超過設備商允許的偏差值，在熱態、極熱態啟動中為避免軸頸熱應力過大，軸封送汽溫度應與轉子溫度匹配，有可能造成大軸抱死。然而熱態啟動汽機軸封供汽溫度至少＞250 ℃，才可能完成對機組送軸封、抽真空后，方可進行鍋爐點火工作。

熱態啟動過程中，其他輔汽用戶對輔汽溫度沒有過高的要求。石獅熱電供來的輔助蒸汽通常參數較低，用作軸封供汽汽源，僅能滿足低壓缸軸封的供汽溫度要求，無法滿足高、中壓缸軸封的供汽溫度要求。為了保證機組熱態啟動時軸封用汽溫度能達到要求，需要在蒸汽管道上增加電加熱器，才滿足機組熱態啟動的需求。電加熱器可以根據安裝位置、壓力、流量等級進行訂做，流量最大可以做到100 t/h。具體有以下3 種方案（見表2）。

表2 電加熱器增加方案對比

方案一：在輔汽至軸封供汽管道上增加電加熱，提高軸封供汽溫度，滿足機組熱態啟動的需求。鴻山熱電設計的機組啟動時軸封蒸汽用量為7.5 t/h，輔汽至軸封管徑為125 mm。在輔汽至軸封供汽管路上并聯增加電熱器，在電加熱器前后增加手動門，當鍋爐點火后輔汽聯箱溫度＞250 ℃后，即可退出電加熱器。也可以做成移動式電加熱器，2 臺機組共用1 臺。

方案二：分別在高、中缸軸封供汽管道上各增加1 個電加熱，提高軸封供汽溫度，滿足機組熱態啟動的需求。鴻山熱電設計的機組啟動時軸封蒸汽用量為7.5 t/h，此流量包含小機軸封用汽、A/B 低壓缸軸封用汽、高中壓缸軸封用汽。高、中壓缸軸封用汽單根用汽量在0.6 t/h，在高中壓缸軸封供汽管道上增加電加熱器，所用的功率較小，方便安裝。在電加熱器前后增加手動門，鍋爐點火升溫升壓后，對輔汽聯箱供汽，待輔汽聯箱溫度＞250 ℃后，即可退出電加熱器。

方案三：在低壓應急供熱母管道上增加多個電加熱，等同于增加1 個電加熱鍋爐，提高輔汽聯箱進汽溫度，滿足機組熱態啟動的需求。鴻山熱電單臺機組啟動時最大輔汽用量為50 t/h，二期機組啟動時的輔汽用量為100 t/h，對石獅熱電到鴻山熱電輔汽聯箱的蒸汽進行加熱至300 ℃，滿足鴻山熱電機組啟動的需要。如果容量繼續增大也可以滿足當4 臺機組全停、二期1 000 WM 冷態開機的輔汽需求。

如表2 所示，第一、二種方案，電加熱器電流太大，對設備可靠性要求高，且投資費用大；第三種方案加熱器電流適中，造價低，但要對系統進行改造，將軸封供汽引部分蒸汽出來經加熱器加熱升溫后送到高中壓缸軸封進汽手動門后管道上，這樣#1、2 機組就能共用1 臺移動式電加熱器。所以建議采取第三種方案，對#1、2 機組軸封系統進行適當改造即可。

4 經濟性、安全性分析

根據初步核算，啟動鍋爐修復需要50 萬元；每年維護成本2 萬元（不計備件費用）；每月定期點火保養30 min，耗油1.4 t，全年16.8 t，大概費用12 萬元；其他費用2 萬元，總計66萬元。

油庫每年需要有對油罐噴淋降溫水費、油庫消防費、維護人工費、污油處理費、電費、備品備件、特種設備定檢等費用，每年總計為54 萬元。

在我國大型火力發電廠的生產過程中，不可避免地都要使用到大量的柴油或重油等。油庫作為儲存油料的場所，在電廠始終是作為重大危險源進行管理的［3］。對燃煤電廠而言，對設備進行改造升級后，將油庫拆除的安全生產的意義遠大于維護的成本。

5 結論

本文提出了一種將熱電廠油庫及啟動鍋爐拆除后機組重新啟動策略，蒸汽通過低壓供熱管道，利用廠外的蒸汽對機組輔汽聯箱反供蒸汽，從而可以實現在無啟動鍋爐的情況下，成功完成機組的冷態、熱態啟動。突破原設計理念，并結合電廠的實際對設備進行簡單技改，對全國同類型工業園區有廣泛的推廣意義。