燃機電廠余熱鍋爐降壓節能研究

王劍杰WANG Jian-jie；桑偉逢SANG Wei-feng

（國能浙江余姚燃氣發電有限責任公司，余姚 315400）

0 引言

某電廠為美國通用電氣（GE）公司生產的780MW“二拖一”多軸聯合循環燃氣發電機組燃機，余熱鍋爐由是由DELTAK 公司生產的DINO－6196 型臥式、三壓、再熱、自然循環的無補燃鍋爐，每臺余熱鍋爐通過GE9F 燃氣輪機產生的高溫煙氣依次流經鍋爐各個受熱面，加熱給水及其蒸汽，最后產生合格的高溫高壓蒸汽帶動汽輪機進行發電做功。

余熱鍋爐露天布置，由省煤器、汽包、蒸發器、過熱器以及上下聯箱等換熱管簇和容器等組成，構成了水變成蒸汽的三個階段：加熱、蒸發、過熱。采用水平方向流動的煙氣和垂直布置的受熱面而進行熱量交換的方式來產生過熱蒸汽，進口煙道將燃機出口段與鍋爐本體連接起來，并將煙氣均勻的分配給鍋爐的受熱面，其本體受熱面按照壓力等級從前到后依次并列，煙囪布置在最后。鍋爐輔助設備配由KSB 公司生產的2 臺高壓給水泵、2 臺中壓給水泵和Union pump company 公司生產2 臺低壓再循環給水泵組成。

在年平均氣象條件下，余熱鍋爐主要參數如表1。

表1 余熱鍋爐主要參數

1 現狀

受外部環境影響，調峰機組基本為早起晚停運行，由于余熱鍋爐本身的蓄熱量，在機組停機后，燃機盤車投入，燃機高溫部件溫度較高，部份熱量逐級傳遞到后面的鍋爐受熱面，造成高壓、中壓、低壓汽包壓力逐漸升高。當高壓汽包壓力升高到一定時，正常10.5MPa 左右，高壓汽包開始降壓放熱，造成布置在高壓受熱面后的中壓、低壓受熱面吸熱壓力升高，為了保證中壓、低壓過熱器安全門不動作，當中壓汽包壓力升高到2.5MPa 時，中壓過熱器出口疏水電動門開啟，汽包壓力2.3MPa 時關閉；低壓汽包壓力升高到0.5MPa 時低壓過熱器出口疏水電動門開啟，汽包壓力0.45MPa 時關閉。通過排放管道這些熱量排放到定排擴容器，流入定排水池，最后排到曝氣池，造成大量熱量與工質的浪費，并且排放時產生噪音，污染環境。

2 原因分析

2.1 中低壓汽包排放次數

（圖1、圖2 中，藍色曲線：中壓過熱器出口疏水電動閥開啟次數，綠色曲線：低壓過熱器出口疏水電動閥開啟次數）

圖1 #1 爐

圖2 #2 爐

從圖1、圖2、表2 和表3 中可以看出一般#1 爐中壓汽包排放8-14 次，低壓汽包排放11-18 次，#2 爐中壓汽包排放8-11 次，低壓汽包排放10-14 次，每次排放時間中壓一般在10min 左右，#1 爐低壓汽包平均排放時間18min，#2 爐低壓汽包平均排放時間16min。

表2 #1 爐不同壓力下的排放次數統計

表3 #2 爐不同壓力下排放次數統計

2.2 原因分析

原因分析關聯圖如圖3。

圖3 原因分析關聯圖

末端原因：

①解列前沒有降低IPC 設定值。

②停機時高壓汽包沒有降壓。

③停機后二次上水時機不正確。

④煙囪擋板關閉時間過早。

確定主要原因（如表4-表6）：

表4 不同IPC 設定值下的排放次數

①要因確認一：解列前沒有降低IPC 設定值。

確認內容：解列前降低IPC 設定值對中壓汽包排放的影響情況；確認方法：試驗、調查分析；實驗背景：停機時汽包壓力高壓8.0MPa、中壓2.4MPa、低壓0.4MPa；結果表明，降低IPC 設定值，在停機過程中對汽包排放次數的影響不是很明顯，排放次數基本差不多。確認結論：非要因。見表4。

②要因確認二：停機時高壓汽包沒有降壓。

確認內容：停機時高壓汽包降壓對中低壓汽包排放的影響情況；確認方法：試驗、調查分析；實驗背景：停機時汽包壓力中壓2.4MPa、低壓0.4MPa；結果表明，停機時降低高壓汽包的壓力值能明顯降低中、低壓汽包的排放次數。確認結論：要因。見表5。③要因確認三：停機后二次上水時機不正確。

表5 不同高壓汽包壓力下的排放次數

確認內容：停機后二次上水時機對中壓汽包排放次數的影響情況；確認方法：調查分析；影響程度：停機后二次上水時機過早，則汽包上水量較少，爐水儲存熱量也較少；如上水時間過晚，能吸收的熱量較少，無法起到上水蓄熱的作用。現狀情況：經過調查表明，在長期操作經驗的積累下，在高壓汽包8.0MPa 左右上水為最佳時機，滿足啟機前的汽包水位，也能滿足啟機時的輔汽供應。確認結論：非要因。

④要因確認四：煙囪擋板關閉時間過早。

確認內容：煙囪擋板關閉時間過早對中壓汽包排放次數的影響情況；確認方法：試驗、調查分析；實驗背景：停機時汽包壓力高壓8.0MPa、中壓2.4MPa、低壓0.4MPa，煙囪擋板關閉過早的話，會導致內部熱量積聚，無法形成冷卻通道；現狀情況：經過調查表明，煙囪擋板關閉時間過早對中壓汽包排放次數的影響不明顯；確認結論：非要因。見表6。

表6 不同轉速下的排放次數

3 試驗過程

①01 月24 日19:40#2 機減負荷開始停機，解列后通過高旁，熄火關爐側電動閥時高壓汽包壓力控制在6.0MPa，00:08 高壓汽包壓力7.62MPa、水位-226mm，啟動高壓給水泵上水至0mm，06:30 燃機冷拖前水位-452mm。

隨著停機，中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.25MPa，06:10 投輔汽前壓力1.8MPa，水位-182mm，期間啟動給水泵上水一次，中壓共排放3 次，排放總時間35min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前共排放6 次，排放總時間140min。

②01 月29 日23:58#1 機減負荷開始停機，解列后通過高旁，熄火關爐側電動閥時高壓汽包壓力控制在6.5MPa，05:50 高壓汽包壓力6.6MPa、水位-386mm，啟動高壓給水泵上水至-20mm，13:10 燃機冷拖前水位-436mm。

中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.40MPa，06:06 中壓水位降低至-206mm，再次啟動中壓給水泵上水至22mm，12:50 投輔汽前壓力2.0MPa，水位-173mm，期間排放5 次，共25min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前總共排放7 次，排放總時間112min。

③02 月03 日18:50#1 機減負荷開始停機，解列后通過高旁，熄火關爐側電動閥時高壓汽包壓力控制在7.0MPa，22:50 高壓汽包壓力8.3MPa、水位-234mm，啟動高壓給水泵上水至90mm，06:30 燃機冷拖前水位-465mm。

隨著停機，中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.3MPa，06:10 投輔汽前汽包壓力2.0MPa，最低降至1.2MPa，期間排放了5 次，排放總時間54min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前共排放6 次，排放總時間98min。

④02 月09 日00:08#1 機減負荷開始停機，解列后通過高旁，熄火關爐側電動閥時高壓汽包壓力控制在7.5MPa，04:12 高壓汽包壓力8.07MPa、水位-276mm，啟動高壓給水泵上水至100mm，14:00 燃機冷拖前水位-565mm。

中壓壓力緩慢降至1.8MPa，退輔汽時壓力1.35MPa，04:24 中壓水位降低至-95mm，啟動中壓給水泵上水至90mm，12:00 中壓汽包壓力2.4MPa，13:50 投輔汽前壓力2.2MPa，水位-202mm，輔汽壓力最低降到1.4MPa，期間排放7 次，共64min。

低壓汽包解列后通過低壓旁路緩慢將壓力降至0.35MPa，到啟動前總共排放8 次，排放總時間130min。

4 操作優化

①思路：汽機解列前，盡量釋放高、中受熱面蓄熱量，讓這部分能量進入汽機，增加停機過程中發電量。燃機熄火前，高、中、低壓汽包水位控制在低位合理范圍，為燃機熄火后存儲熱量提前做準備，燃機熄火后，緩慢將高、中壓汽包水位上到規定水位。

②操作方法：考慮到供輔汽壓力要求以及啟停間隔時間，停爐過程中可以通過緩慢降低高中低壓汽包的壓力設定值，解列后至熄火高、中、低壓汽包水位控制在低位合理范圍內，熄火時將高壓汽包壓力控制在7.0MPa 左右；中壓壓力隨減負荷開始緩慢降低至1.8MPa，降壓時注意冷再的壓力、汽包水位的變化情況；解列后通過控制低旁，將低壓汽包壓力緩慢降至0.35MPa，注意高中壓給水泵運行參數的變化，低壓汽包省煤器三通閥開度40%，維持低壓汽包上水流量50T/H 左右，將低壓汽包水位上至300mm以上。

③注意事項：停機后鍋爐二次上水時要把握好時間，以免中壓上水后，壓力下降，導致軸封供氣量不足。

5 節能分析

效益一：計算公式如下：

流量Q=[P/（ρgSL）]＾（1/2）比阻為S=10.3n＾2/D

P：壓力，ρ：密度，S：比阻，L：管道長度，n：管內壁粗糙度，D：管內徑。已知中壓過熱蒸汽參數：P=2.4MPa，T=220℃，L=20m，D=50mm，查表：ρ=12.02kg/m3，n=0.3mm，計算出比阻S≈0.02mm，那么流量Q=225m3/h。

已知低壓過熱蒸汽參數：P=0.5MPa，T=160℃，L=30m，D=50mm，查表：ρ=2.67kg/m3，n=0.3mm，計算出比阻S≈0.02mm，那么流量Q=178m3/h。

按#1 機啟動105 次，按最大排放量算，每次排放時間中壓10min 左右，低壓汽包平均排放時間18min 左右，中壓總排放量=225×1/6×105×14=55125m3，低壓總排放量=178×3/10×105×18=100926m3。假如通過操作優化后，將排放次數控制在平均5 次，可以算出排放量中壓總排放量=225×1/6×105×5=19687m3，低壓總排放量=178×3/10×105×5=28035m3節約的總排汽量為（35438+72891）=108319m3。

效益二：縮短了二次上水時中壓給水泵運行時間。

由表7 和表8 可知，一次給水泵運行時間平均縮短10min 左右，節約的電量為16A×6.3kV×1.732×1/6h=29kWh，那么一年兩臺爐共節約電量=6090kWh。

表7 實施前給水泵上水時間統計

表8 實施后給水泵上水時間統計（min）

6 結語

通過優化操作方法后，合理降低汽包壓力，大大減少了中低壓汽包的泄壓排放次數，避免了停爐后熱量的大量浪費，達到了節能減排的效果。