超超臨界二次再熱機組鍋爐吹管工藝探討

張曉東，薛宏濤

( 中國能源建設集團西北電力試驗研究院有限公司，陜西 西安 710032 )

0 引言

超超臨界二次再熱機組是目前高效節能電力技術的杰出代表，其較低的發電煤耗和良好的環保參數，不僅符合目前國內大力發展清潔煤電的政策要求，而且特別適用于我國南方缺煤少電的區域。近年來超超臨界二次再熱機組的設計、建設、投產項目與日俱增，鍋爐蒸汽吹管是機組投產前的重要節點工作，而DL/T 1269—2013《火力發電建設工程機組蒸汽吹管導則》[1](以下簡稱“《蒸汽吹管導則》”)中并沒有涉及超超臨界二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管的相關內容，各個工程只能在大致參考《蒸汽吹管導則》的情況下自行完成蒸汽吹管工作。本文通過對比和分析不同的蒸汽吹管方式，探討了超超臨界二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管的工藝流程。

1 工藝介紹

《蒸汽吹管導則》是單機容量300 MW 以上各類新建、擴建、改建的電站鍋爐蒸汽吹管必須執行的行業標準。目前國內二次再熱機組均為600 MW 及以上容量的超超臨界機組，因而二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管仍需執行《蒸汽吹管導則》的相關要求。

1.1 一次再熱機組鍋爐蒸汽吹管方式

根據《蒸汽吹管導則》規定，鍋爐蒸汽吹管按照工藝分為降壓吹管和穩壓吹管兩種，直流鍋爐宜采用穩壓吹管。無論采用哪一種方式進行蒸汽吹管時，都必須保證被吹掃系統各處的吹管系數(吹掃工況和鍋爐最大連續蒸發量工況下蒸汽動量之比)均大于1，即當吹管系數大于1 時，為有效吹掃時間，否則為無效吹掃。按照《蒸汽吹管導則》要求，降壓吹管時，一般采用壓降比計算吹管系數，需要保證各吹掃系統范圍內的壓降比大于1.4；穩壓吹管時，則按照動量比計算吹管系數，需保證系統各個部位的工質動量比均大于1。

鍋爐蒸汽吹管按照系統布置又分為一段法和兩段法兩種方式。一次再熱機組鍋爐蒸汽系統由過熱器系統和再熱器系統組成，如果將過熱器系統和再熱器系統串聯，即為一段法；如果先吹掃過熱器系統，再吹掃再熱器系統，即為兩段法。一次再熱機組鍋爐蒸汽吹管方法對比見表1 所列。

表1 一次再熱機組鍋爐蒸汽吹管方法對比

1.2 二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管方式

二次再熱機組鍋爐蒸汽系統分為過熱器系統、一次再熱器系統和二次再熱器系統，所以吹管按照系統布置可以進行三段法吹掃(《蒸汽吹管導則》無相關內容)。按照表1 的方式進行吹管方式的羅列，理論上有6 種；而且在選用兩段法時，是將過熱器與一次再熱器系統同時吹掃，還是將一次再熱器系統與二次再熱器系統同時吹掃，又分為了2 種；當使用兩段和三段法吹掃時，每一階段又可以分別選用穩壓或者降壓的方式進行吹掃。因而造成了目前已投產的二次再熱機組鍋爐采用的吹管方式繁多，并無規范工藝流程。

2 工藝對比

二次再熱機組相較于一次再熱機組，有管線布置復雜、阻力大，蒸汽溫度控制難度高等特點，理論上可行的吹管方案也需要針對其機組設計特點進行再次討論。

一段法雖然具有系統簡單、省時省力的特點，但其工藝已經不能滿足二次再熱機組蒸汽吹管的需求，見表2 所列。由于二次再熱機組鍋爐受熱面增加了一級再熱器(目前超超臨界二次再熱機組一次再熱器壓力設計約10 MPa)，將過熱器系統和一次再熱器系統串聯，需要采用降壓吹管法。臨吹門布置在一次再熱器出口，此時過熱器系統和一次再熱器系統均為蓄熱系統，臨吹門前壓力也能夠滿足吹管參數的要求。此方法臨時系統設計簡單，布置容易，而且吹管時間短，物料消耗少；缺點是過熱器和一次再熱器系統形成的蓄熱系統阻力較大，過熱器吹管系數(壓降比)較低，甚至達不到1.4 的基本要求，而且此方法需投入再熱器減溫水，否則易造成受熱面超溫，因此不太適用于超超臨界機組。

表2 二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管一段法對比

兩段法將鍋爐蒸汽系統進行分段吹掃，能夠同時滿足工藝和工期的要求。見表3 所列，例舉了兩段法蒸汽吹管的兩種方案。最優選擇是第一階段單獨吹掃過熱器和主蒸汽管道；第二階段將臨吹門布置在過熱器出口的主蒸汽管道上，一次再熱器和二次再熱器之間再布置集粒器，實現一次再熱器和二次再熱器的串聯吹掃。此方法臨時系統布置較為復雜，但是設計合理，吹掃參數和效果能夠達到《蒸汽吹管導則》要求。

表3 二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管兩段法對比

第一階段吹管期間，因一次再熱器和二次再熱器管道存在干燒問題，此時應控制爐膛出口溫度不超過540 ℃，所以必須選擇燃料投入少的降壓吹管方式；第二階段因采用過熱器、一次再熱器和二次再熱器串聯吹掃，所以應選擇穩壓吹管方式。原因主要為：一是二次再熱機組相對于常規一次再熱機組增加了一級再熱器，吹管壓力要求更高(9.0 ～11.0 MPa)，在此壓力下臨吹門頻繁操作，極易出現故障，導致吹管工作暫停；二是二次再熱機組過熱器蓄熱能力較弱，相對于一次再熱機組降低了近30%，這直接導致吹管時，由于參數較高、煤耗較大、水冷壁吸熱多，導致過熱器壓力升高很快，但是在臨吹門開啟后，由于過熱器蓄熱不足，吹管時主蒸汽溫度大幅下降，對臨時系統造成較大沖擊，有極大的安全隱患，同時吹管效果也不是很理想；三是二次再熱機組一般配置爐水循環泵，加劇了上述過熱器蓄熱不足的影響，過熱器出口甚至會出現飽和蒸汽或者濕蒸汽，造成水擊等惡性事故發生。因此，基于安全和吹管效果考慮，第二階段應采取穩壓吹管方式。

對于二次再熱機組鍋爐也可采用三段法吹掃[2-3]，第一階段單獨吹掃過熱器和主蒸汽管道；第二階段將一次再熱器系統并入系統，臨吹門布置在過熱器出口的主蒸汽管道處，串聯吹掃一次再熱器系統；第三階段將二次再熱器系統并入系統，臨吹門同樣布置在過熱器出口，串聯一次再熱器和二次再熱器系統進行吹掃。此方式系統布置復雜，吹掃周期長，物料消耗多，但是吹管效果最好。三段法第一階段和第二階段只能采用降壓吹管的方式(防止再熱器干燒)，第三階段降壓和穩壓吹管的方式都可以選擇。

3 工藝選擇

在二次再熱機組鍋爐蒸汽吹管工程實際應用中，兩段法和三段法應用較多，與上述對比分析結果一致。例如東營某2×1 000 MW 電廠1 號機組鍋爐，采用兩段法，第一階段單吹過熱器系統，共降壓吹管103 次；第二階段串聯吹掃過熱器、一次再熱器和二次再熱器，共降壓吹管106 次[4]。萊蕪某1 000 MW 電廠6 號機組鍋爐，采用了三段法降壓吹掃，共吹管276 次，停爐超過8 次[3]。泰州某2×1 000 MW 電廠二期工程也采用了兩段法，兩階段均采用降壓吹管[5]。

機組鍋爐蒸汽吹管方式的選擇，在保證吹管效果的同時，還應考慮物料消耗、工期、臨時系統材料、臨時系統布置成本等的影響。通過對比東營某電廠和萊蕪某電廠，即使都采用降壓吹管的方式，兩段法仍比三段法減少吹掃67 次。本文通過對比分析，認為采用兩段法的同時，第二階段在串聯吹掃過熱器、一次再熱器系統和二次再熱器系統時，采用穩壓吹管的方式更具有優勢，并且符合《蒸汽吹管導則》中直流鍋爐宜采用穩壓吹管的要求。

4 實際應用

北海某2×1 000 MW 電廠2 號機組鍋爐由國內某鍋爐廠生產，型號SG-2747/33.07-M705，為超超臨界參數、變壓直流爐、單爐膛、二次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐。建設人員在蒸汽吹管討論時確認采用兩段法，在臨時系統設計和布置時考慮了降壓和穩壓相結合的吹管方式，臨時系統材料全部選用合金鋼，壁厚按照550 ℃的承溫能力校核。依托工程為蒸汽吹管系統示意圖如圖1 所示。

第一階段單獨吹掃過熱器系統和主蒸汽管道，正式吹管時過熱器出口壓力控制為9.5 MPa。在第二次正式吹掃時即出現由于過熱器蓄熱不足，過熱器出口蒸汽溫度在臨吹門開啟后不升反降的問題，甚至在消音器排汽口出現大量濕蒸汽；吹管臨吹門關閉前后，過熱器出口蒸汽溫度從420 ℃降至300 ℃，降幅達到了100 ℃以上。

經過討論和研究，采取了以下幾個措施：1)逐步退出爐水循環泵，同時調整鍋爐主給水旁路調閥，增加給水流量至700 t/h 以上，進而增加鍋爐燃料量，提高排煙溫度，增加過熱器蓄熱；2)啟動第二套制粉系統，保證2 臺磨煤機運行，提高爐膛出口溫度，以爐膛出口煙溫不超540 ℃為底線；3)每次吹管完成，在臨吹門完全關閉后，點動開啟臨吹門3 s，讓過熱器系統蒸汽壓力升速變緩，延長蓄熱時間，并且增加的通流還能將濕飽和蒸汽帶走，提高了吹管的安全性；4)控制每次吹管時間間隔20 ～30 min，增加鍋爐受熱面蓄熱量。通過以上措施，吹管臨吹門開啟后，過熱器出口蒸汽溫度控制在380 ～400 ℃，降幅不超過20 ℃。第一階段吹管時，過熱器吹管系數(壓降比)達到1.6。第一階段共計有效吹管66 次，停爐2 次，有效吹管第65、66 次靶板連續合格，過熱器系統及主蒸汽管道吹管合格。

第二階段串聯吹掃一次再熱器系統和二次再熱器系統，采用穩壓吹管的方式，控制過熱器出口蒸汽壓力5.0 ～5.5 MPa、溫度400 ℃，一次再熱器出口蒸汽溫度460 ℃，二次再熱器出口蒸汽溫度510 ℃，吹管系數符合《蒸汽吹管導則》要求：過熱器出口吹管系數(工質動量比)1.10，一次再熱器出口吹管系數(工質動量比)1.58，二次再熱器出口吹管系數(工質動量比)1.91。第二階段共計穩壓吹管255 min，停爐2 次。

第二階段結束后，對一次再熱器和二次再熱器分別進行降壓打靶，此時面臨著第一階段同樣的問題，但是臨吹門不能開啟(更換靶板時必須關嚴)。通過討論，并且經鍋爐廠同意后，開啟鍋爐側過熱器疏水和汽機側主蒸汽管道疏水，控制升壓速率，增加蓄熱時間，進而避免濕蒸汽產生。最終，第8、9 次有效吹管，一次再熱器系統靶板連續合格；第10、11次有效吹管，二次再熱器系統靶板連續合格，

北海某電廠2 號機組鍋爐共計有效降壓吹管77 次，穩壓吹管255 min，中間停爐5 次，耗時10 d(其中多數時間在等待化學制備除鹽水)。相較于上述幾個二次再熱機組項目，縮短了降壓吹管次數，減少了停爐次數和時間，規避了二次再熱機組鍋爐降壓吹管時面臨的問題，增加了超超臨界機組鍋爐穩壓吹管過程，效果顯著，吹管結果符合《蒸汽吹管導則》的要求。

5 結語

超超臨界二次再熱機組經過多個項目的投產，涌現出很多可供后續參考的技術指導和經驗。鍋爐吹管是建設期承上啟下的關鍵節點，吹管質量的高低直接影響著后續整套設備啟動是否順利，因而更應該引起重視。本文通過例舉幾種不同的吹管方式，對比其優缺點，并且經過實際應用證明，采用兩段法吹掃，第一階段降壓吹掃過熱器系統及主蒸汽管道，第二階段將過熱器系統與一次再熱器系統和二次再熱器系統串聯，穩壓吹掃一次再熱器和二次再熱器系統，在理論和實際上，都證明了其可取之處。