新疆某供热机组锅炉冲管节水节能措施分析

熊建国，韩高岩，杨利平，吕洪坤，李 剑，孙五一

（1.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014；2.浙能阿克苏热电有限公司， 新疆 阿克苏 843000；3.杭州意能电力技术有限公司，杭州 310014）

0 引言

在我国新疆地区，水资源分布不均，南疆水资源匮乏，而燃煤发电厂在调试期间用水耗能较大[1]，据调试经验，配有炉水循环泵的百万机组在冲管期间所消耗除盐水量高达约4万t、耗煤量约2 000 t，而无炉水循环泵机组在冲管期间因无法回收大部分热态工质，造成大量工质和能量的浪费，使消耗的除盐水及煤量更大[2-3]。在南疆缺水地区，除盐水供应不足已成为机组锅炉冲管顺利进行的制约因素，而我国对于冲管的研究主要在于大容量机组冲管经验介绍、不同冲管方式对比及冲管安全性等方面，对于锅炉冲管节水节能方面的探讨却不多[4-6]。我国现阶段对火电建设提出一系列限制政策，但《电力发展十三五规划（2016—2020 年）》中指出“十三五”期间投产机组容量仍有约2亿kW，新建机组锅炉冲管节水节能仍有一定空间。

1 冲管原理及机组锅炉简介

1.1 冲管的基本原理

锅炉冲管是通过高温蒸汽的冲刷力，将蒸汽管道中的铁锈、残留垃圾、尘土等杂物带出，从而保证后期进入汽轮机的蒸汽品质合格。锅炉在冲管过程中，当冲管系数大于1时，冲管才有效果。在实际冲管过程中参考的是过热器和再热器的压降比，当压降比大于1.4时，冲管是有效的。冲管系数和压降比的定义如式（1）和（2）所示，冲管达一定次数后，在管道中放入靶板来检验冲洗管道的洁净度是否合格[7]。

式中：k为冲管系数；G为吹管工况蒸汽流量；v为吹管工况蒸汽比体积；G0为锅炉最大连续蒸发量时的蒸汽流量；v0为锅炉最大连续蒸发量时的比体积。

式中：β为压降比；ΔP冲为吹管工况某区段流动压降；ΔPBMCR为锅炉最大出力工况下该区段流动压降。

1.2 机组炉侧简介

新疆某发电厂供热机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的350 MW等级超临界变压运行螺旋管圈直流炉，是单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，型号为SG-1173/25.5-M4418。炉膛由下部的螺旋膜式水冷壁和上部的垂直膜式水冷壁构成。该锅炉配有不带启动循环泵的内置式启动系统，启动分离器及储水箱均布置在炉前。锅炉采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，配有5台ZGM95型中速磨煤机，在A/B层燃烧器处装有2层微油枪。锅炉的主要设计参数如表1所示。

表1 锅炉主要设计参数

2 冲管过程节水节能措施

2.1 加强水质检测，及时回收工质

该发电厂机组汽水主要流程如图1所示，冲管时期锅炉首先进行冷态冲洗，在集水箱水质含铁量较大时，给水经由省煤器、水冷壁、汽水分离器、储水箱及集水箱排污至废水池中，水质符合要求后通过启动疏水泵回收至排气装置[8]。在新疆供热机组冲管时期，为节约除盐水，在冷态冲洗阶段增加集水箱水质检测频率，根据DL/T 1076-2017《火力发电厂化学调试导则》要求，当水质中含铁量低于1 000 μg/L时立即通过疏水泵回收储水箱排水，通过化学精处理来过滤水中含铁，进而减少除盐水浪费。

图1 机组汽水主要流程

当水质中含铁量小于100 μg/L时，锅炉冷态冲洗结束，点火进入热态冲洗。锅炉热态冲洗时要求分离器出口温度在150~190℃。由图1可知，热态冲洗时，该供热机组由于无炉水循环泵，含热工质只能通过疏水泵向排气装置进行回收。由于此时汽轮机还未进入进汽阶段，并且化学精处理投运要求凝结水温度低于65℃，因此只能回收小部分热态工质，大部分工质和热量只能直接排至废水池，造成了浪费。为增大热态外排工质回收比例，该供热机组在热态冲洗阶段控制分离器出口温度在160℃，尽可能通过疏水泵回收热态工质，同时控制精处理进口凝结水温度低于60℃。为了尽量降低分离器出口温度，首先应减少大气扩容器中热态工质的对空排放，其次可增加外排热态工质的回收比例。经调试工况对比，当分离器出口和凝结水温度分别为160℃和60℃时，较温度为190℃和55℃时可多回收约25%的外排热态工质。

2.2 选择冲管方式，优化冲管参数

机组锅炉稳态冲管所需供水量较大，由于除盐水供应不足，无炉水循环泵的机组无法对热态水质全部回收，进而造成除盐水和热量浪费[9-11]。因此本机组采用主、再热管道串联一步法来降压冲管，冲管流程如图2所示。

图2 机组的冲管流程

冲管分三步：第一步，降压串冲主再热蒸汽系统30次，停炉12 h以上；第二步，锅炉重新点火升温升压，继续对主再热蒸汽系统串冲30次，安排停炉12 h以上；第三步，锅炉再次点火升温升压，继续串冲主再热蒸汽管道至打靶合格。

为了减少冲管耗水耗能，剩余小段高旁管道采用人工清理方式，另外调整冲管参数，尽量减少锅炉冲管次数。降压冲管时，在保证管道一定安全余量下可适当提高蓄能压力。机组锅炉冲管过程中，蓄能压力和主再热器最大压降比关系如图3所示。由图3可知，提高蓄能压力可有效提高主再热器最大压降比，同时延长每次有效冲管时间。锅炉冲管设施规格要求如表2所示，考虑到临时管道规格及保有一定安全余量等要求，冲管期间将蓄能压力提高至7.0 MPa，主再热蒸汽压降比也分别提高到1.67和2.14，增强了每次冲管效果，减少冲管次数。

图3 最大压降比与蓄能压力关系

临冲门的开关时间也影响每次冲管效果，冲管临冲门1和2开到位时间分别为46 s和50 s，在蓄能压力相等时，使用临冲门1和临冲门2冲管时的过热器压降比曲线对照如图4所示，使用临冲门1比使用临冲门2的最大过热器压降比提高了约0.08，且有效冲管时间几乎相同。因此，冲管过程中优先选用开关时间短的临冲门。

表2 冲管临时设施的规格要求

图4 不同临冲门过热器压降比

综上所述，在管道设备安全裕度内，增大蓄能压力、选用开关时间短的临冲门等措施均可提高冲管系数，进而减少冲管次数，从而实现节水节能的目的。

2.3 调整机组运行参数

2.3.1 适当降低给水流量

锅炉在设计时，为了在低负荷运行状态下，防止水动力不稳定，规定其最小给水流量不低于最大给水流量的30%。在调试冲管期间，为节约除盐水可适当降低给水流量，但需同时注意监视水冷壁温度有无异常，进而调整给水流量。由于水冷壁温度是在水冷壁上等间距测定的，因此在监视水冷壁温度时，要较规定温度报警值留有一定余量[12-13]。

该供热锅炉规定的最小给水流量为331 t/h，在冲管期间，为减少对除盐水的消耗，降低了最小给水流量。在冲管蓄压时流量降低为约150 t/h，垂直段水冷壁和螺旋水冷壁最大壁温点最大值约为286℃和281℃，远低于水冷壁报警温度493℃，末级过热器和末级再热器最大壁温点最大值也远低于温度报警值，主汽温度和烟温也都分别低于安全要求值420℃和520℃。冲管稳定期间的给水流量、储水箱下降管流量、各管壁区域最大温度点及主蒸汽温度变化如图5所示。可见，在冲管过程中，降低给水流量时，运行并无异常情况，而降低给水流量是减少除盐水消耗的有效措施。

图5 冲管时部分参数变化曲线

此外，给煤量一定而给水流量降低时，给水的蒸发量会增加，减少热态工质的外排，减少了工质和热量的浪费。在新疆机组冲管时期，凝结水补水温度为19℃，下降管水温约为277℃，控制凝结水温度约60℃，可回收热态工质约25 t/h，有小部分的热态工质排至废水储存池。

2.3.2 燃烧调整

在冲管期间，考虑到尽量产出更多的蒸汽，应投用下层磨煤机，同时提高分离器转速，适当减少底部二次风量，并且当各金属壁温、主汽温度和炉膛出口烟温在安全范围内时可适当增大给煤量。机组在冲管期间投用底层A磨煤机，煤量20 t/h、一次风量约54 t/h、总风量约460 t/h、分离器转速频率为28 Hz。投用下层磨煤机，同时适当增大旋转分离器转速以及减少底部二次风量时，可使火焰中心下移，同时提高火焰温度，进而水冷壁吸收较多热量，产生更多的蒸汽，减少工质的外排量。提高给煤量，可增大蒸发量，提高蒸汽温度，也会一定程度提高冲管系数，但在增加给煤量时，为了防止再热器干烧严重，应控制炉膛出口烟温低于520℃，并且考虑到冲管设施的规格要求，应控制蒸汽温度不超过420℃。

3 其他措施

针对新疆无炉水循环泵启动系统的机组，可在启动疏水泵出口增加通往除氧器的管路。在冲管期间，当外排热态工质含铁量小于100 μg/L时，可通过此管路将热态工质直接全部回收至除氧器，减少工质和热量浪费。

为了减少冲管期间的耗水耗能，在管道安装施工阶段，也要注意保持管内的清洁，清理遗留在管道内的泥沙、氧化皮等杂物。此外，还可采取在冲管第一、二阶段中间时段加氧冲管，使氧气充分发挥疏松管壁附着物作用，并在冲刷干净的金属壁上形成氧化保护膜，进而减少冲管次数，达到节能节水效果[14-16]。

4 结论

综上所述，针对新疆无炉水循环泵启动系统的机组，在锅炉冲管阶段，可采取以下措施，以达到节能节水的目的。

（1）在锅炉冷态水冲洗阶段，提高集水箱水质检测频率，在集水箱水质含铁量小于1 000 μg/L后及时回收工质。在热态冲洗阶段，在要求范围内，降低分离器出口温度，提高凝结水温度，尽量多回收热态工质。

（2）在冲管期间，在安全裕度内可提高蓄能压力，选用开关时间短的临冲门。

（3）在冲管时，对于350 MW无炉水循环泵机组可通过减少锅炉蓄能期间给水流量至约160 t/h，启用下层磨煤机、增大分离器转速、减少底部二次风量等措施实现节水节能。

（4）对于无炉水循环泵启动系统，建议增加启动疏水泵出口去往除氧器管路，从而在热态水冲洗水质合格后直接全部回收外排热态工质。

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