扬州电厂锅炉启动上水节能优化

□杨伟俊

一、设备概况

江苏华电扬州发电有限公司6、7号机组单机容量330MW。锅炉为东方锅炉厂生产的DG1036/18.2～Ⅱ4型，亚临界压力，一次中间再热自然循环汽包炉，设计额定蒸发量1,036t/h。汽机为哈尔滨汽轮机厂生产的N330-16.67/538/538，给水系统配置2×50%容量的汽动给水泵(以下简称汽泵)和1×50%容量电动给水泵(以下简称电泵)，汽泵及电泵出口均设有再循环门。汽泵前置泵(以下简称前置泵)转速1,480r/min，流量572m3/h，扬程102.5mH2O。除氧器工作压强0.83MPa，最大工作压强0.94MPa，设计压强1.2MPa。

锅炉给水系统原理如图1所示，该系统在高压加热器(以下简称高加)出口和省煤器之间设计有主给水电动门(以下简称主给水门)，启停大旁路调节门(以下简称大旁)，水压试验小旁路。前置泵标高0m，汽泵标高12.6m，除氧器标高21.8m，给水平台标高31.1m，汽包标高68.9m。

图1

二、优化方案可行性分析

不使用电泵上水所面临的最大挑战在于：现有设备提供的压强能否克服静压和管道阻力，将水上到68.9m高的汽包？如果能上水，那么上水时间能否能满足要求？这里将从管道阻力和水的静压强两个方面讨论这个问题。

(一)管道阻力。由流体力学可知，管道阻力可以分为局部阻力和沿程阻力。局部阻力是由管道附件(弯头、三通、阀门等)形成的，在低速情况下它和局阻系数，动压成正比，动压又和流速的平方成正比。沿程阻力是比摩阻乘以管道长度，比摩阻由管道的管径，内壁粗糙度，流体流速确定。对于一个已确定的管道和液体，流体阻力只和流速有关，可用如下方程表达：

F=a+∑bv+∑cv2+∑dv3+……

在生产现场，管道外形和直径都是固定不变的，流速就和流量成正比，而人们所关心的阻力表现在压强在经过管道后的下降。那么可将流量与经过管道后压强的下降建模如下：

y=ax3+bx2+cx+d

式中x为水的流量，单位t/h；y为管道进口压强和出口压强的差，单位kPa；d为水的静压强，单位kPa。根据参数记录可求出方程中的未知系数。

在原始数据采集中，给水流量测点在大旁前，测点编号FWFLOW；汽包压强测点在汽包室，标高68.9m，测点编号02PT02；给水压强测点在汽泵出口电动门后，标高6.3m，测点编号27PT92；水温变化范围160℃～300℃。因锅炉上水时温度达不到正常水温，故求得的函数中表示静压强的常数误差相对较大，舍去。又因为原始数据中2个压强测点之间的管道大约为除氧器和汽包之间管道的4/5，所以需要加修正系数。最终在留有一定余量的前提下流量和压差的函数表达为如下形式：

y=2(1.81×10-7x3+2.13×10-4x2+0.188x)

上式即为除氧器和汽包之间管道阻力函数，x表示水的流量，单位t/h；y表示管道阻力折算成压强的损耗，单位kPa。锅炉水容积228m3，当流量为300t/h时，可以在1小时内完成向锅炉上水，此时管道阻力为：

y=2(1.81×10-7×3003+2.13×10-4×3002+0.188×300)

y≈161(kPa)

(二)水的静压强。假定除氧器水温100℃，此时水的密度958kg/m3，重力加速度取9.80m/s2，根据液体静压强方程可近似计算出锅炉汽包到除氧器的静压强：

P=ρ液gh

P=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-21.8m)

P≈0.44MPa

阻力折算成压强0.16MPa，当汽包压强为0时，除氧器压强超过0.6MPa即可向锅炉上水。

为了说明这样计算的可行性，可以通过一个简单方法验证一下。由图1可知，在锅炉上水过程中唯一能截流的地方是给水平台的大旁。大旁调节门前有压强测点“给水操作台前母管压力(27PT67)”，此测点在主给水管路上距大旁15m以内，标高大约20m，可近似认为测出的压强为大旁调节门前的压强加0.1MPa。大旁调节门后有压强测点“省煤器前给水压力(01PT08)”，此测点在主给水管路上距大旁15m以内，标高31.1m，可近似认为测出的压强为大旁调节门后的压强。因大旁后再无任何截流设备，可认为省煤器前给水压强为锅炉上水在给水操作平台所需要的实际压强。

近似计算锅炉上水过程省煤器前给水压强：

P=ρ液gh

P=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-31.1m)

P≈0.35MPa

由计算可知，从汽包到给水平台静压强约为0.35MPa。当汽包压强为0时，省煤器前给水压强超过0.35MPa即可向锅炉上水。而实际结果又如何呢？如图2所示。

图2

图2中横坐标为时间，每格1小时，下方的曲线为省煤器前给水压强，每格0.5MPa。实际测量结果为0.34MPa，计算误差小于3%，完全符合现场实际所需要的计算精度。从图2又可以看出，用电泵上水，大旁调整门前的压强已达到4.44MPa，远远超过上水所需要的实际压强。

当除氧器水温受到限制，不能加压到所需要的压强时，或汽包刚起压，静压上水困难，可增开汽泵前置泵。假设当除氧器压强和汽包压强均为0时，从汽包到前置泵出口的静压强为：

P1=ρ液gh

P1=958kg/m3×9.80m/s2×(68.9m-0m)

P1≈0.64MPa

除氧器到前置泵入口的静压强为：

P2=ρ液gh

P2=958kg/m3×9.80m/s2×(21.8m-0m)

P2≈0.20MPa

前置泵所需要增加的压强：

P3=P1-P2

P3=0.64MPa-0.20MPa

P3≈0.44MPa

加上沿途阻力折算成压强0.16MPa，前置泵实际所需要提供的压强为0.6MPa。而前置泵的扬程102.5mH2O，转换为压强为：

P=ρ液gh

P=1,000kg/m3×9.80m/s2×102.5m

P≈1.00MPa

在除氧器和汽包压强均为0的情况下，前置泵向锅炉上水还有将近64%的余量。假设处于最理想情况，除氧汽压强0.83MPa，开前置泵向锅炉上水，最多可将汽包压强顶至1.23MPa。假设处于最不理想情况，除氧汽压强0MPa，开前置泵向锅炉上水，最多可将汽包压强顶至0.40MPa。

三、优化方案具体实施

在保证机组快速启动和一定余量的前提下，建议锅炉点火前采用前置泵向锅炉上水的方案，可按如下步骤执行：一是要求汽包压强在0.4MPa以下。二是要求给水平台所有上水门在关闭位置。三是要求2台汽泵和电泵进出口门在开启位置。四是联系热控人员，临时取消2台汽泵再循环门超驰开联锁。五是关闭2台汽泵再循环门。六是关闭电泵出口门。七是开除氧器再循环泵。八是根据上水温度要求，开启辅汽至除氧器加热门。如条件允许，可尽量升高除氧器压强。九是启动一台前置泵，检查电流在150A以下。十是尽快全开大旁调整门。否则开该汽泵再循环门。十一是检查前置泵电流上升。十二是检查给水操作台前母管压强大于省煤器前给水压强约0.1MPa左右。十三是短暂停止除氧器补水，并观察除氧器水位缓慢下降，以确认锅炉上水进行中。十四是如需加快上水速度，可增开前置泵或提高除氧器压强。十五是如汽包水位达到要求或需减慢上水速度，适当开启该汽泵再循环门，关小大旁调整门。十六是当锅炉点火或汽包压强达到0.4MPa，准备调电泵上水。十七是全关大旁调整门。十八是尽快全开2台汽泵和电泵再循环门。十九是全开电泵出口门。二十是启动电泵。二十一是停前置泵。二十二是用给水大旁调整门调节汽包水位。二十三是联系热控人员，恢复2台汽泵再循环门超驰开联锁。

如需除氧器静压向锅炉上水，可按如下步骤执行：一是要求辅汽联箱压强不低于0.8MPa，保持稳定。二是要求给水平台所有上水门在关闭位置。三是要求汽包压强在0.1MPa以下。四是要求2台汽泵和电泵进出口门在开启位置。五是根据上水温度要求决定是否开除氧器再循环泵。六是逐步开大辅汽至除氧器加热调整门。七是将除氧器压强顶至0.80～0.85MPa。，并保持。八是密切关注除氧器水温和前置泵出水温度，防止上水温度不符合要求。九是逐步全开给水大旁调整门。十是检查给水操作台前母管压强大于省煤器前给水压强约0.1MPa左右。十一是短暂停止除氧器补水，并观察除氧器水位缓慢下降，以确认锅炉上水进行中。十二是如汽包水位达到要求，关小大旁调整门。十三是当锅炉点火或汽包压强超过0.1MPa，完成除氧器静压上水。十四是全关大旁调整门。十五是关小辅汽至除氧器加热调整门，恢复除氧器压强。十六是根据实际情况决定是否启动电泵继续向锅炉上水。十七是用给水大旁调整门调节汽包水位。

四、结语

经过上述计算分析表明，从锅炉上水至点火或汽包压强到0.4MPa前，用前置泵代替电泵完成锅炉上水任务，不仅比传统方法大大节省厂用电，而且能在时间上满足要求。同理，在停机后，当汽包压强下降到0.4MPa以下，如要保持汽包水位，可停电泵，用前置泵继续向锅炉上水。

7号机开机过程中使用此方案上水，开单台前置泵，用时2小时15分钟完成锅炉上水任务，直接节省厂用电至少2,200千瓦时。