并网前投运高加安全性分析及控制策略

张守学 毕华南

摘 要：随着环保排放标准和管控要求的日益加强和深入，发电企业普遍高度重视环保达标工作。在启机过程中脱硝系统因温度偏低而无法投运，NOx指标无法做到全负荷达标。鉴于此，以华能邯峰电厂660 MW亚临界汽包炉启动为例进行分析，通过汽机侧并网前投运高加，提高给水温度，达到间接提升烟温的目的，力求通过调整运行方式实现启动过程脱硝达标排放。

关键词：高加;启动;温升;热应力

0    引言

京津冀地区实行严格的环保标准，要求并网火电机组烟气NOx含量不超50 mg/Nm3，电厂正常运行期间能够稳定达到超低排放标准。传统火电厂锅炉脱硝装置催化剂均设置温度限制，以防催化剂失效影响特性。

在锅炉冷态启动过程中，SCR入口烟温上升较慢，在并网前与催化剂温度限值还有很大差距，实现全负荷脱硝难度很大，在以往的冷态启动过程中，从锅炉并网到SCR正常投运，至少需要2 h，在此期间NOx处于超标状态。这就需要锅炉点火后，尽快投入所有油枪，加快锅炉升温升压速度;汽机侧需要并网前投运A7高加，尽量提升给水温度，减缓省煤器区换热强度，提高烟气温度，达到并网前投运脱硝系统的目的。

1    概述

火电厂高压加热器普遍采用钢板焊接，卧式布置，内置过热段和冷却段。高压加热器是提高火电厂热经济性的重要附属设施，高加投运率直接影响电厂的安全性、经济性。由于高加系统汽侧、水侧压力高，因此对高加的设计、材质、制造、安装、检修和运行都有很高的要求，高加系统故障率仅次于锅炉爆管，高加系统的泄漏故障占整个高加系统故障的65%左右。为减少高加热冲击，火电厂启动过程中一般采用随机启动方式，既汽轮机冲转、升速、并网、暖机过程中同步提高给水温度。随着环保排放要求日益严格，机组启动期间必须满足超净排放标准，提高给水温度作为提升烟温重要手段之一，打破传统操作理念，并网前投运高加势在必行，应科学分析，采取应对措施，谨慎操作，避免高加遭受较大的热冲击而损坏。

2    现状

冷态启动过程中烟温提升困难，一般在机组并网前，烟温仅能达到230 ℃左右，与投运SCR的低限温度280 ℃还有很大差距，实现全负荷脱硝难度很大。火电机组并网后要求全程环保指标达标，实现全负荷投入脱硝装置，必须从运行调整方面加以改进和优化。

（1）A7高加抽汽采用冷再，正常情况下投运高加需机组并网后且负荷大于70 MW，需修改热工逻辑。

（2）启动阶段汽包间断给水，给水流量不均匀，尤其在启动初期阶段，存在给水频繁中断情况，造成高加管板温度升高，易造成高加胀管，直接影响高加安全性。

（3）启动期间给水流量较小，控制A7高加进汽电动门开度较小，抽汽门必然处于微开调节状态，门芯冲刷不可避免，经过几次投用后，造成阀门不严和需要时无法隔绝的后果[1]，存在汽缸进水隐患。

（4）给水温度的升高取决于抽汽流量、压力、温度的变化[2]。整个启动阶段，给水温度调节需手动调整，给水流量、冷再压力、温度变化幅度较大，给水温度调节滞后且变化幅度大、速度快，加热器U型管以及关口焊缝由于受激烈的温度交变热应力而容易损坏，尤其在给水突然中断时给高加带来的热冲击更大，U型管长期受熱疲劳而容易损坏泄漏。

（5）高加投运前暖管时间不够，温升率控制不当，高温高压蒸汽进入高加，厚实的管板与较薄的管束之间吸热速度不同步、吸热不均匀而产生巨大的热应力，使得高加U型管产生热变形，另外高加管板焊有一层与管子材料类似的金属包层，U型管焊接到管板的包层上，如暖管不充分或热冲击过大造成管道振动，将导致U型管振动损坏。

（6）启动阶段，高低压旁路操作频繁，冷再压力、温度变化较大，间接造成给水温度调节大幅波动。当高压加热器因给水急剧冷却或加热，由于管板厚，钢管管壁薄，两者膨胀、收缩量差异大，易导致钢管外壁与管板内壁由紧力配合变为间隙配合。同时焊缝在经历快速收缩和膨胀后会产生较大的热应力，在热应力作用下焊缝易产生裂纹[3]。

（7）启动期间如给水溶氧超标，将造成高加U型管钢管管壁腐蚀而变薄，钢管与管板间的胀口受腐蚀而松弛，寿命逐渐缩短。

从以上分析可知并网前投运高加风险极大，如不采取可靠措施，极易造成高加损坏发生泄漏事故，严重时有造成汽轮机进水的危险。

3    解决方案

为达到并网前安全可靠投运高加的目的，可采取以下措施：

（1）启动前确保高加保护可靠投入，启动前试验高加水位>610 mm，高加水侧自动切旁路运行，保护关闭A7进汽电动门。

（2）增加A7高加进汽电动门操作闭锁子回路，该子回路投入时闭锁汽机跳闸，模拟当前负荷>70 MW，子回路投入时允许运行人员操作A7高加进汽电动门。该闭锁子回路只用于启动前操作，不能影响原高加投入逻辑，机组负荷>7 MW，A6、A7高加正常投入后自动退出该子回路，机组正常运行期间闭锁运行人员操作该子回路。

（3）启动过程中，投入除氧器加热，尽量维持较高给水温度，上水初期，保持汽包不间断换水，力争在锅炉点火前将汽包壁温加热到80 ℃以上。

（4）适当延长汽轮机在850 r/min、3 000 r/min暖机时间，利用暖机时间适当提高蒸汽温度，减缓锅炉内烟气放热量，进而提高烟气温度。

（5）锅炉点火后，及时开启高、低压旁路系统，一般3 h后，当主汽流量大于50 kg/s、高加联程阀顶起、给水流量平稳、冷再温度大于150 ℃几个条件同时满足时再投运A7高加。

（6）启动阶段，启停给水泵、制粉系统，操作高、低压旁路系统应缓慢，可能影响冷再温度、压力的操作应提前告知负责调整给水温度的人员，提前控制，尽量避免给水温度大幅波动。

（7）加强高加温度、水位监视，尽量避免给水突然中断，控制高加温升率≤1.8 ℃/min。由温差引起的热应力是沿壁厚不均匀分布的，或内壁受压外壁受拉或外壁受压内壁受拉，这两种情况对高加的使用均有不同程度的影响。对设备的温升和温降速率加强控制，有效管控设备的运行条件[4]，确保高加稳定运行，控制A7高加温升不超80 ℃。

（8）加强汽水品质监督，如给水溶氧超标，手动开大除氧器脱氧门，控制给水溶氧质量分数不超20×10-9。

4    结语

启动阶段提升烟温，以燃烧调整为主、提高给水温度为辅。启动前安排一台磨上高挥发分低硫烟煤，提高燃烧稳定性，强化燃烧，加快锅炉加热速度，改善受热面超温和壁温分布情况;低硫分能减缓投运SCR初期硫酸氢铵生成，保证催化剂性能不受损。如机组启停频繁或参与电网深度调峰较多，可考虑通过技改采用低温SCR技术，以大幅改善催化剂运行环境[5];另外，机侧可考虑增加小口径A7高加进汽旁路调整电动门，用于启动期间调整给水温度。虽然并网前投运高加存在一定风险性，但通过优化运行方式、修改热工逻辑、完善技术措施等手段可使风险可控。

[参考文献]

[1] 梁家明.高压加热器预热手段的探讨[J].四川电力技术，1999（S1）：66-67.

[2] 黄立开.高压加热器随机滑启经济性分析[J].电力学报，2007，22（4）：538-540.

[3] 李云飞.高压加热器钢管泄漏原因分析[J].云南电力技术，2010，39（6）：63.

[4] 张福君.简析给水高压加热器设计制造和运行[J].电站辅机，2013，34（4）：27-30.

[5] 黎华敏，柏源.SCR系统在机组低负荷条件下运行对策研究[J].电力科技与环保，2014（5）：36-37.

收稿日期：2020-03-25

作者简介：张守学（1976—），男，河北邯郸人，工程师，研究方向：电厂运行或热力。