超超临界二次再热机组锅炉吹管工艺探讨

张晓东，薛宏涛

( 中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司，陕西 西安 710032 )

0 引言

超超临界二次再热机组是目前高效节能电力技术的杰出代表，其较低的发电煤耗和良好的环保参数，不仅符合目前国内大力发展清洁煤电的政策要求，而且特别适用于我国南方缺煤少电的区域。近年来超超临界二次再热机组的设计、建设、投产项目与日俱增，锅炉蒸汽吹管是机组投产前的重要节点工作，而DL/T 1269—2013《火力发电建设工程机组蒸汽吹管导则》[1](以下简称“《蒸汽吹管导则》”)中并没有涉及超超临界二次再热机组锅炉蒸汽吹管的相关内容，各个工程只能在大致参考《蒸汽吹管导则》的情况下自行完成蒸汽吹管工作。本文通过对比和分析不同的蒸汽吹管方式，探讨了超超临界二次再热机组锅炉蒸汽吹管的工艺流程。

1 工艺介绍

《蒸汽吹管导则》是单机容量300 MW 以上各类新建、扩建、改建的电站锅炉蒸汽吹管必须执行的行业标准。目前国内二次再热机组均为600 MW 及以上容量的超超临界机组，因而二次再热机组锅炉蒸汽吹管仍需执行《蒸汽吹管导则》的相关要求。

1.1 一次再热机组锅炉蒸汽吹管方式

根据《蒸汽吹管导则》规定，锅炉蒸汽吹管按照工艺分为降压吹管和稳压吹管两种，直流锅炉宜采用稳压吹管。无论采用哪一种方式进行蒸汽吹管时，都必须保证被吹扫系统各处的吹管系数(吹扫工况和锅炉最大连续蒸发量工况下蒸汽动量之比)均大于1，即当吹管系数大于1 时，为有效吹扫时间，否则为无效吹扫。按照《蒸汽吹管导则》要求，降压吹管时，一般采用压降比计算吹管系数，需要保证各吹扫系统范围内的压降比大于1.4；稳压吹管时，则按照动量比计算吹管系数，需保证系统各个部位的工质动量比均大于1。

锅炉蒸汽吹管按照系统布置又分为一段法和两段法两种方式。一次再热机组锅炉蒸汽系统由过热器系统和再热器系统组成，如果将过热器系统和再热器系统串联，即为一段法；如果先吹扫过热器系统，再吹扫再热器系统，即为两段法。一次再热机组锅炉蒸汽吹管方法对比见表1 所列。

表1 一次再热机组锅炉蒸汽吹管方法对比

1.2 二次再热机组锅炉蒸汽吹管方式

二次再热机组锅炉蒸汽系统分为过热器系统、一次再热器系统和二次再热器系统，所以吹管按照系统布置可以进行三段法吹扫(《蒸汽吹管导则》无相关内容)。按照表1 的方式进行吹管方式的罗列，理论上有6 种；而且在选用两段法时，是将过热器与一次再热器系统同时吹扫，还是将一次再热器系统与二次再热器系统同时吹扫，又分为了2 种；当使用两段和三段法吹扫时，每一阶段又可以分别选用稳压或者降压的方式进行吹扫。因而造成了目前已投产的二次再热机组锅炉采用的吹管方式繁多，并无规范工艺流程。

2 工艺对比

二次再热机组相较于一次再热机组，有管线布置复杂、阻力大，蒸汽温度控制难度高等特点，理论上可行的吹管方案也需要针对其机组设计特点进行再次讨论。

一段法虽然具有系统简单、省时省力的特点，但其工艺已经不能满足二次再热机组蒸汽吹管的需求，见表2 所列。由于二次再热机组锅炉受热面增加了一级再热器(目前超超临界二次再热机组一次再热器压力设计约10 MPa)，将过热器系统和一次再热器系统串联，需要采用降压吹管法。临吹门布置在一次再热器出口，此时过热器系统和一次再热器系统均为蓄热系统，临吹门前压力也能够满足吹管参数的要求。此方法临时系统设计简单，布置容易，而且吹管时间短，物料消耗少；缺点是过热器和一次再热器系统形成的蓄热系统阻力较大，过热器吹管系数(压降比)较低，甚至达不到1.4 的基本要求，而且此方法需投入再热器减温水，否则易造成受热面超温，因此不太适用于超超临界机组。

表2 二次再热机组锅炉蒸汽吹管一段法对比

两段法将锅炉蒸汽系统进行分段吹扫，能够同时满足工艺和工期的要求。见表3 所列，例举了两段法蒸汽吹管的两种方案。最优选择是第一阶段单独吹扫过热器和主蒸汽管道；第二阶段将临吹门布置在过热器出口的主蒸汽管道上，一次再热器和二次再热器之间再布置集粒器，实现一次再热器和二次再热器的串联吹扫。此方法临时系统布置较为复杂，但是设计合理，吹扫参数和效果能够达到《蒸汽吹管导则》要求。

表3 二次再热机组锅炉蒸汽吹管两段法对比

第一阶段吹管期间，因一次再热器和二次再热器管道存在干烧问题，此时应控制炉膛出口温度不超过540 ℃，所以必须选择燃料投入少的降压吹管方式；第二阶段因采用过热器、一次再热器和二次再热器串联吹扫，所以应选择稳压吹管方式。原因主要为：一是二次再热机组相对于常规一次再热机组增加了一级再热器，吹管压力要求更高(9.0 ～11.0 MPa)，在此压力下临吹门频繁操作，极易出现故障，导致吹管工作暂停；二是二次再热机组过热器蓄热能力较弱，相对于一次再热机组降低了近30%，这直接导致吹管时，由于参数较高、煤耗较大、水冷壁吸热多，导致过热器压力升高很快，但是在临吹门开启后，由于过热器蓄热不足，吹管时主蒸汽温度大幅下降，对临时系统造成较大冲击，有极大的安全隐患，同时吹管效果也不是很理想；三是二次再热机组一般配置炉水循环泵，加剧了上述过热器蓄热不足的影响，过热器出口甚至会出现饱和蒸汽或者湿蒸汽，造成水击等恶性事故发生。因此，基于安全和吹管效果考虑，第二阶段应采取稳压吹管方式。

对于二次再热机组锅炉也可采用三段法吹扫[2-3]，第一阶段单独吹扫过热器和主蒸汽管道；第二阶段将一次再热器系统并入系统，临吹门布置在过热器出口的主蒸汽管道处，串联吹扫一次再热器系统；第三阶段将二次再热器系统并入系统，临吹门同样布置在过热器出口，串联一次再热器和二次再热器系统进行吹扫。此方式系统布置复杂，吹扫周期长，物料消耗多，但是吹管效果最好。三段法第一阶段和第二阶段只能采用降压吹管的方式(防止再热器干烧)，第三阶段降压和稳压吹管的方式都可以选择。

3 工艺选择

在二次再热机组锅炉蒸汽吹管工程实际应用中，两段法和三段法应用较多，与上述对比分析结果一致。例如东营某2×1 000 MW 电厂1 号机组锅炉，采用两段法，第一阶段单吹过热器系统，共降压吹管103 次；第二阶段串联吹扫过热器、一次再热器和二次再热器，共降压吹管106 次[4]。莱芜某1 000 MW 电厂6 号机组锅炉，采用了三段法降压吹扫，共吹管276 次，停炉超过8 次[3]。泰州某2×1 000 MW 电厂二期工程也采用了两段法，两阶段均采用降压吹管[5]。

机组锅炉蒸汽吹管方式的选择，在保证吹管效果的同时，还应考虑物料消耗、工期、临时系统材料、临时系统布置成本等的影响。通过对比东营某电厂和莱芜某电厂，即使都采用降压吹管的方式，两段法仍比三段法减少吹扫67 次。本文通过对比分析，认为采用两段法的同时，第二阶段在串联吹扫过热器、一次再热器系统和二次再热器系统时，采用稳压吹管的方式更具有优势，并且符合《蒸汽吹管导则》中直流锅炉宜采用稳压吹管的要求。

4 实际应用

北海某2×1 000 MW 电厂2 号机组锅炉由国内某锅炉厂生产，型号SG-2747/33.07-M705，为超超临界参数、变压直流炉、单炉膛、二次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。建设人员在蒸汽吹管讨论时确认采用两段法，在临时系统设计和布置时考虑了降压和稳压相结合的吹管方式，临时系统材料全部选用合金钢，壁厚按照550 ℃的承温能力校核。依托工程为蒸汽吹管系统示意图如图1 所示。

第一阶段单独吹扫过热器系统和主蒸汽管道，正式吹管时过热器出口压力控制为9.5 MPa。在第二次正式吹扫时即出现由于过热器蓄热不足，过热器出口蒸汽温度在临吹门开启后不升反降的问题，甚至在消音器排汽口出现大量湿蒸汽；吹管临吹门关闭前后，过热器出口蒸汽温度从420 ℃降至300 ℃，降幅达到了100 ℃以上。

经过讨论和研究，采取了以下几个措施：1)逐步退出炉水循环泵，同时调整锅炉主给水旁路调阀，增加给水流量至700 t/h 以上，进而增加锅炉燃料量，提高排烟温度，增加过热器蓄热；2)启动第二套制粉系统，保证2 台磨煤机运行，提高炉膛出口温度，以炉膛出口烟温不超540 ℃为底线；3)每次吹管完成，在临吹门完全关闭后，点动开启临吹门3 s，让过热器系统蒸汽压力升速变缓，延长蓄热时间，并且增加的通流还能将湿饱和蒸汽带走，提高了吹管的安全性；4)控制每次吹管时间间隔20 ～30 min，增加锅炉受热面蓄热量。通过以上措施，吹管临吹门开启后，过热器出口蒸汽温度控制在380 ～400 ℃，降幅不超过20 ℃。第一阶段吹管时，过热器吹管系数(压降比)达到1.6。第一阶段共计有效吹管66 次，停炉2 次，有效吹管第65、66 次靶板连续合格，过热器系统及主蒸汽管道吹管合格。

第二阶段串联吹扫一次再热器系统和二次再热器系统，采用稳压吹管的方式，控制过热器出口蒸汽压力5.0 ～5.5 MPa、温度400 ℃，一次再热器出口蒸汽温度460 ℃，二次再热器出口蒸汽温度510 ℃，吹管系数符合《蒸汽吹管导则》要求：过热器出口吹管系数(工质动量比)1.10，一次再热器出口吹管系数(工质动量比)1.58，二次再热器出口吹管系数(工质动量比)1.91。第二阶段共计稳压吹管255 min，停炉2 次。

第二阶段结束后，对一次再热器和二次再热器分别进行降压打靶，此时面临着第一阶段同样的问题，但是临吹门不能开启(更换靶板时必须关严)。通过讨论，并且经锅炉厂同意后，开启锅炉侧过热器疏水和汽机侧主蒸汽管道疏水，控制升压速率，增加蓄热时间，进而避免湿蒸汽产生。最终，第8、9 次有效吹管，一次再热器系统靶板连续合格；第10、11次有效吹管，二次再热器系统靶板连续合格，

北海某电厂2 号机组锅炉共计有效降压吹管77 次，稳压吹管255 min，中间停炉5 次，耗时10 d(其中多数时间在等待化学制备除盐水)。相较于上述几个二次再热机组项目，缩短了降压吹管次数，减少了停炉次数和时间，规避了二次再热机组锅炉降压吹管时面临的问题，增加了超超临界机组锅炉稳压吹管过程，效果显著，吹管结果符合《蒸汽吹管导则》的要求。

5 结语

超超临界二次再热机组经过多个项目的投产，涌现出很多可供后续参考的技术指导和经验。锅炉吹管是建设期承上启下的关键节点，吹管质量的高低直接影响着后续整套设备启动是否顺利，因而更应该引起重视。本文通过例举几种不同的吹管方式，对比其优缺点，并且经过实际应用证明，采用两段法吹扫，第一阶段降压吹扫过热器系统及主蒸汽管道，第二阶段将过热器系统与一次再热器系统和二次再热器系统串联，稳压吹扫一次再热器和二次再热器系统，在理论和实际上，都证明了其可取之处。