0、引言
華能汕頭電廠二期工程1x600MW超臨界機(jī)組，其鍋爐島由東方鍋爐廠設(shè)計與供貨，汽輪機(jī)島由哈爾濱汽輪機(jī)有限公司與哈爾濱發(fā)電機(jī)有限公司設(shè)計與供貨。凝汽器由上海動力設(shè)備廠有限公司設(shè)計與供貨。其他系統(tǒng)及輔助設(shè)備，由西北電力設(shè)計院設(shè)計，國內(nèi)有關(guān)廠家供貨，廣東火電集團(tuán)公司安裝，東北電力科學(xué)研究院調(diào)試所調(diào)試。工程自2003-10-18開工，2005-10-20完成168 h試運(yùn)。這是我國自行設(shè)計的第3臺600 MW超臨界機(jī)組。在此工程安裝期間，得悉正在啟動調(diào)試中的華能沁北電廠600 MW超臨界機(jī)組鍋爐汽水分離器啟動疏水排放引起凝汽器背包式疏水?dāng)U容器超壓、管道閥門振動、管道內(nèi)部測溫元件吹損、噪聲增大、凝結(jié)水溫升高等一系列問題，以致機(jī)組無法正常啟動及疏水不能回收。由于此工程與沁北電廠的設(shè)計單位都是西北電力設(shè)計院，凝汽器的選型及結(jié)構(gòu)是一樣的，都是雙背壓背包式疏水?dāng)U容器，鍋爐啟動疏水排放的設(shè)計都是通過361閥減壓后排到凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的。因此，如果不采取改進(jìn)措施，沁北電廠發(fā)生的問題將會在華能汕頭電廠重復(fù)發(fā)生。為此，汕頭電廠與設(shè)計院及設(shè)備供貨廠家及時進(jìn)行了技術(shù)探討，制定了解決方案。通過方案實施，解決了此問題。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、鍋爐汽水分離器啟動疏水排放原設(shè)計方案的問題及分析
1.1原設(shè)計方案及存在的問題
鍋爐汽水分離器啟動疏水通過2個并聯(lián)連接的361閥減壓后，匯合到1根母管上，然后分2路，其中一路（管道直徑D377 mmx12 mm）通過電動隔離閥排到鍋爐疏水?dāng)U容器，另一路(管道直徑D377 mmx12 mm)通過電動隔離閥排到低背壓疏水?dāng)U容器。在鍋爐啟動過程中，當(dāng)疏水質(zhì)量不合格時，疏水排放到鍋爐疏水?dāng)U容器。當(dāng)疏水質(zhì)量合格時，疏水排放到凝汽器背包式疏水?dāng)U容器，將合格的工質(zhì)回收。
鍋爐汽水分離器啟動疏水排放量，在最大工況下為475t/h、壓力8.99MPa，濕度為對應(yīng)壓力下的飽和溫度304℃、熱焓1 361kl/kg、質(zhì)量濃度705.4 kg/m3。經(jīng)過361閥節(jié)流減壓后的壓力為0.852 MPa、熱焓2 830 kj/kg。此時的介質(zhì)為兩相流體。
原設(shè)計方案存在的問題：(1)凝汽器背包式疏水?dāng)U容器超壓到100 kPa左右，并產(chǎn)生明顯的振動及噪音；(2)7級及8級低壓加熱器的疏水不能疏入凝汽器背包式疏水?dāng)U容器；(3)凝結(jié)水溫升高，凝結(jié)水泵有汽蝕振動的跡象；(4)與凝汽器背包式疏水?dāng)U容器相連的其他疏水管道閥門產(chǎn)生振動及噪音；(5)361閥后的管道內(nèi)部測溫元件被吹毀損壞。
1.2原因分析
(1)凝汽器背包式疏水?dāng)U容器超壓：凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的容積約為20m3，上部與凝汽器汽室相通，下部與凝汽器底部的熱井相通。減溫水采用凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水，流量約為50m3/hl。除了接納經(jīng)361閥減壓后的壓力為0.852 MPa、流量475 t/h、熱焓2 830 kj/kg的鍋爐汽水分離器啟動疏水兩相流體外，還接納l段、5段和6段抽汽管道的疏水、小機(jī)本體的疏水、1號高壓加熱器緊急疏水、5號低壓加熱器的緊急疏水、7號與8號低壓加熱器的緊急疏水、8號低壓加熱器的正常疏水、汽水分離器疏水、除氧器溢放水、輔汽管道疏水箱疏水以及自主凝結(jié)水來的減溫噴水。在機(jī)組啟動階段，低壓加熱器與高壓加熱器基本無疏水可放，在正常運(yùn)行情況下，沒有溢水及放水，其他疏水量很小，基本可忽略不計。由于鍋爐汽水分離器啟動疏水僅經(jīng)361閥降壓而不降溫，使361閥后的疏水汽化潛熱增大，形成兩相流，介質(zhì)的比容增大，體積流量增大，熱焓量增多，壓力仍有0.852 MPa之高，凝汽器背包式疏水?dāng)U容器超壓的原因主要是接納鍋爐啟動汽水分離器疏水引起。主要原因：
361閥之后的壓力為0.852 MPa、流量475 t/h、熱焓2 830 kj/kg的兩相流體，通過在凝汽器背包式疏水?dāng)U容器減溫水噴水降溫后，大部分蒸汽凝結(jié)為水后排人凝汽器熱水井。小部分蒸汽通過背包式疏水?dāng)U容器上部的通孔排入凝汽器汽室。由于在啟機(jī)階段，鍋爐尚不需大量的水，這部分水匯合主凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵出口的再循環(huán)管，在凝汽器一凝結(jié)水泵一再循環(huán)閥門及管道一凝汽器進(jìn)行循環(huán)。盡管采用了噴水減溫，但是由于減溫水是采用凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水，鍋爐汽水分離器啟動疏水的熱量并沒有被凝汽器的冷卻水帶走，而是在凝汽器一凝結(jié)水泵一再循環(huán)閥門及管道一凝汽器系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，隨著啟機(jī)時間的延長，鍋爐汽水分離器啟動疏水的熱量不斷進(jìn)入，凝結(jié)水的溫度就會逐步升高，凝結(jié)水用于背包式疏水?dāng)U容器的減溫水的溫度也逐步升高，減溫水的效率就會下降，導(dǎo)致進(jìn)入背包式疏水?dāng)U容器的鍋爐汽水分離器啟動疏水不能很好地降溫。此時，較高的鍋爐汽水分離器啟動疏水的溫度對應(yīng)著較高的飽和壓力。這就是凝汽器背包式疏水?dāng)U容器超壓的原因。
(2)7級及8級低壓加熱器疏水不能疏入凝汽器背包式疏水?dāng)U容器：由于以上原因，凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的壓力超壓到約100 kPa，而7級及8級低壓加熱器疏水設(shè)計壓力僅為20.5 kPa。7級及8級低壓加熱器的疏水壓力低于凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的壓力，這就是7級及8級低壓加熱器的疏水不能疏人凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的原因。
(3)凝結(jié)水溫升高，凝結(jié)水泵有汽蝕振動的跡象：由于以上原因，凝汽器背包式疏水?dāng)U容器的壓力超壓到約100 kPa，在壓力100 kPa下其對應(yīng)的飽和溫度約100℃。這部分疏水流到凝汽器熱水井，凝汽器熱水井中的凝結(jié)水溫度升高。而凝汽器熱水并對應(yīng)的壓力是凝汽器汽側(cè)的壓力。按規(guī)程啟機(jī)時凝汽器汽側(cè)壓力小于10 kPa，其對應(yīng)的飽和溫度最高約46℃。此時凝結(jié)水泵入口的凝結(jié)水溫度高于凝汽器汽側(cè)壓力10 kPa對應(yīng)的飽和溫度約為46℃，凝結(jié)水泵人口的凝結(jié)水由此發(fā)生汽化。這就是凝結(jié)水溫升高引起凝結(jié)水泵有汽蝕振動跡象的原因。
(4)與凝汽器背包式疏水?dāng)U容器相連的其他疏水管道閥門產(chǎn)生振動及噪音：由于以上原因，疏水已被汽化形成兩相流進(jìn)入凝汽器背包式疏水?dāng)U容器，加上減溫水的溫度不穩(wěn)定，是逐步升高的，由此引起凝汽器背包式疏水?dāng)U容器內(nèi)部壓力也是不穩(wěn)定的，疏水在一個不穩(wěn)定的壓力下，形成脈沖式的汽化過程。這些在不穩(wěn)定壓力下形成脈沖式汽化的介質(zhì)將產(chǎn)生噪聲，并沖擊與凝汽器背包式疏水?dāng)U容器內(nèi)部相連的其他管道及閥門引起振動。這就是與凝汽器背包式疏水?dāng)U容器相連的其他疏水管道閥門產(chǎn)生振動及噪音的原因。
(5)361閥后的管道內(nèi)部的測溫元件被吹毀損壞：經(jīng)過兩相流介質(zhì)的計算，361閥后的介質(zhì)流速達(dá)到約120 m/s。而根據(jù)《火電發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DLT5054-1996)的規(guī)定，推薦疏水在調(diào)節(jié)閥出口側(cè)的流速為20—100 m/s。由此分析361閥后的介質(zhì)流速過高，超過了規(guī)程的極限。管道內(nèi)部的測溫元件不能承受如此高速介質(zhì)的沖擊。這是361閥后管道內(nèi)部的測溫元件被吹損的原因。
2、鍋爐汽水分離器啟動疏水排放設(shè)計修改的目的及解決方案
2.1 設(shè)計修改目的
設(shè)計修改的目的有2個：一是鍋爐汽水分離器啟動巰水的排放不能引起設(shè)備超壓等一系列問題，影響機(jī)組正常啟動；二是合格的啟動疏水盡量回收，避免水質(zhì)浪費(fèi)。
2.2解決方案
(1)將361閥后合格的鍋爐啟動疏水直接排地溝或循環(huán)水溝。這種方案系統(tǒng)最簡單，操作最方便，也最節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用。現(xiàn)在有些電廠采用了這種設(shè)計。其最大缺點(diǎn)是水質(zhì)不能回收，造成了有效水質(zhì)的浪費(fèi)。據(jù)初步統(tǒng)計，剛投運(yùn)的機(jī)組，由于水質(zhì)較臟，啟機(jī)一次需排2 000～5000t疏水（含鍋爐啟動合格與不合格爐水排放等）。大量的排放疏水，將造成化水車間制水的緊張，供不應(yīng)求；其次，是運(yùn)行費(fèi)用的增加。對于缺乏淡水資源的電廠，由于淡水成本較高，此費(fèi)用還會大幅度增加，這是水資源浪費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)用增多的不經(jīng)濟(jì)方案。
(2)將361閥后的鍋爐啟動疏水排除氧器。這種方案可能是最有效的。361閥后鍋爐汽水分離器啟動疏水，其參數(shù)為：壓力0.852 MPa、流量475 t/h、熱焓2 830 kj/kg。而除氧器的參數(shù)為：設(shè)計壓力1.3 MPa、最高工作壓力1.13 MPa、設(shè)計溫度370℃。最高工作溫度369℃。安全門動作值1.24 MPa。總?cè)莘e345 m30有效容積235 m3。凝結(jié)水最大流量1 400 t/h。從上述參數(shù)看，將361閥后的鍋爐啟動疏水排至除氧器是合適的。最大的好處是不僅鍋爐汽水分離器啟動疏水的介質(zhì)得到回收，而且介質(zhì)的熱焓通過除氧器利用，又回收返回了鍋爐，消除了鍋爐汽水分離器啟動疏水熱焓的浪費(fèi)，又節(jié)省了部分鍋爐啟動用的加熱蒸汽。從安全性來考慮，經(jīng)過361閥減壓后，其介質(zhì)壓力低于除氧器的工作壓力，是安全的，只有在361閥受沖擊損壞減壓效果失效，則可能引起除氧器超壓。當(dāng)然，也有其他措施在此情況下防止除氧器超壓，如：增加除氧器安全門的數(shù)量及排放面積等。
根據(jù)我國國情，我國有關(guān)部門曾發(fā)布過很多防止除氧器爆炸的嚴(yán)厲文件。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火電發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000第10.4.4條明確規(guī)定：除氧器的啟動汽源應(yīng)來自啟動鍋爐或廠用輔助蒸汽系統(tǒng)。設(shè)計院一般不愿突破上述規(guī)定，將鍋爐汽水分離器啟動疏水排除氧器，做除氧器的熱源。因此，如何突破上述規(guī)定，建議有關(guān)主管部門組織討論，認(rèn)真進(jìn)一步探討與實踐。在總結(jié)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，適時對我國相關(guān)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行修改，以利及時發(fā)揮節(jié)水節(jié)能的作用，是有實際意義的。
(3)將361閥后的鍋爐啟動疏水通過大氣式水箱減壓減溫后，用疏水泵打入凝汽器。目前也有電廠是采用這種方案設(shè)計的。這種方案能回收合格水質(zhì)，且運(yùn)行安全。但這種方案的主要缺點(diǎn)是設(shè)備投資過大，要增加1個很大的冷卻水箱及泵送裝置和運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地面積大。這是不經(jīng)濟(jì)的方案。
(4)將361閥后的鍋爐啟動疏水通過三級減溫減壓器排凝汽器。這種方案主要是考慮安全及疏水回收。因為凝汽器容積很大，帶壓介質(zhì)進(jìn)入凝汽器立即擴(kuò)容，其熱量立即被凝汽器的冷卻水帶走，不會造成凝汽器的超溫超壓。由于介質(zhì)在進(jìn)入凝汽器喉部前，進(jìn)一步通過三級減溫減壓器降溫降壓，介質(zhì)速度已充分降低，不會造成對凝汽器管子及其他部件的沖刷。這種方案只能回收合格的鍋爐啟動疏水即工作介質(zhì)，而不能回收介質(zhì)的熱量。在方案(2)暫不能實施的情況下，此方案與方案(3)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，具有投資少，系統(tǒng)簡單，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，是較為可行的方案。其具體設(shè)計及實施的情況如下：
a．做2個三級減溫減壓裝置，其位置布置在凝汽器喉部，361閥后的鍋爐啟動疏水通過三級減溫減壓裝置后，其熱量被凝汽器的循環(huán)冷卻水帶走。三級減溫減壓裝置的噴水冷卻水采用凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水。水量約為50 t/h。三級減溫減壓裝置的具體設(shè)計數(shù)據(jù)：設(shè)計壓力0.898 MPa；設(shè)計溫度200℃；工作壓力0.852 MPa；工作溫度170℃；流量266 t/h（單臺減溫器，不含噴水量）。
有關(guān)技術(shù)要求：三級減壓減溫裝置安裝在凝汽器喉部后水室側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)啟動運(yùn)行時，凝汽器溫度壓力不應(yīng)超過限定值，不能影響大小機(jī)排汽及凝汽器的正常工作性能。三級減溫減壓裝置材料及布置位置應(yīng)充分考慮到運(yùn)行中汽水沖擊影響，以避免對本體及凝汽器內(nèi)部管路的沖蝕破壞。三級減壓減溫裝置還應(yīng)有足夠的加強(qiáng)措施，以承受管道的熱脹推力及力矩，并承受汽液兩相流引起的振動。設(shè)備管道接口D426 mmx14 mm、材料12CrlMoVo噪聲要求：在距設(shè)備周界水平方向1.0 m處所測的噪聲水平應(yīng)不超過85 dB。
b．取消原凝汽器背包式疏水?dāng)U容器上361閥后的鍋爐汽水分離器啟動疏水接口，把此接口改接到新增加的三級減壓減溫裝置的入口接口上。
c．把361閥后的管道由原1根改為2根，其尺寸由原D377 mm改為D426 mm。
3、方案(4)實施后的效果
經(jīng)方案(4)實施改進(jìn)系統(tǒng)后，隨主設(shè)備運(yùn)行順利通過168 h試運(yùn)行及連續(xù)8個月運(yùn)行的情況看，由于鍋爐汽水分離器啟動疏水改排三級減溫減壓裝置，凝汽器背包式疏水?dāng)U容器不超壓，振動及噪音在正常合格范圍。7、8級低壓加熱器的疏水能正常疏入凝汽器。由于鍋爐汽水分離器啟動疏水的熱量被凝汽器冷卻水帶走，凝結(jié)水溫正常，凝結(jié)水泵沒有汽蝕振動的跡象。與凝汽器背包式疏水?dāng)U容器相連的其他疏水管道閥門不產(chǎn)生振動及噪音。由于361閥后的管道直徑改大，介質(zhì)流速由原120 m/s降到86 m/s，管道內(nèi)部測溫元件運(yùn)行正常，其元件未被吹毀損壞。鍋爐汽水分離器啟動疏水通過凝汽器能正常回收。三級減溫減壓裝置沒有對凝汽器管子造成沖刷及產(chǎn)生其他新的問題。大量鍋爐汽水分離器啟動疏水得到回收。此項設(shè)計改進(jìn)達(dá)到了預(yù)期效果。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、結(jié)語
鍋爐汽水分離器合格的啟動疏水經(jīng)361閥減壓后直接排放到凝汽器背包式疏水?dāng)U容器，已被實際證明會引起背包式疏水?dāng)U容器超壓等一系列問題，不能保證機(jī)組正常啟動。經(jīng)分析，可得到如下結(jié)論：
(1)鍋爐汽水分離器合格的啟動疏水經(jīng)361閥減壓后直接排地溝，此方案會造成鍋爐啟動時大量的合格疏水浪費(fèi)。
(2)將361閥后的鍋爐啟動疏水排除氧器。此方案需待我國有關(guān)法規(guī)及設(shè)計規(guī)程有所突破后才能實施。
(3)鍋爐汽水分離器合格的啟動疏水經(jīng)361閥減壓后排大氣式水箱，用泵送系統(tǒng)把已減壓減溫的疏水打入凝汽器，此方案安全可靠，缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，要增加泵送裝置和運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地面積大。
(4)將361閥后的鍋爐啟動疏水通過三級減溫減壓器排凝汽器喉部。此方案相對將啟動疏水經(jīng)361閥減壓后排大氣式水箱，用泵送系統(tǒng)把已減壓減溫的疏水打入凝汽器的方案進(jìn)行比較證明，具有運(yùn)行安全可靠、回收介質(zhì)、節(jié)約水源、設(shè)備投資少、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，此方案為技術(shù)可行及節(jié)省投資的較切合實際的方案。
