对燃气-蒸汽联合循环机组启动锅炉系统的分析及改进

关键词：循环联合机组蒸汽

惠州LNG电厂一期工程3台390MW燃气-蒸汽联合循环机组,为了满足电网调峰的要求,联合循环机组设计一般为每天启停、两班制运行,由于燃气-蒸汽联合循环机组的启动特性,机组在启动时必须依靠外来蒸汽,分别用于汽轮机主轴轴封的密封和低压缸末级叶片冷却、启动时凝汽器热井及除盐水的加热除氧。所以,对于无外来蒸汽源的燃机电厂来说,就必须设置启动锅炉,以保证燃气-蒸汽联合循环机组每日启动所需要的蒸汽。

1 系统和结构介绍

为了满足机组启动和停运时所需的辅助蒸汽,配置一台德国LOOS生产的ZFR-X-IE型启动锅炉。启动锅炉系统包括了系统包括除氧器、给水泵、省煤器、燃烧机、过热器、排污扩容器等主要设备。启动锅炉的燃料由调压站天然气管道引来,加热除盐水,生成一定压力、一定温度的过热蒸汽,送至全厂辅助蒸汽母管。

LOOS锅炉采用的是三回程双炉胆蒸汽锅炉,偏心燃烧器设计及分布,燃烧器(第一回程)以第一时间从高温火区吸取最大热量,开炉时能迅速产生饱和蒸汽及在大量耗用蒸汽后迅速复原增压。第三回程时在炉的底部,既水温最低处。锅炉配置两组相互独立的燃烧系统,每组燃烧系统的功率为28t/h,在2.8~28t/h负荷范围内自动比例调节:小负荷工况下,单组燃烧系统运行,实现锅炉额定负荷10%~50%负荷范围的自动比例调节,保证过热蒸汽满足设计参数;大负荷工况下,两组燃烧器系统同时投入运行,实现锅炉额定负荷20%~100%负荷范围的自动比例调节。在过热器的内部,锅炉第二回程侧,安装了自动排烟挡板,主要目的是为了有效控制过热蒸汽的温度,达到辅助蒸汽所需要的蒸汽温度。

锅炉的控制系统为LBC(LOOSBoiler Co nt ro l),对启动锅炉整体控制,即将锅的压力控制、过热蒸汽温度控制、锅炉液位控制、表面排放控制、底部排污控制、安全连锁控制等全部由LBC进行整体控制。

1.1 启动锅炉运行特点分析

燃气-蒸汽联合循环机组在启动过程中一个重要的特点是对蒸汽需求量变化大,对启动锅炉负荷调节要求高,相应的对启动锅炉的运行操作也提出了更高的要求。

本厂机组辅助蒸汽需求:机组启动前,送轴封所需要的辅助蒸汽大约为5t/h。启动后(当机组2000转后),低压缸末级叶片冷却所需要辅助蒸汽约20t/h,共约25t/h。参数要求:温度310℃,压力1.0MPa。

由于启动锅炉配置两组相互独立的燃烧系统,一般来说,为了保持高负荷时候锅炉燃烧的稳定型,最好是采用两个燃烧器同时运行。所以在启动锅炉运行过程中具有以下特点:(1)启动锅炉刚启动,在升温升压过程中可根据实际情况采用一只或者两只燃烧器运行;(2)启动锅炉启动完成,当只需要提供轴封蒸汽时(辅助蒸气流量5t/h),只需保持一个燃烧器运行,因为两个燃烧器运行会导致启动锅炉压力不断升高,当压力超过设定压力+1.5bar后燃烧器会自动熄灭;(3)当低压缸末级叶片冷却蒸汽投入时(辅助蒸气流量25t/h),考虑到机组启动安全性和稳定性,最好能保持两个燃烧器运行。

由于启动锅炉具有以上运行特点,运行操作中相应的应该注意以下方面:(1)在锅炉升温升压期间,锅炉压力会一直很快上升,当发现锅炉压力过高时,为了防止燃烧器自动熄火,需开对空排气门或开大疏水来降低锅炉压力。(2)在只需要送轴封蒸汽期间,要注意提高轴封蒸汽的温度。所以在此阶段,为提高蒸汽的过热度,需要采用加大系统的疏水,增加蒸汽流量来提高燃烧器负荷从而提高蒸汽过热度的方法。

1.2 锅炉调试期间出现问题的分析和处理

本厂作为首批选用德国LOOS大型锅炉作为启动锅炉的燃机电厂之一,由于此大型锅炉在燃机电厂中使用和可借鉴经验的不足,此种锅炉的最初是在各种工厂和酒店被用来提供稳定的热源,而燃气-蒸汽联合循环机组特点就是调峰,启停频繁。锅炉是LOOS锅炉首台在亚洲应用出力最大的锅炉,也是首台应用于燃机电厂点火调试的锅炉。为适应燃机调峰电厂运行的特点以及启动锅炉的运行特点,我们对启动系统进行了很多的改进,主要有以下几个方面:(1)LOOS启动锅炉调试期间,在向主机送辅助蒸汽过程中,为了保证主机运行的安全性,不允许进行锅炉的调试工作,而在锅炉调试时又只能用对空排汽管来调试锅炉,但是对空排气管的管径就限制了锅炉的调试工作,使得锅炉调试期间没有一个合适的工况条件,后来我们建议厂家在以后的调试工作中设计一条管路专门用来模拟各种辅助整汽的各个工况,后来LOOS锅炉在北京一家电厂调试的时候就专门设计了一条管道用来排汽,模拟主机各种状态下所需要的辅助蒸汽参数。

(2)除氧器补水系统改造。最初除氧器补水控制设置为两个电磁阀控制,低于正常水位后一个电磁阀打开补水,当水位低低后再带打开另外一个电磁阀补水,每个电磁阀控制流量约30t/h。正常情况下这种设计能满足锅炉运行需要,但是由于锅炉的启停频繁,电磁阀长期频繁吸合后容易损坏,造成补水不畅。考虑到启动锅炉运行的安全性以及紧急情况下的应变性,增加了另外一路补水,分主旁路控制:主路用于水位低后的紧急补水,由电磁阀控制;旁路为手动门,用于电磁阀故障时的手动补水。

(3)过热蒸汽温度控制。为适应燃机联合循环机组快速启动的特点,启动锅炉也应该具备快速启动的功能。

(4)主蒸汽门控制方式的修改。设备从设计的角度来说,当出现异常情况时,首要是要保护自身的安全。启动锅炉当发生各种异常情况下跳机时,为保护锅炉本体的安全性而主蒸汽门会自动关闭,但这样一来由于辅助蒸汽的突然切断会使轴封蒸汽失去,会给蒸汽轮机带来很大的损害。

(5)燃烧器小火运行时间问题,燃烧器设置的小火运行时间为3分钟(没有区分锅炉的冷态、温态和热态三种情况),然后转成大火运行,在这种运行模式下燃烧器锅炉容易造成以下问题:(1)锅炉本体升温太快,造成锅炉本体各部件受热不均,比如过热器炉门变形后造成烟气泄漏,过热器烟气档板传动轴变形严重。(2)当一个燃烧器在此种模式下运行后,另一个燃烧器产生大量的冷凝水,造成了锅炉火管腐蚀等。为了避免这种情况,建议对启动锅炉的运行方式进行更改:(1)燃烧器小火运行的时间延长到8分钟~10分钟(可以根据实际情况设置),但是此种模式给主机安全运行带来了一定的分险,当主机需要辅助蒸汽时,而启动锅炉要比以前更长的时间才能供出合格的辅助蒸汽。(2)每次在冷态和温态启机时,请运行人员到启动锅炉控制室,将启动锅炉的运行模式换到手动,尽量延长暖炉时间。