余热锅炉快速启动的探索及应用

夏长乐  贺夏

[摘要]本文介绍了邯钢三套燃气-蒸汽联合循环发电机组快速启动技术的探索及应用，分析了机组快速启动过程中存在的问题，提出了改造方案并实施，有效提升能源综合使用效率，实现烟气环保达标排放，为钢铁企业发电机组的高效利用起到了行业引领和示范作用。

[关键词]联合发电；余热锅炉；启动；节能环保

1 引言

  邯钢现有一套150MW（PG9171E型燃机）和两套50MW（M251S型燃机）燃气-蒸汽联合循环发电机组，其具有技术含量高、自动化程度高、启动并网快、发电效率高等特点，是国家重点节能推广技术，是公司重要创效点。钢铁企业的高能耗、高污染特性,是国家工业企业节能减排、低碳环保的重点，提高机组发电效率和烟气超低排放，是实现钢铁企业“资源节约型、环境友好型”转型升级的重点。

2设备配置及工艺介绍

邯钢CCPP燃气-蒸汽联合循环发电机组，是利用低热值高炉煤气掺烧一定比例焦炉煤气（或天然气或转炉煤气）进入燃机燃烧室燃烧，将化学能转换为电能输出，燃气轮机排出的高温烟气经配套余热锅炉换热实现余热利用，锅炉产生蒸汽供给蒸汽轮机发电。15万发电机组燃机产生的高温尾气全部进入余热锅炉换热，经环保设施脱硫脱硝后排入大气，汽轮机设有蒸汽旁路减温减压设施，高低压蒸汽经减温减压后排入汽轮机凝汽器喉部，经凝汽器冷却后变成凝结水实现循环使用，机组可实现汽轮机临时停运时，燃机和余热锅炉正常运行。2套5万发电机组设有临时排放烟囱和余热回收后排放烟囱，燃机产生的高温尾气经烟道三通挡板阀调整，可实现高温烟气全部进入余热锅炉和不进入余热锅炉烟道，经临时烟囱直接排放，机组可在燃机运行时可解列余热锅炉和汽轮发动机组。

3 运行状态及存在的问题

CCPP发电机组，其燃机具有启动时间短、自动化程度高、并网供能时间短的特性，因此燃机产生的高温尾气温度和流量上升速度快。高温烟气全部进入余热锅炉换热做功，会造成锅炉温度和压力快速上升，因余热锅炉温升曲线和汽轮机暖机曲线的限制，锅炉产生的大量蒸汽会因蒸汽使用量少和排放不急，造成余热锅炉超压事故，余热锅炉的蒸汽大量排放还会造成锅炉补水困难等其他问题。

15万CCPP发电机组，无烟气旁路系统，燃机产生的高温烟气全部进入余热锅炉，锅炉负荷会快速上升，因余热锅炉设计的对空放散为锅炉设计负荷的50%，会造成锅炉超压的严重事故。汽轮机跳机事故或临时停运也会造成锅炉超压，为防止上述事故发生须燃机停运使锅炉降压，整个联合循环发电机组的停运和再启动会造成设备和成本的巨大浪费，因此在机组设计之初，根据原联合循环发电机组和其他余热发电机组的设计使用经验，对汽轮机实施了全负荷大旁路减温减压设计，锅炉产生的高低压蒸汽通过旁路减温减压器，进入汽轮机凝汽器，防止了锅炉超压引发的电机组停运事故。

5万CCPP发电机组，燃机启动和正常生产时产生的大量高温尾气，通过烟气大旁路系统的三通挡板阀调整，可实现控制进入余热的高温烟气量，当锅炉和汽轮机发生事故时可解列余热锅炉而燃机不停机运行。机组启动过程中通过调整烟道三通挡板阀开度进行锅炉升压，部分烟气进入余热锅炉换热，其他剩余烟气经过旁路烟囱进行排放，进入余热锅炉的烟气，可经降温和尾部烟道的脱硫脱硝环保实施处理后环保达标排放，但未进入余热锅炉的剩余高温烟气，经临时排放烟囱直接对空排放，排放烟气未经过脱硫脱硝处理，且有两个排放烟囱存在环保排放问题。

机组因设有烟气旁路系统可控制余热锅炉的升压曲线，故汽轮机未设有大旁路减温减压系统。在机组启动过程中，进入余热锅炉的烟气量少，余热锅炉温升较慢，因汽轮机的暖机对蒸汽品质的要求，汽轮机启动时间长。因受锅炉升压和汽轮机暖限制，燃机启动正常后到正常带负荷时间长，不能快速开机升负荷以平衡煤气等能源介质。三通挡板阀调节烟气排放量，因工作烟温高（510±5℃），阀板尺寸大（4200×4200mm），极容易因阀板或密封变形使阀门过力矩故障，造成机组启动困难，机组在正常生产运行时，会因挡板阀不到位或密封不严，大量高温烟气通过临时烟囱排放，造成大量热量损失从而降低机组发电效率。

3 改造方案和实施效果

3.1、对烟气系统进行改进

3.1.1、改进措施

根据以上情况对5万发电机组烟气系统进行改进，取消原旁路烟囱设计， 5万发电机组烟气旁路阀阀板与临时排放烟囱直接封堵，阀板与烟囱内壁保温防止热变形，燃机排放高温烟气全部进入余热锅炉换热，取消旁路阀的调节排放烟气量的作用，杜绝高温烟气通过临时排放烟囱热逃逸，提高机组热效率。

3.1.2、实施效果

高温烟气全部进入余热锅炉换热，经过环保设施脱硫脱硝处理后超低排放，实现了绿色环保生产，杜绝了原旁路阀不严造成烟气热逃逸，烟气热能利用率大大提高。

3.2、汽轮机大旁路改进

3.2.1、汽轮机大旁路改造

2套5万发电机组，原设计无大旁路和抽汽能力，机组没有蒸汽减温减压和蒸汽外送设备，汽轮机增加了蒸汽大旁路和蒸汽减温减压设备，减温减压后的蒸汽进入凝汽器，凝结成水后循环利用，并在取消烟气旁路设计后，增加了蒸汽使用量，防止启机时锅炉超压，燃机可以快速带负荷，加快了整个机组的启动速度（如图二）。

3.2.2、外送蒸汽改造和新的启动模式

因机组发电机组无抽汽外送能力，故在机组减温减压系统改造后，增加了蒸汽外送系统，即高压蒸汽经减温减压后外送蒸汽管网，机组在启动过程中蒸汽回收利用的同时，可防止余热锅炉过快升压，达到发电机组能安全快速启动，以杜绝煤气放散和快速平衡生产生活蒸汽，提高能源介质的综合使用效率（如图二）。

3.2.3、实施效果

5万发电机组汽轮机大旁路和外送蒸汽管道改造，改善了锅炉的启动升压曲线的时间节点，消除了原燃机排烟气量对机组启动过程的制约，燃机可以快速升负荷，有效避免大量煤气放散和快速平衡生产生活蒸汽，提升了综合能源使用效率。

5 结语

通过对2套5万CCPP发电机组技术改造，新的启动模式下，全旁路启动曲线设计，实现了机组快速启动、带负荷，燃机、锅炉、汽机的滑参数启动，有效避免大量煤气放散和快速平衡生产生活蒸汽。排放口实现全部统一监测管理，高温烟气零放散，单台机组小时发电量提高约800 KWH，机组运行效率达到国内同类机组领先水平，起到行业引领和示范作用。

参考文献：

  [1]刘文涛《余热锅炉快速启动的探讨》[M]，2002。

[2] 陈坚红 顾正浩 《燃气-蒸汽联合循环机组的汽轮机启动过程优化》[B]，2014。

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