燃气-蒸汽联合循环机组快速启动中水汽品质控制与监督

彭　群

(浙江大唐国际 绍兴江滨热电有限责任公司，浙江 绍兴 312366)



燃气-蒸汽联合循环机组快速启动中水汽品质控制与监督

彭群

(浙江大唐国际 绍兴江滨热电有限责任公司，浙江 绍兴 312366)

摘要：针对燃气-蒸汽联合循环机组快速启动中，余热锅炉化学水系统在机组热态、温态、冷态启动过程中如何保证蒸汽的氢电导率和启动阶段水汽品质快速合格等问题进行分析，为同类型机组快速启动提供相关数据和经验。

关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；快速启动；余热锅炉；水汽品质

随着国内对环境保护方面的重视，燃气-蒸汽联合循环发电机组越来越多。燃机利用天然气燃烧发电，其排放的烟气中几乎没有SO2产生。M701F4型燃气轮机采用干式低NOx燃烧技术燃烧气体燃料，在燃烧天然气时，无需注入蒸汽和水就能达到低NOx排放，能有效保护环境和改善环境质量。燃气-蒸汽联合循环机组具有启动快速、成功率高、运行方式灵活等优点，大大改善了电力系统运行环境，增强了系统的调峰能力和事故应急能力[1]。

1机组介绍

某公司采用三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环供热机组，全厂共配有2套。每套机组配置由1台燃气轮机、1台余热锅炉、1台蒸汽轮机和1台发电机组成，按燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的顺序排列，从发电机端看，机组转向为顺时针。机组联合循环最大出力可达452 MW。汽轮机为三压、再热、双缸、向下排汽、可背压可纯凝式汽轮机，型号为TC2F-35.4。余热锅炉采用杭州锅炉厂生产的三压、再热、卧式、无补燃、自身除氧、自然循环锅炉，露天布置，型号为NG-M701F4-R2。余热锅炉水汽品质依据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T 12145—2008)[2]和《浙江省燃机电厂水汽质量合格率统计指标的规定(试行)》进行控制。

2水汽监督方式

燃气-蒸汽联合循环供热机组的化学补给水处理流程是：工业水→阳床→除碳器→阴床→混床→除盐水箱。余热锅炉通过自身除氧，给水采用氨-联氨的还原性全挥发处理(AVT(R))方式。同时，由于系统采用低压汽包炉水(由低压给水组成)作为中、高压炉水的给水，所以低压炉水不进行处理，中、高压汽包炉水采用低磷酸盐处理(LPT)方式。中、高压炉水系统压力等级不同，水汽指标根据国家标准和《浙江省燃机电厂水汽质量合格率统计指标的规定(试行)》要求进行控制。

锅炉启动后，汽机冲转前的蒸汽质量按表1所示的相关数据执行，并应在机组冷态启动冲转8 h内，温态冲转6 h内，热态冲转2 h内恢复到正常运行水平。

表1　汽机冲转前的蒸汽质量

燃机启动中压旁路打开后(旁路循环建立)，低压炉水质量按表2执行，并在热启动2 h内恢复正常运行水平。

表2　锅炉启动后低压炉水质量

机组在正常运行时的水汽质量按表3执行[2]。

表3　机组运行中的化学监督项目

表3　(续)

燃气-蒸汽联合循环发电机组化学监督与一般火电厂的不同点如下所示。

1)锅炉没有直接的燃料，燃气轮机做功后的烟气温度依然很高，高温烟气进入余热锅炉烟道，烟气中的热量被余热锅炉各模块充分吸收，加热水后产生蒸汽来推动汽轮机做功发电。因此，余热锅炉-汽轮机的水汽系统是监督的重点[1]。

2)余热锅炉具有3个不同压力等级(高压12.93 MPa、中压4.41 MPa、低压0.79 MPa)的汽包和水汽系统，各个系统之间既紧密联系又相互独立。因此，在水汽监督上应采用不同的标准进行控制。

3)机组一般作为调峰机组运行，具有启停快速、成功率高的特点。机组采用的昼起夜停运行方式对水汽系统水质有很大的冲击，为保持锅炉化学水工况的平衡和机组水汽品质的稳定性带来了一定难度，对水汽质量标准提出了更严格的要求。

4)由于燃气机组自动化程度高，人员编制少(一般没有化学运行人员)，所以对化学在线仪表依赖性特别强。这就要求配备齐全的化学在线仪表，同时仪表具有良好的稳定性、准确性[3]。

5)中、高压汽包底部设置有启动排污连接，并且蒸发器底部设有定期排污。

3燃气-蒸汽联合循环供热机组在快速启动中水汽品质控制与监督

3.1燃气-蒸汽联合循环供热机组的化学监督

3.1.1凝结水系统的冷态冲洗

1)凝结水管道冲洗及凝汽器补水：开启2台凝结水泵进、出口电动阀，开启2台凝结水泵入口滤网放水手动阀、2台凝结水泵逆止阀与电动阀间放水手动阀，开启凝汽器底部放水手动阀、凝结水杂用水母管放水手动阀，放尽凝汽器及凝结水管道内的残留水。

2)凝汽器注水正常后，确认凝结水系统各放水阀均已关闭，除铁器已退出，投入轴加及凝结水再循环，并将凝汽器水幕喷水手动开启，启动工频凝结水泵冲洗凝结水系统30 min后，通过凝结水母管放水至定排电动阀，将凝汽器放水至500 mm后停运凝结水泵。在此期间启动凝结水输送泵冲洗凝汽器正常补水及紧急补水管道(如有需要冲洗供热补水及供热紧急补水管道)。开启2台凝结水泵入口滤网放水手动阀，开启凝汽器底部放水手动阀将凝汽器内的水放尽。

3)当结水含铁量大于1 000 μg/L时，通过凝结水母管放水至定排电动阀排放；当结水含铁量≤1 000 μg/L时，投运除铁器，直至该系统冲洗结束。凝结水质合格后对2台真空泵放水、冲洗。

4)凝结水系统冲洗结束之后，整个冷态启动阶段及正常运行阶段必须100%投运除铁器，严禁凝结水除铁器退出运行或部分旁路运行。

3.1.2 低压系统的冷态冲洗

低压系统冷态冲洗系统图见图1。

图1　低压系统冷态冲洗系统图

1)原则上，低压系统的冷态冲洗是通过启动凝结水输送泵，向低压锅炉上水冲洗。如果通过凝结水泵向低压系统上水冲洗，应保证凝结水系统已冲洗完成，凝结水系统除铁器已投运且凝结水含铁量小于100 μg/L。

2)如果2台机组长期停运1个月以上，或凝补水箱正在被检修，进行凝汽器补水及低压系统上水前应对凝补水箱内除盐水取样化验，要求除盐水电导率小于0.2 μs/cm。

3)启动凝结水输送泵对低压系统上水冲洗，低压省煤器1满水后，全开凝结水再循环泵旁路阀，开启低压省煤器1、2各支路放水，对低压省煤器冲洗。低压省煤器冲洗30 min后，开启低压蒸发器定排，高、中压给水泵入口管道放水，并将低压汽包上水至合适水位。低压系统冲洗期间，对高、中压给水泵泵体及入口管路放水冲洗至水质清澈。

4)如果低压汽包见水时，各放水点水很脏且浑浊，或者低压省煤器、低压炉水任一含铁量大于500 μg/L时，停止上水。对低压系统进行整炉放水，放水完成后重新上水。

5)低压炉水含铁量小于200 μg/L时，低压系统冷态冲洗结束，可以向高、中压系统上水。

3.1.3高、中压系统的冷态冲洗

高、中压系统冷态冲洗系统图如图2所示。

1)低压系统冲洗合格后，开启高、中压省煤器各支路放水，启动给水泵，进行高、中压省煤器系统冲洗，同时开启TCA水侧入口旁路阀，交换微开TCA回水至凝汽器调节阀、TCA回水至高压汽包调节阀对TCA水侧冲洗。中压省煤器满水后，开启中压蒸发器定排，并将中压汽包上水至合适水位；高压省煤器1、2满水后，开启高压蒸发器定排，并将高压汽包上水至合适水位，进行取样化验。

图2　高、中压系统冷态冲洗系统图

2)高压汽包见水时，各放水点水很脏，且浑浊，或高压省煤器、高压炉水任一含铁量大于500 μg/L时，停止上水，对高压系统进行整炉放水，放水完成后重新上水。

3)中压汽包见水时，各放水点水很脏，且浑浊，或中压炉水含铁量大于500 μg/L时，停止上水，对中压系统进行整炉放水，放水完成后重新上水。

4)高、低压省煤器及高、中、低压炉水含铁量均小于200 μg/L时，高、中压系统冷态冲洗结束。

3.1.4冷态启动中锅炉热态冲洗

1)锅炉点火后，高、中、低压系统升压至0.3～1.0 MPa，最大限度地开启锅炉连排和定排，直至炉水含铁量小于200 μg/L。热态冲洗应在机组启动完成前结束。如果机组启动完成(汽机进汽完成，负荷达到225 MW)，热态冲洗未完成，机组应停止升负荷，加强排污。若炉水很脏，且浑浊，应停运机组，进行整炉放水后重新上水启动。

2)冲洗过程中，将仪表管、取样管等管路同时进行冲洗并投运取样装置与分析仪表。

3)锅炉点火后，根据水质情况调整给水加氨和联氨量，尽可能使给水pH值及水中含氧量符合给水标准。

4)锅炉高、中、低压升压至0.3～0.5 MPa时，冲洗取样管道，并投运对应压力取样分析装置。

5)高、中压系统升压至1.5 MPa时，低压系统升压至0.3 MPa时，分析炉水水质，根据水质情况启动磷酸盐加药泵向汽包加药。同时根据水质情况通知机组长调整锅炉连排和定排。

6)高压汽包升压至2.5 MPa时，分析给水、炉水水质及蒸汽品质，根据水汽品质情况调整各加药量、排污及锅炉的运行工况。

7)启动过程中，还应密切观察锅炉补给水和炉水外观。当发现炉水浑浊时，应加强炉内处理(即加大加药量)及定排、连排，必要时申请采取降负荷及停炉放水等措施，直至炉水澄清。

图3所示为2013年12月11日冷态启动各水质的铁含量曲线。图4所示为机组点火后各水质的铁含量曲线。机组停运30天从曲线可以看出冷态冲洗结束后，机组2:48点火，3:21并网后水质铁离子含量很快达到合格范围。

图3　冷态启动各水质的铁离子含量曲线

图4　机组点火后各水质的铁含量曲线

3.2机组启停及运行阶段汽水品质监督

机组在正常昼起夜停运行方式中，机组一般为热态或温态启动，启动迅速。水汽质量能够在机组热态启动并网2 h内，温态启动并网6 h内达到合格水平。下面抽取2014年3月3日1#机组的汽水品质监督数据进行说明。

图5所示为机组负荷曲线，从曲线看出，机组5:23启动，5:57并网，8:09至满负荷458 MW只需2.5 h左右，启动快速。机组的启停对水汽质量参数有很大的影响。其中，包括本身机组水汽质量变化(因负荷压力等参数变化)，如溶解氧、氢电导。另外，对于在线仪表的影响，主要是机组停运时仪表流量不足，导致在线数据测量不准，如炉水磷酸根、蒸汽钠离子、硅酸根离子等。

图5　冷态启动机组负荷曲线

图6和图7记录了机组2013年12月11日冷态冲洗后凝结水水质中溶解氧及氢电导变化曲线。

图6　启动及运行时凝结水溶解氧变化曲线

表4为2013年3月3日至2013年3月8日机组满负荷运行时的水汽品质数据。从表中看出，每日机组满负荷时水质指标都控制在合格范围内，饱和蒸汽硅一般稳定在1～3 μg/kg，中、高压炉水磷酸盐为0.5～1.0 mg/L，钠稳定在3 μg/kg以下。只有部分氢导在不合格范围内，但通过加大连排，也能很快恢复到合格范围内。

图7　启动及运行时凝结水氢电导变化曲线

3.3运行经验总结及建议

分析近一年来的余热锅炉水汽品质，发现要保证水汽品质，应做好以下工作。

1)严格执行机组启动前各个系统的冲洗工作。对于确保汽轮机设备安全、降低水汽系统杂质沉积和腐蚀、凝汽器泄漏的判断等，氢电导率是贯穿水汽系统的核心化学控制指标。当蒸汽的氢电导率上升，表示水汽系统阴离子含量增加，杂质会在高负荷区析出，从而引起垢下腐蚀[4]。同时，当水汽系统低分子有机酸含量较高时，由于氨的分配系数高于酸根，在汽轮机低压缸初凝区，氨主要分配于汽相使氨含量较低，导致初凝水pH值降低，引起金属的酸性腐蚀。因此，冲洗及运行过程中应严格控制给水pH值，以防止凝结水和低温给水系统的腐蚀。

2)在保证pH值的基础上，降低炉水含盐量从而控制沉积物腐蚀的产生，减少蒸汽污染。磷酸根的含量控制在0.5～3 mg/L，炉水pH值控制在9.2～9.6[5]。

3)启动初期加强连排和利用启动排污，降低腐蚀产物的沉积和减少蒸汽的带水量及溶解携带量，合理调整加药量，保持余热锅炉运行工况和炉水水质稳定，避免水质大幅度波动。

表4　机组满负荷时的水汽品质数据

表4　(续)

4结束语

经过一年的运行，无论是冷态启动还是热态启动，各个水汽系统的品质都能在2 h内达到合格水平，关键是严格执行各个系统的冲洗并且巧妙利用启动排污，保证燃气-蒸汽联合循环机组在启停频繁、快速调峰的特点下安全稳定运行。

参考文献：

[1]谭旭南，杨威，魏盾.燃气-蒸汽联合循环发电机组水汽品质监督应用[J].东北电力技术，2011(3)：24-27.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准：GB/T 12145—2008 [S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]李和平.燃气-蒸汽联合循环发电机组水汽品质监督和加药控制[J].冶金动力，2014(1)：16-18.

[4]姚勇，黄兴德，祝青，等.燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉化学水系统工况特点分析[J].华电技术，2012(增刊 1)：26-29.

[5]李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2008.

A Study on the Control and Monitoring of the Quality of Water Vapor During the Quick Start of the Gas-Steam Combined Cycle Unit

PENG Qun

(Zhejiang Shaoxing Jiangbin Thermoelectricity Co., Ltd. of Datang International Power Generation Co., Ltd.，Shaoxing Zhejiang 312366，P.R.China)

Abstract：This article expounds the problems like how the chemical water treatment system of the exhaust-heat boiler ensures the hydrogen conductivity of the steam and how it ensures that the quality of water vapor is quickly up to standard during the hot，warm and cold quick starts of the gas-steam combined cycle unit，to provide relevant data and experience for quick starts of similar units．

Key words：gas-steam combined cycle unit；quick start；exhaust-heat boiler；quality of water vapor

收稿日期：2015-09-17

作者简介：彭群(1975-)，助理工程师，主要从事电厂化学监督及分析工作。

中图分类号：TM611

文献标识码：A

文章编号：1008-8032(2016)02-0035-06