1000MW超超临界机组邻机蒸汽加热启动系统经济性分析

【摘要】本文对设置邻机蒸汽加热启动系统必要性和可行性进行了分析论证。在相邻机组正常运行工况下，邻机辅助蒸汽系统能提供符合要求的汽源至本机除氧器，通过除氧器加热启动系统给水，实现本机冷态和热态启动清洗，该配置方案可以节省机组启动清洗过程中用煤量，具有一定的节能优势。

关键词：1000MW超超临界机组、邻机加热启动系统、经济性分析

1 邻机加热系统必要性

1000MW超（超）临界直流锅炉对汽水的品质要求较高，首次点火或停运较长时间（一般超过150小时）的机组在启动时需要对锅炉本体水系统换热面进行冷、热态清洗，目的是将沉积在给水管道系统和换热面上附着的氧化皮等杂质清洗干净，保证锅炉受热面内表面清洁。锅炉清洗对水温有一定的要求，特别是当锅炉进行热态清洗时，需要锅炉点火启动加热清洗水，由于该过程持续时间较长，需耗费大量燃油和燃煤。

在邻机运行的条件下，可考虑设置邻机加热系统。这样既可减少本台锅炉启动时燃油消耗量，也可减少锅炉主要辅机的耗电量，降低锅炉启动成本，但是会增大邻机的厂用蒸汽消耗，因此，是否设置邻机加热系统应该综合经济技术比较后确定。

2 邻机加热系统可选方案

1000MW超超临界直流锅炉邻机蒸汽加热系统一般有如下二种方案：

（1） 除氧器加热蒸汽系统

对于1000MW超超临界直流锅炉，如果锅炉热态冲洗要求的温度较低时，低于除氧器的工作温度。此时，可利用邻机的加热蒸汽在本机除氧器内直接将给水加热到热态清洗温度，两台机组辅助蒸汽系统相连，并且辅助蒸汽本身就设计有一路加热蒸汽管道至除氧器，该系统只需要重新核算相关管道规格，满足邻机加热系统的蒸汽量要求即可。

（2） 高加启动加热蒸汽系统

如果锅炉热态冲洗要求的温度较高（如外高桥电厂三期锅炉水冷壁后280℃），受除氧器加热水温能力限制，需高压加热器参与系统加热，才能满足锅炉热态冲洗要求。此时，锅炉给水先经除氧器加热，再经高压加热器系统加热提升温度，达到锅炉热态冲洗较高温度要求，需增加高加加热汽源和疏水系统。

3 邻机加热方案及系统设计

下面以某1000MW超超临界燃煤机组为例，进行邻机加热系统方案设计。由于此工程锅炉厂提供的热态清洗水温要求不高，约180℃-190℃，结合上述分析，可以考虑由邻机辅助蒸汽系统供汽至本机除氧器。利用除氧器的邻机加热系统，完全可以利用已有的辅助蒸汽和除氧器启动加热蒸汽的相关系统进行，只是经核算加热蒸汽量后对部分管段略微放大，除氧器加热通流增大，增加的投资相对较少，加热过程的控制调节简单，对邻机的热力系统工况和效率影响也更小。为了验证本工程邻机加热系统可采用除氧器加热蒸汽系统的可行性，首先要先确认邻机提供的辅助蒸汽量满足要求。

3.1 辅助蒸汽耗量计算

热态清洗时，通过省煤器和炉膛水冷壁的流量要求25%BMCR，其中启动循环泵流量维持在20%BMCR左右，从除氧器至省煤器入口最大补水量保持在5%BMCR左右，考虑适度裕量后，从除氧器至省煤器入口最大补水量应小于8%BMCR左右。

因此，在除氧器内需要将8%BMCR（212t/h）流量的温度由20℃提高到180-190℃，下面以本工程热平衡参数为例，计算热态清洗时，需要邻机提供的辅助蒸汽量。

（a）如采用邻机THA工况下四抽供汽，蒸汽参数为1.035MPa，396.7℃（邻机THA工况四抽参数并考虑10%压降，3oC温降），而1.035MPa对应的饱和温度为181.4℃，因此除氧器内只能加热给水到约181.4℃，在锅炉热态清洗温度范围之内，此时所需邻机蒸汽约72t/h。

（b）如采用邻机冷段经辅汽系统供汽时，冷段蒸汽参数经调节阀后的参数为1.255MPa，309℃，给水由20℃加热到190℃，所需邻机蒸汽约78t/h

综上，如本工程采用邻机加热系统，热态清洗时需要邻机的最大辅助蒸汽量约78t/h。。

3.2 邻机辅助蒸汽能力核算

根据本工程《汽轮机技术协议》，“除回热抽汽、给水泵汽轮机及引风机汽轮机用汽外，机组应能供给厂用蒸汽量：冷段抽汽量90t/h，四段抽汽量110t/h，此工况下汽轮机也能带额定负荷1000MW”。根据上面论述，邻机加热系统热态清洗时需要邻机提供的辅助蒸汽量最大，蒸汽量约78t/h， 考虑启动时小机用汽和轴封系统等必用汽量，启动期间总共从邻机来汽不超过100t/h. 因此本工程汽轮机完全具有供邻机加热所用蒸汽的抽汽能力。

3..3 本工程邻机加热系统方案推荐

通过前面的邻机蒸汽加热启动系统配置及辅汽系统供汽能力的计算，可以看出本工程采用邻机辅汽系统供汽至本机除氧器加热启动系统方案是完全可行的。因此，本工程应采用邻机辅汽系统供汽至本机除氧器加热启动系统方案。

邻机加热系统设置如图3.3-1。

图3..3-1 除氧器启动加热系统连接示意图

4 邻机加热系统经济性分析

现将设与不设邻机辅汽启动加热系统方案作技术经济分析：

方案一：不设置邻机蒸汽加热启动系统。

方案二：设置邻机加热系统。

4.1 初投资比较

方案二仅需对方案一进行如下较小改动即可实现：

（1）1，2号机辅汽联络母管及阀门需适当增大规格。

（2） 1，2号机辅汽至除氧器的管道及阀门也需适当增大规格。

投资对比见下表：

方案二仅在方案一进行较小的功能性改造即可实现邻炉辅汽系统来汽加热启动系统，增加的初投资费用约为120万元。

4.2 运行费用比较

4.2.1 锅炉冷态清洗过程

方案一和方案二的锅炉启动冷态清洗均可通过邻机向除氧器供汽加热锅炉清洗水至80℃左右完成冷态清洗，运行费用也一样。

4.2.2 锅炉热态清洗过程

根据锅炉厂意见，锅炉长期运行后和停运时间超过150小时以上，热态清洗按16.5h清洗考虑。

（1） 方案一

方案一受系统容量的限制，除氧器无法将给水加热到热态清洗的温度要求，锅炉热态清洗时需要本炉点火启动，当水冷壁温度达到规定温度时，通过控制燃料量，维持给水温度在一定欠焓条件运行。

锅炉采用等离子点火技术，启动点火到30%BMCR负荷期间的平均耗煤量约为63.95t/h，启动清洗过程煤耗可按35t/h考虑，则16.5小时耗设计煤量约为577.5t。设计煤种低位发热量为20.153MJ/kg，则锅炉热态清洗耗煤量折合为397t标煤。标煤价1150元/t按计算，则因耗煤产生的运行费用为：

（397×1150）/10000=45.7万元

此外，锅炉点火前，三大风机均已投用，锅炉点火时等离子装置投用，假设提前1h开始投入使用，估算从锅炉启动点火至热态清洗完毕过程中将消耗的电量为：

5000×17.5=87500 kW.h

本工程发电成本按0.307元/ kW.h考虑，则因耗电产生的运行费用为：

0.307×87500/10000=2.7 万元

方案一每台机组锅炉热态清洗产生的运行费用为 45.7+2.7=48.4万元

（2） 方案二

加大辅汽系统容量，这样可通过除氧器将给水加热到锅炉热态清洗温度的要求，锅炉热态清洗时不需要本炉点火启动，通过邻机供汽加热启动系统。

本台机组启动热态清洗期间加热蒸汽消耗总量为～1287t。折算为供热量约为3943GJ，相当于～135吨的标准煤。总运行费用（135×1150）/10000≈15.5万元。

因此锅炉热态清洗过程中，方案二节省运行费用为：

48.4-15.5=32.9 万元

4.3 两种方案比较汇总

从上表中可以看出，方案二初投资比方案一多120万元，但机组冷态启动收益可观，每年节约启动费用131.6万，静态回收年限小于1年，回收时间短，20年两台机组折现综合收益为1324万元。

5 结论

综上所述，通过除氧器加热启动系统给水，实现本机冷态和热态启动清洗，该邻机加热系统可以节省大量燃料及厂用电，具有一定的节能优势，20年两台机组折现综合收益为1324万元，锅炉设置邻机辅助蒸汽加热启动系统是可行的。