联合循环发电余热锅炉排污方案探讨

刘洪涛，迟英伟，薛利，胥登峰

(山东电力基本建设总公司，山东济南250014)

联合循环发电余热锅炉排污方案探讨

刘洪涛，迟英伟，薛利，胥登峰

(山东电力基本建设总公司，山东济南250014)

联合循环余热锅炉排污对锅炉启动和正常运行有着重要的影响。在项目详设阶段围绕余热锅炉排污方案的选择展开探讨，确定方案为:设置1台连排罐接收锅炉连续排污，产生蒸汽连入低压/辅助蒸汽系统;设置1台常压定排罐接收锅炉定期排污、各种疏水及连排罐排污;利用排污泵泵出污水经冷却后排出边界。

IGCC;联合循环;余热锅炉;排污

0 引言

沙特阿美石油公司正在沙特西南地区吉赞经济城建设一座全球最大的IGCC电站。该电站毗邻一座日炼油能力40万桶的石油精炼厂，以炼油减压油渣和高硫燃油为燃料，通过气化炉将其转变成中低热值的合成气，合成气经净化除尘后，部分送往动力岛用于发电。项目设计发电量为3850MW，其中2400MW上网。动力岛采用五个二拖一方式进行发电，每个发电模块设2台SGT6－5000F型燃气轮机，每台燃机后设1台余热锅炉，2台余热锅炉回收燃机排气的热量并产生过热蒸汽带动1台SST6－5000F型蒸汽轮机。五个发电模块共计10台燃气轮机，10台余热锅炉，5台蒸汽轮机。

燃气轮机可同时燃用合成气和柴油，其中主燃料为合成气，启动及特殊运行工况下燃用超低硫柴油。余热锅炉为双压、再热卧式锅炉，设有两级烟道燃烧器补燃。通过燃气轮机排气和余热锅炉补燃气加热锅炉给水产生蒸汽供蒸汽轮机发电，烟气经换热后排至大气。燃机单独运行简单循环发电时，通过挡板隔离余热锅炉，烟气经旁路烟囱直接排向大气。联合循环运行时，将挡板隔离旁路烟囱，烟气沿水平方向依次流经余热锅炉各级受热面后，经主烟囱排向大气。因项目设计工况较多，本文以两个典型工况陈列余热锅炉性能参数如表1所示。

表1 余热锅炉性能参数

与普通电站锅炉相比，余热锅炉利用高温烟气为热源，除特殊设计的烟道补燃燃烧器外，无需额外的燃烧系统，结构原理简单，不需配备送、引风机和空气预热系统，其热传导方式为对流换热而非热辐射［1－5］。本项目NEM所产余热锅炉采用自然循环方式换热，沿烟气流向依次布置过热器、再热器、高压蒸发器、中压蒸发器和省煤器，设有高压和中压汽包。因涉及的工艺接口和运行工况较多，余热锅炉配套设计过程中产生的问题较多，本文就设计中针对余热锅炉的排污方案进行探讨，以期为相关工作提供参考。

1 问题的产生

进入锅炉汽包的给水总是带有一定盐分，加药处理后，锅水中的结垢性物质转变为松散的水渣，同时锅水腐蚀金属也要产生一些腐蚀产物。锅炉运行时，随着锅水的不断蒸发，锅水杂质浓度逐渐增大。浓度过大时，不仅影响蒸汽品质，影响汽轮机的安全运行，还会造成受热面的结垢与腐蚀，影响锅炉的安全运行。为保证锅水品质，必须将一部分锅水排掉，以排出部分盐分和水渣，保证锅水盐分稳定在一定水平，该过程称为锅炉排污。锅炉排污是提高蒸汽品质的重要方法，又分为连续排污和定期排污。连续排污是连续从锅水含盐浓度最大的蒸发表面排出，以维持锅水一定的含盐量和碱度，又称表面排污;定期排污是间断的从沉积物聚集最多的受热面下联箱排出，以排除锅水中的不溶性水渣，间隔时间和排污量，根据汽水品质要求确定［6－10］。

项目前端设计阶段，余热锅炉设计方案如图1所示。来自余热锅炉高压、中压汽包的连续排污和来自余热锅炉各级受热面及燃机转子冷却釜式锅炉(Kettle Boiler)的40余路定期排污及疏水，全部排往同一排污罐，因压力骤降，排污水将产生二次蒸汽，将蒸汽送入低压/辅助蒸汽系统回收使用，扩容器中余下的排污水含盐量较高，通过出口液位开关控制定期排放，污水经排污冷却器冷却后，排向边界外的污水处理场所。

但是项目执行过程中发现，NEM所生产的余热锅炉已包括一连续排污扩容罐，该罐位于锅炉标高约17m位置(锅炉顶部平台标高约28m)，仅接收来自余热锅炉高压汽包和中压汽包的连续排污，前端设计拟用的排污方案(图1)显然不再适用。如何妥置排放余热锅炉定期排污和连排罐的污水，成为详设阶段必须考虑的问题之一。

图1 前端设计阶段余热锅炉排污方案

2 应对措施

针对这一问题，我方提出增加定期排污罐及排污水泵的解决方案，具体如图2所示。

图2 余热锅炉排污方案1

连续排污扩容罐接收来自余热锅炉高压汽包和中压汽包的连续排污，即汽包内蒸发表面排出的饱和水，通过调节排污阀使连续排污水量约占锅炉蒸发量的0.5%～1%。经过排污阀后因压力骤降，连续排污水发生闪蒸，约40%闪蒸为蒸汽，将其连入低压/辅助蒸汽系统回收利用，余下污水在扩容罐中收集，通过阀门疏放到定排罐中。由于连入低压/辅助蒸汽系统，连排罐需要在低压/辅助蒸汽系统的工作压力下运行。

定排罐在常压下运行，接收来自连排罐的排污水、高压汽包和中压汽包的定期排污以及来自余热锅炉的各种疏水。定排罐的闪蒸蒸汽排放大气，收集的排污水因压力不足，通过排污泵泵出，经排污冷却器，温度从约100℃将至50℃后排出边界至污水处理场所。

由于本方案需要增加额外的定排罐和排污泵，业主方提出如下排污方案供讨论，见图3。该方案取消了定排罐，锅炉定期排污与连排罐出水管线合并，利用自身压力直接将污水送至排污冷却器冷却后排出，其余较清洁的疏水则被送往凝气器。

图3 余热锅炉排污方案2

该方案的优点是取消了定排罐和排污泵(一运一备)，10台余热锅炉共计优化10台定排罐和20台排污泵。但是，从实际运行上考虑，该方案又存在诸多限制。分析认为，存在的主要问题有:

(1)锅炉定期排污和部分低点放水需要克服约5～6bar的背压才能顺利排出。为解决这一问题，连排罐需要在余热锅炉启动阶段直通大气直至启动阶段结束。但正常运行中，部分低点放水污仍要承受与连排罐出口静压相当的背压才能顺利排出。照此方案，排污管线不能保证足够的压力驱动污水经过冷却器后上管架，通过管架送出边界，运行中极可能出现排水不畅，甚至倒流回锅炉的情况。

(2)余热锅炉定期排污在汇流压力骤降时产生的闪蒸蒸汽将直接送往排污冷却器，可能会对换热器造成破坏。

(3)该方案将部分余热锅炉低点疏水送往凝汽器，对于一些高度足够的低点疏水，理论上是可行的，但是考虑到余热锅炉和凝汽器之间的距离(100～200m)，实际运行中很难保证可靠运行。对于一些高度不足的疏水，锅炉运行中疏水更为困难，很可能出现凝结水回流的情况。

(4)该方案提出干净疏水净和不干净疏水污的区别，不能通过主观分析人为判断水质情况，需要加设水质检测设备加以确定。

基于以上分析，定排罐在余热锅炉启动阶段起到关键作用不能忽视，图3所示排污方案并不可行，仍需按照图2所示排污方案执行。

定排罐常被用于电厂的启动阶段，随着汽包压力的升高，在锅水水质达到要求前提供较大的排污能力，该过程通常可能持续数小时。除了定期排污，余热锅炉启动时过热器疏水门在暖管阶段将连续排出凝结水，这些疏水门在启动阶段必须保持开放。定排罐一般紧靠锅炉并设在低位，同时连通大气，以保证启动阶段各种排污和疏水的顺利排出。

3 结语

本项目联合循环余热锅炉排污最终选定方案如下:设置1台连排罐接收锅炉连续排污，产生蒸汽连入低压/辅助蒸汽系统;设置1台常压定排罐接收锅炉定期排污、各种疏水及连排罐排污，利用排污泵泵出污水经冷却后排出边界。定排罐在锅炉启动阶段保证了排污和疏水的顺利排出，对余热锅炉启动起关键作用。

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Discussion about blowdown design of combined cycle heat recovery steam generator

Blowdown plays an important role in the combined cycle heat recovery steam generator＇s start－up and normal operation.Issue of blowdown program during project detail design stage was discussed.The final program was designed as:Setting one continuous blowdown tank to collect the continuous blowdown，and flashing steam connects to the Low Pressure/Auxiliary steam header;Setting one atmosphere intermittent blowdown tank to collect the intermittent blowdown，various drains＆drain from continues blowdown tank;Blowdown water is pumped out by blowdown pump，cooled down in blowdown cooler，then sent out of the boundary.

IGCC;combined cycle;heat recovery steam generator;blowdown

TK229.92

B

1674－8069(2016)06－053－03

2016-07-19;

2016-08-20

刘洪涛(1985-)，男，山东文登人，博士，工程师，主要从事电建项目设管工作。E－mail:lhtsepco@163.com