［摘 要］蒸汽吹管是关系到机组安全高效运行的重要基建环节。针对二次再热机组降压吹管系统复杂，吹管次数多，吹管有效时间短，吹管工期长等问题以及热力系统的参数特点，提出在降压吹管系统设计时，将过热器系统和一次再热器系统视为一体，将临吹门设置在一次再热器出口的优化方案。该方案优于将临吹门设置在过热器出口的常规方式，可以大幅提高吹管时锅炉的蓄热容量，从而提高吹管的效率和质量。
［关键词］二次再热机组；降压吹管；过热器；一次再热器；临吹门；蓄热容量；吹管效率
“十二五”期间国家能源局批准的华能安源发电有限责任公司2×660 MW、国电泰州发电有限公司2×1 000 MW和华能莱芜发电有限公司2× 1 000 MW超超临界二次再热高效燃煤发电项目分别于2015年和2016年建成投产[1-4]。
在基建吹管阶段，华能和国电两公司采用了不同的方案，这些方案均是将《火力发电建设工程机组蒸汽吹管导则》（简称《导则》）的原则，在二次再热机组上的探索应用，分别形成了“三段法”“两段法”“一段法”降压吹管方案[5-9]。二次再热机组的这3种降压吹管方案，其临吹门的设置位置与一次再热机组相同，都是设置在过热器出口，利用的锅炉蓄热都来自水冷壁、分离器和过热器系统。从吹管实践看，当工况达到主蒸汽压力9.5 MPa、温度410 ℃以上时，过热器吹管系数（压降比）才能达到《导则》要求的1.4，且持续时间很短[10]。若想提高吹管有效时间，只能提高初始主蒸汽参数，而参数的提高又会给临吹门带来极大的挑战，常常出现因临吹门卡涩而中断吹管的情况。为了保证临吹门的安全和吹管的连续性，只能适当降低对过热器吹管系数的要求，这样就不可避免地造成吹管次数多、每管持续时间短的问题。相比一次再热机组，二次再热机组的蒸汽吹管物资消耗大、工期长，工况频繁变动产生的交变应力对锅炉的寿命损害也会加大。
1 二次再热机组降压吹管方案
1.1 华能项目“三段法”降压吹管
华能安源和华能莱芜2个项目均采用由西安热工研究院有限公司提出的“三段法”降压吹管方案。具体步骤如下：第一阶段单吹过热器及其管道系统，直至打靶合格；第二阶段串吹过热器、一次再热器及其管道系统，直至打靶合格；第三阶段串吹过热器、一次再热器、二次再热器及其管道系统，直至打靶合格[7-8]。此方案无需安装集粒器，但锅炉的启停次数、吹管次数和打靶次数较多，吹管工期较长[9]。
1.2 国电项目“两段法”降压吹管
国电泰州项目首台机组采用江苏方天电力技术有限公司提出的“两段法”降压吹管方案，具体步骤如下：第一阶段单吹过热器及其管道系统，直至打靶合格；第二阶段串吹过热器、全部再热器及其管道系统，直至打靶合格[10]。此方案将两次再热器视为一体，与一次再热机组的“两段法”降压吹管方案类似。按照《导则》对每阶段的停炉冷却要求，该方案比“三段法”可减少两次停炉，从而节省物资消耗和工期，但需在二次再热器入口前加装集粒器。
1.3 国电项目“一段法”降压吹管
国电泰州项目第二台机组采用优化后的“一段法”降压吹管方案，即一阶段串吹过热器、一次再热器、二次再热器及其管道系统，直至打靶合格。相比“两段法”，该方案可进一步减少两次停炉的要求，从而更加节省物资消耗和工期，但需在一次再热器和二次再热器进口分别加装集粒器。
降压吹管的效果依赖于锅炉的蓄热能力，更适用于蓄热量大的汽包炉。对直流炉而言，由于少了汽包和下降管，主要依靠水冷壁和过热器系统的蓄热，蓄热能力大为降低，是同容量汽包炉的1/4~1/3[11]。而相同容量机组下，二次再热机组锅炉比一次再热机组锅炉水冷壁和过热器的水容积都减少了50%左右[12]（表1），锅炉的蓄热能力进一步减少，这是造成二次再热机组降压吹管频次多和消耗大的主要原因。
表1 1 000 MW一次再热机组和二次再热机组锅炉水容积比较
Tab.1 The water volume of the boiler with single-reheat and double-reheat cycle for 1 000 MW unit m3
2 二次再热机组降压吹管优化方案
表2为华能安源、华能莱芜和国电泰州项目 锅炉主要设计参数（BMCR工况）。由表2可见：这3个二次再热项目锅炉主蒸汽均采用超超临界参数设计，且一次再热蒸汽压力均超过11 MPa（若从安全阀的动作值考虑，其承压能力还要高10%以上），属高压蒸汽[12]。这与一次再热机组再热器参数是中压蒸汽的情况不同，也高于直流炉降压吹管时普遍在10 MPa左右的蒸汽初压力。
表2 华能安源、华能莱芜和国电泰州项目锅炉主要设计参数（BMCR工况）
Tab.2 Main design parameters of the boiler in Huaneng Anyuan, Huaneng Laiwu and National Electric Taizhou Power Plant (BMCR working condition)
由于二次再热机组一次再热器系统属高压蒸汽系统，因此在进行降压吹管系统设计时，可以考虑将一次再热器系统作为蓄热部件用，或者直接看作过热器的一部分，这就大幅提高了吹管时锅炉的蓄热容量，必将对降压吹管产生有利影响。本文将过热器系统和一次再热器系统联通为一体，把临吹门设置在一次再热器出口，从而设计出更能发挥二次再热机组技术特点的降压吹管方案。该方案既可用于“二段法”降压吹管，也可用于“一段法”降压吹管。
2.1 “二段法”降压吹管
吹管临时系统设计特点：1）将过热器系统和一次再热器系统通过临时管道联通为一体，并在一次再热器入口处加装集粒器，以收集再热器前蒸汽管道内的杂质；2）在一次再热器出口设置临吹门；3）拆除高旁阀阀芯，吹管期间高旁管道处于贯通状态，视为主蒸汽管道的一部分[13]。
需要注意的是，过热器系统和一次再热器系统之间的临时管道、短管、大小头、集粒器、堵板、法兰等材料设计工作压力应不小于10 MPa、工作温度应不低于450 ℃，其他部分的设计和要求可参照《导则》执行。
一阶段用于吹扫过热器、高旁、一次再热器及其蒸汽管道系统，至打靶合格。“二段法”降压吹管第一阶段系统布置示意如图1所示。
图1 “二段法”降压吹管第一阶段系统布置示意
Fig.1 The layout diagram of the first stage system of the reduced pressure steam blowing system using “two step method”
一阶段吹管蒸汽流向如下：分离器来汽→过热器系统→主蒸汽管道（含高旁）→临时管道→集粒器→一次再热器系统→临吹门→临时管道→靶板器→消音器→排大气。
一阶段吹管合格后，通过临时管道将二次再热器系统接在临吹门和靶板器之间，进行第二阶段吹管，串吹过热器、一次再热器、二次再热器及其蒸汽管道，直至打靶合格。该阶段满足二次再热器吹管系数即可，可采用较低的蒸汽参数，还可在吹管前拆除集粒器以减小系统阻力。
“二段法”降压吹管第二阶段系统布置示意如图2所示。二阶段吹管蒸汽流向如下：分离器来汽→过热器系统→主蒸汽管道→临时管道→一次再热器系统→临吹门→临时管道→二次再热器系统→临时管道→靶板器→消音器→排大气。
图2 “二段法”降压吹管第二阶段系统布置示意
Fig.2 The layout diagram of the second stage system of the reduced pressure steam blowing system using “two step method”
2.2 “一段法”降压吹管
二次再热机组“一段法”降压吹管方案：一阶段串联吹扫过热器、高旁、一次再热器、二次再热器及其管道系统，直至靶板考核合格。“一段法”降压吹管系统布置示意如图3所示。
图3 “一段法”降压吹管系统布置示意
Fig.3 The layout diagram of the reduced pressure steam blowing system using “one step method”
一阶段吹管蒸汽流向如下：分离器来汽→过热器系统→主蒸汽管道（含高旁）→临时管道→集粒器→一次再热器系统→临吹门→临时管道→集粒器→二次再热器系统→临时管道→靶板器→消音器→排大气。
“一段法”降压吹管是最节省物资和工期的方法，但由于系统较长，又增加了集粒器，阻力较大，自然比“二段法”降压吹管的初始参数要求要高一些，这对临吹门是个考验。为了减少系统阻力，可根据集粒器杂质收集量的情况，择机在停炉冷却期间拆除集粒器。
3 优化方案对吹管有效时间的影响
锅炉中参与蓄热过程的介质包括汽水工质和金属介质，分别称为汽水蓄热和金属蓄热[14-15]。优化方案把临吹门设置在一次再热器出口，这样，在降压吹管期间，锅炉两方面的蓄热都大幅增加，仅从汽水蓄热分析，1 000 MW二次再热机组的一次再热器系统可增加440 m3的蒸汽容积（表1），加上高旁系统及管道系统，容积会增加500 m3左右。吹管的初始蒸汽参数若采用9 MPa/410 ℃,蒸汽比重为32 kg/ m3，则吹管蓄能期间可增加的蒸汽量为500×32=16 000 kg。
根据《导则》，超超临界机组采用降压法吹管时，临吹门全开后的过热器出口压力不低于6.5 MPa，此参数下的蒸汽比容约为BMCR工况下蒸汽比容的4倍；再由吹管系数=（吹管工况蒸汽流量）× 2（吹管工况蒸汽比容）/（BMCR工况蒸汽流量）×2（BMCR工况蒸汽比容）的公式可知[16]，吹管蒸汽流量大于50%的BMCR工况流量，即为吹管系数大于1的有效吹管。对于1 000 MW二次再 热机组，有效吹管蒸汽流量（表2）约为1 400 t/h = 380 kg/s。这样优化方案增加的蓄热可使吹管有效时间延长不低于16 000/380=42 s。
4 优化方案优势及效果
1）二次再热机组降压吹管优化方案，将临吹门设置在一次再热器出口，使一次再热器系统与过热器系统共同蓄热，极大地增加了降压吹管时锅炉的蓄热量，延长了每次吹管的有效时间，提高了每一管的吹扫质量，有利于减少吹管频次和次数、降低物资消耗、缩短工期和减轻吹管对锅炉寿命的损害。
2）优化方案将过热器、高旁和一次再热器视为一体，等同于一次再热机组的过热器部分，将二次再热器等同于一次再热机组的再热器部分，这样，吹管方案的制定和实施可完全套用《导则》。
3）优化方案使高旁与主蒸汽管路同时吹扫，省掉了单独吹扫高旁系统的材料费和安装费，同时也增大了过热器后的通流面积，有助于提高过热器吹管系数。
4）优化方案避免了一次再热器的干烧，保护了一次再热器。同时还可使一次再热器安全阀校验工作安排在吹管阶段进行，为整套启动提供更安全的带负荷条件。
5）本文给出的方案是对《导则》的“二次再热机组化”运用，使降压吹管在二次再热机组工 程实践中更简单、更节省，甚至比在一次再热机 组更适用。
