余热锅炉快速启动的探索及应用

余热锅炉快速启动的探索及应用
[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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