600 MW超臨界直流鍋爐不投運鍋爐循環(huán)泵啟動控制

李彥猛，許五洲

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321110）

蘭溪發(fā)電廠4×600 MW超臨界機組鍋爐是北京巴威公司生產(chǎn)的單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒器，露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架加輕型金屬屋蓋、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型，型號為B-1903/25.4-M，是超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐。4臺鍋爐自啟動調(diào)試至正常啟動運行都采用鍋爐循環(huán)泵強制循環(huán)啟動方法。本文以3號鍋爐為例，對不投運鍋爐循環(huán)泵的啟動方法進行深入分析和研究，可為同類型鍋爐的調(diào)試和運行提供參考。

1 超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)

超臨界鍋爐設(shè)置啟動系統(tǒng)的目的是在鍋爐啟動、低負荷運行及停爐過程中，建立并維持水冷壁的最小流量，以保持水冷壁內(nèi)水動力穩(wěn)定和傳熱不發(fā)生惡化，特別是防止發(fā)生亞臨界壓力下的偏離核態(tài)沸騰現(xiàn)象，保護水冷壁不超溫，滿足機組啟動及低負荷運行的要求。采用鍋爐循環(huán)泵可減少工質(zhì)損失及熱量損失，提高電廠的經(jīng)濟性，同時可減少啟動時對鍋爐的熱沖擊。蘭溪發(fā)電廠超臨界直流鍋爐采用配鍋爐循環(huán)泵的強制循環(huán)啟動系統(tǒng)，如圖1所示。在設(shè)計之初不考慮無鍋爐循環(huán)泵的啟動方式，主要是因為鍋爐貯水箱水位調(diào)節(jié)閥的設(shè)計流量和鍋爐疏水泵等疏水回收系統(tǒng)不能滿足額定啟動流量時的工質(zhì)回收和熱量回收，以及有效控制壁溫和較快達到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)。

1.1 鍋爐循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的構(gòu)成

超臨界直流鍋爐循環(huán)泵內(nèi)置式啟動系統(tǒng)由鍋爐循環(huán)泵、大氣式疏水?dāng)U容器、內(nèi)置式啟動分離器構(gòu)成，啟動系統(tǒng)的主要管道系統(tǒng)包括：過冷水管道（383）、循環(huán)泵入口管道（380）、循環(huán)泵出口管道（381）、高水位控制管道（341）、循環(huán)泵再循環(huán)管道（382）、暖管系統(tǒng)管道（384）。啟動系統(tǒng)的汽水流程為：給水進入省煤器入口集箱，經(jīng)過省煤器、爐膛到汽水分離器，分離后的水通過分離器下部的貯水箱由鍋爐循環(huán)泵再次送入省煤器。分離后的蒸汽進入鍋爐尾部包墻，然后依次流經(jīng)一級過熱器、屏式過熱器、中間過熱器和末級過熱器，最后由主蒸汽管道引出。

1.2 不投運鍋爐循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)

蘭溪發(fā)電廠超臨界直流鍋爐在正常情況下及安裝啟動調(diào)試階段，都采用投運鍋爐循環(huán)泵建立工質(zhì)在水冷壁內(nèi)的強制循環(huán)。當(dāng)鍋爐循環(huán)泵故障或啟動系統(tǒng)個別管道、閥門等存在故障或缺陷時，如短時間不能處理好這些故障，可采用不投運鍋爐循環(huán)泵的疏水?dāng)U容器啟動方法。此時啟動系統(tǒng)由除氧器、給水泵、高壓加熱器、汽水分離器、貯水箱、高水位控制閥（341閥）、鍋爐疏水?dāng)U容器、鍋爐疏水箱、鍋爐疏水泵、凝汽器、凝結(jié)水泵、管道、閥門及附件等組成機爐大循環(huán)啟動系統(tǒng)。啟動系統(tǒng)流程如圖2所示。

2 不投運鍋爐循環(huán)泵的啟動控制

由于鍋爐最初是按投運鍋爐循環(huán)泵方式進行設(shè)計的，因此采取不投運鍋爐循環(huán)泵的啟動方式有一定難度。首先，啟動階段鍋爐貯水箱的水不能直接打回省煤器，而要通過鍋爐貯水箱水位控制閥（341閥）排放至鍋爐疏水箱，再由鍋爐疏水泵打入凝汽器進行工質(zhì)回收。其次，回收到凝汽器的疏水被凝結(jié)水泵打入除氧器，再通過給水泵送入省煤器，在這個大循環(huán)的過程中會使疏水溫度大幅下降，造成熱量損失。第三，由于給水溫度偏低，如果增加燃料量，在沒有鍋爐循環(huán)泵的情況下水冷壁內(nèi)的工質(zhì)水動力性較差，不及時帶走熱量會導(dǎo)致水冷壁螺旋管超溫。第四，由于工質(zhì)被排入鍋爐疏水箱，造成機組補水量增加，會導(dǎo)致補水不足。另外，還要考慮鍋爐疏水箱流量是否能滿足鍋爐汽水膨脹時的排量。因此，不投運鍋爐循環(huán)泵的啟動方式存在很多問題，在操作上也不易控制。

為了克服不投運鍋爐循環(huán)泵的機組啟動困難，經(jīng)分析研究，提出以下措施來控制啟動過程，并順利完成了機組的啟動。

圖1 帶鍋爐循環(huán)泵的超臨界直流啟動系統(tǒng)

2.1 給水回收

為了在不投運鍋爐循環(huán)泵啟動時達到回收給水的目的，可利用鍋爐自帶的疏水?dāng)U容器系統(tǒng)來回收從貯水箱高水位控制閥（341閥）流出的工質(zhì)，形成給水進入省煤器入口集箱，經(jīng)過省煤器、水冷壁、汽水分離器，分離后的水進入下部的貯水箱，在高水位控制閥（341閥）的控制下，進入鍋爐疏水?dāng)U容器后流到鍋爐疏水箱，再經(jīng)鍋爐疏水泵打回凝汽器，實現(xiàn)給水回收。

表1是鍋爐啟動過程中在不同時期省煤器進口給水量與鍋爐疏水泵回收水量的比較。

表1 啟動階段不同時期工質(zhì)回收數(shù)據(jù)表

采用鍋爐疏水?dāng)U容系統(tǒng)回收工質(zhì)從根本上解決了凝汽器補水的問題，但要注意以下問題：疏水?dāng)U容系統(tǒng)主要用于鍋爐啟動和吹灰暖管時回收疏水，包括疏水?dāng)U容器、疏水箱、疏水泵、管道和閥門等設(shè)備。因此在利用鍋爐疏水泵回收工質(zhì)時要考慮鍋爐疏水泵的容量、備用泵及對管道沖擊振動問題，此時鍋爐疏水泵運行溫度較高，必須加強檢查，防止泵體過熱、振動過大而損壞。當(dāng)兩臺泵都故障而無法投運時，應(yīng)立即開啟泵出口門，利用凝汽器真空使疏水回流至凝汽器，立即減少燃燒量及給水流量，嚴(yán)密監(jiān)視水冷壁壁溫和凝汽器真空、熱井水位等參數(shù)，防止因熱井水位低低保護跳凝結(jié)水泵。

2.2 熱量回收

雖然通過上述方法可實現(xiàn)工質(zhì)的回收，但是大量工質(zhì)進入凝汽器后被冷卻，帶走了從水冷壁吸收的熱量。為提高啟動效率，減小工質(zhì)與水冷壁溫差，提高給水溫度和回收熱量，采用了高旁開啟后立即投運2號高壓加熱器來加熱給水的措施，以回收部分熱量。表2是高加投運前后水側(cè)進出口溫度比較。

表2 2號髙加投運前后水側(cè)進出口溫度比較

圖2 不投運鍋爐循環(huán)泵啟動系統(tǒng)流程圖

2號高壓加熱器的抽汽取自高壓缸排氣逆止閥后，即冷再管道，高旁投運后便可利用蒸汽加熱流過2號高加的給水，提高給水溫度，起到熱量回收的作用。從表2可以看出，2號高加投運后進出水溫差達到70℃以上，可見加熱效果明顯。但是也要考慮加熱器管進出口溫差太大而對其產(chǎn)生的不利影響。

2.3 減小給水量

鍋爐冷態(tài)清洗完成后，便可投運燃油系統(tǒng)準(zhǔn)備點火。如果采用正常啟動的給水流量，在不投運鍋爐循環(huán)泵的情況下，水冷壁內(nèi)水動力性不足，給水溫度偏低。為了達到額定的沖轉(zhuǎn)參數(shù)需要增大燃料，但是此時增加燃燒會導(dǎo)致鍋爐水冷壁吸熱過大或局部過熱而發(fā)生超溫。為確保鍋爐的安全，可采取減小給水量的方法進行鍋爐上水啟動。為防止鍋爐水冷壁流量低保護動作，點火前要撤出水冷壁流量低保護。

減小給水流量啟動會造成不能及時把熱量帶走而發(fā)生管壁超溫和導(dǎo)致工質(zhì)流動不暢引起管道阻塞等問題。所以要密切監(jiān)視啟動參數(shù)和設(shè)備情況，避免不投運鍋爐循環(huán)泵啟動帶來的危害，要嚴(yán)格控制水冷壁各管壁溫升不超過111℃/h，正常時控制溫升率是為了減少熱應(yīng)力，但此時最重要的目的是控制燃料投入速率，便于隨時檢查水冷壁壁溫的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r增加給水，防止局部過熱?？刂棋仩t水冷壁螺旋管圈溫度各測點之間的溫差不超過20℃，在點火初期及鍋爐水冷壁流量控制較低時應(yīng)不定時增加給水流量，以保證各螺旋管中給水的通流及管壁溫度不超限，但要控制增減給水的速率及管壁溫度的變化速率。

2.4 分間隔投運油槍

由于鍋爐采用小流量上水，且工質(zhì)動力性較差，在投運油槍時要錯開間隔投運，避免油槍燃燒區(qū)域局部熱負荷過高；分間隔投運也能有效防止因工質(zhì)吸熱不均而引起水冷壁超溫。同時要防止工質(zhì)溫度逐漸升高、工質(zhì)開始汽化時體積突然增加，貯水箱水位控制閥開啟過大時，鍋爐疏水箱來不及回收和因鍋爐疏水泵出力受限而不能及時將水打入凝汽器。為了更好地使給水蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，可投運上層油槍，以增加工質(zhì)的吸熱，并起到工質(zhì)均勻吸熱的目的。

2.5 延遲燃煤投入

正常啟動時，鍋爐點火燃燒穩(wěn)定后便可啟動磨煤機投運制粉系統(tǒng)，但是在不投運鍋爐循環(huán)泵啟動的情況下，因水冷壁流量低，而制粉系統(tǒng)投運后會在燃燒器周圍的管道聚集熱量，造成局部熱負荷過高，給水不能及時帶走吸收的熱量，從而導(dǎo)致螺旋管圈嚴(yán)重超溫，所以要等到水冷壁流量達到正常情況下的最小啟動流量后方可啟動磨煤機投運制粉系統(tǒng)。正因如此，在汽輪機倒缸結(jié)束后，水冷壁流量達到500 t/h，此時便可啟動一次風(fēng)機，對磨煤機進行暖機，進入投煤前的準(zhǔn)備。制粉系統(tǒng)啟動后，協(xié)調(diào)控制高、低旁路調(diào)節(jié)閥以及分離器儲水罐水位調(diào)節(jié)閥，工質(zhì)逐步由濕態(tài)向干態(tài)轉(zhuǎn)換，進入直流運行狀態(tài)。機組進入直流運行工況后，整套控制系統(tǒng)投入自動運行，相應(yīng)的手動控制切為自動，各部分聯(lián)鎖保護投入，機組進入正常運行。

3 結(jié)論

通過分析研究，探討了配置鍋爐循環(huán)泵強制循環(huán)啟動系統(tǒng)的超臨界直流鍋爐在不投運鍋爐循環(huán)泵時的啟動方法，經(jīng)過啟動前的大量準(zhǔn)備工作，擬定出詳細的啟動方案和事故預(yù)想。通過減小給水量，利用鍋爐疏水泵回收工質(zhì)和2號高加提前加熱給水以及分間隔投運油槍等有效措施，成功實現(xiàn)了機組的啟動。但采用該啟動方式從點火到退出全部油槍共消耗燃油143 t，而正常冷態(tài)啟動只需50 t左右，因此還有待進一步探討更為節(jié)能的措施。

[1] 熊興才.超臨界機組鍋爐的啟動及控制系統(tǒng)[J].東北電力技術(shù)，2005，26（12）：19-22.