1000MW超超臨界機組鍋爐啟動系統(tǒng)的分析比較

劉浩 廣東省電力設(shè)計研究院 510663

1000MW超超臨界機組鍋爐啟動系統(tǒng)的分析比較

劉浩 廣東省電力設(shè)計研究院 510663

本文主要通過對三個采用不同鍋爐生產(chǎn)廠商的超超臨界機組鍋爐的啟動系統(tǒng)進行分析比較，根據(jù)其鍋爐啟動系統(tǒng)均采用內(nèi)置式帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)的特點，對內(nèi)置式帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)優(yōu)缺點進行詳細分析，以便對同類型的超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的選擇提供參考。

1 前言

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，電力的需求也在不斷增加。采用超超臨界參數(shù)機組，提高燃煤機組的效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗、減少CO2和NOx排放，是我國今后火力發(fā)電的發(fā)展方向。鍋爐的啟動系統(tǒng)作為超超臨界鍋爐中的重要組成部分，在機組的啟動、正常運行、停運的過程中起著重要的作用，為機組的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提供重要的保證。對1000MW超超臨界機組鍋爐啟動系統(tǒng)進行分析和比較有著重要的現(xiàn)實意義。

本文主要針對華能汕頭海門電廠一期1、2號機組工程、大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機組擴建工程和平海電廠一期3個比較有代表性的1000MW超超臨界機組鍋爐的啟動系統(tǒng)進行具體的分析比較，為其它的1000MW超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的選擇提供參考和借鑒。

2 啟動系統(tǒng)的分類

超超臨界鍋爐的啟動系統(tǒng)按其汽水分離器在正常運行時是參與系統(tǒng)工作還是解列于系統(tǒng)之外，一般可分為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)[1]。

內(nèi)置式啟動系統(tǒng)是指啟動分離器在機組的啟動、正常運行及停運過程中，啟動分離器均投入運行。內(nèi)置式啟動系統(tǒng)分為帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)和不帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)。

外置式啟動系統(tǒng)是指啟動分離器在機組啟動和停運過程中投入運行，而在直流負荷以上則解列于系統(tǒng)之外，不參與運行。

圖1

3 啟動系統(tǒng)設(shè)置情況

3.1 華能汕頭海門電廠一期1、2號機組工程

3.1.1 鍋爐的基本情況

華能汕頭海門電廠一期1、2號機組工程采用東方鍋爐股份有限公司引進日本巴布科克日立公司技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界變壓運行直流爐、一次再熱、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

3.1.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖1所示。

鍋爐采用帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動循環(huán)系統(tǒng)。啟動分離器為立式，共2只，布置在鍋爐的前部上方，由水冷壁出口混合集箱引出的4根連接管切向引入2只汽水分離器。在達到25%TMCR的鍋爐最低直流負荷之前，啟動系統(tǒng)為濕態(tài)運行，分離器起汽水分離作用，分離出來的過熱蒸汽進入頂棚過熱器，水則從分離器的下部通過水連通管進入分離器儲水罐，再通過循環(huán)泵在啟動系統(tǒng)和省煤器及爐膛水冷壁之間建立有效的循環(huán)，將爐膛水冷壁排出的熱水返回到省煤器和水冷壁，以減少能量損失和工質(zhì)損失(此時爐膛最小流量和循環(huán)泵流量之間的流量差由給水泵補充)。當鍋爐負荷達到25 %BMCR后，鍋爐運行方式由再循環(huán)模式轉(zhuǎn)入直流運行模式，轉(zhuǎn)直流運行后水冷壁出口工質(zhì)已全部汽化，即啟動系統(tǒng)由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，分離器內(nèi)已全部為蒸汽，分離器僅作為蒸汽通道用。

為保證鍋爐在啟動和低負荷運行時水冷壁管內(nèi)的流速，設(shè)置再循環(huán)管路。再循環(huán)泵（BCP）管路容量約為2%BMCR。該設(shè)計可大大減少啟動時工質(zhì)的損失和熱量損失，并且能夠減輕熱態(tài)啟動時對鍋爐的熱沖擊。在循環(huán)泵故障情況下，可以利用循環(huán)泵入口管道和出口管道上裝有的電動閘閥隔絕循環(huán)泵，以便進行檢修。儲水箱中的水位由3只水位控制閥(361閥)進行控制，在疏水水質(zhì)不合格時，排入鍋爐啟動排污擴容器進行擴容減溫后排掉；在疏水水質(zhì)合格時直接排至凝汽器，且對工質(zhì)進行回收。

圖2

圖3

3.2 大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機組擴建工程

3.2.1 鍋爐的基本情況

大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機組擴建工程采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進日本三菱公司生產(chǎn)的超超臨界變壓運行直流爐、一次再熱、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

3.2.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖2所示。

鍋爐啟動系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，二只立式汽水分離器布置于鍋爐的后部上方，由后豎井后包墻管出口集箱引出的鍋爐頂棚包墻系統(tǒng)的全部工質(zhì)均通過4根連接管送入二只汽水分離器。在啟動階段，分離出的水通過水連通管與一只立式分離器貯水箱相連，而分離出來的蒸汽則送往水平低溫過熱器的下集箱。分離器貯水箱中的水經(jīng)疏水管排入再循環(huán)泵的入口管道，作為再循環(huán)工質(zhì)與高壓給水混合后流經(jīng)省煤器和水冷壁系統(tǒng)，進行工質(zhì)回收。在鍋爐啟動期間再循環(huán)泵和給水泵始終保持相當于鍋爐最低直流負荷流量（25%BMCR）流經(jīng)給水管、省煤器和水冷壁系統(tǒng)，啟動初期鍋爐保持5%BMCR給水流量，隨鍋爐出力達到5%BMCR，三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，鍋爐的蒸發(fā)量隨著給水量的增加而增加，而通過循環(huán)泵的再循環(huán)流量則利用泵出口管道上的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥逐步關(guān)小，當鍋爐達到最小直流負荷（25%BMCR），再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉。此時，鍋爐的給水量等于鍋爐的蒸發(fā)量，啟動系統(tǒng)解列，鍋爐從二相介質(zhì)的再循環(huán)模式運行（即濕態(tài)運行）轉(zhuǎn)為單相介質(zhì)的直流運行（即干態(tài)運行）。

在啟動過程中水質(zhì)不合格時由貯水箱底部引出的疏水均通過三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥經(jīng)疏水擴容器進行擴容后進入冷凝水箱，冷凝水不進行回收，直接排放至機組排水槽。

3.3 平海電廠一期工程

3.3.1 鍋爐的基本情況

平海電廠一期工程采用上海鍋爐廠有限公司引進ALSTOM技術(shù)制造的超超臨界、一次中間再熱、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置、雙切圓八角噴燃、平衡通風、固態(tài)排渣螺旋管圈直流煤粉“Π”形鍋爐。

3.3.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖3所示。

鍋爐啟動系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置4只汽水分離器，每只分離器筒身上方切向布置兩根與爐頂過熱器相接的管接頭，筒身下方切向布置6根與水冷壁相接的管接頭。機組啟動初期，鍋爐負荷低壓最小直流負荷30%BMCR時，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)通過汽水分離器進行汽水分離，蒸汽通過分離器上部連接管進入爐頂?shù)倪^熱器，而飽和水則通過分離器下方的連接管進行儲水箱中。儲水箱設(shè)置有水位控制系統(tǒng)。儲水箱下方的1根疏水管道把疏水分別引至大氣疏水擴容器。

在啟動過程中水質(zhì)不合格時由貯水箱底部引出的疏水均通過三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥經(jīng)大氣式疏水擴容器進行擴容后進入冷凝水箱，當水質(zhì)合格時，鍋爐啟動疏水泵把冷凝水輸送至凝汽器進行回收，當水質(zhì)不合格時，冷凝水直接排至機組排水槽。

4 啟動系統(tǒng)比較分析

盡管上述三個工程管路的設(shè)置不盡相同，但均采用帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，從對鍋爐啟動系統(tǒng)的分析可以看出，內(nèi)置式啟動系統(tǒng)具備下列優(yōu)點：

（1）由于爐水再循環(huán)讓爐水本身所帶的熱量都回到爐膛水冷壁，可回收熱量，減少工質(zhì)損失；

（2）由于帶啟動循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)在啟動的整個過程中可以吸收疏水熱量，有效的縮短冷態(tài)和溫態(tài)的啟動時間；

（3）由于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)電動給水泵流量小，再循環(huán)泵所需要的揚程小，啟動時所消耗的電功率較小。另外，由于啟動時間的縮短，輔機的耗電量也相應(yīng)減少[2]。

但是，帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)也存在不足的地方，帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)與其它類型的啟動系統(tǒng)相比較為復(fù)雜，初投資比較大，運行維修費用增加。

上述三個工程雖然均采用帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，但在對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水處理方式卻不盡相同：

（1）海門工程：設(shè)置了一個大氣式疏水擴容器，對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水通過361閥后分為兩條管路：當水質(zhì)不合格時，排水進入大氣式疏水擴容器，隨后冷凝水直接排至機組排水槽；水質(zhì)合格時則直接進入凝汽器，在不超過凝汽器容量的前提下最大限度的回收工質(zhì)和熱量，此時在凝汽器內(nèi)部必須安裝減溫減壓器對排水進行減溫減壓。多余疏水排至機組排水槽。

（2）潮州工程：設(shè)置了一個大氣式疏水擴容器和一個冷凝水箱，對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水通過WCD閥后進入大氣式疏水擴容器中，通過冷凝水箱收集冷凝水，對冷凝水不進行回收直接排至機組排水槽。

（3）平海工程：設(shè)置了一個大氣式疏水擴容器和一個冷凝水箱，同時設(shè)置了兩臺鍋爐啟動疏水泵，一用一備。鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水進入大氣式疏水擴容器，冷凝水匯聚在冷凝水箱，當水質(zhì)合格時，鍋爐啟動疏水泵把冷凝水輸送至凝汽器進行回收，當水質(zhì)不合格時，冷凝水直接排至機組排水槽。

從上面分析可以看出，海門工程和平海工程的系統(tǒng)設(shè)置可以對鍋爐啟動時的排水選擇是否進行回收，系統(tǒng)運行的靈活性較好，但是需要增加減溫減壓器或冷凝水疏水泵，系統(tǒng)復(fù)雜，增加初投資。潮州工程對冷凝水不進行回收，但是系統(tǒng)及管路較為簡單。

5 結(jié)束語

在進行啟動系統(tǒng)的選擇時應(yīng)根據(jù)啟動系統(tǒng)的配置特點、運行特性，并結(jié)合機組在電網(wǎng)中的作用等實際情況進行選擇。由于1000MW超超臨界機組在電網(wǎng)系統(tǒng)中一般均承當基本負荷，并具備參與調(diào)峰的功能，啟動系統(tǒng)可優(yōu)先考慮選擇帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。另外，從減少工質(zhì)損失的角度考慮，對鍋爐的啟動疏水應(yīng)進行回收。

[1]霍東方.超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)的種類及其技術(shù)特點.

[2]楊小華，羅必雄，霍沛強，范永春.超超臨界1000MW火力發(fā)電廠熱機設(shè)計技術(shù).

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.064

劉 浩（1981— ），男，工程師，主要從事電廠的設(shè)計工作。

超超臨界機組；啟動系統(tǒng)；分離器；循環(huán)泵