W型超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)及其自動(dòng)控制特點(diǎn)

李有信，王磊，劉靜宇

(河南電力試驗(yàn)研究院，河南 鄭州 450052)

0 引言

對(duì)于W型超臨界直流鍋爐而言，啟動(dòng)初期為了減少流動(dòng)的不穩(wěn)定性和保持水冷壁管壁壁溫低于允許值，必須保證爐膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值。為此，設(shè)置了專門的啟動(dòng)系統(tǒng)以滿足鍋爐在啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行及停爐過(guò)程中對(duì)水冷壁管內(nèi)最小流量的要求，從而保護(hù)爐膛水冷壁管。啟動(dòng)系統(tǒng)在W型直流鍋爐的啟動(dòng)和停爐過(guò)程中起著重要作用，本文就國(guó)電滎陽(yáng)煤電一體化有限公司W(wǎng)型超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)及其自動(dòng)控制策略進(jìn)行介紹。

1 鍋爐概況

國(guó)電滎陽(yáng)煤電一體化有限公司2×600 MW超臨界鍋爐是由北京巴布科克·威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、垂直爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的W型火焰鍋爐。鍋爐型號(hào)為B＆WB-1950/25.4-M。煤種為滎陽(yáng)本地?zé)o煙煤，校核煤種1為滎陽(yáng)鄭莊礦無(wú)煙煤，校核煤種2為新密超化礦貧煤。鍋爐配有帶爐水循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。

2 啟動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)分為分離器外置式啟動(dòng)系統(tǒng)和分離器內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)2大類，該鍋爐采用分離器內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)，即分離器和過(guò)熱器之間無(wú)隔絕閥門，啟動(dòng)系統(tǒng)按全壓設(shè)計(jì)。

該啟動(dòng)系統(tǒng)由立式布置的內(nèi)置式分離器、儲(chǔ)水箱、爐水循環(huán)泵、381調(diào)節(jié)閥、382調(diào)節(jié)閥、383調(diào)節(jié)閥、341氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成，具體布置如圖1所示。

該鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)配有1臺(tái)額定流量為810 m3/h的爐水循環(huán)泵，在鍋爐啟、停和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過(guò)爐水循環(huán)泵在啟動(dòng)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還到省煤器和水冷壁，以減少能量損失和工質(zhì)。

圖1 啟動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3 帶有爐水循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 啟動(dòng)過(guò)程回收工質(zhì)和熱量

建立爐水循環(huán)，首先將給水泵流量減小至7%BMCR，其中約4%BMCR(78 t/h)的流量直接經(jīng)過(guò)高壓加熱器進(jìn)入省煤器，另外約3%BMCR(58.5 t/h)流量通過(guò)383調(diào)節(jié)閥進(jìn)入貯水箱以向爐水循環(huán)泵提供過(guò)冷水保護(hù)。然后啟動(dòng)爐水循環(huán)泵，開(kāi)啟381調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)入爐膛的流量高于爐膛最小流量值。在啟動(dòng)過(guò)程中，排入疏水?dāng)U容器的流量約7%BMCR，可以通過(guò)啟動(dòng)排水泵進(jìn)入冷凝器。

3.2 提高沖洗效率

采用循環(huán)泵與給水泵聯(lián)合運(yùn)行，可以減小沖洗水量，獲得較高的水冷壁的管內(nèi)流速，減少?zèng)_洗用水，節(jié)省沖洗時(shí)間。

3.3 啟動(dòng)靈活

汽水分離器采用較小壁厚，熱應(yīng)力小，溫態(tài)啟動(dòng)，熱態(tài)啟動(dòng)，極熱態(tài)啟動(dòng)都比較靈活。

3.4 均勻分配蒸汽流量

啟動(dòng)系統(tǒng)也能起到水冷壁出口集箱與過(guò)熱器之間的溫度混合作用，均勻分配進(jìn)入過(guò)熱器的蒸汽流量。

4 啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式

用鍋爐給水泵以10%BMCR的流量向鍋爐上水，直至儲(chǔ)水箱中水位升到正常水位。初次啟動(dòng)或長(zhǎng)期停爐后，機(jī)組應(yīng)進(jìn)行冷態(tài)和溫態(tài)沖洗，將給水泵流量增至30%BMCR，以清除給水系統(tǒng)中的雜質(zhì)，沖洗水的排放由疏放系統(tǒng)完成。

鍋爐啟動(dòng):在整個(gè)啟動(dòng)期間，啟動(dòng)系統(tǒng)的再循環(huán)水量與給水量之和始終保持在30%BMCR流量左右。在鍋爐點(diǎn)火后不久，水冷壁的水被加熱，形成氣泡，產(chǎn)生汽水膨脹，使鍋爐中的水被迅速排到貯水箱，水位迅速上升至高水位或高高水位。此時(shí)，2個(gè)341氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥高水位控制閥應(yīng)迅速打開(kāi)，以便將水排出至擴(kuò)容器，擴(kuò)容后的蒸汽排往大氣，水進(jìn)入混溫箱。若水質(zhì)合格，通過(guò)啟動(dòng)排水泵將工質(zhì)回收至冷凝器，不合格則排向機(jī)組排水槽，如圖2所示。隨著蒸汽的產(chǎn)生及產(chǎn)汽量的增加，貯水箱的水位不斷降低，通過(guò)381調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)儲(chǔ)水箱的水位，直至最低直流負(fù)荷之前。

啟動(dòng)系統(tǒng)的熱備用:當(dāng)鍋爐過(guò)熱器出口主蒸汽流量達(dá)到30%BMCR時(shí)，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行模式。之后，爐水循環(huán)泵停運(yùn)，383調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，啟動(dòng)系統(tǒng)停運(yùn)。在爐水循環(huán)泵停運(yùn)期間，如果水位升高，則341氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥打開(kāi)。鍋爐負(fù)荷大于40%BMCR時(shí)，384調(diào)節(jié)閥暖管系統(tǒng)控制閥打開(kāi)，用省煤器出口的少量熱水來(lái)加熱爐水循環(huán)泵和341氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使啟動(dòng)系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。

5 啟動(dòng)系統(tǒng)控制策略

在鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)置了省煤器入口流量控制器和焓值控制器，在鍋爐啟動(dòng)和濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，主要運(yùn)用省煤器來(lái)控制鍋爐的上水，轉(zhuǎn)入直流后，利用焓值控制器控制。省煤器入口流量為爐水循環(huán)泵出口流量和主給水流量之和。381調(diào)節(jié)閥自動(dòng)跟蹤儲(chǔ)水箱水位來(lái)控制爐水循環(huán)泵出口流量。在主給水旁路投運(yùn)時(shí)，由旁路調(diào)閥控制給水流量，給水旁路切主路后，由汽泵轉(zhuǎn)速控制給水流量，如圖3所示。啟動(dòng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的控制見(jiàn)表1。

6 啟動(dòng)系統(tǒng)的控制過(guò)程

表1 啟動(dòng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的控制

6.1 建立爐水循環(huán)

沖洗合格后，啟動(dòng)爐水循環(huán)泵，通過(guò)381調(diào)節(jié)閥控制爐水循環(huán)泵出口流量在580 t/h，此時(shí)383調(diào)節(jié)閥過(guò)冷水流量80 t/h。給水旁路調(diào)門控制給水泵流量80 t/h。投381調(diào)節(jié)閥和給水旁路調(diào)節(jié)閥自動(dòng)，設(shè)定省煤器入口流量為650 t/h，大于水冷壁最小流量。2個(gè)高水位控制閥(341-1氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、341-2氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥)處于自動(dòng)狀態(tài)，控制貯水箱的水位。

6.2 鍋爐點(diǎn)火

爐膛吹掃完成后，鍋爐點(diǎn)火。

6.3 160 t/h主汽流量

隨著蒸汽的產(chǎn)生，水位開(kāi)始下降，341-1高水位氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小保持一定的高水位。一部分蒸汽用于升壓，其余的經(jīng)疏水、放氣和臨時(shí)系統(tǒng)用于暖管和再熱器保護(hù)。當(dāng)分離器的蒸汽量超過(guò)總給水流量時(shí)，儲(chǔ)水箱的水位下降到高水位的下限以下，341-1高水位氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，但2個(gè)341B高水位氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥仍然開(kāi)著，以備341高水位氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥隨時(shí)開(kāi)啟來(lái)處理由任何擾動(dòng)引起的貯水箱水位升高，即時(shí)起381調(diào)節(jié)閥開(kāi)始控制貯水箱的水位。

6.4 直流運(yùn)行

隨著制粉系統(tǒng)的投運(yùn)和產(chǎn)汽量的增加，儲(chǔ)水箱水位進(jìn)一步下降，為了減小擾動(dòng)對(duì)水位的影響，省煤器入口流量要略大一些(800 t/h)。主給水達(dá)到主路運(yùn)行條件，給水切主路運(yùn)行。當(dāng)主給水流量達(dá)到600 t/h時(shí)，停止?fàn)t水循環(huán)泵運(yùn)行，省煤器入口流量通過(guò)汽動(dòng)給水泵控制上水流量，設(shè)定省煤器入口流量為600 t/h，鍋爐轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行。投入焓值控制器，通過(guò)中間點(diǎn)溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

7 結(jié)束語(yǔ)

該啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了疏水?dāng)U容器和混溫箱，將鍋爐點(diǎn)火初期排出的水經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)啟動(dòng)排水泵進(jìn)入冷凝器進(jìn)行再循環(huán)。特別是在沖管和冷態(tài)啟動(dòng)期間，節(jié)省了大量的工質(zhì)。爐水泵的連續(xù)運(yùn)行，也減小了在啟動(dòng)期間給水溫度偏低對(duì)鍋爐管壁的熱沖擊。但此系統(tǒng)的缺點(diǎn)是初投資大，特別是疏水?dāng)U容器和混溫箱的容積較大，在基建初期應(yīng)注意基礎(chǔ)的處理。

［1］范從振.鍋爐原理［M］.北京:水利電力出版社，1986.

［2］白國(guó)亮.鍋爐設(shè)備運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［3］瞿七九.600 MW超臨界鍋爐燃料控制系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)化［J］.華電技術(shù)，2011，33(2):49-52.