680 MW超臨界機組無爐水循環(huán)泵開機探討

汪中宏，王忠亮

（華能日照電廠，山東 日照 276826）

0 引言

華能日照電廠二期680 MW機組，鍋爐型式為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結構，型號為SG-2150/25.4-M973。汽輪機型式為超臨界、單軸、三缸、四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機，型號為N680-24.2/566/566；配置35%B-MCR容量高、低壓兩級串聯旁路系統；默認啟動方式是采用帶旁路的高、中壓缸聯合啟動方式。

鍋爐啟動系統采用帶爐水循環(huán)泵的內置式啟動系統。如圖1所示，鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置2只外徑/壁厚為Φ812.8/87.1 mm的汽水分離器，其進出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接，每個分離器筒身下方設有一個外徑為Φ324mm疏水管接頭。當機組啟動，鍋爐負荷低于最低直流負荷30%BMCR時，蒸發(fā)受熱面出口的介質流經分離器進行汽水分離，蒸汽通過分離器上部管接頭進入爐頂過熱器，而水則通過兩根疏水管道引至一個連接球體，連接球體下方1根外徑為Φ406.4mm疏水管道引至一個三通，一路疏水通過布置在爐前下部9400mm處的爐水循環(huán)泵被送至省煤器進口，另一路接至凝汽器或循環(huán)水排水井。在啟動初期為了防止汽水膨脹階段分離器水位過高，飽和水進入過熱器系統的發(fā)生，啟動疏水經過361AA和361AN閥排走。在早期水質不合格時，啟動疏水排入循環(huán)水排水井；水質合格后部分回收至凝汽器。

由于爐水循環(huán)泵電機檢修需要較長時間，根據本廠生產需要和電網要求，探討無爐水循環(huán)泵開機方案。為此緊急召開了專題會進行研究，分析了無爐水泵開機的可行性，在兼顧安全性與經濟性的前提下，制定了詳盡的操作措施，在華能集團內部同類型機組中首次成功實現了無爐水循環(huán)泵開機。

2 可行性分析

2.1 超臨界直流鍋爐的工作原理

如圖2所示，超臨界直流鍋爐依靠給水泵的壓頭將鍋爐給水一次通過預熱、蒸發(fā)、過熱各受熱面而變成過熱蒸汽。直流鍋爐中下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者通過中間集箱連接。啟動初期，水冷壁全部為加熱蒸發(fā)段，可隨著壓力和負荷的升高，后部的水冷壁成為了微過熱段，并且水冷壁管各受熱段受熱面積的分配也是不斷變化的。要保證水冷壁管的可靠，就要保證水的連續(xù)流動，即保證一定的給水流量；為防止傳熱惡化還要限制熱負荷。

圖1 鍋爐啟動系統圖

圖2 超臨界直流鍋爐的工作原理示意圖

2.2 超臨界直流鍋爐的啟動系統

超臨界直流鍋爐的啟動系統通常為帶爐水循環(huán)泵的啟動系統和簡單疏水擴容器式啟動系統。

帶爐水循環(huán)泵的啟動系統：爐水循環(huán)泵和給水泵呈串聯布置，進入爐水循環(huán)泵的水來自下降管或鍋爐給水管或同時從這兩者中來，這樣使得在各個啟動過程中，總是有水流過爐水循環(huán)泵，泵的流量恒定。啟動和低負荷運行時，爐水循環(huán)泵確保了在鍋爐達到最低直流負荷之前的爐膛水冷壁的安全性。該啟動系統不但能回收絕大部分工質.還能最大可能的回收疏水熱量，幾乎沒有熱損失和工質損失，可有效縮短冷熱態(tài)啟動時間，更適合于頻繁啟動、帶調峰負荷和二班制運行機組。

簡單疏水擴容器式啟動系統：在鍋爐啟動時，汽水分離器建立水位，此時壓力為0，點火后，爐水被加熱并逐漸開始蒸發(fā)產汽，分離器內開始建立壓力，此時汽壓通過汽機旁路門開度來維持和控制，水位由分離器排水閥控制。當機組并網后，并且鍋爐己達到最低直流運行工況30%BMCR時，調節(jié)煤水比，使分離器內的蒸汽過熱度逐漸提高，直至達到過熱蒸汽狀態(tài)，水位自動消失，排水閥門全部關閉，分離器處在“干態(tài)”下運行，這樣便完成了整個啟動過程。該啟動系統最大的優(yōu)點就是成本低。

2.3 無爐水循環(huán)泵開機的可行性

二期鍋爐的啟動系統綜合利用了前兩種啟動系統的優(yōu)點，既有爐水循環(huán)泵，又有啟動疏水閥361AA和361AN，這就為無爐水循環(huán)泵開機提供了可能性。關鍵是為確保鍋爐受熱面管壁不超溫必須保證一定的給水流量（不低于537 t/h），而此時通過361閥和高低旁的協調調節(jié)要控制好汽水分離器水位不能太高以確保過熱器系統不進水，同時要注意保護好再熱器受熱面，如果能做到這些無爐水循環(huán)泵開機理論上是可行的。

3 開機過程

3.1 鍋爐點火

通過調節(jié)給水副調節(jié)閥和汽泵轉速控制省煤器入口給水流量≥537 t/h（25%BMCR）；全開啟動疏水至循環(huán)水排水井電動門，保持361AA閥全開，通過控制361AN的開度維持汽水分離器3～4m低水位運行，水位高時可打開包覆過疏水門緊急放水。

采用等離子方式點火：投運等離子暖風器，啟動等離子系統，等離子模式啟動A磨煤機運行。

嚴格監(jiān)視各汽水沿程汽水溫度、管壁溫度，重點是屏過溫度，控制各管壁溫度及蒸汽溫度正常，確保各水冷壁螺旋管出口管壁溫度＜454℃，最高≯468℃；水冷壁垂直管出口管壁溫度＜529℃（左右墻）、521 ℃（前墻）、463 ℃（后墻懸吊管）、507℃（后墻屏管）；末過出口管段各管壁＜610℃；末再出口管段各管壁＜618℃；爐膛出口煙溫≯540℃；同時，嚴密監(jiān)視螺旋管水冷壁各壁溫一致，偏差大時增大給水流量或減少煤量甚至停爐。嚴格控制鍋爐燃料量和燃燒率，保證鍋爐升溫升壓率穩(wěn)定、不超限，避免溫度壓力升降波動。

鍋爐點火升壓后及時投用高、低壓旁路，并盡可能維持較大開度，開啟啟動疏水至凝汽器電動門，盡快回收疏水；在鍋爐各受熱面不超溫的前提下，根據鍋爐升溫升壓率逐漸提高蒸汽參數。

維持凝汽器高水位1 500～1 700mm，啟動水室真空泵，凝汽器水室充滿水，防止鈦管缺水造成損壞。控制凝汽器擴容器溫度不超過150℃,超過時降低進入凝汽器的疏水量。361閥后疏水壓力超過0.6 MPa或溫度超過160℃后，關閉啟動疏水至凝汽器的電動門，通過調整361閥和高低旁開度以及給水流量來控制啟動分離器水位。

3.2 沖轉并網帶初負荷

汽輪機冷態(tài)沖轉：主蒸汽壓力4.5～8MPa，主蒸汽溫度 370～400℃，再熱蒸汽壓力 0.2～0.5MPa，再熱蒸汽溫度360～390℃，汽機掛閘，開始沖轉，升速至2 350 rpm暖機，暖機結束后，汽機升速至3000 rpm。

帶旁路并網：并網后盡快接帶負荷，在維持給水流量穩(wěn)定的前提下，根據主汽壓力變化，逐步關小高、低旁的開度。

機組并網后，在各受熱面壁溫不超限的情況下盡可能提高分離器出口溫度的過熱度以減少爐水的排放，但要注意保持濕態(tài)運行工況。此過程控制水冷壁溫升不超過2℃/min，并嚴密監(jiān)視分離器出口過熱度在0附近，當過熱汽溫升較快時，可適量投入減溫水。

當機組負荷70 MW以上，熱一二次風溫達到160℃，A磨煤量達40 t/h后，投運B磨煤機，B磨煤機運行正常后，將給煤量加至25 t/h，當該層燃燒穩(wěn)定后，減少A磨煤量，保持燃燒率穩(wěn)定。

3.3 給水大小閥切換、轉態(tài)、并汽泵

啟C磨煤機，增加燃料量，隨著負荷的上升緩慢關閉高、低旁，調節(jié)給水量控制水冷壁不超溫，調節(jié)361閥控制分離器水位防止過熱器進水。

隨著負荷與新蒸汽過熱度的上升，361閥逐步關小，繼續(xù)提高給水流量至645 t/h左右（30%BMCR），將給水由旁路調節(jié)門切至主給水電動門，給水流量由給水泵轉速控制。穩(wěn)定給水流量，繼續(xù)增加燃料量以降低水燃比，機組負荷約220～240MW時分離器轉入干態(tài)，此時361閥全關，給水泵投自動，給水控制轉為過熱度控制。再增加燃料量，控制分離器出口過熱度逐步上升，逐步提高給水流量至752 t/h左右（35%BMCR），并汽泵，特別注意第二臺汽泵剛出力時給水流量瞬間大幅增加的調整。整個過程時間要盡量短，一氣呵成，盡快沖過不穩(wěn)定工況，過程中盡量維持給水量穩(wěn)定，注意分離器水位的變化，既要防止分離器水位高過熱器進水，又要防止給水流量降的太低造成水冷壁超溫。

圖3 鍋爐受熱面壁溫變化曲線圖

無爐水泵開機完成，嚴格控制煤水比，穩(wěn)定過熱度，增加熱負荷，機組帶負荷至調度曲線值。

4 安全經濟性分析

4.1 安全性分析

水冷壁安全性：此啟動方式類似于簡單疏水擴容器式啟動系統，熱損失大，鍋爐起壓慢，故啟動初期控制了較低的給水流量537 t/h左右，但水冷壁壁溫上升平緩可控，可以看出水動力工況穩(wěn)定良好。

過、再熱器安全性：由于疏水管流量能滿足要求，再通過361閥和高、低旁的協調調節(jié)，較好的控制了汽水分離器水位，啟動初期保持包覆過疏水門常開，確保了過熱器系統不進水；同時高、低旁的較大開度也較好的保護了過、再熱器受熱面。

這也從圖3的鍋爐受熱面壁溫變化曲線圖得到了很好的驗證。

4.2 經濟性分析

本次開機共消耗除鹽水3 300 t，較以往開機多消耗1 000 t；開機時間較以往長約2 h，多消耗煤約80 t。以上幾項相加，無爐水泵啟動比正常有爐水泵啟動多花約10萬元。但通過探索無爐水泵啟動并試驗成功，為機組在爐水泵不備用的特殊情況下如何開機開辟了一條新路子。從另一角度看，與機組由于爐水泵故障而造成機組長時間不能啟動運行帶來的經濟損失相比，無爐水泵啟動消耗微不足道，由于保證機組及時并網發(fā)電，能帶來更多的的經濟效益和社會效益。

5 結語

由于制定了詳盡的技術措施，加強操作交流和配合，牢牢把握住一條主線，即在保證必須的主給水流量的前提下通過361閥和高、低旁的協調調節(jié)來控制好鍋爐受熱面壁溫和汽水分離器水位，華能日照電廠二期3號超臨界機組順利的實現了無爐水循環(huán)泵一次開機成功。

對于設計有爐水循環(huán)泵的啟動系統的機組采用不投爐水循環(huán)泵開機，顯然存在著安全風險，也不經濟，但在爐水循環(huán)泵或電機故障的情況下不得已作為應急手段是可行且有效的，值得同類型機組借鑒。