探析超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)的結構運行特點和控制方式

【摘要】對600MW超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)的結構特點進行了詳細的分析，經過不同類型的比較突顯出帶爐水循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)獨特優(yōu)勢。并針對啟動過程中其運行特點和注意事項進行了詳細的闡述，還著重說明了在整個啟動過程中的控制策略，僅供業(yè)內同行參考。

【關鍵詞】超臨界直流；啟動系統(tǒng)；結構特點；控制方式；爐水循環(huán)泵；內置式

隨著超臨界火電技術的發(fā)展和商業(yè)化規(guī)模的應用，“節(jié)能減排、改善環(huán)境”已經成為未來火電發(fā)展的重要課題。提高機組的效率和環(huán)保性是非常重要的，而采用啟動系統(tǒng)的直流爐不僅保證了設備的安全性，同時在提高機組效率和經濟性方面也比較顯著。目前，國產化超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)一般可分為內置式和外置式兩種。內置式啟動系統(tǒng)又可分為擴容器式、疏水熱交換式及循環(huán)泵式，對于帶循環(huán)泵啟動系統(tǒng)，就其布置形式有并聯(lián)和串聯(lián)兩種。我廠#1、#2鍋爐均采用帶循環(huán)泵呈串聯(lián)布置的啟動系統(tǒng)，包括汽水分離器、循環(huán)泵、大氣式擴容器、集水箱和暖管系統(tǒng)。此系統(tǒng)提高了水冷壁在低負荷下運行的可靠性和經濟性以及機組對負荷變化的跟蹤性能，本文將主要以帶循環(huán)泵串聯(lián)布置的內置式啟動系統(tǒng)的結構特點和運行中的控制方式及其注意事項進行闡述。

1、我公司直流鍋爐簡介

大唐彬長發(fā)電廠Ⅰ期工程2X630MW超臨界機組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，采用單爐膛四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構架懸吊結構、露天布置、∏型燃煤鍋爐，型號SG-2084/25.4-M，是上海鍋爐有限公司在吸收Alstom—Power Lnc.，USA公司超臨界鍋爐設計制造技術的基礎上制造的，以確保機組的可用率和獲得高的經濟性。

2、帶循環(huán)泵串聯(lián)布置的內置式啟動系統(tǒng)的結構特點和運行優(yōu)勢

2.1啟動系統(tǒng)的作用和特點

2.1.1建立啟動壓力和啟動流量，保證給水連續(xù)地通過省煤器和水冷壁，并保證水冷壁的足夠冷卻和水動力的穩(wěn)定性。2.1.2回收鍋爐啟動初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以及過熱度不足的過熱蒸汽，實現(xiàn)工質和熱量的回收。2.1.3固定蒸發(fā)受熱面終點，實現(xiàn)汽水分離，從而使給水量調節(jié)、汽溫調節(jié)和燃燒量調節(jié)相對獨立，互不干擾。2.1.4根據(jù)需要還可設置保護再熱器的汽輪機旁路系統(tǒng)，以此實現(xiàn)系統(tǒng)的快速、經濟啟動，簡化啟動操作。

2.2我公司直流爐啟動系統(tǒng)的工作流程和主要組成

我公司Ⅰ期鍋爐采用帶循環(huán)泵的內置式分離器系統(tǒng)，在鍋爐的啟動及低負荷運行階段，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。在爐前沿寬度方向垂直布置2只汽水分離器，其進出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個分離器筒身上方切向布置4根進口管接頭，頂部布置有2根至爐頂過熱器管接頭，下部布置有一個疏水管接頭，汽和水的引出方向應與汽水引入管的旋轉方向相一致，以減少阻力。分離器內設有阻水裝置和消旋器。分離器的設計參數(shù)應按全壓設計，能適應變壓運行鍋爐快速負荷變化和頻繁啟停的要求。疏水擴容器的最高工作壓力小于1.0MPa。

2.3汽水分離器作用

⑴組成循環(huán)回路，建立啟動流量。⑵蒸汽進入過熱器系統(tǒng)，分離出來的水通過啟動系統(tǒng)進入擴容器，使分離出來水的質量和熱量得以回收。⑶在啟動時它能起到固定蒸發(fā)終點的作用，這樣使汽溫、給水量、燃料的調節(jié)成為互不干擾的獨立部分。⑷在35%負荷以上運行時，分離器呈干態(tài)，也就是進入了純直流運行。此時，分離器只起一個通道作用。⑸提供啟動和運行工況下某些參數(shù)的自動控制和調節(jié)信號的信號源（即作為中間點溫度）。

2.4爐水循環(huán)泵的運行特點

爐水循環(huán)泵屬串聯(lián)布置，有分離器下降管或鍋爐給水管兩路水源，因此在啟動條件上滿足分離器水位大于6米或省煤器入口流量大于680T/h任一即可。爐水循環(huán)泵首次啟動前必須進行充水排氣而且其操作要自下而上緩慢進行，直至把機內空氣排干凈為止。當機組負荷高于30%BMCR時，鍋爐進入純直流運行工況，循環(huán)泵可以停運，也可繼續(xù)運行，待主汽流量穩(wěn)步上升到937T/H時自動停運。在循環(huán)泵運行中，當對分離器壓力過低、水位過低、入口靜壓頭過低、省煤器入口流量過低<500T/h以及過冷水量（<17m3/h），較低時 ，循環(huán)泵入口汽化或冷卻不良（電機腔室溫度超過65℃）等不安全的運行工況，此時循環(huán)泵將跳閘，導致給水量過低，嚴重威脅水冷壁安全。

2.5帶循環(huán)泵串聯(lián)布置的內置式啟動系統(tǒng)的特點

2.5.1帶循環(huán)泵型和簡單疏水擴容型啟動系統(tǒng)的比較：⑴帶泵的啟動系統(tǒng)能夠回收更多的熱量，同時也可減少工質損失。⑵對于疏水型的啟動過程，所有最小流量都在爐膛中被加熱，沒有蒸發(fā)成水蒸氣的部分則攜帶著從爐膛吸收的熱量被排到擴容器中。與此相反，帶泵的啟動系統(tǒng)由于很小的排放量，其熱損失也很小，其啟動過程的熱損失大約為疏水型啟動系統(tǒng)的3%。⑶在擴容器中，熱量和水都被損失。當含有高熱量的排放水進入擴容器后，在接近大氣壓力下轉化為大量蒸汽和水的混合物被損失掉。而對于帶泵的啟動系統(tǒng)，所有的水都被回收了，其中包括在汽水膨脹期間排到擴容器中的水。⑷帶泵的啟動系統(tǒng)在啟動的整個過程中能100%吸收疏水熱量，可有效縮短冷太和溫態(tài)啟動時間。更適合于頻繁啟動、帶循環(huán)負荷和兩班制運行機組。

2.5.2循環(huán)泵和給水泵呈串聯(lián)布置的啟動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：⑴進入循環(huán)泵的水來自分離器下降管或鍋爐給水管或同時從這兩者中來；⑵保證了各啟動過程中泵的流量恒定；⑶鍋爐給水的欠焓可增加循環(huán)泵的凈吸壓頭；⑷當分離器由濕態(tài)轉向干態(tài)時，疏水流量為零，可保證分離器平滑地從濕態(tài)轉向干態(tài)，不用進行循環(huán)泵的關停操作。

3、啟動運行過程和控制

3.1我公司啟動系統(tǒng)的主要保護邏輯和參數(shù)意義：

3.1.1啟動分離器出口蒸汽溫度（即中間點溫度）高超限（≥457℃ 2選，左右或）觸發(fā)MFT；3.1.2省煤器入口流量低（≤600.2T/h 3取2）觸發(fā)MFT；低（<500T/h）跳爐水泵；

3.1.3負荷小于30%且啟動分離器水位高（≥14.5m 2選，左右或）觸發(fā)MFT；3.1.4分離器水位：啟動分離器總高度21米，總容積11立方米。水位控制最低2米，高14.5米MFT，即汽水膨脹時的最大緩沖容積僅6立方米。在冷態(tài)點爐時，汽水膨脹階段發(fā)生在啟動分離器壓力0.5MPa以前，熱態(tài)點爐發(fā)生在點火后。3.1.5中間點溫升率和中間點過熱度。中間點溫升率給了運行人員提供控制過熱汽溫的方向及所使用手段的大?。恢虚g點過熱度給運行人員提供控制過熱汽溫的一個量化的概念；異常工況下，水煤比僅能作為控制中間點溫度或過熱汽溫的一種參考，不能與正常運行水煤比值進行對比來作為調節(jié)的依據(jù)。

3.1.6過熱器進水保護。取分割屏進口導汽管蒸汽溫度與啟動分離器出口溫度差值形成DT，當分離器水位超過14.5米且此溫差小于3℃并報警，則說明分割屏處可能進水。

3.2啟動系統(tǒng)的運行過程和控制事項

3.2.1啟動階段：冷態(tài)啟動時，先進行冷態(tài)清洗，水質合格后，關閉HWL閥。分離器水位正常后，啟動循環(huán)泵（首次啟動要電動排氣），鍋爐點火，進行熱態(tài)清洗，通過爐水質量來確定是否升溫升壓。升溫升壓進行過程中，汽水分離器分離的水逐漸減少，在汽水分離器進口的水全部變?yōu)檎羝麜r，汽水分離器為干態(tài)運行，此時鍋爐進入直流運行狀態(tài)，爐水循環(huán)泵停運，爐水泵出口調閥關閉，機組進入直流運行狀態(tài)。

3.2.2啟動階段的控制方式：此階段是以控制分離器水位和省前流量為主，即爐水循環(huán)泵出口調閥主要控制本生流量，其開度根據(jù)省煤器入口流量設定值與實際流量的偏差來調節(jié)，用分離器水位加以流量修正。

3.2.3啟動階段控制的注意事項：水位的調節(jié)要根據(jù)變化趨勢緩慢調節(jié)，避免猛增猛減。水位的猛增猛減只會導致水位波動更大。在增加給水流量時，先提升給水泵轉速，后開大給水調節(jié)閥；減小給水流量時，先關小給水調閥，后降低給水泵轉速。

3.2.4啟動階段轉直流運行階段：隨著蒸發(fā)量的增加，逐漸開大給水調門或增大給水泵轉速，直到給水倒至主路運行。隨著負荷增加.爐水泵和給水泵控制的給水流量穩(wěn)定不變，當總燃料量的緩慢增加，分離器出口過熱度的建立，以及分離器水位的消失，自然完成由濕態(tài)運行到干態(tài)運行的轉變，即純直流運行。機組負荷一般在180MW～210MW（這與汽溫、汽壓、真空等參數(shù)有關）左右即完成此方式的轉變。

3.2.5轉直流運行后的控制方式：機組進入直流狀態(tài)，給水控制與汽溫調節(jié)和啟動階段控制方式有明顯不同，給水不再控制分離器水位.而是和燃料一起控制汽溫。直流爐的水煤比參數(shù)是一個區(qū)別汽包爐的表征參數(shù)，值班員根據(jù)其變化可提前控制，從而保證過熱器入口溫度的穩(wěn)定。

3.2.6轉直流運行控制的注意事項：保持省前流量不變（一般在800t/h）左右，緩慢的繼續(xù)增加燃料量，中間點過熱度開始正向增大，就順利的轉態(tài)了。轉直流后，鍋爐由汽包調整特性轉變?yōu)橹绷鳡t調整特性，此時要及時增加l臺磨煤機，增加燃料量，盡快提高機組負荷，使燃料跟上負荷變化，防止頻繁轉換。

4、結論

超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)在技術和功能上已逐步成熟，在啟動控制的靈活性和鍋爐運行以及啟動系統(tǒng)的安全可靠性方面有了很大提升，也保證了大機組在啟動階段和低負荷運行的經濟性，與其它啟動系統(tǒng)相比，帶爐水循環(huán)泵的技術優(yōu)勢十分明顯，但應就其運行特點和控制策略仍需繼續(xù)探索和優(yōu)化。

作者簡介

高飛（1980.9-）；男；漢；籍貫：山西興縣；本科/工學學士；工作單位：（2007.07-2015.05）大唐彬長發(fā)電有限責任公司、（2015.06-至今）大唐延安熱電廠；研究方向：火力發(fā)電廠超臨界機組運行分析及調整控制策略。