600MW超超臨界機(jī)組啟動(dòng)特性研究

黃思源 彭勇 張志

摘要：火電在我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的地位，隨著人們電力需求的不斷增加，由火電帶來(lái)的能源浪費(fèi)問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。實(shí)踐證明，超超臨界技術(shù)是解決能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的一項(xiàng)新的清潔煤發(fā)電新技術(shù)。本文介紹了超超臨界直流鍋爐兩種常用的類型，并從啟動(dòng)壓力、啟動(dòng)流量、工質(zhì)膨脹三個(gè)方面分析了超超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)特性。為超超臨界技術(shù)在我國(guó)火電項(xiàng)目上的應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：超超臨界直流鍋爐；啟動(dòng)系統(tǒng)；啟動(dòng)特性

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求不斷增加?；痣姍C(jī)組在我國(guó)的發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)中所占比重最大，約為7s%o左右。煤是火電機(jī)組的主要燃料，燃煤所產(chǎn)生的的煙氣和粉塵對(duì)環(huán)境的破壞十分嚴(yán)重。因此積極研發(fā)新的煤電技術(shù)具有十分重要的意義。實(shí)踐證明，發(fā)展超超臨界大型火力發(fā)電機(jī)組，能夠提高能源的利用率，能夠達(dá)到環(huán)保的基本要求，具有很高的經(jīng)濟(jì)性、安全性和適應(yīng)性。

超超臨界機(jī)組的鍋爐普遍采用直流爐，在直流爐中，給水控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)和氣溫控制系統(tǒng)沒(méi)有被汽包相互隔離，因此需要鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)保障機(jī)組的安全和有效運(yùn)行。

一、超超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的分類

超超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)主要有兩類，一類是外置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)，一類是內(nèi)置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)各有自己的特點(diǎn)。

（一）外置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)

外置式啟動(dòng)分離器在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)是不發(fā)揮作用的，只有當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)時(shí)才開(kāi)始運(yùn)行。這樣一來(lái)，當(dāng)機(jī)組需要停運(yùn)時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)熱氣溫會(huì)對(duì)處于冷態(tài)的分離器產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊，分離器中大量的閥門和零部件在熱沖擊的作用下容易損壞。不過(guò)該種分離器在設(shè)計(jì)時(shí)一般都為中壓容器，從制造工藝上來(lái)說(shuō)，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，制造成本不是很高，對(duì)于定壓運(yùn)行的機(jī)組來(lái)說(shuō)，也有其可取之處。

（二）內(nèi)置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)

鍋爐無(wú)論是啟停時(shí)還是正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)都會(huì)發(fā)揮作用。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，分離器只是發(fā)揮蒸汽通道的作用，只有在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行或啟停時(shí)，分離器才會(huì)處于濕態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)揮汽水分離的作用。因?yàn)槭莾?nèi)置式，所以該種分離器不需要解列操作，在操作上更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也不會(huì)產(chǎn)生因解列操作帶來(lái)的汽溫波動(dòng)。因?yàn)橄到y(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便，該類分離器廣泛應(yīng)用于各國(guó)的超超臨界機(jī)組中。

內(nèi)置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)又分為大氣擴(kuò)容器式、循環(huán)泵式和熱交換器式三種類型。這三種類型的疏水回收系統(tǒng)各不相同。大氣擴(kuò)容器式分離器首先是把疏水引到容器的回收箱，然后排入凝汽器進(jìn)行工質(zhì)回收，同時(shí)還可以把疏水導(dǎo)入除氧器，加熱除氧器水回收熱量。循環(huán)泵式分離器是通過(guò)循環(huán)泵把疏水打進(jìn)水冷壁進(jìn)行循環(huán)。熱交換器式分離器是通過(guò)熱交換器使疏水為鍋爐給水加熱，然后排入除氧器水箱。我國(guó)普遍采用的是大氣擴(kuò)容器式分離器和循環(huán)泵式分離器。

二、超超臨界直流鍋爐啟動(dòng)特性

我們分別從啟動(dòng)壓力、啟動(dòng)流量、工質(zhì)膨脹、啟動(dòng)過(guò)程、啟動(dòng)速度五個(gè)方便分析超超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)特性。

（一）啟動(dòng)壓力

啟動(dòng)前鍋爐水冷壁中的初始?jí)毫礊閱?dòng)壓力，直流鍋爐受熱面的水動(dòng)力的穩(wěn)定性和啟動(dòng)壓力有直接的關(guān)系，啟動(dòng)壓力高，水動(dòng)力的穩(wěn)定性就好。啟動(dòng)壓力與工質(zhì)膨脹現(xiàn)象也有直接的關(guān)系，啟動(dòng)壓力高，工質(zhì)膨脹量就小。所以從水動(dòng)力特性和工質(zhì)膨脹現(xiàn)象這兩個(gè)因素來(lái)說(shuō)，應(yīng)該提高啟動(dòng)壓力。不過(guò)，啟動(dòng)壓力越高，對(duì)節(jié)流閥的磨蝕就會(huì)越嚴(yán)重，給水泵的耗電量也會(huì)加大。所以啟動(dòng)壓力并不是越高越好，我們應(yīng)該設(shè)置合適的啟動(dòng)壓力。由于我們普遍采用螺旋管圈或垂直內(nèi)螺紋管式水冷壁，水動(dòng)力的穩(wěn)定性受啟動(dòng)壓力的影響較小。鍋爐在冷態(tài)或溫態(tài)的狀態(tài)下，啟動(dòng)是不需要壓力的，因此是零壓?jiǎn)?dòng)。鍋爐在熱態(tài)或者極熱態(tài)狀態(tài)下啟動(dòng)，需要一定的壓力，我們可以通過(guò)加大分離器排放閥容量的方式解決工質(zhì)膨脹時(shí)水的排放問(wèn)題。

（二）啟動(dòng)流量

啟動(dòng)流量與水動(dòng)力穩(wěn)定性、熱量損失和擴(kuò)容器容量有直接關(guān)系。啟動(dòng)流量小，受熱面承受的重量和流速就小，熱量和工質(zhì)損失就小。但是因?yàn)榱髁啃?，不利于受熱面的冷卻，水動(dòng)力的不穩(wěn)定性就會(huì)增加。如果啟動(dòng)流量大，受熱面可以有效冷卻，但是熱量和工質(zhì)的損失也會(huì)加大。因此從熱量和工質(zhì)損失的角度，我們不建議設(shè)置過(guò)大的啟動(dòng)流量，但是啟動(dòng)流量也要保證受熱面的有效冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。

（三）工質(zhì)膨脹

分離器受熱面加熱水溫，疏水進(jìn)入水冷壁后，隨著爐膛內(nèi)溫度的進(jìn)一步升高，水冷壁中會(huì)有一部分水會(huì)變?yōu)檎羝?，由于蒸汽的比容要比水高很多，因此?huì)引起局部增壓，從而把后部未汽化的水?dāng)D壓出去。這樣鍋爐出口的流量就會(huì)超過(guò)給水量，這種現(xiàn)象就是工質(zhì)膨脹現(xiàn)象。工質(zhì)膨脹量與啟動(dòng)壓力、啟動(dòng)流量、給水溫度、燃料的投入速度都成正比關(guān)系。并且與分離器的位置和鍋爐的型式也有一定的關(guān)系。因此鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了工質(zhì)膨脹現(xiàn)象，以使在工況最惡劣的情況下，也能有效控制工質(zhì)膨脹。

三、總結(jié)

超超臨界技術(shù)是一項(xiàng)新的清潔煤發(fā)電新技術(shù)，它的經(jīng)濟(jì)性、清潔性、安全性、高效性都經(jīng)過(guò)了大量的實(shí)踐都和驗(yàn)證，在各方面都突顯了在發(fā)電技術(shù)上的先進(jìn)性。超超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)是超超臨界機(jī)組上的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它對(duì)超超臨界機(jī)組起著至關(guān)重要的安全保障作用。我們應(yīng)該積極引進(jìn)國(guó)外在這方面的先進(jìn)技術(shù)，不斷增強(qiáng)自己的研發(fā)能力，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，使得超超臨界技術(shù)在火力發(fā)電中得到更廣泛的普及和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]史政林.國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程振動(dòng)特性分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2009.

[2]曹艷.大型超（超）臨界直流鍋爐蒸汽加熱啟動(dòng)技術(shù)研究[D].上海電力學(xué)院，2014.