【摘要】對(duì)600MW超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，經(jīng)過不同類型的比較突顯出帶爐水循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。并針對(duì)啟動(dòng)過程中其運(yùn)行特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，還著重說明了在整個(gè)啟動(dòng)過程中的控制策略，僅供業(yè)內(nèi)同行參考。

【關(guān)鍵詞】超臨界直流；啟動(dòng)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；控制方式；爐水循環(huán)泵；內(nèi)置式

隨著超臨界火電技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用，“節(jié)能減排、改善環(huán)境”已經(jīng)成為未來火電發(fā)展的重要課題。提高機(jī)組的效率和環(huán)保性是非常重要的，而采用啟動(dòng)系統(tǒng)的直流爐不僅保證了設(shè)備的安全性，同時(shí)在提高機(jī)組效率和經(jīng)濟(jì)性方面也比較顯著。目前，國產(chǎn)化超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)一般可分為內(nèi)置式和外置式兩種。內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)又可分為擴(kuò)容器式、疏水熱交換式及循環(huán)泵式，對(duì)于帶循環(huán)泵啟動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，包括汽水分離器、循環(huán)泵、大氣式擴(kuò)容器、集水箱和暖管系統(tǒng)。此系統(tǒng)提高了水冷壁在低負(fù)荷下運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性以及機(jī)組對(duì)負(fù)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(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行中的控制方式及其注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

1、我公司直流鍋爐簡(jiǎn)介

大唐彬長發(fā)電廠Ⅰ期工程2X630MW超臨界機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)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(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、∏型燃煤鍋爐，型號(hào)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(shè)計(jì)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上制造的，以確保機(jī)組的可用率和獲得高的經(jīng)濟(jì)性。

2、帶循環(huán)泵串聯(lián)布置的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行優(yōu)勢(shì)

2.1啟動(dòng)系統(tǒng)的作用和特點(diǎn)

2.1.1建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)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(dòng)力的穩(wěn)定性。2.1.2回收鍋爐啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。2.1.3固定蒸發(fā)受熱面終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)汽水分離，從而使給水量調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，互不干擾。2.1.4根據(jù)需要還可設(shè)置保護(hù)再熱器的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速、經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)，簡(jiǎn)化啟動(dòng)操作。

2.2我公司直流爐啟動(dòng)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(nèi)置式分離器系統(tǒng)，在鍋爐的啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行階段，爐水循環(huán)泵確保了在鍋爐達(dá)到最低直流負(fù)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(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個(gè)分離器筒身上方切向布置4根進(jìn)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(gè)疏水管接頭，汽和水的引出方向應(yīng)與汽水引入管的旋轉(zhuǎn)方向相一致，以減少阻力。分離器內(nèi)設(shè)有阻水裝置和消旋器。分離器的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)按全壓設(shè)計(jì)，能適應(yīng)變壓運(yùn)行鍋爐快速負(fù)荷變化和頻繁啟停的要求。疏水?dāng)U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(dòng)流量。⑵蒸汽進(jìn)入過熱器系統(tǒng)，分離出來的水通過啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入擴(kuò)容器，使分離出來水的質(zhì)量和熱量得以回收。⑶在啟動(dòng)時(shí)它能起到固定蒸發(fā)終點(diǎn)的作用，這樣使汽溫、給水量、燃料的調(diào)節(jié)成為互不干擾的獨(dú)立部分。⑷在35%負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，分離器呈干態(tài)，也就是進(jìn)入了純直流運(yùn)行。此時(shí)，分離器只起一個(gè)通道作用。⑸提供啟動(dòng)和運(yùn)行工況下某些參數(shù)的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)信號(hào)的信號(hào)源（即作為中間點(diǎn)溫度）。

2.4爐水循環(huán)泵的運(yùn)行特點(diǎn)

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(dòng)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(dòng)前必須進(jìn)行充水排氣而且其操作要自下而上緩慢進(jìn)行，直至把機(jī)內(nèi)空氣排干凈為止。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于30%BMCR時(shí)，鍋爐進(jìn)入純直流運(yùn)行工況，循環(huán)泵可以停運(yùn)，也可繼續(xù)運(yùn)行，待主汽流量穩(wěn)步上升到937T/H時(shí)自動(dòng)停運(yùn)。在循環(huán)泵運(yùn)行中，當(dāng)對(duì)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(shí) ，循環(huán)泵入口汽化或冷卻不良（電機(jī)腔室溫度超過65℃）等不安全的運(yùn)行工況，此時(shí)循環(huán)泵將跳閘，導(dǎo)致給水量過低，嚴(yán)重威脅水冷壁安全。

2.5帶循環(huán)泵串聯(lián)布置的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.5.1帶循環(huán)泵型和簡(jiǎn)單疏水?dāng)U容型啟動(dòng)系統(tǒng)的比較：⑴帶泵的啟動(dòng)系統(tǒng)能夠回收更多的熱量，同時(shí)也可減少工質(zhì)損失。⑵對(duì)于疏水型的啟動(dòng)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(kuò)容器中。與此相反，帶泵的啟動(dòng)系統(tǒng)由于很小的排放量，其熱損失也很小，其啟動(dòng)過程的熱損失大約為疏水型啟動(dòng)系統(tǒng)的3%。⑶在擴(kuò)容器中，熱量和水都被損失。當(dāng)含有高熱量的排放水進(jìn)入擴(kuò)容器后，在接近大氣壓力下轉(zhuǎn)化為大量蒸汽和水的混合物被損失掉。而對(duì)于帶泵的啟動(dòng)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(kuò)容器中的水。⑷帶泵的啟動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)的整個(gè)過程中能100%吸收疏水熱量，可有效縮短冷太和溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)間。更適合于頻繁啟動(dòng)、帶循環(huán)負(fù)荷和兩班制運(yùn)行機(jī)組。

2.5.2循環(huán)泵和給水泵呈串聯(lián)布置的啟動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴進(jìn)入循環(huán)泵的水來自分離器下降管或鍋爐給水管或同時(shí)從這兩者中來；⑵保證了各啟動(dòng)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(dāng)分離器由濕態(tài)轉(zhuǎn)向干態(tài)時(shí)，疏水流量為零，可保證分離器平滑地從濕態(tài)轉(zhuǎn)向干態(tài)，不用進(jìn)行循環(huán)泵的關(guān)停操作。

3、啟動(dòng)運(yùn)行過程和控制

3.1我公司啟動(dòng)系統(tǒng)的主要保護(hù)邏輯和參數(shù)意義：

3.1.1啟動(dòng)分離器出口蒸汽溫度（即中間點(diǎn)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(fù)荷小于30%且啟動(dòng)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：?jiǎn)?dòng)分離器總高度21米，總?cè)莘e11立方米。水位控制最低2米，高14.5米MFT，即汽水膨脹時(shí)的最大緩沖容積僅6立方米。在冷態(tài)點(diǎn)爐時(shí)，汽水膨脹階段發(fā)生在啟動(dòng)分離器壓力0.5MPa以前，熱態(tài)點(diǎn)爐發(fā)生在點(diǎn)火后。3.1.5中間點(diǎn)溫升率和中間點(diǎn)過熱度。中間點(diǎn)溫升率給了運(yùn)行人員提供控制過熱汽溫的方向及所使用手段的大??；中間點(diǎn)過熱度給運(yùn)行人員提供控制過熱汽溫的一個(gè)量化的概念；異常工況下，水煤比僅能作為控制中間點(diǎn)溫度或過熱汽溫的一種參考，不能與正常運(yùn)行水煤比值進(jìn)行對(duì)比來作為調(diào)節(jié)的依據(jù)。

3.1.6過熱器進(jìn)水保護(hù)。取分割屏進(jìn)口導(dǎo)汽管蒸汽溫度與啟動(dòng)分離器出口溫度差值形成DT，當(dāng)分離器水位超過14.5米且此溫差小于3℃并報(bào)警，則說明分割屏處可能進(jìn)水。

3.2啟動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程和控制事項(xiàng)

3.2.1啟動(dòng)階段：冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，先進(jìn)行冷態(tài)清洗，水質(zhì)合格后，關(guān)閉HWL閥。分離器水位正常后，啟動(dòng)循環(huán)泵（首次啟動(dòng)要電動(dòng)排氣），鍋爐點(diǎn)火，進(jìn)行熱態(tài)清洗，通過爐水質(zhì)量來確定是否升溫升壓。升溫升壓進(jìn)行過程中，汽水分離器分離的水逐漸減少，在汽水分離器進(jìn)口的水全部變?yōu)檎羝麜r(shí)，汽水分離器為干態(tài)運(yùn)行，此時(shí)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)，爐水循環(huán)泵停運(yùn)，爐水泵出口調(diào)閥關(guān)閉，機(jī)組進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.2啟動(dòng)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(diào)閥主要控制本生流量，其開度根據(jù)省煤器入口流量設(shè)定值與實(shí)際流量的偏差來調(diào)節(jié)，用分離器水位加以流量修正。

3.2.3啟動(dòng)階段控制的注意事項(xiàng)：水位的調(diào)節(jié)要根據(jù)變化趨勢(shì)緩慢調(diào)節(jié)，避免猛增猛減。水位的猛增猛減只會(huì)導(dǎo)致水位波動(dòng)更大。在增加給水流量時(shí)，先提升給水泵轉(zhuǎn)速，后開大給水調(diào)節(jié)閥；減小給水流量時(shí)，先關(guān)小給水調(diào)閥，后降低給水泵轉(zhuǎn)速。

3.2.4啟動(dòng)階段轉(zhuǎn)直流運(yùn)行階段：隨著蒸發(fā)量的增加，逐漸開大給水調(diào)門或增大給水泵轉(zhuǎn)速，直到給水倒至主路運(yùn)行。隨著負(fù)荷增加.爐水泵和給水泵控制的給水流量穩(wěn)定不變，當(dāng)總?cè)剂狭康木徛黾樱蛛x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(yùn)行到干態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)變，即純直流運(yùn)行。機(jī)組負(fù)荷一般在180MW～210MW（這與汽溫、汽壓、真空等參數(shù)有關(guān)）左右即完成此方式的轉(zhuǎn)變。

3.2.5轉(zhuǎn)直流運(yùn)行后的控制方式：機(jī)組進(jìn)入直流狀態(tài)，給水控制與汽溫調(diào)節(jié)和啟動(dòng)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(gè)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(zhuǎn)直流運(yùn)行控制的注意事項(xiàng)：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(diǎn)過熱度開始正向增大，就順利的轉(zhuǎn)態(tài)了。轉(zhuǎn)直流后，鍋爐由汽包調(diào)整特性轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鳡t調(diào)整特性，此時(shí)要及時(shí)增加l臺(tái)磨煤機(jī)，增加燃料量，盡快提高機(jī)組負(fù)荷，使燃料跟上負(fù)荷變化，防止頻繁轉(zhuǎn)換。

4、結(jié)論

超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)在技術(shù)和功能上已逐步成熟，在啟動(dòng)控制的靈活性和鍋爐運(yùn)行以及啟動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性方面有了很大提升，也保證了大機(jī)組在啟動(dòng)階段和低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，與其它啟動(dòng)系統(tǒng)相比，帶爐水循環(huán)泵的技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，但應(yīng)就其運(yùn)行特點(diǎn)和控制策略仍需繼續(xù)探索和優(yōu)化。

作者簡(jiǎn)介

高飛（1980.9-）；男；漢；籍貫：山西興縣；本科/工學(xué)學(xué)士；工作單位：（2007.07-2015.05）大唐彬長發(fā)電有限責(zé)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(jī)組運(yùn)行分析及調(diào)整控制策略。