陳 銘，陳 田，張海軍

（深能合和電力（河源）有限公司，廣東 河源 517025）

0 引言

超超臨界直流鍋爐啟動階段參數(shù)控制難度較大，一般設(shè)計有爐水循環(huán)泵（簡稱爐水泵）的啟動系統(tǒng)，以兼顧安全和經(jīng)濟(jì)性[1-2]。垂直管屏水冷壁鍋爐由于給水流量的分配條件更差，無爐水泵啟動操作存在水冷壁超溫等風(fēng)險[3-4]。袁遠(yuǎn)望[5]研究了1 000 MW機組啟動中汽水分離器水位控制，馬曉瓏[6]研究了大型直流鍋爐取消爐水泵的可行性，提出需著重解決系統(tǒng)補排水平衡問題。國內(nèi)已有一些大型直流鍋爐實現(xiàn)了無爐循泵啟動[7-13]，積累了很多經(jīng)驗，但都因鍋爐結(jié)構(gòu)、點火方式等方面有所區(qū)別，很難直接借鑒。

某發(fā)電廠C修結(jié)束后的啟動過程中，爐水泵突發(fā)故障經(jīng)評估只能等待返廠檢修，在深入分析并嚴(yán)格控制了各項風(fēng)險后，首次成功實施了超超臨界垂直管屏直流鍋爐無爐水泵啟動。并采用陳銘等[14]研究的帶爐水泵的直流鍋爐全負(fù)荷脫硝技術(shù)，進(jìn)行無爐水泵啟動方式的環(huán)保影響評估，結(jié)合趙峰等[15]研究成果，可對鍋爐疏水回收系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步優(yōu)化無爐水泵啟動。

1 設(shè)備概況

該發(fā)電廠一期2×600 MW鍋爐采用哈鍋供貨的超超臨界變壓運行直流鍋爐，爐膛采用內(nèi)螺紋管、垂直上升膜式水冷壁、爐循泵啟動系統(tǒng)。爐水泵為德國KSB公司制造的濕式馬達(dá)爐水循環(huán)泵，型號為LUVAk200-330，它不僅保障機組在啟動過程中水冷壁安全運行所需的最小流量，還可有效回收工質(zhì)熱量，提高鍋爐啟動效率，當(dāng)鍋爐由濕態(tài)轉(zhuǎn)入干態(tài)運行后，爐水泵即退出，實現(xiàn)鍋爐直流運行。

某日，1號機組爐水泵推力盤發(fā)生損壞，現(xiàn)場已無法處理，若返廠檢修，需7天以上檢修工期。經(jīng)充分準(zhǔn)備和精細(xì)操作，該廠成功實施無爐水泵啟動，全過程參數(shù)控制良好，總耗時5 h 21 min。

2 無爐水泵機組啟動關(guān)鍵技術(shù)難點研究

爐水泵的作用是在確保水冷壁最小流量的前提下，盡量回收工質(zhì)減少損失，鍋爐要在無爐水泵運行的情況下安全啟動，須滿足如下條件。

2.1 系統(tǒng)補排水量必須平衡

水冷壁設(shè)計最小流量為450 t/h，啟動初期基本全部外排，而設(shè)計除鹽水補充量有400 t/h，缺口不大，且鍋爐已完成熱態(tài)沖洗水質(zhì)合格，排水可回收凝汽器（疏水管設(shè)計流量250 t/h）。由于爐水回收至凝汽器熱井較低處，大量熱水回收將帶來凝汽器水溫上升，當(dāng)高于50℃時精處理無法投運，需通過調(diào)整部分回收部分外排的方式，保證系統(tǒng)水質(zhì)的同時使系統(tǒng)補排水保持平衡。

2.2 水冷壁安全必須可控

按照當(dāng)時汽機調(diào)節(jié)級280℃推算，合適的主汽溫度為350～480℃，鍋爐大量排水將導(dǎo)致蒸發(fā)量同比減小，過熱汽溫容易偏高甚至超溫，而汽壓則難以提升。適當(dāng)降低啟動初期的給水流量，機組外排熱水量降低，蒸發(fā)量提高，將極大地改善蒸汽參數(shù)控制難度。由于該廠鍋爐采用等離子點火，初始煤量不能低于16 t/h，降低給水流量必須保證水冷壁安全。

鍋爐水冷壁每個節(jié)流孔圈對應(yīng)水冷壁管均設(shè)置有壁溫測點，降低給水流量后，通過全面實時監(jiān)控壁溫情況，可確保水冷壁安全可控，且水冷壁設(shè)計最小流量有一定余量，經(jīng)商定在啟動初期將給水流量控制在350～400 t/h（跳閘保護(hù)定值為291 t/h），結(jié)合水冷壁溫實時監(jiān)控，水冷壁溫安全可控。

2.3 汽機沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)可適當(dāng)調(diào)整

無爐水泵啟動工況，由于蒸發(fā)區(qū)蓄熱困難，汽壓預(yù)計提升速率較慢難以匹配，為使沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制在合理范圍，考慮將沖轉(zhuǎn)汽壓下限設(shè)為6 MPa，根據(jù)蒸汽溫度情況再定。汽壓一定程度下調(diào)后，汽機沖轉(zhuǎn)過程需要的蒸汽量會有所上升，更有利于暖機過程，經(jīng)專業(yè)評估風(fēng)險可控。

另外，還需除氧器提供高溫給水，汽機高、低壓加熱器需隨機啟動，以最大程度地提高鍋爐蒸發(fā)量。依托于鄰爐加熱項目經(jīng)驗，提高給水溫度可滿足要求。

2.4 鍋爐貯水箱水位控制必須可靠

貯水箱是鍋爐汽水分界點，當(dāng)有爐水泵時可通過高效地調(diào)整爐水循環(huán)量減少外排，精準(zhǔn)控制液位的WDC（分離器疏水調(diào)節(jié)閥）工作條件相對較好，而無爐水泵啟動時只能通過WDC閥大幅頻繁地調(diào)整，控制大量熱水排放，過熱器進(jìn)水的風(fēng)險加大，且高壓熱水排放是個泄壓過程，長期的汽液兩相流造成管道系統(tǒng)振動加大，一旦WDC閥故障（一用一備），水位失控將只能停爐。為此必須協(xié)調(diào)充足的檢修力量，隨時排除異常，確保水位控制可控。

2.5 應(yīng)急技術(shù)支援必須到位

各部門及相關(guān)專業(yè)必須及時安排經(jīng)驗充足的技術(shù)人員現(xiàn)場支援，確保機組啟動過程中遇到其他故障能夠得到快速的處理。

3 無爐水泵機組啟動過程

某日22:12，1號爐重新點火；次日01:46汽機沖轉(zhuǎn)；02:39并網(wǎng)；03:55負(fù)荷達(dá)到220 MW，機組無爐水泵啟動成功，整個過程鍋爐運行狀態(tài)良好，蒸汽參數(shù)達(dá)到機組正常啟動要求（見圖1和表1），干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程控制到位。

圖1 無爐循泵啟動主要參數(shù)運行趨勢

3.1 給水控制

整個給水控制必須在保證鍋爐水動力安全的情況下，盡可能收小，這樣不僅能夠加大蒸發(fā)量，還能減少初期大量熱水排放，確保系統(tǒng)補排水平衡，同時還要專人不斷監(jiān)控水冷壁溫測點，正常情況下所有壁溫測點偏差不超過20℃，當(dāng)有偏差值超標(biāo)情況，立即增加給水量進(jìn)行調(diào)控。

當(dāng)鍋爐風(fēng)機啟動正常，磨煤機暖磨完成后，將給水調(diào)整至400 t/h，鍋爐點火成功，至此鍋爐開始進(jìn)入最困難的初期階段。此時鍋爐大量熱水排放，幾乎沒有產(chǎn)汽能力，疏水泵回收能力不足以全部回收熱水，因此決定繼續(xù)逐步下調(diào)給水流量至380 t/h。當(dāng)維持半小時后發(fā)現(xiàn)，鍋爐升壓速率達(dá)到0.5 MPa/min，升溫速率為1.5℃/min，滿足系統(tǒng)需求。給水流量繼續(xù)保持380 t/h，汽機沖轉(zhuǎn)開始逐步增加至420 t/h，并網(wǎng)后增至510 t/h，鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)后調(diào)整至650～700 t/h并逐步調(diào)整至正常運行狀態(tài)（如圖1所示）。

3.2 燃料量控制

鍋爐采用等離子點火，初期熱負(fù)荷相對更加集中，且要保證可靠穩(wěn)燃，煤量一般不低于18 t/h。本次鍋爐點火成功后，煤量在17.7 t/h保持半小時后，升溫升壓速率開始緩慢下降，以此為依據(jù)，不斷緩慢增加燃料，至沖轉(zhuǎn)前增加至35 t/h，與有爐水泵正常啟機過程基本相當(dāng)。

并網(wǎng)階段，隨著第2臺磨的投入，燃料量迅速加大至60～65 t/h，配合給水的調(diào)整，使負(fù)荷穩(wěn)定在100 MW，開始初始負(fù)荷暖機半小時。隨之進(jìn)行轉(zhuǎn)態(tài)，啟動第3臺磨，燃料量逐步快速加大至95～100 t/h，使鍋爐快速通過不穩(wěn)定區(qū)，進(jìn)入干態(tài)運行。

整個過程中燃料量必須結(jié)合目標(biāo)負(fù)荷準(zhǔn)確預(yù)測，嚴(yán)格控制調(diào)整速率和幅度，作為水煤比的控制主線，燃料量要盡可能穩(wěn)定。檢修人員現(xiàn)場隨時待命，及時處理原煤倉堵煤，磨煤機風(fēng)門不到位等故障。

3.3 蒸汽參數(shù)控制

無爐水泵啟動過程，由于爐水排放量大，在同樣燃料量下熱損失大，鍋爐蒸發(fā)量低，同時過熱汽溫容易偏高，因此必須在提高給水溫度、降低給水流量、合理控制煤水比這幾方面充分考慮。

由于有鄰爐加熱的充足經(jīng)驗，此次啟動過程給水溫度穩(wěn)定控制在140℃以上，且隨機啟動高低加，為鍋爐升壓速率的合格提供了極大的有利條件。另外在汽機沖轉(zhuǎn)前給水流量長期穩(wěn)定在380 t/h的較低值，減少排放150 t/h以上，也使得蒸汽參數(shù)合理控制更加可行。經(jīng)過多方面效果疊加，鍋爐最終順利達(dá)到8.5 MPa，434℃的良好參數(shù)，并未實施降壓沖轉(zhuǎn)。

3.4 補排水平衡控制

由圖1可知，在點火初期曾發(fā)生補水量很大（200 t/h滿量程），補排水不平衡的情況，凝補水箱液位20 min下降了2.3 m（共7 m），很快就可能打空水箱造成機組失去真空跳閘。幸而當(dāng)時及時發(fā)現(xiàn)了此情況，迅速排查發(fā)現(xiàn)為鍋爐疏擴減溫水用量過大（經(jīng)推算超過300 t/h），而鍋爐疏水泵回收水的能力不足，造成過量水外排。經(jīng)調(diào)整該減溫水用量后險情消失，補排水重新回到平衡。

另外，鍋爐熱水回收量大約250 t/h（另有100 t/h熱水外排至廢水處理系統(tǒng)），實際耗水約350 t/h，凝汽器維持了100 t/h的冷水補充，加上提前開啟凝汽器疏擴減溫水，以盡量提高凝汽器冷卻效果，機組啟動全程精處理入口凝結(jié)水溫都低于41℃，精處理投入正常，確保了整個過程水質(zhì)良好。

3.5 鍋爐貯水箱液位控制

表1 圖1中各曲線說明

為了確保水位控制余量更大，熱控人員提前將WDC閥液位設(shè)定由9 m下調(diào)至6 m，實際液位控制在5 m左右，以降低水位波動風(fēng)險。另外，為了更快捷地排除可能故障，提前在WDC閥現(xiàn)場做好搭腳手架等輔助工作。

第3日00:28，處于備用狀態(tài)的A WDC閥突然從0自動開啟至100%，當(dāng)時僅剩B WDC閥可用，水位控制風(fēng)險大大提高。在退出A WDC閥后，立即對其進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)由于現(xiàn)場高頻振動較大，控制電纜與支架被振斷。因提前做好事故預(yù)想，故障僅用30 min即排除?，F(xiàn)場又對B WDC閥相關(guān)附件進(jìn)行加固，此后設(shè)備均可靠運行，液位控制難題得以保障。

4 無爐水泵機組啟動時需注意的問題

該次無爐循泵啟動事件是在鍋爐已完成熱態(tài)沖洗和升溫升壓、汽機完成一次沖轉(zhuǎn)暖機的前提下進(jìn)行的，整個過程相比常規(guī)啟動要短，蒸汽參數(shù)要求略低，且期間還遇到很多延伸問題需解決。考慮技術(shù)的適應(yīng)性，還有以下幾個方面值得探討：

4.1 熱態(tài)沖洗

若冷態(tài)啟動，鍋爐需在分離器入口水溫150～170℃的條件下維持，以達(dá)到熱態(tài)沖洗的最佳效果，常規(guī)啟動有爐水泵的存在，可以控制合適的爐水循環(huán)量和燃料量，保持水溫的穩(wěn)定，而無爐水泵機組啟動時，則要轉(zhuǎn)變思路，通過以下策略來調(diào)整：

（1）提前利用鄰爐加熱進(jìn)行初沖洗，確保水質(zhì)達(dá)到較好水平再點火。

（2）點火后根據(jù)分離器入口水溫情況，適當(dāng)增大給水流量，并盡量減小燃料量，調(diào)整水溫合適。

（3）熱態(tài)沖洗結(jié)束后可停爐降溫。若熱態(tài)沖洗時間過長，過熱蒸汽溫度可能過高，若沖洗完成直接開始升溫升壓，汽溫有可能超標(biāo)，通過短時停爐并保持通風(fēng)冷卻一段時間，待汽溫下降至可控水平后再重新點火進(jìn)行升溫升壓，并根據(jù)情況選擇合適的沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)。

4.2 爐水泵熱爐隔離

由于此次爐水泵故障時，機組已達(dá)到汽機3 000 r/min定速狀態(tài)，爐側(cè)本體蓄熱已達(dá)到較高水平，爐循泵隔離非常困難。對鍋爐進(jìn)行帶壓放水后，如果爐水泵管道長時間有熱汽，而除氧器來的給水溫度依然在150℃以上，需要對除氧器水進(jìn)行整體置換，效率很低，而且重新對鍋爐上冷水，受熱面將進(jìn)行一次不均勻降溫過程，對水冷壁橫向裂紋治理非常不利。

經(jīng)深入分析系統(tǒng)情況后，創(chuàng)新性地提出，用爐水泵注入冷水，通過馬達(dá)腔室反注入啟動系統(tǒng)管道和入口電動門上部進(jìn)行余熱局部冷卻，在確保冷水漫過電動門入口管道上方10 m以上后，關(guān)閉入口電動門，經(jīng)隔離后即使有少量內(nèi)漏，水溫也不會威脅設(shè)備和人員安全。有了此次經(jīng)驗后，第2次隔離爐循泵，水冷壁和省煤器均未放水，縮短啟動時間8 h以上。

4.3 爐水回收可深度優(yōu)化

當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計為爐水可回收至凝汽器，但管道設(shè)計回收量僅250 t/h，且余熱也無法回收，啟動損失偏大。正常運行期間超凈排放疏水、吹灰系統(tǒng)暖管疏水等均有條件回收至除氧器或低加，以更大程度的回收工質(zhì)和余熱。

5 應(yīng)用效果分析

此次1號機組無爐水泵機組啟動各方面都遠(yuǎn)好于預(yù)期，可通過與常規(guī)啟動過程對比來初步評估效果（見表2）。

表2 無爐水泵啟動與常規(guī)啟動數(shù)據(jù)對比

由表2可知，不計電耗差異的情況下，無爐循泵啟機約多耗費3萬元成本，同時由于無法實施全負(fù)荷脫硝，多發(fā)生了2 h的NOX超標(biāo)排放（但不影響99%時間超凈排放達(dá)標(biāo)排放）。由于無爐水泵啟動屬于小概率事件，且正常運行期間爐循泵不需運行，相比于一次非停、煤炭廠存量難以消納、月度計劃電量難以完成等問題，整體影響可控。

6 結(jié)語

超超臨界垂直管屏直流鍋爐在等離子點火熱負(fù)荷相對集中、垂直水冷壁管水動力容易破壞、鍋爐疏水液位難以控制等不利因素情況下，無爐水泵機組啟動一次性成功，各項參數(shù)控制優(yōu)良，證明超超臨界垂直管屏直流鍋爐的無爐水泵機組啟動作為儲備技術(shù)是完全可行的，可為同類型機組作參考。