1、前 言
新一代超臨界機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)多數(shù)采用內(nèi)置式分離器和帶有循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)。采用內(nèi)置式分離器的最大優(yōu)勢(shì)是汽水分離器串連在汽水管道上，減少了分離器進(jìn)出口的高壓閥門(mén)數(shù)量。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，分離器起汽水分離的作用；啟動(dòng)系統(tǒng)解列時(shí)，分離器不起汽水分離作用，而是充當(dāng)蒸汽連通管道。
根據(jù)快速起停和靈活的機(jī)組負(fù)荷跟蹤性能的需要，啟動(dòng)系統(tǒng)可采用不同的形式：即擴(kuò)容器和帶有再循環(huán)泵等形式。帶有擴(kuò)容器的啟動(dòng)系統(tǒng)初投資比較低，啟動(dòng)操作比較簡(jiǎn)單；而采用引進(jìn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的新一代600 MW超臨界機(jī)組多數(shù)采用帶有再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)提高機(jī)組快速啟停性能和保證水冷壁在30%～35%MCR以下范圍內(nèi)的運(yùn)行安全性具有良好的性能和比較成熟的技術(shù)。本文重點(diǎn)針對(duì)帶有再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、超臨界600 MW機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)
啟動(dòng)系統(tǒng)由啟動(dòng)分離器、再循環(huán)泵、貯水箱、水位控制閥、截止閥、管道及附件等組成。啟動(dòng)系統(tǒng)的主要管道包括：過(guò)冷水管道(383)，循環(huán)泵入口管道(380)，循環(huán)泵出口管道(381)，高水位控制管道(341)，循環(huán)泵旁路管道(382)及暖管系統(tǒng)管道(384)等。啟動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置有循環(huán)泵，通過(guò)循環(huán)泵建立蒸發(fā)系統(tǒng)的工質(zhì)循環(huán)，保證水冷壁在低負(fù)荷下有良好冷卻效果所需的最小流量。給水經(jīng)省煤器和水冷壁加熱后，形成汽水混合物，流入汽水分離器，經(jīng)汽水分離后的熱水被循環(huán)泵重新送入省煤器。采用循環(huán)泵可減少工質(zhì)流失及熱量損失，提高機(jī)組的啟動(dòng)速度和對(duì)跟蹤負(fù)荷變化的適應(yīng)性能，節(jié)省啟動(dòng)燃料，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)鍋爐的熱沖擊。
超臨界600 MW機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)采用2個(gè)啟動(dòng)分離器，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可進(jìn)行有效的汽水分離。啟動(dòng)分離器為直立式布置，其結(jié)構(gòu)型式為圓柱形筒體、球形封頭、筒體及封頭材料均為SA-335P91。
貯水箱為圓柱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為732.9 mm，長(zhǎng)度約為22.5 m，具有足夠的水容積和汽擴(kuò)散空間。貯水箱上設(shè)置有水位測(cè)點(diǎn)、壓力測(cè)點(diǎn)、溫度測(cè)點(diǎn)、放氣、疏水接頭等。
3、循環(huán)泵的投運(yùn)條件和工作特點(diǎn)
為了保證機(jī)組正常啟動(dòng)，避免啟動(dòng)系統(tǒng)的誤動(dòng)作，鍋爐循環(huán)泵由運(yùn)行人員啟動(dòng)。
循環(huán)泵啟動(dòng)允許條件為循環(huán)泵冷卻水正常，循環(huán)泵出口至分離器儲(chǔ)水箱之間的再循環(huán)閥(382)開(kāi)啟。
當(dāng)負(fù)荷低于29%BMCR時(shí)，為保證水冷壁系統(tǒng)的正常冷卻，循環(huán)泵投入運(yùn)行。如果此時(shí)循環(huán)泵處于自動(dòng)狀態(tài)，并且循環(huán)泵啟動(dòng)條件滿足時(shí)，循環(huán)泵將自動(dòng)復(fù)位。
當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于31%BMCR時(shí)，鍋爐進(jìn)入純直流運(yùn)行工況，循環(huán)泵應(yīng)關(guān)閉。
當(dāng)貯水箱中壓力過(guò)高、水位過(guò)低、入口靜壓頭過(guò)低及過(guò)冷水量較低時(shí)，循環(huán)泵處于超壓、入口汽化及冷卻不良等不安全的運(yùn)行工況，此時(shí)循環(huán)泵將跳閘。
4、啟動(dòng)系統(tǒng)的功能及控制方式
4.1設(shè)置省煤器排氣功能
鍋爐上水時(shí)，為避免流動(dòng)的不穩(wěn)定或流量分配不均以及防止受熱面的氧腐蝕，必須排放掉省煤器中的空氣，故應(yīng)開(kāi)啟省煤器放氣閥( 302-1，302-2)。當(dāng)MFT復(fù)位時(shí)，省煤器放氣閥連鎖關(guān)閉，避免運(yùn)行過(guò)程中因閥門(mén)開(kāi)放而引起水冷壁缺水干燒事故。這一功能與亞臨界鍋爐啟動(dòng)排氣的功能一致。
4.2貯水箱水位控制功能
當(dāng)系統(tǒng)處于直流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，循環(huán)泵停止運(yùn)行，通過(guò)387閥門(mén)來(lái)控制貯水箱中的水位，避免貯水箱滿水或缺水，它類(lèi)似于汽包水位控制。為了能夠隨時(shí)根據(jù)負(fù)荷變化啟動(dòng)循環(huán)泵，專(zhuān)門(mén)設(shè)置的暖管系統(tǒng)應(yīng)投入運(yùn)行，以保證循環(huán)泵系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。
當(dāng)循環(huán)泵處于運(yùn)行狀態(tài)或減溫器關(guān)斷閥關(guān)閉時(shí)，387閥連鎖關(guān)閉。
4.3專(zhuān)門(mén)設(shè)置的循環(huán)泵過(guò)冷水調(diào)節(jié)功能為循環(huán)泵安全運(yùn)行提供必要條件
由于循環(huán)泵處于飽和水狀態(tài)，一旦壓力降低，就有汽化的危險(xiǎn)。因此由給水泵出口至儲(chǔ)水箱的過(guò)冷水系統(tǒng)將少量未經(jīng)高壓加熱器加熱的給水送至貯水箱，為冷卻循環(huán)泵提供過(guò)冷水，并保證循環(huán)泵入口凈壓頭，防止循環(huán)泵入口的水發(fā)生汽化，同時(shí)也避免省煤器沸騰。
當(dāng)爐水達(dá)到要求的質(zhì)量后，建立了正常的循環(huán)，準(zhǔn)備點(diǎn)火前，應(yīng)開(kāi)啟383閥門(mén)，調(diào)節(jié)過(guò)冷水流量，使其滿足循環(huán)泵入口靜壓頭的要求。
當(dāng)再循環(huán)管路的381閥門(mén)即將關(guān)閉時(shí)，由383閥門(mén)將過(guò)冷水流量減至0。當(dāng)貯水箱水位達(dá)到高水位時(shí)，383閥門(mén)連鎖關(guān)閉。
4.4專(zhuān)門(mén)設(shè)置暖管系統(tǒng)使啟動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)處于熱備用狀態(tài)
暖管系統(tǒng)的作用是當(dāng)鍋爐處于直流運(yùn)行，啟動(dòng)系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，從省煤器出口引出少量溫度較高的水至循環(huán)泵管路和高水位控制管路，使啟動(dòng)系統(tǒng)一直處于熱備用狀態(tài)。一旦機(jī)組負(fù)荷降低，啟動(dòng)系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，可減少工質(zhì)對(duì)啟動(dòng)系統(tǒng)的熱沖擊，尤其是減少對(duì)循環(huán)泵的熱沖擊。
4.5貯水箱高水位控制可防止分離器帶水運(yùn)行
當(dāng)循環(huán)泵未投運(yùn)時(shí)，341閥用來(lái)控制貯水箱的高水位，并且當(dāng)381閥與387閥同時(shí)控制貯水箱水位時(shí)，優(yōu)先采用341閥控制貯水箱高水位。當(dāng)水位達(dá)到L2，時(shí)，341-1和341-2全開(kāi)，水位為L(zhǎng)2時(shí)，2閥全關(guān)。鍋爐點(diǎn)火后不久，爐膛中的水被加熱，產(chǎn)生氣泡，并迅速膨脹，儲(chǔ)水箱水位將迅速上升，此時(shí)341閥應(yīng)有預(yù)動(dòng)作，以保證汽水膨脹時(shí)能迅速開(kāi)啟。
當(dāng)341閥需要開(kāi)啟或機(jī)組負(fù)荷<30%，閥341B-1及341B-2應(yīng)連鎖開(kāi)啟。
貯水箱水位控制方式如圖2所示。
4.6水冷壁循環(huán)流量控制是本系統(tǒng)的核心技術(shù)
鍋爐點(diǎn)火后，當(dāng)通過(guò)分離器的蒸汽流量達(dá)到約7 %BMCR，且蒸汽流量等于給水泵流量時(shí)，341閥關(guān)閉，循環(huán)泵停止運(yùn)行。此時(shí)由381閥控制貯水箱的水位。當(dāng)貯水箱水位達(dá)到Ll'時(shí)，381閥全開(kāi)；水位為L(zhǎng)l時(shí)，381閥全關(guān)。
當(dāng)循環(huán)泵投運(yùn)時(shí)，381閥應(yīng)始終處于開(kāi)啟位置。
當(dāng)循環(huán)泵開(kāi)啟時(shí)，381-SC閥開(kāi)啟；循環(huán)泵關(guān)閉時(shí)，381- SC閥關(guān)閉。
4.7專(zhuān)門(mén)設(shè)置保證循環(huán)泵最小流量的循環(huán)泵再循環(huán)管路
循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，在任何工況下都必須保證循環(huán)泵安全運(yùn)行的最小流量。循環(huán)泵的最小流量一般為5%BMCR。
當(dāng)立式分離器進(jìn)入干式狀態(tài)，從循環(huán)泵通過(guò)381閥的流量小于循環(huán)泵最小流量時(shí)，382閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。
當(dāng)通過(guò)381閥門(mén)的流量超過(guò)循環(huán)泵最小流量時(shí)，382閥門(mén)應(yīng)關(guān)閉。
5、機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)
5.1鍋爐上水
鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，首先通過(guò)給水泵給鍋爐上水。在此期間省煤器放氣閥打開(kāi)，以便排除省煤器中的空氣。當(dāng)貯水箱中的水位達(dá)到高水位后，高水位控制閥(341)開(kāi)啟，以控制貯水箱中的水位。
在點(diǎn)火之前，保持給水流量約30 %BMCR，給水品質(zhì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果給水品質(zhì)不良，可以用給水泵將水送入水冷壁，經(jīng)汽水分離器后，由貯水箱排至冷凝器，進(jìn)入水處理設(shè)備處理。對(duì)于嚴(yán)重污染的水，可就地排放。
給水品質(zhì)滿足要求后，給水泵流量減小至7% BMCR，其中4%BMCR的流量直接進(jìn)入省煤器，另外3%BMCR流量經(jīng)過(guò)冷水管道進(jìn)入貯水箱。當(dāng)負(fù)荷增加至>7%BMCR時(shí)，給水流量隨著負(fù)荷的增加而增加。在循環(huán)泵運(yùn)行的工況下，水冷壁的流量一直保持不低于30%BMCR。
機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，給水泵流量和再循環(huán)泵流量的控制特性如圖3所示。
5.2啟動(dòng)再循環(huán)泵
給水品質(zhì)滿足要求后，可減小給水泵流量，啟動(dòng)再循環(huán)泵，建立水冷壁的工質(zhì)循環(huán)。此過(guò)程中，分離器和貯水箱與汽包的作用相同，貯水箱水位由高水位控制閥控制。
5.3鍋爐點(diǎn)火及受熱面保護(hù)
如果所有的啟動(dòng)條件和聯(lián)鎖保護(hù)就緒，鍋爐就可以點(diǎn)火。
鍋爐點(diǎn)火時(shí)，還需要特別注意受熱面的保護(hù)問(wèn)題。
點(diǎn)火初期，水冷壁和省煤器中由再循環(huán)泵提供足以冷卻受熱面的熱量，即進(jìn)入省煤器和水冷壁的流量為30%BMCR。而過(guò)熱器和再熱器中無(wú)蒸汽通過(guò)，處于干燒狀態(tài)，需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的措施保護(hù)。為此，必須限制燃料量和燃料投放速度。
當(dāng)過(guò)熱器和再熱器未建立足夠的蒸汽流量之前，監(jiān)視保護(hù)爐膛出口的煙氣溫度，并確保進(jìn)入過(guò)熱器區(qū)的煙溫不高于過(guò)熱器金屬材料的允許溫度，同時(shí)考慮煙溫偏差的影響，應(yīng)監(jiān)控?zé)煖夭桓哂?38'C。當(dāng)過(guò)熱器和再熱器內(nèi)的流量>15%BMCR時(shí)，可以投入減溫器來(lái)控制蒸汽溫度。
5.4水位控制
鍋爐點(diǎn)火后，水在水冷壁中被迅速加熱，產(chǎn)生氣泡，形成汽水混合物，并迅速膨脹。此時(shí)應(yīng)將貯水箱2個(gè)高水位控制閥全部打開(kāi)，以控制貯水箱中的水位。
隨蒸汽流量的增加，給水泵應(yīng)逐漸增加流量以維持鍋爐負(fù)荷增加的需要。當(dāng)汽機(jī)主汽閥前的蒸汽壓力達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)所需的最低壓力后，可以進(jìn)行汽機(jī)沖轉(zhuǎn)。
5.5關(guān)閉再循環(huán)泵，進(jìn)入直流運(yùn)行模式
隨燃燒率和負(fù)荷的增加，進(jìn)入汽水分離器的汽水混合物的干度也逐漸提高。在鍋爐負(fù)荷提高到本生點(diǎn)以上后，進(jìn)入汽水分離器的將全部是蒸汽。此時(shí)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行模式，再循環(huán)泵關(guān)閉。啟動(dòng)系統(tǒng)由暖管系統(tǒng)時(shí)刻維持一定的溫度以便熱備用。
鍋爐和汽機(jī)在30%BMCR～84%BMCR之間采用滑壓運(yùn)行模式。
啟動(dòng)系統(tǒng)的控制方式如圖4。
在鍋爐停爐過(guò)程中，鍋爐和汽機(jī)的負(fù)荷在本生點(diǎn)以上是不斷降低的。當(dāng)負(fù)荷降至30%BM-CR時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟再循環(huán)泵。隨著燃燒率和負(fù)荷的連續(xù)下降，在汽水分離器中將有水被分離出來(lái)。隨負(fù)荷進(jìn)一步降低，分離器分離出來(lái)的水量增多，此時(shí)應(yīng)逐漸降低給水泵的出力，同時(shí)增加再循環(huán)泵的出力，以維持水冷壁冷卻的最低工質(zhì)流量，并且將貯水箱水位保持在適當(dāng)高度。在汽機(jī)達(dá)到最小負(fù)荷時(shí)，鍋爐和汽機(jī)可以停運(yùn)。
6、啟動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
(1)減少直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的工質(zhì)損失和熱損失。
(2)加快啟動(dòng)速度，節(jié)省啟動(dòng)燃料，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的跟蹤性能。
(3)有利于大氣環(huán)境、水環(huán)境和土地環(huán)境保護(hù)。
(4)減少啟動(dòng)時(shí)工質(zhì)對(duì)循環(huán)泵和水冷壁的熱沖擊。
(5)控制靈活快速，在各種啟動(dòng)條件下，由于汽水膨脹的產(chǎn)生，水位會(huì)突然膨脹和收縮，采用循環(huán)泵和高水位控制閥快速調(diào)節(jié)循環(huán)流量和水箱水位，保護(hù)鍋爐的正常啟動(dòng)及運(yùn)行。
(6)啟動(dòng)時(shí)間更短，調(diào)節(jié)更靈活。
滿足帶基本負(fù)荷和參與快速調(diào)峰的要求，同時(shí)滿足周末停機(jī)及兩班制運(yùn)行方式。適應(yīng)中國(guó)電力市場(chǎng)的峰谷差較大的具體情況。
(7)帶有循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，給水泵與循環(huán)泵為并聯(lián)運(yùn)行方式。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需給水與循環(huán)水的混合器，且循環(huán)泵發(fā)生故障時(shí)，給水系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行。
(8)循環(huán)泵處于飽和水狀態(tài)，一旦壓力降低，就有汽化的危險(xiǎn)。
(9)造價(jià)較高，維修比較復(fù)雜。
(10)啟動(dòng)操作相對(duì)帶擴(kuò)容器式的啟動(dòng)系統(tǒng)略微復(fù)雜。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
7、最低直流負(fù)荷的選擇
最低直流負(fù)荷越低，循環(huán)泵流量和啟動(dòng)系統(tǒng)的容量可設(shè)計(jì)得越小，這對(duì)于降低啟動(dòng)系統(tǒng)的投資，減小啟動(dòng)損失十分有利。但受水冷壁冷卻所需要的最低質(zhì)量流速限制，直流負(fù)荷的范圍越寬，高負(fù)荷時(shí)的質(zhì)量流速就越高。例如，對(duì)于內(nèi)螺紋管水冷壁，若在25%負(fù)荷時(shí)的直流運(yùn)行的最低質(zhì)量流速為500 kg/(m2.s)，則額定負(fù)荷時(shí)的質(zhì)量流速達(dá)到2000 kg／(m2.s)。負(fù)荷低于25%，必須投入汽水分離器及循環(huán)泵。若直流運(yùn)行確定為35%，則在35%負(fù)荷以下，循環(huán)泵就必須投入運(yùn)行。擴(kuò)大了循環(huán)泵運(yùn)行的負(fù)荷范圍，需提高了循環(huán)泵的設(shè)計(jì)流量，同時(shí)水冷壁循環(huán)安全性的可控性也會(huì)隨之提高。所以帶有循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于降低水冷壁的質(zhì)量流速，減少流動(dòng)阻力，也起著相當(dāng)重要的作用。
8、結(jié) 論
新一代超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)在技術(shù)和功能上已經(jīng)成熟，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮了直流鍋爐啟動(dòng)控制的靈活性和保證鍋爐運(yùn)行以及啟動(dòng)系統(tǒng)本身的可靠性。同時(shí)提高了大容量機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及具有快速調(diào)峰的能力。與國(guó)內(nèi)以前的超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)相比，技術(shù)進(jìn)步十分明顯。
