600 MW超临界直流锅炉不投运锅炉循环泵启动控制

李彦猛，许五洲

（浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江 兰溪 321110）

兰溪发电厂4×600 MW超临界机组锅炉是北京巴威公司生产的单炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧器，露天布置、固态排渣、全钢构架加轻型金属屋盖、全悬吊结构Π型，型号为B-1903/25.4-M，是超临界参数变压运行直流锅炉。4台锅炉自启动调试至正常启动运行都采用锅炉循环泵强制循环启动方法。本文以3号锅炉为例，对不投运锅炉循环泵的启动方法进行深入分析和研究，可为同类型锅炉的调试和运行提供参考。

1 超临界直流锅炉启动系统

超临界锅炉设置启动系统的目的是在锅炉启动、低负荷运行及停炉过程中，建立并维持水冷壁的最小流量，以保持水冷壁内水动力稳定和传热不发生恶化，特别是防止发生亚临界压力下的偏离核态沸腾现象，保护水冷壁不超温，满足机组启动及低负荷运行的要求。采用锅炉循环泵可减少工质损失及热量损失，提高电厂的经济性，同时可减少启动时对锅炉的热冲击。兰溪发电厂超临界直流锅炉采用配锅炉循环泵的强制循环启动系统，如图1所示。在设计之初不考虑无锅炉循环泵的启动方式，主要是因为锅炉贮水箱水位调节阀的设计流量和锅炉疏水泵等疏水回收系统不能满足额定启动流量时的工质回收和热量回收，以及有效控制壁温和较快达到冲转参数。

1.1 锅炉循环泵启动系统的构成

超临界直流锅炉循环泵内置式启动系统由锅炉循环泵、大气式疏水扩容器、内置式启动分离器构成，启动系统的主要管道系统包括：过冷水管道（383）、循环泵入口管道（380）、循环泵出口管道（381）、高水位控制管道（341）、循环泵再循环管道（382）、暖管系统管道（384）。启动系统的汽水流程为：给水进入省煤器入口集箱，经过省煤器、炉膛到汽水分离器，分离后的水通过分离器下部的贮水箱由锅炉循环泵再次送入省煤器。分离后的蒸汽进入锅炉尾部包墙，然后依次流经一级过热器、屏式过热器、中间过热器和末级过热器，最后由主蒸汽管道引出。

1.2 不投运锅炉循环泵的启动系统

兰溪发电厂超临界直流锅炉在正常情况下及安装启动调试阶段，都采用投运锅炉循环泵建立工质在水冷壁内的强制循环。当锅炉循环泵故障或启动系统个别管道、阀门等存在故障或缺陷时，如短时间不能处理好这些故障，可采用不投运锅炉循环泵的疏水扩容器启动方法。此时启动系统由除氧器、给水泵、高压加热器、汽水分离器、贮水箱、高水位控制阀（341阀）、锅炉疏水扩容器、锅炉疏水箱、锅炉疏水泵、凝汽器、凝结水泵、管道、阀门及附件等组成机炉大循环启动系统。启动系统流程如图2所示。

2 不投运锅炉循环泵的启动控制

由于锅炉最初是按投运锅炉循环泵方式进行设计的，因此采取不投运锅炉循环泵的启动方式有一定难度。首先，启动阶段锅炉贮水箱的水不能直接打回省煤器，而要通过锅炉贮水箱水位控制阀（341阀）排放至锅炉疏水箱，再由锅炉疏水泵打入凝汽器进行工质回收。其次，回收到凝汽器的疏水被凝结水泵打入除氧器，再通过给水泵送入省煤器，在这个大循环的过程中会使疏水温度大幅下降，造成热量损失。第三，由于给水温度偏低，如果增加燃料量，在没有锅炉循环泵的情况下水冷壁内的工质水动力性较差，不及时带走热量会导致水冷壁螺旋管超温。第四，由于工质被排入锅炉疏水箱，造成机组补水量增加，会导致补水不足。另外，还要考虑锅炉疏水箱流量是否能满足锅炉汽水膨胀时的排量。因此，不投运锅炉循环泵的启动方式存在很多问题，在操作上也不易控制。

为了克服不投运锅炉循环泵的机组启动困难，经分析研究，提出以下措施来控制启动过程，并顺利完成了机组的启动。

图1 带锅炉循环泵的超临界直流启动系统

2.1 给水回收

为了在不投运锅炉循环泵启动时达到回收给水的目的，可利用锅炉自带的疏水扩容器系统来回收从贮水箱高水位控制阀（341阀）流出的工质，形成给水进入省煤器入口集箱，经过省煤器、水冷壁、汽水分离器，分离后的水进入下部的贮水箱，在高水位控制阀（341阀）的控制下，进入锅炉疏水扩容器后流到锅炉疏水箱，再经锅炉疏水泵打回凝汽器，实现给水回收。

表1是锅炉启动过程中在不同时期省煤器进口给水量与锅炉疏水泵回收水量的比较。

表1 启动阶段不同时期工质回收数据表

采用锅炉疏水扩容系统回收工质从根本上解决了凝汽器补水的问题，但要注意以下问题：疏水扩容系统主要用于锅炉启动和吹灰暖管时回收疏水，包括疏水扩容器、疏水箱、疏水泵、管道和阀门等设备。因此在利用锅炉疏水泵回收工质时要考虑锅炉疏水泵的容量、备用泵及对管道冲击振动问题，此时锅炉疏水泵运行温度较高，必须加强检查，防止泵体过热、振动过大而损坏。当两台泵都故障而无法投运时，应立即开启泵出口门，利用凝汽器真空使疏水回流至凝汽器，立即减少燃烧量及给水流量，严密监视水冷壁壁温和凝汽器真空、热井水位等参数，防止因热井水位低低保护跳凝结水泵。

2.2 热量回收

虽然通过上述方法可实现工质的回收，但是大量工质进入凝汽器后被冷却，带走了从水冷壁吸收的热量。为提高启动效率，减小工质与水冷壁温差，提高给水温度和回收热量，采用了高旁开启后立即投运2号高压加热器来加热给水的措施，以回收部分热量。表2是高加投运前后水侧进出口温度比较。

表2 2号髙加投运前后水侧进出口温度比较

图2 不投运锅炉循环泵启动系统流程图

2号高压加热器的抽汽取自高压缸排气逆止阀后，即冷再管道，高旁投运后便可利用蒸汽加热流过2号高加的给水，提高给水温度，起到热量回收的作用。从表2可以看出，2号高加投运后进出水温差达到70℃以上，可见加热效果明显。但是也要考虑加热器管进出口温差太大而对其产生的不利影响。

2.3 减小给水量

锅炉冷态清洗完成后，便可投运燃油系统准备点火。如果采用正常启动的给水流量，在不投运锅炉循环泵的情况下，水冷壁内水动力性不足，给水温度偏低。为了达到额定的冲转参数需要增大燃料，但是此时增加燃烧会导致锅炉水冷壁吸热过大或局部过热而发生超温。为确保锅炉的安全，可采取减小给水量的方法进行锅炉上水启动。为防止锅炉水冷壁流量低保护动作，点火前要撤出水冷壁流量低保护。

减小给水流量启动会造成不能及时把热量带走而发生管壁超温和导致工质流动不畅引起管道阻塞等问题。所以要密切监视启动参数和设备情况，避免不投运锅炉循环泵启动带来的危害，要严格控制水冷壁各管壁温升不超过111℃/h，正常时控制温升率是为了减少热应力，但此时最重要的目的是控制燃料投入速率，便于随时检查水冷壁壁温的变化趋势，发现异常可以及时增加给水，防止局部过热。控制锅炉水冷壁螺旋管圈温度各测点之间的温差不超过20℃，在点火初期及锅炉水冷壁流量控制较低时应不定时增加给水流量，以保证各螺旋管中给水的通流及管壁温度不超限，但要控制增减给水的速率及管壁温度的变化速率。

2.4 分间隔投运油枪

由于锅炉采用小流量上水，且工质动力性较差，在投运油枪时要错开间隔投运，避免油枪燃烧区域局部热负荷过高；分间隔投运也能有效防止因工质吸热不均而引起水冷壁超温。同时要防止工质温度逐渐升高、工质开始汽化时体积突然增加，贮水箱水位控制阀开启过大时，锅炉疏水箱来不及回收和因锅炉疏水泵出力受限而不能及时将水打入凝汽器。为了更好地使给水蒸发转变为蒸汽，可投运上层油枪，以增加工质的吸热，并起到工质均匀吸热的目的。

2.5 延迟燃煤投入

正常启动时，锅炉点火燃烧稳定后便可启动磨煤机投运制粉系统，但是在不投运锅炉循环泵启动的情况下，因水冷壁流量低，而制粉系统投运后会在燃烧器周围的管道聚集热量，造成局部热负荷过高，给水不能及时带走吸收的热量，从而导致螺旋管圈严重超温，所以要等到水冷壁流量达到正常情况下的最小启动流量后方可启动磨煤机投运制粉系统。正因如此，在汽轮机倒缸结束后，水冷壁流量达到500 t/h，此时便可启动一次风机，对磨煤机进行暖机，进入投煤前的准备。制粉系统启动后，协调控制高、低旁路调节阀以及分离器储水罐水位调节阀，工质逐步由湿态向干态转换，进入直流运行状态。机组进入直流运行工况后，整套控制系统投入自动运行，相应的手动控制切为自动，各部分联锁保护投入，机组进入正常运行。

3 结论

通过分析研究，探讨了配置锅炉循环泵强制循环启动系统的超临界直流锅炉在不投运锅炉循环泵时的启动方法，经过启动前的大量准备工作，拟定出详细的启动方案和事故预想。通过减小给水量，利用锅炉疏水泵回收工质和2号高加提前加热给水以及分间隔投运油枪等有效措施，成功实现了机组的启动。但采用该启动方式从点火到退出全部油枪共消耗燃油143 t，而正常冷态启动只需50 t左右，因此还有待进一步探讨更为节能的措施。

[1] 熊兴才.超临界机组锅炉的启动及控制系统[J].东北电力技术，2005，26（12）：19-22.