1000MW机组启动系统的研究

2011-04-21宁献武赵继良张冠群

东北电力技术 2011年2期

宁献武,赵继良,张冠群

（绥中发电有限责任公司,辽宁葫芦岛 125222）

锅炉启动系统是超（超）临界机组锅炉中的重要组成部分,是机组安全、经济启停、低负荷运行的重要保证。对百万级超大型机组启动系统的研究与分析具有重要的现实意义[1]。

超（超）临界机组的启动系统分为内置式和外置式,外置式启动系统由于系统配置、运行操作等非常复杂,目前已很少采用,国内新建百万级机组均采用内置式启动系统。内置式启动系统根据疏水回收方式不同又可分为扩容器式、疏水热交换器式和循环泵式,并以循环泵式和扩容器式应用较多。

1 启动系统概述

绥中发电有限责任公司发电B厂2×1 000MW超超临界机组的启动系统原为循环泵式（如图1所示）,由启动分离器、储水罐、炉水循环泵、炉水循环泵流量调节阀（以下简称360阀）、储水罐水位控制阀（以下简称361阀）、疏水扩容器、冷凝水箱、疏水泵等组成。

在锅炉启动处于循环运行方式时,饱和蒸汽经汽水分离器分离后进入顶棚过热器,疏水进入储水罐。来自储水罐的大部分饱和水通过炉水循环泵和360阀回流至省煤器入口,与锅炉给水汇合。启动系统其余疏水通过361阀后引至疏水扩容器,在疏水扩容器中,蒸汽通过管道由炉顶排至大气,水则进入凝结水箱,然后根据水质情况通过2台疏水泵排至凝汽器（水质合格）或系统外（水质不合格）。

扩容器式启动系统与循环泵式启动系统非常相似,区别在于扩容器式启动系统减少了炉水循环泵的配置,储水罐中的疏水无法通过炉水循环泵回至省煤器入口与给水混合后重新进入省煤器、水冷壁中加热,为建立循环,工质将通过361阀、扩容器排至除氧器和凝汽器（水质合格）或系统外（水质不合格）。

如取消炉水循环泵,则启动系统的疏水只能通过361阀后引至疏水扩容器,无法通过炉水循环泵回至省煤器入口与给水混合,启动系统变为扩容器式启动系统。

2 2种启动系统安全性比较

若取消炉水循环泵采用扩容器式启动系统,给水流量全部由给水泵提供,（极）热态启动时,给水泵上水时给水温度较低,将对温度较高的水冷壁产生热冲击。且上水速度要兼顾受热面壁温的变化,将延长启动时间。

图1 启动系统流程示意图

而采用循环泵式启动系统,热态、极热态启动时有炉水循环泵运行,汽泵只需补充少量（5% BMCR）温度较低的给水,加上炉水循环泵的循环水量（20%BMCR）就能保证启动流量（25%BMCR）要求,给水与炉水循环泵出口水混合,可提高给水温度,降低给水与受热面壁温温差而减小热冲击。

采用扩容器式启动系统的600 MW机组,启动时间有所延长,若满足冲转参数,主、再热汽温过高需投入大量减温水,操作不当易造成壁温大幅波动,极易造成氧化皮脱落,为机组带来隐患。

采用扩容器式启动系统后,储水罐中的疏水无法回至省煤器入口,无法通过启动疏水加热省煤器入口给水,要提供水温需增加燃料量,对于采用一级旁路的机组,再热器干烧过程中的安全性带来隐患。

361 阀后管路较长,若取消炉水循环泵而采用扩容器式启动系统,在（极）热态启动或机组停运由干态转为湿态时,汽水分离器启动疏水排放时将产生汽水两相流体,引起管路或阀门振动,某电厂1 000 MW机组曾经发生过361阀后管路严重振动故障。若采用循环泵式启动系统,炉水循环泵运行时可输出大部分启动流量,由361阀排出的部分较少,可避免管路振动。

原设计除氧器接收水源并无启动疏水,如增加启动疏水排至除氧器,需对除氧器重新进行设计。同时使用除氧器回收热量,实际上仍存在热损失。锅炉启动期间,尤其是热态启动过程中,除氧器不能回收冷凝水的所有能量。此外,能回到除氧器流量的多少取决于除氧器内的情况及除氧器设计上的限制（如最大给水温度/压力、温升、水位等）。国外通常将启动疏水排入凝汽器和除氧器。启动疏水排入凝汽器有利于工质的回收,最大限度地回收了热量。但由于锅炉启动疏水压力高,流量和压力波动大,除氧器控制系统较难调节。一旦除氧器发生破裂,威胁很大。我国《电站压力式除氧器安全技术规定》中也不推荐锅炉启动疏水进入除氧器。目前,大部分国家都不选择锅炉疏水排至除氧器,选择的是凝汽器[2]。

虽然启动系统原设计也有排至凝汽器的管路,但如果取消炉水循环泵凝汽器将存在以下问题。

a.凝汽器的接收能力。凝汽器设计接收锅炉启动疏水参数：700 t/h、0.117MPa（a）、104℃、焓值436 kJ/kg。锅炉启动过程中保证安全的启动流量为765 t/h,启动过程发生汽水膨胀期间的流量将大于启动流量,而且（极）热态启动时炉水温度较高,再加上减温水量远大于700 t/h,如果取消炉水循环泵,启动过程中凝汽器的接收能力可能不足。

b.凝汽器背托式疏水扩容器超压。如果取消炉水循环泵,在机组（极）热态启动或机组停运由干态转为湿态时,大量温度较高的饱和水由锅炉排入凝汽器背托式疏水扩容器,由于饱和水温度较高,与之对应的饱和压力相应升高,导致凝汽器背托式疏水扩容器超压,同时对其余排入凝汽器背托式疏水扩容器的疏水形成排挤作用,不利于其余疏水的正常排放。

c.凝结水温度升高。机组（极）热态启动或机组停运由干态转为湿态时,如果取消炉水循环泵,则由启动系统排至凝汽器的水温较高,且水量也较炉水循环泵运行时大很多。由于凝汽器热井里的水已是饱和水,此时如果排入大量温度较高的炉水,将引起凝结水温度升高,当高于凝汽器压力下的饱和温度时,将可能引起凝结水泵入口发生汽化。

d.如果凝结水温度升高至50℃时,将对树脂的安全性能产生影响,需退出单元除盐装置运行,此时将影响水质,启动时会增加锅炉清洗时间和水量。

无论工质排至除氧器或凝汽器,都必须增加减温系统,若减温系统故障,将严重威胁除氧器或凝汽器的安全。

某东方600MW超临界机组采用扩容器式启动系统,锅炉汽水分离器启动疏水排至凝汽器,在启动调试中由于启动疏水排放引起凝汽器背包式疏水扩容器超压,其余疏水不能正常疏入,与疏水扩容器相连的其余疏水管道阀门振动,管道内部测温元件吹损,凝结水温升高,凝结水泵有汽蚀迹象等一系列问题,导致机组无法正常启动及疏水不能回收[3]。同时取消炉水循环泵,虽简化了冷却水管路、过冷水管路等辅助系统,但需增加减温、暖管等系统,在一定程度上系统并未简化多少。

3 2种启动系统经济性比较

循环泵式启动系统与扩容器式启动系统相比,能够回收更多的热量,同时可减小工质损失,炉水再循环确保了炉水本身所带的热量基本都回至炉膛水冷壁,在启动的大部分时间内,热损失和工质损失很小。

循环泵式启动系统与扩容器式启动系统在排放水量上有较大区别,后者在锅炉整个启动过程中,从炉膛水冷壁来的水被连续排放,导致大量的热损失和工质损失,与此相比,循环泵式启动系统只需要在锅炉启动早期（汽水膨胀阶段）排水到扩容器中,由于排放的水是处于大气压力下的饱和水,所以热损失很小。

扩容器式启动系统是通过给水泵来提供必须的水冷壁最小流量,而循环泵式启动系统则是通过炉水循环泵的循环流量来保证大部分给水流量,给水泵只需提供一部分,因此给水泵的耗功相对要少很多;对于扩容器式启动系统,启动过程所有最小流量的水都在炉膛中被加热,没有蒸发成水蒸气的部分则携带从炉膛吸收的热量被排至扩容器中,循环泵式启动系统由于排放水量很小,其热损失也很小,启动过程中总的热损失约为疏水式启动系统的3%。

3.1 启动系统热损失[4]

为计算直流炉在启动过程中的热量损失,西安交通大学与哈尔滨锅炉厂有限责任公司曾联合对600 MW锅炉在启动流量为35%BMCR情况下,通过OTBSP程序对锅炉的冷、热态启动过程进行模拟,获得了汽水膨胀、工质损失、热量损失等启动特性值,根据有关资料数据,按带泵系统在启动过程中总的热损失约占疏水式启动系统的3%计算,分析结果如表1所示。

由表1数据可见,对1 000MW等级机组锅炉,在启动流量为35%BMCR情况下,冷态启动1次,循环泵式启动系统比扩容器式启动系统节省近250万元,热态启动1次则节约80多万元。