W型超临界锅炉启动系统及其自动控制特点

李有信，王磊，刘静宇

(河南电力试验研究院，河南 郑州 450052)

0 引言

对于W型超临界直流锅炉而言，启动初期为了减少流动的不稳定性和保持水冷壁管壁壁温低于允许值，必须保证炉膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值。为此，设置了专门的启动系统以满足锅炉在启动、低负荷运行及停炉过程中对水冷壁管内最小流量的要求，从而保护炉膛水冷壁管。启动系统在W型直流锅炉的启动和停炉过程中起着重要作用，本文就国电荥阳煤电一体化有限公司W型超临界直流锅炉的启动系统及其自动控制策略进行介绍。

1 锅炉概况

国电荥阳煤电一体化有限公司2×600 MW超临界锅炉是由北京巴布科克·威尔克斯有限公司生产的超临界参数、垂直炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的W型火焰锅炉。锅炉型号为B＆WB-1950/25.4-M。煤种为荥阳本地无烟煤，校核煤种1为荥阳郑庄矿无烟煤，校核煤种2为新密超化矿贫煤。锅炉配有带炉水循环泵的内置式启动系统。

2 启动系统构成

直流锅炉的启动系统分为分离器外置式启动系统和分离器内置式启动系统2大类，该锅炉采用分离器内置式启动系统，即分离器和过热器之间无隔绝阀门，启动系统按全压设计。

该启动系统由立式布置的内置式分离器、储水箱、炉水循环泵、381调节阀、382调节阀、383调节阀、341气动调节阀等组成，具体布置如图1所示。

该锅炉启动系统配有1台额定流量为810 m3/h的炉水循环泵，在锅炉启、停和低负荷运行时，通过炉水循环泵在启动系统和省煤器及炉膛水冷壁之间建立有效的循环，将炉膛水冷壁排出的热水返还到省煤器和水冷壁，以减少能量损失和工质。

图1 启动系统简图

3 带有炉水循环泵启动系统的优点

3.1 启动过程回收工质和热量

建立炉水循环，首先将给水泵流量减小至7%BMCR，其中约4%BMCR(78 t/h)的流量直接经过高压加热器进入省煤器，另外约3%BMCR(58.5 t/h)流量通过383调节阀进入贮水箱以向炉水循环泵提供过冷水保护。然后启动炉水循环泵，开启381调节阀，使进入炉膛的流量高于炉膛最小流量值。在启动过程中，排入疏水扩容器的流量约7%BMCR，可以通过启动排水泵进入冷凝器。

3.2 提高冲洗效率

采用循环泵与给水泵联合运行，可以减小冲洗水量，获得较高的水冷壁的管内流速，减少冲洗用水，节省冲洗时间。

3.3 启动灵活

汽水分离器采用较小壁厚，热应力小，温态启动，热态启动，极热态启动都比较灵活。

3.4 均匀分配蒸汽流量

启动系统也能起到水冷壁出口集箱与过热器之间的温度混合作用，均匀分配进入过热器的蒸汽流量。

4 启动系统运行模式

用锅炉给水泵以10%BMCR的流量向锅炉上水，直至储水箱中水位升到正常水位。初次启动或长期停炉后，机组应进行冷态和温态冲洗，将给水泵流量增至30%BMCR，以清除给水系统中的杂质，冲洗水的排放由疏放系统完成。

锅炉启动:在整个启动期间，启动系统的再循环水量与给水量之和始终保持在30%BMCR流量左右。在锅炉点火后不久，水冷壁的水被加热，形成气泡，产生汽水膨胀，使锅炉中的水被迅速排到贮水箱，水位迅速上升至高水位或高高水位。此时，2个341气动调节阀高水位控制阀应迅速打开，以便将水排出至扩容器，扩容后的蒸汽排往大气，水进入混温箱。若水质合格，通过启动排水泵将工质回收至冷凝器，不合格则排向机组排水槽，如图2所示。随着蒸汽的产生及产汽量的增加，贮水箱的水位不断降低，通过381调节阀来调节储水箱的水位，直至最低直流负荷之前。

启动系统的热备用:当锅炉过热器出口主蒸汽流量达到30%BMCR时，锅炉进入直流运行模式。之后，炉水循环泵停运，383调节阀关闭，启动系统停运。在炉水循环泵停运期间，如果水位升高，则341气动调节阀打开。锅炉负荷大于40%BMCR时，384调节阀暖管系统控制阀打开，用省煤器出口的少量热水来加热炉水循环泵和341气动调节阀，使启动系统处于热备用状态。

5 启动系统控制策略

在锅炉给水自动控制系统中设置了省煤器入口流量控制器和焓值控制器，在锅炉启动和湿态运行时，主要运用省煤器来控制锅炉的上水，转入直流后，利用焓值控制器控制。省煤器入口流量为炉水循环泵出口流量和主给水流量之和。381调节阀自动跟踪储水箱水位来控制炉水循环泵出口流量。在主给水旁路投运时，由旁路调阀控制给水流量，给水旁路切主路后，由汽泵转速控制给水流量，如图3所示。启动系统中调节阀的控制见表1。

6 启动系统的控制过程

表1 启动系统中调节阀的控制

6.1 建立炉水循环

冲洗合格后，启动炉水循环泵，通过381调节阀控制炉水循环泵出口流量在580 t/h，此时383调节阀过冷水流量80 t/h。给水旁路调门控制给水泵流量80 t/h。投381调节阀和给水旁路调节阀自动，设定省煤器入口流量为650 t/h，大于水冷壁最小流量。2个高水位控制阀(341-1气动调节阀、341-2气动调节阀)处于自动状态，控制贮水箱的水位。

6.2 锅炉点火

炉膛吹扫完成后，锅炉点火。

6.3 160 t/h主汽流量

随着蒸汽的产生，水位开始下降，341-1高水位气动调节阀逐渐关小保持一定的高水位。一部分蒸汽用于升压，其余的经疏水、放气和临时系统用于暖管和再热器保护。当分离器的蒸汽量超过总给水流量时，储水箱的水位下降到高水位的下限以下，341-1高水位气动调节阀关闭，但2个341B高水位气动调节阀仍然开着，以备341高水位气动调节阀随时开启来处理由任何扰动引起的贮水箱水位升高，即时起381调节阀开始控制贮水箱的水位。

6.4 直流运行

随着制粉系统的投运和产汽量的增加，储水箱水位进一步下降，为了减小扰动对水位的影响，省煤器入口流量要略大一些(800 t/h)。主给水达到主路运行条件，给水切主路运行。当主给水流量达到600 t/h时，停止炉水循环泵运行，省煤器入口流量通过汽动给水泵控制上水流量，设定省煤器入口流量为600 t/h，锅炉转入直流运行。投入焓值控制器，通过中间点温度实现自动控制。

7 结束语

该启动系统设计了疏水扩容器和混温箱，将锅炉点火初期排出的水经过冷却后通过启动排水泵进入冷凝器进行再循环。特别是在冲管和冷态启动期间，节省了大量的工质。炉水泵的连续运行，也减小了在启动期间给水温度偏低对锅炉管壁的热冲击。但此系统的缺点是初投资大，特别是疏水扩容器和混温箱的容积较大，在基建初期应注意基础的处理。

［1］范从振.锅炉原理［M］.北京:水利电力出版社，1986.

［2］白国亮.锅炉设备运行［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［3］瞿七九.600 MW超临界锅炉燃料控制系统特点及优化［J］.华电技术，2011，33(2):49-52.