探析超临界直流锅炉启动系统的结构运行特点和控制方式

【摘要】对600MW超临界直流锅炉的启动系统的结构特点进行了详细的分析，经过不同类型的比较突显出带炉水循环泵的启动系统独特优势。并针对启动过程中其运行特点和注意事项进行了详细的阐述，还着重说明了在整个启动过程中的控制策略，仅供业内同行参考。

【关键词】超临界直流；启动系统；结构特点；控制方式；炉水循环泵；内置式

随着超临界火电技术的发展和商业化规模的应用，“节能减排、改善环境”已经成为未来火电发展的重要课题。提高机组的效率和环保性是非常重要的，而采用启动系统的直流炉不仅保证了设备的安全性，同时在提高机组效率和经济性方面也比较显著。目前，国产化超临界直流锅炉的启动系统一般可分为内置式和外置式两种。内置式启动系统又可分为扩容器式、疏水热交换式及循环泵式，对于带循环泵启动系统，就其布置形式有并联和串联两种。我厂#1、#2锅炉均采用带循环泵呈串联布置的启动系统，包括汽水分离器、循环泵、大气式扩容器、集水箱和暖管系统。此系统提高了水冷壁在低负荷下运行的可靠性和经济性以及机组对负荷变化的跟踪性能，本文将主要以带循环泵串联布置的内置式启动系统的结构特点和运行中的控制方式及其注意事项进行阐述。

1、我公司直流锅炉简介

大唐彬长发电厂Ⅰ期工程2X630MW超临界机组，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，采用单炉膛四角切圆燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架悬吊结构、露天布置、∏型燃煤锅炉，型号SG-2084/25.4-M，是上海锅炉有限公司在吸收Alstom—Power Lnc.，USA公司超临界锅炉设计制造技术的基础上制造的，以确保机组的可用率和获得高的經济性。

2、带循环泵串联布置的内置式启动系统的结构特点和运行优势

2.1启动系统的作用和特点

2.1.1建立启动压力和启动流量，保证给水连续地通过省煤器和水冷壁，并保证水冷壁的足够冷却和水动力的稳定性。2.1.2回收锅炉启动初期排出的热水、汽水混合物、饱和蒸汽以及过热度不足的过热蒸汽，实现工质和热量的回收。2.1.3固定蒸发受热面终点，实现汽水分离，从而使给水量调节、汽温调节和燃烧量调节相对独立，互不干扰。2.1.4根据需要还可设置保护再热器的汽轮机旁路系统，以此实现系统的快速、经济启动，简化启动操作。

2.2我公司直流炉启动系统的工作流程和主要组成

我公司Ⅰ期锅炉采用带循环泵的内置式分离器系统，在锅炉的启动及低负荷运行阶段，炉水循环泵确保了在锅炉达到最低直流负荷之前的炉膛水冷壁的安全性。在炉前沿宽度方向垂直布置2只汽水分离器，其进出口分别与水冷壁和炉顶过热器相连接。每个分离器筒身上方切向布置4根进口管接头，顶部布置有2根至炉顶过热器管接头，下部布置有一个疏水管接头，汽和水的引出方向应与汽水引入管的旋转方向相一致，以减少阻力。分离器内设有阻水装置和消旋器。分离器的设计参数应按全压设计，能适应变压运行锅炉快速负荷变化和频繁启停的要求。疏水扩容器的最高工作压力小于1.0MPa。

2.3汽水分离器作用

⑴组成循环回路，建立启动流量。⑵蒸汽进入过热器系统，分离出来的水通过启动系统进入扩容器，使分离出来水的质量和热量得以回收。⑶在启动时它能起到固定蒸发终点的作用，这样使汽温、给水量、燃料的调节成为互不干扰的独立部分。⑷在35%负荷以上运行时，分离器呈干态，也就是进入了纯直流运行。此时，分离器只起一个通道作用。⑸提供启动和运行工况下某些参数的自动控制和调节信号的信号源（即作为中间点温度）。

2.4炉水循环泵的运行特点

炉水循环泵属串联布置，有分离器下降管或锅炉给水管两路水源，因此在启动条件上满足分离器水位大于6米或省煤器入口流量大于680T/h任一即可。炉水循环泵首次启动前必须进行充水排气而且其操作要自下而上缓慢进行，直至把机内空气排干净为止。当机组负荷高于30%BMCR时，锅炉进入纯直流运行工况，循环泵可以停运，也可继续运行，待主汽流量稳步上升到937T/H时自动停运。在循环泵运行中，当对分离器压力过低、水位过低、入口静压头过低、省煤器入口流量过低<500T/h以及过冷水量（<17m3/h），较低时 ，循环泵入口汽化或冷却不良（电机腔室温度超过65℃）等不安全的运行工况，此时循环泵将跳闸，导致给水量过低，严重威胁水冷壁安全。

2.5带循环泵串联布置的内置式启动系统的特点

2.5.1带循环泵型和简单疏水扩容型启动系统的比较：⑴带泵的启动系统能够回收更多的热量，同时也可减少工质损失。⑵对于疏水型的启动过程，所有最小流量都在炉膛中被加热，没有蒸发成水蒸气的部分则携带着从炉膛吸收的热量被排到扩容器中。与此相反，带泵的启动系统由于很小的排放量，其热损失也很小，其启动过程的热损失大约为疏水型启动系统的3%。⑶在扩容器中，热量和水都被损失。当含有高热量的排放水进入扩容器后，在接近大气压力下转化为大量蒸汽和水的混合物被损失掉。而对于带泵的启动系统，所有的水都被回收了，其中包括在汽水膨胀期间排到扩容器中的水。⑷带泵的启动系统在启动的整个过程中能100%吸收疏水热量，可有效缩短冷太和温态启动时间。更适合于频繁启动、带循环负荷和两班制运行机组。

2.5.2循环泵和给水泵呈串联布置的启动系统具有以下优点：⑴进入循环泵的水来自分离器下降管或锅炉给水管或同时从这两者中来；⑵保证了各启动过程中泵的流量恒定；⑶锅炉给水的欠焓可增加循环泵的净吸压头；⑷当分离器由湿态转向干态时，疏水流量为零，可保证分离器平滑地从湿态转向干态，不用进行循环泵的关停操作。

3、启动运行过程和控制

3.1我公司启动系统的主要保护逻辑和参数意义：

3.1.1启动分离器出口蒸汽温度（即中间点温度）高超限（≥457℃ 2选，左右或）触发MFT；3.1.2省煤器入口流量低（≤600.2T/h 3取2）触发MFT；低（<500T/h）跳炉水泵；

3.1.3负荷小于30%且启动分离器水位高（≥14.5m 2选，左右或）触发MFT；3.1.4分离器水位：启动分离器总高度21米，总容积11立方米。水位控制最低2米，高14.5米MFT，即汽水膨胀时的最大缓冲容积仅6立方米。在冷态点炉时，汽水膨胀阶段发生在启动分离器压力0.5MPa以前，热态点炉发生在点火后。3.1.5中间点温升率和中间点过热度。中间点温升率给了运行人员提供控制过热汽温的方向及所使用手段的大小；中间点过热度给运行人员提供控制过热汽温的一个量化的概念；异常工况下，水煤比仅能作为控制中间点温度或过热汽温的一种参考，不能与正常运行水煤比值进行对比来作为调节的依据。

3.1.6过热器进水保护。取分割屏进口导汽管蒸汽温度与启动分离器出口温度差值形成DT，当分离器水位超过14.5米且此温差小于3℃并报警，则说明分割屏处可能进水。

3.2启动系统的运行过程和控制事项

3.2.1启动阶段：冷态启动时，先进行冷态清洗，水质合格后，关闭HWL閥。分离器水位正常后，启动循环泵（首次启动要电动排气），锅炉点火，进行热态清洗，通过炉水质量来确定是否升温升压。升温升压进行过程中，汽水分离器分离的水逐渐减少，在汽水分离器进口的水全部变为蒸汽时，汽水分离器为干态运行，此时锅炉进入直流运行状态，炉水循环泵停运，炉水泵出口调阀关闭，机组进入直流运行状态。

3.2.2启动阶段的控制方式：此阶段是以控制分离器水位和省前流量为主，即炉水循环泵出口调阀主要控制本生流量，其开度根据省煤器入口流量设定值与实际流量的偏差来调节，用分离器水位加以流量修正。

3.2.3启动阶段控制的注意事项：水位的调节要根据变化趋势缓慢调节，避免猛增猛减。水位的猛增猛减只会导致水位波动更大。在增加给水流量时，先提升给水泵转速，后开大给水调节阀；减小给水流量时，先关小给水调阀，后降低给水泵转速。

3.2.4启动阶段转直流运行阶段：随着蒸发量的增加，逐渐开大给水调门或增大给水泵转速，直到给水倒至主路运行。随着负荷增加.炉水泵和给水泵控制的给水流量稳定不变，当总燃料量的缓慢增加，分离器出口过热度的建立，以及分离器水位的消失，自然完成由湿态运行到干态运行的转变，即纯直流运行。机组负荷一般在180MW～210MW（这与汽温、汽压、真空等参数有关）左右即完成此方式的转变。

3.2.5转直流运行后的控制方式：机组进入直流状态，给水控制与汽温调节和启动阶段控制方式有明显不同，给水不再控制分离器水位.而是和燃料一起控制汽温。直流炉的水煤比参数是一个区别汽包炉的表征参数，值班员根据其变化可提前控制，从而保证过热器入口温度的稳定。

3.2.6转直流运行控制的注意事项：保持省前流量不变（一般在800t/h）左右，缓慢的继续增加燃料量，中间点过热度开始正向增大，就顺利的转态了。转直流后，锅炉由汽包调整特性转变为直流炉调整特性，此时要及时增加l台磨煤机，增加燃料量，尽快提高机组负荷，使燃料跟上负荷变化，防止频繁转换。

4、结论

超临界直流锅炉的启动系统在技术和功能上已逐步成熟，在启动控制的灵活性和锅炉运行以及启动系统的安全可靠性方面有了很大提升，也保证了大机组在启动阶段和低负荷运行的经济性，与其它启动系统相比，带炉水循环泵的技术优势十分明显，但应就其运行特点和控制策略仍需继续探索和优化。

作者简介

高飞（1980.9-）；男；汉；籍贯：山西兴县；本科/工学学士；工作单位：（2007.07-2015.05）大唐彬长发电有限责任公司、（2015.06-至今）大唐延安热电厂；研究方向：火力发电厂超临界机组运行分析及调整控制策略。