600MW超超临界机组启动特性研究

黄思源 彭勇 张志

摘要：火电在我国的电力结构中占据着重要的地位，随着人们电力需求的不断增加，由火电带来的能源浪费问题和环境污染问题也越来越严重。实践证明，超超临界技术是解决能源问题和环境问题的一项新的清洁煤发电新技术。本文介绍了超超临界直流锅炉两种常用的类型，并从启动压力、启动流量、工质膨胀三个方面分析了超超临界直流锅炉的启动特性。为超超临界技术在我国火电项目上的应用提供指导意义。

关键词：超超临界直流锅炉；启动系统；启动特性

随着经济和社会的发展，人们对电力的需求不断增加。火电机组在我国的发电设备结构中所占比重最大，约为7s%o左右。煤是火电机组的主要燃料，燃煤所产生的的烟气和粉尘对环境的破坏十分严重。因此积极研发新的煤电技术具有十分重要的意义。实践证明，发展超超临界大型火力发电机组，能够提高能源的利用率，能够达到环保的基本要求，具有很高的经济性、安全性和适应性。

超超临界机组的锅炉普遍采用直流炉，在直流炉中，给水控制系统、燃烧控制系统和气温控制系统没有被汽包相互隔离，因此需要锅炉启动系统保障机组的安全和有效运行。

一、超超临界直流锅炉启动系统的分类

超超临界直流锅炉的启动系统主要有两类，一类是外置式启动分离器系统，一类是内置式启动分离器系统。这两类系统各有自己的特点。

（一）外置式启动分离器系统

外置式启动分离器在机组正常运行时是不发挥作用的，只有当机组启动和停运时才开始运行。这样一来，当机组需要停运时，运行过程中产生的过热气温会对处于冷态的分离器产生强烈的热冲击，分离器中大量的阀门和零部件在热冲击的作用下容易损坏。不过该种分离器在设计时一般都为中压容器，从制造工艺上来说，相对比较简单，制造成本不是很高，对于定压运行的机组来说，也有其可取之处。

（二）内置式启动分离器系统

锅炉无论是启停时还是正常运行时，内置式启动分离器系统都会发挥作用。锅炉正常运行时，分离器只是发挥蒸汽通道的作用，只有在锅炉低负荷运行或启停时，分离器才会处于湿态运行状态，发挥汽水分离的作用。因为是内置式，所以该种分离器不需要解列操作，在操作上更容易实现自动控制，也不会产生因解列操作带来的汽温波动。因为系统简单、操作方便，该类分离器广泛应用于各国的超超临界机组中。

内置式启动分离器系统又分为大气扩容器式、循环泵式和热交换器式三种类型。这三种类型的疏水回收系统各不相同。大气扩容器式分离器首先是把疏水引到容器的回收箱，然后排入凝汽器进行工质回收，同时还可以把疏水导入除氧器，加热除氧器水回收热量。循环泵式分离器是通过循环泵把疏水打进水冷壁进行循环。热交换器式分离器是通过热交换器使疏水为锅炉给水加热，然后排入除氧器水箱。我国普遍采用的是大气扩容器式分离器和循环泵式分离器。

二、超超临界直流锅炉启动特性

我们分别从启动压力、启动流量、工质膨胀、启动过程、启动速度五个方便分析超超临界直流锅炉的启动特性。

（一）启动压力

启动前锅炉水冷壁中的初始压力即为启动压力，直流锅炉受热面的水动力的稳定性和启动压力有直接的关系，启动压力高，水动力的稳定性就好。启动压力与工质膨胀现象也有直接的关系，启动压力高，工质膨胀量就小。所以从水动力特性和工质膨胀现象这两个因素来说，应该提高启动压力。不过，启动压力越高，对节流阀的磨蚀就会越严重，给水泵的耗电量也会加大。所以启动压力并不是越高越好，我们应该设置合适的启动压力。由于我们普遍采用螺旋管圈或垂直内螺纹管式水冷壁，水动力的稳定性受启动压力的影响较小。锅炉在冷态或温态的状态下，启动是不需要压力的，因此是零压启动。锅炉在热态或者极热态状态下启动，需要一定的压力，我们可以通过加大分离器排放阀容量的方式解决工质膨胀时水的排放问题。

（二）启动流量

启动流量与水动力稳定性、热量损失和扩容器容量有直接关系。启动流量小，受热面承受的重量和流速就小，热量和工质损失就小。但是因为流量小，不利于受热面的冷却，水动力的不稳定性就会增加。如果启动流量大，受热面可以有效冷却，但是热量和工质的损失也会加大。因此从热量和工质损失的角度，我们不建议设置过大的啟动流量，但是启动流量也要保证受热面的有效冷却和水动力的稳定性。

（三）工质膨胀

分离器受热面加热水温，疏水进入水冷壁后，随着炉膛内温度的进一步升高，水冷壁中会有一部分水会变为蒸汽，由于蒸汽的比容要比水高很多，因此会引起局部增压，从而把后部未汽化的水挤压出去。这样锅炉出口的流量就会超过给水量，这种现象就是工质膨胀现象。工质膨胀量与启动压力、启动流量、给水温度、燃料的投入速度都成正比关系。并且与分离器的位置和锅炉的型式也有一定的关系。因此锅炉的启动系统在设计时充分考虑了工质膨胀现象，以使在工况最恶劣的情况下，也能有效控制工质膨胀。

三、总结

超超临界技术是一项新的清洁煤发电新技术，它的经济性、清洁性、安全性、高效性都经过了大量的实践都和验证，在各方面都突显了在发电技术上的先进性。超超临界直流锅炉启动系统是超超临界机组上的一项关键技术，它对超超临界机组起着至关重要的安全保障作用。我们应该积极引进国外在这方面的先进技术，不断增强自己的研发能力，并在实际应用中不断积累经验，使得超超临界技术在火力发电中得到更广泛的普及和应用。

参考文献：

[1]史政林.国产600MW超临界机组启动过程振动特性分析[D].华北电力大学（北京），2009.

[2]曹艳.大型超（超）临界直流锅炉蒸汽加热启动技术研究[D].上海电力学院，2014.