1、前 言
新一代超臨界機組的啟動系統(tǒng)多數(shù)采用內置式分離器和帶有循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)。采用內置式分離器的最大優(yōu)勢是汽水分離器串連在汽水管道上，減少了分離器進出口的高壓閥門數(shù)量。機組啟動時，分離器起汽水分離的作用；啟動系統(tǒng)解列時，分離器不起汽水分離作用，而是充當蒸汽連通管道。
根據快速起停和靈活的機組負荷跟蹤性能的需要，啟動系統(tǒng)可采用不同的形式：即擴容器和帶有再循環(huán)泵等形式。帶有擴容器的啟動系統(tǒng)初投資比較低，啟動操作比較簡單；而采用引進技術國產化的新一代600 MW超臨界機組多數(shù)采用帶有再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)。該系統(tǒng)對提高機組快速啟停性能和保證水冷壁在30%～35%MCR以下范圍內的運行安全性具有良好的性能和比較成熟的技術。本文重點針對帶有再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)進行分析。富通新能源生產銷售
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2、超臨界600 MW機組的啟動系統(tǒng)
啟動系統(tǒng)由啟動分離器、再循環(huán)泵、貯水箱、水位控制閥、截止閥、管道及附件等組成。啟動系統(tǒng)的主要管道包括：過冷水管道(383)，循環(huán)泵入口管道(380)，循環(huán)泵出口管道(381)，高水位控制管道(341)，循環(huán)泵旁路管道(382)及暖管系統(tǒng)管道(384)等。啟動系統(tǒng)中設置有循環(huán)泵，通過循環(huán)泵建立蒸發(fā)系統(tǒng)的工質循環(huán)，保證水冷壁在低負荷下有良好冷卻效果所需的最小流量。給水經省煤器和水冷壁加熱后，形成汽水混合物，流入汽水分離器，經汽水分離后的熱水被循環(huán)泵重新送入省煤器。采用循環(huán)泵可減少工質流失及熱量損失，提高機組的啟動速度和對跟蹤負荷變化的適應性能，節(jié)省啟動燃料，提高電廠的經濟性，同時可減少啟動時對鍋爐的熱沖擊。
超臨界600 MW機組的啟動系統(tǒng)采用2個啟動分離器，在鍋爐啟動過程中和低負荷運行時可進行有效的汽水分離。啟動分離器為直立式布置，其結構型式為圓柱形筒體、球形封頭、筒體及封頭材料均為SA-335P91。
貯水箱為圓柱形結構，內徑為732.9 mm，長度約為22.5 m，具有足夠的水容積和汽擴散空間。貯水箱上設置有水位測點、壓力測點、溫度測點、放氣、疏水接頭等。
3、循環(huán)泵的投運條件和工作特點
為了保證機組正常啟動，避免啟動系統(tǒng)的誤動作，鍋爐循環(huán)泵由運行人員啟動。
循環(huán)泵啟動允許條件為循環(huán)泵冷卻水正常，循環(huán)泵出口至分離器儲水箱之間的再循環(huán)閥(382)開啟。
當負荷低于29%BMCR時，為保證水冷壁系統(tǒng)的正常冷卻，循環(huán)泵投入運行。如果此時循環(huán)泵處于自動狀態(tài)，并且循環(huán)泵啟動條件滿足時，循環(huán)泵將自動復位。
當機組負荷高于31%BMCR時，鍋爐進入純直流運行工況，循環(huán)泵應關閉。
當貯水箱中壓力過高、水位過低、入口靜壓頭過低及過冷水量較低時，循環(huán)泵處于超壓、入口汽化及冷卻不良等不安全的運行工況，此時循環(huán)泵將跳閘。
4、啟動系統(tǒng)的功能及控制方式
4.1設置省煤器排氣功能
鍋爐上水時，為避免流動的不穩(wěn)定或流量分配不均以及防止受熱面的氧腐蝕，必須排放掉省煤器中的空氣，故應開啟省煤器放氣閥( 302-1，302-2)。當MFT復位時，省煤器放氣閥連鎖關閉，避免運行過程中因閥門開放而引起水冷壁缺水干燒事故。這一功能與亞臨界鍋爐啟動排氣的功能一致。
4.2貯水箱水位控制功能
當系統(tǒng)處于直流運行狀態(tài)時，循環(huán)泵停止運行，通過387閥門來控制貯水箱中的水位，避免貯水箱滿水或缺水，它類似于汽包水位控制。為了能夠隨時根據負荷變化啟動循環(huán)泵，專門設置的暖管系統(tǒng)應投入運行，以保證循環(huán)泵系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。
當循環(huán)泵處于運行狀態(tài)或減溫器關斷閥關閉時，387閥連鎖關閉。
4.3專門設置的循環(huán)泵過冷水調節(jié)功能為循環(huán)泵安全運行提供必要條件
由于循環(huán)泵處于飽和水狀態(tài)，一旦壓力降低，就有汽化的危險。因此由給水泵出口至儲水箱的過冷水系統(tǒng)將少量未經高壓加熱器加熱的給水送至貯水箱，為冷卻循環(huán)泵提供過冷水，并保證循環(huán)泵入口凈壓頭，防止循環(huán)泵入口的水發(fā)生汽化，同時也避免省煤器沸騰。
當爐水達到要求的質量后，建立了正常的循環(huán)，準備點火前，應開啟383閥門，調節(jié)過冷水流量，使其滿足循環(huán)泵入口靜壓頭的要求。
當再循環(huán)管路的381閥門即將關閉時，由383閥門將過冷水流量減至0。當貯水箱水位達到高水位時，383閥門連鎖關閉。
4.4專門設置暖管系統(tǒng)使啟動系統(tǒng)隨時處于熱備用狀態(tài)
暖管系統(tǒng)的作用是當鍋爐處于直流運行，啟動系統(tǒng)處于停運狀態(tài)時，從省煤器出口引出少量溫度較高的水至循環(huán)泵管路和高水位控制管路，使啟動系統(tǒng)一直處于熱備用狀態(tài)。一旦機組負荷降低，啟動系統(tǒng)投運時，可減少工質對啟動系統(tǒng)的熱沖擊，尤其是減少對循環(huán)泵的熱沖擊。
4.5貯水箱高水位控制可防止分離器帶水運行
當循環(huán)泵未投運時，341閥用來控制貯水箱的高水位，并且當381閥與387閥同時控制貯水箱水位時，優(yōu)先采用341閥控制貯水箱高水位。當水位達到L2，時，341-1和341-2全開，水位為L2時，2閥全關。鍋爐點火后不久，爐膛中的水被加熱，產生氣泡，并迅速膨脹，儲水箱水位將迅速上升，此時341閥應有預動作，以保證汽水膨脹時能迅速開啟。
當341閥需要開啟或機組負荷<30%，閥341B-1及341B-2應連鎖開啟。
貯水箱水位控制方式如圖2所示。
4.6水冷壁循環(huán)流量控制是本系統(tǒng)的核心技術
鍋爐點火后，當通過分離器的蒸汽流量達到約7 %BMCR，且蒸汽流量等于給水泵流量時，341閥關閉，循環(huán)泵停止運行。此時由381閥控制貯水箱的水位。當貯水箱水位達到Ll'時，381閥全開；水位為Ll時，381閥全關。
當循環(huán)泵投運時，381閥應始終處于開啟位置。
當循環(huán)泵開啟時，381-SC閥開啟；循環(huán)泵關閉時，381- SC閥關閉。
4.7專門設置保證循環(huán)泵最小流量的循環(huán)泵再循環(huán)管路
循環(huán)泵運行時，在任何工況下都必須保證循環(huán)泵安全運行的最小流量。循環(huán)泵的最小流量一般為5%BMCR。
當立式分離器進入干式狀態(tài)，從循環(huán)泵通過381閥的流量小于循環(huán)泵最小流量時，382閥會自動開啟。
當通過381閥門的流量超過循環(huán)泵最小流量時，382閥門應關閉。
5、機組啟動過程中啟動系統(tǒng)的運行特點
5.1鍋爐上水
鍋爐冷態(tài)啟動時，首先通過給水泵給鍋爐上水。在此期間省煤器放氣閥打開，以便排除省煤器中的空氣。當貯水箱中的水位達到高水位后，高水位控制閥(341)開啟，以控制貯水箱中的水位。
在點火之前，保持給水流量約30 %BMCR，給水品質應符合標準要求。如果給水品質不良，可以用給水泵將水送入水冷壁，經汽水分離器后，由貯水箱排至冷凝器，進入水處理設備處理。對于嚴重污染的水，可就地排放。
給水品質滿足要求后，給水泵流量減小至7% BMCR，其中4%BMCR的流量直接進入省煤器，另外3%BMCR流量經過冷水管道進入貯水箱。當負荷增加至>7%BMCR時，給水流量隨著負荷的增加而增加。在循環(huán)泵運行的工況下，水冷壁的流量一直保持不低于30%BMCR。
機組啟動時，給水泵流量和再循環(huán)泵流量的控制特性如圖3所示。
5.2啟動再循環(huán)泵
給水品質滿足要求后，可減小給水泵流量，啟動再循環(huán)泵，建立水冷壁的工質循環(huán)。此過程中，分離器和貯水箱與汽包的作用相同，貯水箱水位由高水位控制閥控制。
5.3鍋爐點火及受熱面保護
如果所有的啟動條件和聯(lián)鎖保護就緒，鍋爐就可以點火。
鍋爐點火時，還需要特別注意受熱面的保護問題。
點火初期，水冷壁和省煤器中由再循環(huán)泵提供足以冷卻受熱面的熱量，即進入省煤器和水冷壁的流量為30%BMCR。而過熱器和再熱器中無蒸汽通過，處于干燒狀態(tài)，需要設置專門的措施保護。為此，必須限制燃料量和燃料投放速度。
當過熱器和再熱器未建立足夠的蒸汽流量之前，監(jiān)視保護爐膛出口的煙氣溫度，并確保進入過熱器區(qū)的煙溫不高于過熱器金屬材料的允許溫度，同時考慮煙溫偏差的影響，應監(jiān)控煙溫不高于538'C。當過熱器和再熱器內的流量>15%BMCR時，可以投入減溫器來控制蒸汽溫度。
5.4水位控制
鍋爐點火后，水在水冷壁中被迅速加熱，產生氣泡，形成汽水混合物，并迅速膨脹。此時應將貯水箱2個高水位控制閥全部打開，以控制貯水箱中的水位。
隨蒸汽流量的增加，給水泵應逐漸增加流量以維持鍋爐負荷增加的需要。當汽機主汽閥前的蒸汽壓力達到汽機沖轉所需的最低壓力后，可以進行汽機沖轉。
5.5關閉再循環(huán)泵，進入直流運行模式
隨燃燒率和負荷的增加，進入汽水分離器的汽水混合物的干度也逐漸提高。在鍋爐負荷提高到本生點以上后，進入汽水分離器的將全部是蒸汽。此時鍋爐進入直流運行模式，再循環(huán)泵關閉。啟動系統(tǒng)由暖管系統(tǒng)時刻維持一定的溫度以便熱備用。
鍋爐和汽機在30%BMCR～84%BMCR之間采用滑壓運行模式。
啟動系統(tǒng)的控制方式如圖4。
在鍋爐停爐過程中，鍋爐和汽機的負荷在本生點以上是不斷降低的。當負荷降至30%BM-CR時，應開啟再循環(huán)泵。隨著燃燒率和負荷的連續(xù)下降，在汽水分離器中將有水被分離出來。隨負荷進一步降低，分離器分離出來的水量增多，此時應逐漸降低給水泵的出力，同時增加再循環(huán)泵的出力，以維持水冷壁冷卻的最低工質流量，并且將貯水箱水位保持在適當高度。在汽機達到最小負荷時，鍋爐和汽機可以停運。
6、啟動系統(tǒng)的技術特點
(1)減少直流鍋爐啟動過程中的工質損失和熱損失。
(2)加快啟動速度，節(jié)省啟動燃料，提高機組對負荷變化的跟蹤性能。
(3)有利于大氣環(huán)境、水環(huán)境和土地環(huán)境保護。
(4)減少啟動時工質對循環(huán)泵和水冷壁的熱沖擊。
(5)控制靈活快速，在各種啟動條件下，由于汽水膨脹的產生，水位會突然膨脹和收縮，采用循環(huán)泵和高水位控制閥快速調節(jié)循環(huán)流量和水箱水位，保護鍋爐的正常啟動及運行。
(6)啟動時間更短，調節(jié)更靈活。
滿足帶基本負荷和參與快速調峰的要求，同時滿足周末停機及兩班制運行方式。適應中國電力市場的峰谷差較大的具體情況。
(7)帶有循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)運行時，給水泵與循環(huán)泵為并聯(lián)運行方式。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是無需給水與循環(huán)水的混合器，且循環(huán)泵發(fā)生故障時，給水系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運行。
(8)循環(huán)泵處于飽和水狀態(tài)，一旦壓力降低，就有汽化的危險。
(9)造價較高，維修比較復雜。
(10)啟動操作相對帶擴容器式的啟動系統(tǒng)略微復雜。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
7、最低直流負荷的選擇
最低直流負荷越低，循環(huán)泵流量和啟動系統(tǒng)的容量可設計得越小，這對于降低啟動系統(tǒng)的投資，減小啟動損失十分有利。但受水冷壁冷卻所需要的最低質量流速限制，直流負荷的范圍越寬，高負荷時的質量流速就越高。例如，對于內螺紋管水冷壁，若在25%負荷時的直流運行的最低質量流速為500 kg/(m2.s)，則額定負荷時的質量流速達到2000 kg／(m2.s)。負荷低于25%，必須投入汽水分離器及循環(huán)泵。若直流運行確定為35%，則在35%負荷以下，循環(huán)泵就必須投入運行。擴大了循環(huán)泵運行的負荷范圍，需提高了循環(huán)泵的設計流量，同時水冷壁循環(huán)安全性的可控性也會隨之提高。所以帶有循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)對于降低水冷壁的質量流速，減少流動阻力，也起著相當重要的作用。
8、結 論
新一代超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)在技術和功能上已經成熟，系統(tǒng)設計中充分考慮了直流鍋爐啟動控制的靈活性和保證鍋爐運行以及啟動系統(tǒng)本身的可靠性。同時提高了大容量機組低負荷運行的經濟性以及具有快速調峰的能力。與國內以前的超臨界機組啟動系統(tǒng)相比，技術進步十分明顯。
