1、前 言
鍋爐啟動系統(tǒng)是超臨界機組的關鍵技術之一，其與汽機旁路系統(tǒng)是保證機組安全、經(jīng)濟啟停、低負荷運行及妥善進行事故處理的重要手段。啟動系統(tǒng)的選型要綜合考慮其技術特點、系統(tǒng)投資及電廠運行模式等因素。
無論直流鍋爐的啟動系統(tǒng)型式如何變化，按分離器在直流負荷以上的運行，分離器是參與系統(tǒng)工作，還是解列于系統(tǒng)之外，可以分為：內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)(internal seperator startup sys-tem)和外置式分離器啟動系統(tǒng)(exteral seperatorstartup system)2種。
外置式啟動系統(tǒng)是指啟動分離器在機組啟動和停運過程中投入的運行，而在直流負荷以上運行時解列于系統(tǒng)之外的啟動系統(tǒng)。內(nèi)置式啟動系統(tǒng)指在機組啟動、正常運行、停運過程中，啟動分離器均投入運行，在鍋爐啟停及低負荷運行期間，啟動分離器處于濕態(tài)運行，分離器如同汽包一樣，起汽水分離作用；而在鍋爐正常運行期間，啟動分離器處于干態(tài)運行，從水冷壁出來的微過熱蒸汽經(jīng)過分離器，進入過熱器，此時分離器僅起一連接通道作用。外置式啟動系統(tǒng)配置復雜，在解列和投運時操作復雜，汽溫波動較大，對汽輪機運行不利。內(nèi)置式啟動系統(tǒng)的啟動分離器設在蒸發(fā)區(qū)段和過熱區(qū)段之間，啟動分離器與蒸發(fā)段和過熱器之間沒有任何閥門，系統(tǒng)簡單，操作方便，不需要外置式啟動系統(tǒng)所涉及的分離器解列或投運操作，從根本上消除了分離器解列或投運操作所帶來的汽溫波動問題，但分離器要承受鍋爐全壓，對其強度和熱應力要求較高。內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)適用于變壓運行鍋爐。
內(nèi)置式的啟動系統(tǒng)可分為擴容式（大氣式、非大氣式2種）、啟動疏水熱交換器和循環(huán)泵方式。擴容式（大氣式和非大氣式）低負荷和頻繁啟停特性較差，但初投資較前者少，適用于帶基本負荷的電廠。啟動疏水熱交換式和帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)具有良好的極低負荷運行和頻繁啟動特性，適用于帶中間負荷和兩班制運行。簡單的內(nèi)置式的啟動系統(tǒng)分類比較見表1。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
本文主要針對簡單疏水擴容式啟動系統(tǒng)和帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)進行分析比較，詳細介紹2種系統(tǒng)各自的特點，為用戶選型時提供參考。
2、簡單疏水擴容式啟動系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)介紹
在機組啟動過程中，啟動分離器中的疏水經(jīng)大氣式擴容器擴容，二次汽排入大氣，二次水經(jīng)集水箱、疏水泵排至凝汽器。啟動系統(tǒng)主要由除氧器、給水泵、大氣式擴容器、集水箱、HWL閥、NWL閥、啟動分離器等組成。
在鍋爐啟動時，分離器水位容器建立水位，此時壓力為0，點火后，爐水被加熱并逐漸開始蒸發(fā)產(chǎn)汽，分離器內(nèi)開始建立壓力，此時汽壓通過汽機旁路門開度來維持和控制，水位由分離器排水閥控制。立式內(nèi)置式分離器（或水位容器）的高度很高，主要是由于滿足水位的較大波動和便于控制，因為立式容器橫斷面積很小，單位長度儲水量不大，所以水位波動往往很大，有時波動量達±5m，甚至更大一些。特別是在爐水開始蒸發(fā)的階段，由于水冷壁系統(tǒng)產(chǎn)生汽水膨脹現(xiàn)象，瞬間有大大多于給水流量的水涌往分離器，使其水位產(chǎn)生劇烈波動。分離器水位的控制是依靠其排水系統(tǒng)的閥門。為便于水位控制，以及將排水通往不同的地方，往往設置(2～3)只口徑不同的排水閥門，這些閥門在啟動階段都依照程序自動投入，并根據(jù)水位及時調整。當機組啟動并網(wǎng)后，并且鍋爐己達到最低直流運行工況時，調節(jié)煤水比，使分離器內(nèi)的進水量逐漸減少，直至達到全飽和蒸汽狀態(tài)，水位自動消失，排水閥門全部關閉，分離器處在“干態(tài)”下運行，這樣便完成了整個啟動過程。此后，鍋爐負荷不斷增加，進入分離器的介質由飽和汽狀態(tài)開始變?yōu)槲⑦^熱狀態(tài)，分離器本身僅僅作為一個連接水冷壁和過熱器的通道。分離器的從有水位（稱為濕態(tài)）到無水位（稱為干態(tài)）的轉換過程，被稱為切除分離器的“切分”過程。
2.2簡單疏水擴容啟動系統(tǒng)疏水系統(tǒng)的考慮
對于簡單疏水擴容啟動系統(tǒng)而言，在分離器切除之前，除了能回收部分的工質和熱量之外，大部分的疏水經(jīng)大氣式擴容器擴容后僅回收部分工質，熱量全部浪費掉了，為了滿足在啟動工況下的分離器的疏水能安全地排出，根據(jù)啟動系統(tǒng)的容量，在啟動的初期階段，水冷壁中會出現(xiàn)汽水膨脹現(xiàn)象。此時的疏水量遠大于正常情況下的疏水量，約為正常疏水量的1.7倍左右，如果疏水泵的容量過小，將會出現(xiàn)分離器疏水在集水箱中積聚起來，不能及時排掉，導致超過集水箱的最高水位限制。如果選用的疏水泵的容量過大，又過于浪費，因此合適容量的疏水泵的選取顯得很重要。
2.3簡單疏水擴容式啟動系統(tǒng)的控制
超臨界鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動控制方面有所不同，其實質是直流鍋爐與汽包鍋爐之間的差別，因為超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。
在直流鍋爐中，由于沒有汽包，蒸發(fā)與過熱受熱面之間沒有固定的分界線。當給水量或燃料量變化時都會引起蒸發(fā)量、汽溫和汽壓的同步變化，相互有牽制，關系密切，這樣給控制系統(tǒng)的設計和調整增加了靈活性，也增添了復雜性。
在啟動初期，給水泵按照最低直流負荷的給水流量提供給水，由于此時沒有蒸汽產(chǎn)生，全部給水經(jīng)過分離器變成疏水；一旦有蒸汽產(chǎn)生，分離器中的水位開始下降，給水泵維持最低直流負荷的給水，同時疏水的量開始減少，控制原理見圖2。這樣的狀態(tài)一直要維持到最低直流負荷，在該負荷以上鍋爐進入直流運行方式，進入蒸發(fā)器的水全部變成蒸汽。
2.3.1啟動系統(tǒng)調節(jié)閥的功能及連鎖關系
2.3.1.1NWL閥的功能、運行條件及連鎖關系
NWL閥的功能：
(1)回收工質的熱量，即使在冷態(tài)啟動工況下，只要水質合格和滿足NWL閥的開啟條件，也可以通過NWL閥疏水進人除氧器水箱回收部分熱量；
(2)保持分離器最低水位。
運行條件及連鎖關系見表2～表4。
2.3.1.2 HWL閥的功能、運行條件及連鎖關系
HWL閥的功能：
(1)冷態(tài)啟動當水質不合格和冷態(tài)、溫態(tài)啟動過程中，鍋爐發(fā)生汽水膨脹現(xiàn)象進入啟動分離器的大量疏水排至大氣式擴容器；
(2)冷態(tài)和溫態(tài)啟動過程中，使啟動分離器水位不超過最高水位以防止啟動分離器滿水，避免水沖入過熱器，而危及過熱器甚至汽機的安全。
HWL1閥運行條件及連鎖關系見表5。
啟動系統(tǒng)中的調節(jié)閥需具有良好的調節(jié)特性，能抗汽蝕、防泄漏、達到ANsiv級、承受高壓差。所有調節(jié)閥能在各種起動工況下，滿足不同組合運行方式時排放流量的要求。截止閥能承受高壓差、關閉嚴密、不泄漏。
3、帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)介紹
對于配置帶循環(huán)泵的啟動鍋爐，在鍋爐的啟動及低負荷運行階段，爐水循環(huán)確保了在鍋爐達到最低直流負荷之前的爐膛水冷壁的安全性。當鍋爐負荷大于最低直流負荷時，一次通過的爐膛水冷壁質量流速能夠對水冷壁進行足夠的冷卻。啟動系統(tǒng)主要由除氧器、給水泵、大氣式擴容器、集水箱、啟動循環(huán)泵、啟動分離器等組成。
在爐水循環(huán)中，由分離器分離出來的水往下流到鍋爐啟動循環(huán)泵的入口，通過泵提高壓力來克服系統(tǒng)的流動阻力和省煤器最小流量控制閥（V-507）的壓降，水冷壁的最小流量是通過省煤器最小流量控制閥來實現(xiàn)控制的，即使當一次通過的蒸汽量小于此數(shù)值時，爐膛水冷壁的質量流速也不能低于此數(shù)值。爐水再循環(huán)提供了鍋爐啟動和低負荷時所需的最小流量，選用的循環(huán)泵能提供鍋爐冷態(tài)和熱態(tài)啟動時所需的體積流量，在啟動過程中，并不需要像簡單疏水擴容器系統(tǒng)那樣往擴容器進行連續(xù)地排水，循環(huán)泵的設計必須提供足夠的壓頭來建立冷態(tài)和熱態(tài)啟動時循環(huán)所需的最小流量。
從控制閥出來的水通過省煤器，再進入爐膛水冷壁，總體流程如圖2所示，在循環(huán)中，有部分的水蒸氣產(chǎn)生，然后此汽水混合物進入分離器，分離器布置靠近爐頂，這樣可以提供循環(huán)泵在任何工況下（包括冷態(tài)啟動和熱態(tài)再啟動）所需要的凈吸壓頭，分離器的較高的位置同樣也提供了在鍋爐初始啟動階段汽水膨脹時疏水所需要的靜壓頭。
在圖3所示啟動系統(tǒng)圖中，循環(huán)泵和給水泵是串聯(lián)布置，這樣的布置具有以下優(yōu)點：
(1)進入循環(huán)泵的水來自下降管或鍋爐給水管或同時從這兩者中來；
這樣的布置使得在各個啟動過程中，總是有水流過循環(huán)泵，泵的流量恒定，無須設置任何最小流量的泵循環(huán)回路及其必須的控制設備；
(2)鍋爐給水的欠焓可增加循環(huán)泵的凈吸壓頭；
當分離器由濕態(tài)轉向干態(tài)時，疏水流量為0，但此時循環(huán)泵能從給水管道中得到足夠的流量，可保證分離器平滑地從干態(tài)轉向濕態(tài)，無須在此時進行循環(huán)泵的關停操作。
3.2帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)疏水系統(tǒng)的考慮
對于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)而言，在循環(huán)泵投運的情況下，能回收大部分的工質和熱量。帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)的疏水量（在循環(huán)泵投運時）大部分經(jīng)再循環(huán)泵重新回到省煤器，所以經(jīng)過大氣式擴容器的疏水量很少，但考慮到本套系統(tǒng)是按照循環(huán)泵在解列條件下也能正常啟動設計的，推薦采用和簡單疏水系統(tǒng)同樣容量的疏水泵。
3.3鍋爐循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的控制
當鍋爐最初啟動沒有蒸汽產(chǎn)生時，給水泵可以不帶負荷，此時進入省煤器和蒸發(fā)器的水完全來自分離器的疏水；一旦有蒸汽產(chǎn)生，分離器中的水位開始下降，給水泵需啟動補充給水，控制原理見圖4，以維持分離器水位，而此時進入省煤器和蒸發(fā)系統(tǒng)的流量發(fā)生變化由純粹的疏水變成給水和疏水的混合物，這樣的狀態(tài)一直要維持到最低直流負荷。在該負荷以上，鍋爐進入直流運行方式，進入蒸發(fā)器的水全部變成蒸汽，而省煤器和蒸發(fā)器的流量完全來自于給水。
在濕態(tài)運行狀態(tài)下，給水是通過分離器的水位和蒸汽量來控制，其控制方法類同亞臨界控制循環(huán)鍋爐，分離器的水位需要連續(xù)地監(jiān)視。
為了防止啟動，初期階段汽水膨脹時分離器水位過高，飽和水進入過熱器，除了給水控制水位外，還設置了大氣擴容式系統(tǒng)，在擴容器進口設置有2個高水位調節(jié)閥（HWL -1／2），其功能與簡單疏水啟動系統(tǒng)相同，另外當循環(huán)泵發(fā)生故障時，該系統(tǒng)也能啟動鍋爐，只是工質和熱量損失較多。
3.3.1循環(huán)泵的控制
循環(huán)泵隨給水泵后啟動，再循環(huán)泵出口設置有1個控制省煤器進口最小流量的調節(jié)閥(V-507)，該調節(jié)閥是通過測量得到的省煤器進口流量(FEl)與最小流量比較信號和測量的循環(huán)泵壓差( DPT)與設定壓差的比較信號來控制(見圖4)，這樣的控制，既可保證省煤器的最小流量要求，又可以保護循環(huán)泵。
3.3.1.1循環(huán)泵的啟動條件
(1)冷卻水流量滿足要求；
(2) V-504開；
(3) V-508開；
(4)省煤器進口給水流量大于循環(huán)泵自身啟動設定值或分離器水位大于設定值且電動閥（V-503）己開；
(5)無停循環(huán)泵指令。
當上述循環(huán)泵的啟動條件全部滿足后，則發(fā)指令要求循環(huán)泵出口的調節(jié)閥（V-507）的開度滿足循環(huán)泵最小流量；當循環(huán)泵出口的調節(jié)閥(V-507)的開度己滿足循環(huán)泵最小流量要求，則如下任一指令可開啟循環(huán)泵：
(1)機組順控要求啟動循環(huán)泵；
(2)自動濕態(tài)方式啟動循環(huán)泵；
(3)運行人員啟動循環(huán)泵。
3.3.1.2循環(huán)泵的跳閘條件
(1)循環(huán)泵己啟，但差壓小于設定值；
(2)電機腔溫度大于設定值；
(3)電動閥V-504關；
(4)電動閥V-508關。
當循環(huán)泵啟動后，如下任一指令自動停運循環(huán)泵：
(1)機組順控要求停運循環(huán)泵；
(2)自動干態(tài)方式停運循環(huán)泵；
(3)運行人員停運循環(huán)泵；
(4)電氣故障停運循環(huán)泵；
(5)循環(huán)泵己啟，但省煤器進口給水流量小于循環(huán)泵要求的最小設定值停運循環(huán)泵。
3.4再循環(huán)泵系統(tǒng)的優(yōu)點
與簡單疏水擴容啟動系統(tǒng)相比，帶再循環(huán)泵系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：
(1)可降低給水泵在啟動和低負荷運行的功率。
(2)啟動和低負荷運行時，不但能回收全部工質，還可100%回收疏水熱量。
(3)由于帶再循環(huán)泵系統(tǒng)分離器的水位控制是通過與汽機蒸汽流量相關的給水控制來完成的，在通常情況下，不需要使用啟動系統(tǒng)的排放閥門，這樣可以減小系統(tǒng)的熱量和工質的損失。
(4)帶泵的啟動系統(tǒng)與簡單疏水型啟動系統(tǒng)相比，能夠回收更多的熱量，同時也可減小工質損失，爐水再循環(huán)確保了爐水本身所帶的熱量都回到爐膛水冷壁，在啟動的大部分時間內(nèi)，幾乎沒有什么熱損失和工質損失。帶泵的啟動系統(tǒng)與疏水型啟動系統(tǒng)在排放水量上有巨大區(qū)別，后者在鍋爐整個啟動過程中，從爐膛水冷壁來的水被連續(xù)地排放，導致了大量的熱損失和工質損失。與此相比，帶泵的啟動系統(tǒng)只需要在鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段排水到擴容器中。在此時間段，由于排放的水是處于大氣壓力下的飽和水．所以熱損失很小，而且排放水的焓值也較低，不會有工質在擴容器中被蒸發(fā)掉。
簡單疏水型啟動系統(tǒng)是通過給水泵來提供必須的水冷壁最小流量，而帶泵的啟動系統(tǒng)則是通過循環(huán)泵來實現(xiàn)的，對于疏水型的啟動過程，所有最小流量的水都在爐膛中被加熱，沒有蒸發(fā)成水蒸氣的部分則攜帶著從爐膛吸收的熱量被排到擴容器中，帶泵的啟動系統(tǒng)由于很小的排放水量，其熱損失也很小，其啟動過程中總的熱損失約為疏水型啟動系統(tǒng)的3%。
由于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)在啟動的整個過程中能100%吸收疏水熱量，可有效縮短冷態(tài)和溫態(tài)啟動時間。相比于簡單疏水擴容啟動系統(tǒng)，當冷態(tài)啟動時，點火至汽機沖轉時間可縮短70min～80 min;溫態(tài)啟動可縮短10 min～20 min．該系統(tǒng)更適合于頻繁啟動、帶循環(huán)負荷和二班制運行機組。
循環(huán)系統(tǒng)采用1臺濕式馬達啟動泵，型式與常規(guī)亞臨界控制循環(huán)的爐水循環(huán)泵基本相同，但泵只有1個出口（控制循環(huán)泵有2個出口），泵的揚程也要比控制循環(huán)泵高得多。
帶循環(huán)泵系統(tǒng)適用于帶中間負荷或兩班制運行。這種布置方式不僅可應用于變壓運行的超臨界機組啟動系統(tǒng)中，同時還可應用于亞臨界壓力機組部分負荷或全負荷復合循環(huán)（又稱低倍率直流爐）的啟動系統(tǒng)中。采用帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)，可減少啟動工質和熱量的損失。泵的參數(shù)的選擇及運行方式是該系統(tǒng)應考慮的主要問題。富通新能源生產(chǎn)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。
4、結論
通過對超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)幾種常見類型及其技術特點的分析比較發(fā)現(xiàn)，外置式的啟動系統(tǒng)目前應用較少；而內(nèi)置式的啟動系統(tǒng)中，帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)極低負荷運行和頻繁啟動特征較好；而帶擴容式啟動系統(tǒng)較差，但初投資較后者少且控制簡單。電廠在選型時要綜合考慮其技術特點，系統(tǒng)投資及運行模式等因素。
