劉浩 廣東省電力設(shè)計研究院 510663

1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐啟動系統(tǒng)的分析比較

劉浩 廣東省電力設(shè)計研究院 510663

本文主要通過對三個采用不同鍋爐生產(chǎn)廠商的超超臨界機(jī)組鍋爐的啟動系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，根據(jù)其鍋爐啟動系統(tǒng)均采用內(nèi)置式帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)的特點(diǎn)，對內(nèi)置式帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，以便對同類型的超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的選擇提供參考。

1 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，電力的需求也在不斷增加。采用超超臨界參數(shù)機(jī)組，提高燃煤機(jī)組的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、減少CO2和NOx排放，是我國今后火力發(fā)電的發(fā)展方向。鍋爐的啟動系統(tǒng)作為超超臨界鍋爐中的重要組成部分，在機(jī)組的啟動、正常運(yùn)行、停運(yùn)的過程中起著重要的作用，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要的保證。對1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐啟動系統(tǒng)進(jìn)行分析和比較有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文主要針對華能汕頭海門電廠一期1、2號機(jī)組工程、大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機(jī)組擴(kuò)建工程和平海電廠一期3個比較有代表性的1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐的啟動系統(tǒng)進(jìn)行具體的分析比較，為其它的1000MW超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的選擇提供參考和借鑒。

2 啟動系統(tǒng)的分類

超超臨界鍋爐的啟動系統(tǒng)按其汽水分離器在正常運(yùn)行時是參與系統(tǒng)工作還是解列于系統(tǒng)之外，一般可分為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)[1]。

內(nèi)置式啟動系統(tǒng)是指啟動分離器在機(jī)組的啟動、正常運(yùn)行及停運(yùn)過程中，啟動分離器均投入運(yùn)行。內(nèi)置式啟動系統(tǒng)分為帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)和不帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)。

外置式啟動系統(tǒng)是指啟動分離器在機(jī)組啟動和停運(yùn)過程中投入運(yùn)行，而在直流負(fù)荷以上則解列于系統(tǒng)之外，不參與運(yùn)行。

圖1

3 啟動系統(tǒng)設(shè)置情況

3.1 華能汕頭海門電廠一期1、2號機(jī)組工程

3.1.1 鍋爐的基本情況

華能汕頭海門電廠一期1、2號機(jī)組工程采用東方鍋爐股份有限公司引進(jìn)日本巴布科克日立公司技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界變壓運(yùn)行直流爐、一次再熱、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

3.1.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖1所示。

鍋爐采用帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動循環(huán)系統(tǒng)。啟動分離器為立式，共2只，布置在鍋爐的前部上方，由水冷壁出口混合集箱引出的4根連接管切向引入2只汽水分離器。在達(dá)到25%TMCR的鍋爐最低直流負(fù)荷之前，啟動系統(tǒng)為濕態(tài)運(yùn)行，分離器起汽水分離作用，分離出來的過熱蒸汽進(jìn)入頂棚過熱器，水則從分離器的下部通過水連通管進(jìn)入分離器儲水罐，再通過循環(huán)泵在啟動系統(tǒng)和省煤器及爐膛水冷壁之間建立有效的循環(huán)，將爐膛水冷壁排出的熱水返回到省煤器和水冷壁，以減少能量損失和工質(zhì)損失(此時爐膛最小流量和循環(huán)泵流量之間的流量差由給水泵補(bǔ)充)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到25 %BMCR后，鍋爐運(yùn)行方式由再循環(huán)模式轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)直流運(yùn)行后水冷壁出口工質(zhì)已全部汽化，即啟動系統(tǒng)由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，分離器內(nèi)已全部為蒸汽，分離器僅作為蒸汽通道用。

為保證鍋爐在啟動和低負(fù)荷運(yùn)行時水冷壁管內(nèi)的流速，設(shè)置再循環(huán)管路。再循環(huán)泵（BCP）管路容量約為2%BMCR。該設(shè)計可大大減少啟動時工質(zhì)的損失和熱量損失，并且能夠減輕熱態(tài)啟動時對鍋爐的熱沖擊。在循環(huán)泵故障情況下，可以利用循環(huán)泵入口管道和出口管道上裝有的電動閘閥隔絕循環(huán)泵，以便進(jìn)行檢修。儲水箱中的水位由3只水位控制閥(361閥)進(jìn)行控制，在疏水水質(zhì)不合格時，排入鍋爐啟動排污擴(kuò)容器進(jìn)行擴(kuò)容減溫后排掉；在疏水水質(zhì)合格時直接排至凝汽器，且對工質(zhì)進(jìn)行回收。

圖2

圖3

3.2 大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機(jī)組擴(kuò)建工程

3.2.1 鍋爐的基本情況

大唐潮州三百門電廠＃3、＃4機(jī)組擴(kuò)建工程采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)日本三菱公司生產(chǎn)的超超臨界變壓運(yùn)行直流爐、一次再熱、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

3.2.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖2所示。

鍋爐啟動系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，二只立式汽水分離器布置于鍋爐的后部上方，由后豎井后包墻管出口集箱引出的鍋爐頂棚包墻系統(tǒng)的全部工質(zhì)均通過4根連接管送入二只汽水分離器。在啟動階段，分離出的水通過水連通管與一只立式分離器貯水箱相連，而分離出來的蒸汽則送往水平低溫過熱器的下集箱。分離器貯水箱中的水經(jīng)疏水管排入再循環(huán)泵的入口管道，作為再循環(huán)工質(zhì)與高壓給水混合后流經(jīng)省煤器和水冷壁系統(tǒng)，進(jìn)行工質(zhì)回收。在鍋爐啟動期間再循環(huán)泵和給水泵始終保持相當(dāng)于鍋爐最低直流負(fù)荷流量（25%BMCR）流經(jīng)給水管、省煤器和水冷壁系統(tǒng)，啟動初期鍋爐保持5%BMCR給水流量，隨鍋爐出力達(dá)到5%BMCR，三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，鍋爐的蒸發(fā)量隨著給水量的增加而增加，而通過循環(huán)泵的再循環(huán)流量則利用泵出口管道上的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥逐步關(guān)小，當(dāng)鍋爐達(dá)到最小直流負(fù)荷（25%BMCR），再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉。此時，鍋爐的給水量等于鍋爐的蒸發(fā)量，啟動系統(tǒng)解列，鍋爐從二相介質(zhì)的再循環(huán)模式運(yùn)行（即濕態(tài)運(yùn)行）轉(zhuǎn)為單相介質(zhì)的直流運(yùn)行（即干態(tài)運(yùn)行）。

在啟動過程中水質(zhì)不合格時由貯水箱底部引出的疏水均通過三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥經(jīng)疏水?dāng)U容器進(jìn)行擴(kuò)容后進(jìn)入冷凝水箱，冷凝水不進(jìn)行回收，直接排放至機(jī)組排水槽。

3.3 平海電廠一期工程

3.3.1 鍋爐的基本情況

平海電廠一期工程采用上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)ALSTOM技術(shù)制造的超超臨界、一次中間再熱、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置、雙切圓八角噴燃、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣螺旋管圈直流煤粉“Π”形鍋爐。

3.3.2 啟動系統(tǒng)

鍋爐啟動系統(tǒng)圖見圖3所示。

鍋爐啟動系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置4只汽水分離器，每只分離器筒身上方切向布置兩根與爐頂過熱器相接的管接頭，筒身下方切向布置6根與水冷壁相接的管接頭。機(jī)組啟動初期，鍋爐負(fù)荷低壓最小直流負(fù)荷30%BMCR時，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)通過汽水分離器進(jìn)行汽水分離，蒸汽通過分離器上部連接管進(jìn)入爐頂?shù)倪^熱器，而飽和水則通過分離器下方的連接管進(jìn)行儲水箱中。儲水箱設(shè)置有水位控制系統(tǒng)。儲水箱下方的1根疏水管道把疏水分別引至大氣疏水?dāng)U容器。

在啟動過程中水質(zhì)不合格時由貯水箱底部引出的疏水均通過三只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥經(jīng)大氣式疏水?dāng)U容器進(jìn)行擴(kuò)容后進(jìn)入冷凝水箱，當(dāng)水質(zhì)合格時，鍋爐啟動疏水泵把冷凝水輸送至凝汽器進(jìn)行回收，當(dāng)水質(zhì)不合格時，冷凝水直接排至機(jī)組排水槽。

4 啟動系統(tǒng)比較分析

盡管上述三個工程管路的設(shè)置不盡相同，但均采用帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，從對鍋爐啟動系統(tǒng)的分析可以看出，內(nèi)置式啟動系統(tǒng)具備下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于爐水再循環(huán)讓爐水本身所帶的熱量都回到爐膛水冷壁，可回收熱量，減少工質(zhì)損失；

（2）由于帶啟動循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)在啟動的整個過程中可以吸收疏水熱量，有效的縮短冷態(tài)和溫態(tài)的啟動時間；

（3）由于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)電動給水泵流量小，再循環(huán)泵所需要的揚(yáng)程小，啟動時所消耗的電功率較小。另外，由于啟動時間的縮短，輔機(jī)的耗電量也相應(yīng)減少[2]。

但是，帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)也存在不足的地方，帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)與其它類型的啟動系統(tǒng)相比較為復(fù)雜，初投資比較大，運(yùn)行維修費(fèi)用增加。

上述三個工程雖然均采用帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)，但在對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水處理方式卻不盡相同：

（1）海門工程：設(shè)置了一個大氣式疏水?dāng)U容器，對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水通過361閥后分為兩條管路：當(dāng)水質(zhì)不合格時，排水進(jìn)入大氣式疏水?dāng)U容器，隨后冷凝水直接排至機(jī)組排水槽；水質(zhì)合格時則直接進(jìn)入凝汽器，在不超過凝汽器容量的前提下最大限度的回收工質(zhì)和熱量，此時在凝汽器內(nèi)部必須安裝減溫減壓器對排水進(jìn)行減溫減壓。多余疏水排至機(jī)組排水槽。

（2）潮州工程：設(shè)置了一個大氣式疏水?dāng)U容器和一個冷凝水箱，對鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水通過WCD閥后進(jìn)入大氣式疏水?dāng)U容器中，通過冷凝水箱收集冷凝水，對冷凝水不進(jìn)行回收直接排至機(jī)組排水槽。

（3）平海工程：設(shè)置了一個大氣式疏水?dāng)U容器和一個冷凝水箱，同時設(shè)置了兩臺鍋爐啟動疏水泵，一用一備。鍋爐啟動的早期汽水膨脹階段的排水進(jìn)入大氣式疏水?dāng)U容器，冷凝水匯聚在冷凝水箱，當(dāng)水質(zhì)合格時，鍋爐啟動疏水泵把冷凝水輸送至凝汽器進(jìn)行回收，當(dāng)水質(zhì)不合格時，冷凝水直接排至機(jī)組排水槽。

從上面分析可以看出，海門工程和平海工程的系統(tǒng)設(shè)置可以對鍋爐啟動時的排水選擇是否進(jìn)行回收，系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性較好，但是需要增加減溫減壓器或冷凝水疏水泵，系統(tǒng)復(fù)雜，增加初投資。潮州工程對冷凝水不進(jìn)行回收，但是系統(tǒng)及管路較為簡單。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行啟動系統(tǒng)的選擇時應(yīng)根據(jù)啟動系統(tǒng)的配置特點(diǎn)、運(yùn)行特性，并結(jié)合機(jī)組在電網(wǎng)中的作用等實(shí)際情況進(jìn)行選擇。由于1000MW超超臨界機(jī)組在電網(wǎng)系統(tǒng)中一般均承當(dāng)基本負(fù)荷，并具備參與調(diào)峰的功能，啟動系統(tǒng)可優(yōu)先考慮選擇帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。另外，從減少工質(zhì)損失的角度考慮，對鍋爐的啟動疏水應(yīng)進(jìn)行回收。

[1]霍東方.超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)的種類及其技術(shù)特點(diǎn).

[2]楊小華，羅必雄，霍沛強(qiáng)，范永春.超超臨界1000MW火力發(fā)電廠熱機(jī)設(shè)計技術(shù).

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.064

劉 浩（1981— ），男，工程師，主要從事電廠的設(shè)計工作。

超超臨界機(jī)組；啟動系統(tǒng)；分離器；循環(huán)泵