0、引言
    隨著我國鍋爐技術(shù)的發(fā)展，超臨界機(jī)組已成為火電機(jī)組的主要發(fā)展方向。為滿足超臨界鍋爐在啟動和低負(fù)荷以再循環(huán)方式運行時，鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流量維持在30%BMCR(或以上)的要求，在超臨界鍋爐中均設(shè)置啟動系統(tǒng)。哈爾濱鍋爐廠自主開發(fā)了新型啟動系統(tǒng)，裝有此系統(tǒng)的印度某600MW超臨界工程已投入運行，運行狀況良好，且有一批工程正在設(shè)計與安裝。超臨界直流鍋爐的啟動過程較為復(fù)雜、設(shè)計與運行過程需注意的問題較多，為此，本文主要敘述了哈鍋自主開發(fā)的超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)的設(shè)計特點、性能與鍋爐啟停過程中啟動系統(tǒng)的運行方式與需注意的問題，供相關(guān)技術(shù)人員參考。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)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。
1、啟動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點
1.1  啟動系統(tǒng)構(gòu)成
    啟動系統(tǒng)由如下設(shè)備和管路組成：1）啟動分離器及進(jìn)出口連接管；2）貯水箱；3）溢流管及溢流閥；4）疏水?dāng)U容器；5）循環(huán)泵及再循環(huán)管路；6）最小流量管路；7）過冷管；8）循環(huán)泵暖管管路；9）溢流管暖管管路；10）壓力平衡管路。
1.2啟動分離器
    啟動分離器為立式簡體，共4只，布置在鍋爐前部的上方，距前水冷壁的中心線距離為4.93 m，分離器間的距離為4.5 m。從水冷壁出口集箱出來的介質(zhì)經(jīng)6根下傾150的切向引入管在分離器的上部引入，在最低直流負(fù)荷下汽水混合物在分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，并靠離心作用和重力作用進(jìn)行汽水分離。在分離器下部布置有消旋裝置，其作用是消除介質(zhì)旋轉(zhuǎn)和向下的動能，使與之相連的貯水箱中的水位穩(wěn)定。在分離器的上端布置有蒸汽消旋裝置并連接l根出口導(dǎo)管，將蒸汽引至頂棚人口集箱。
1.3貯水箱
    貯水箱數(shù)量為1只，也是立式簡體，在其下部共有4根來自分離器的徑向連接管分兩層引入分離器的疏水：
    貯水箱和4只分離器平行、并聯(lián)布置，因此分離器出水管可提供一定的有效貯水容積，使得貯水箱的體積相對減小，由于貯水箱和分離器并聯(lián)可能岡相互間的壓力不均衡而引起各自的水位波動，因此在貯水箱上部引出4根壓力平衡管與分離器相連來保持壓力的平衡。在貯水箱的底端布置有水消旋器并連接一根出口導(dǎo)管，將分離出來的水引至循環(huán)泵入口管道。
    貯水箱中水被循環(huán)泵循環(huán)排至省煤器入口管道，與給水混合以維持水冷壁中的最低質(zhì)量流量，或當(dāng)水位高出循環(huán)泵的控制區(qū)段時，經(jīng)溢流管路排到疏水?dāng)U容器中。貯水箱沿高度從下到上分成如下幾個控制區(qū)段：
    1)從最低的水側(cè)水位取樣點開始向上的1.8 m。此區(qū)段為保護(hù)循環(huán)泵的最小水位：
    2)7.2 m的循環(huán)泵出口的再循環(huán)管路調(diào)節(jié)閥的控制區(qū)段；
    3)0.7m自由區(qū)段；
    4)6.0m溢流閥控制區(qū)段；
    5)到最高的汽側(cè)水位取樣點為止的2.2 m的備用區(qū)段：
    循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥根據(jù)貯水箱巾的相應(yīng)水位將再循環(huán)流量控制在0~ 30% BMCR范圍。溢流閥的動作和調(diào)節(jié)同樣根據(jù)貯水箱中相應(yīng)的控制水位范圍來進(jìn)行的，貯水箱出口的2路疏水分別為水沖洗管路和溢流管路，水沖洗管路上的電動閘閥在鍋爐正常啟動后將使其閉鎖，以避免對疏水?dāng)U容器造成沖擊。溢流管路上的溢流調(diào)節(jié)閥在整個亞臨界壓力范圍內(nèi)都可以投用，控制邏輯將其設(shè)定在壓力大于20 MPa時閉鎖。圖3、圖4為循環(huán)泵和溢流調(diào)節(jié)閥的水位控制的范圍。
    水沖洗管路上設(shè)置有手動閘閥和電動閘閥各1只。溢流管路上設(shè)置有手動閘閥、電動閘閥、啟動調(diào)節(jié)閥（即溢流調(diào)節(jié)閥）各1只。由于鍋爐啟動過程中汽水膨脹發(fā)生的時間短，在貯水箱中水位升高迅速，因此要求溢流調(diào)節(jié)閥的動作時間快，溢流調(diào)節(jié)閥全開關(guān)時間為10~20 s。
    鍋爐啟動過程中為避免因負(fù)荷變化率過大而使貯水箱產(chǎn)生過大的應(yīng)力，在貯水箱上設(shè)置了兩只熱電偶分別監(jiān)測內(nèi)、外壁金屬溫度。通過監(jiān)測溫度變化率來限制機(jī)組的負(fù)荷變化率。貯水箱內(nèi)外壁溫差限制在25℃以內(nèi)，內(nèi)壁金屬溫度變化率限制在5℃/min，超過以上限制值將報警。
    在泵吸入管上布置有來自給水操縱臺后由給水管道引出的循環(huán)泵過冷管路，當(dāng)循環(huán)泵運行時，用來自給水管道的給水與貯水箱中的近飽和水混合，避免循環(huán)泵入口發(fā)生汽蝕，在循環(huán)泵入口前的吸入管上布置有熱電偶，監(jiān)控泵人口水溫。如果貯水箱運行壓力下的飽和水溫度與泵吸人管巾水溫相差小于20℃，過冷管上的電動截止閥打開，溫差大于30℃時該閥門關(guān)閉二過冷管的設(shè)計通流能力為3% BMCR，并在管路上裝有一只流量元件，用于監(jiān)測過冷水流量：
1.4循環(huán)泵
    循環(huán)泵垂直安裝，泵殼直接與泵吸入管焊接連接，馬達(dá)在泵殼的正下方，其間有熱屏裝置隔絕熱量，馬達(dá)和泵殼通過螺栓連接：泵巾充滿爐水，壓力與系統(tǒng)運行壓力相同二循環(huán)泵懸吊在吸入管正下方，可自由向下膨脹，因此可以避免因膨脹受限而產(chǎn)生的附加應(yīng)力。
    循環(huán)泵泵殼上的排放管接頭與再循環(huán)管連接，泵中排出的水通過再循環(huán)管路排到省煤器入口前的給水管道巾。再循環(huán)管路上沿流動方向依次布置有流量測量元件、調(diào)節(jié)閥、電動閘閥和止回閥。在再循環(huán)管路上引出一根最小流量管路接至貯水箱底部，用于保證循環(huán)泵運行所需的最小流量。最小流量管路上布置一只電動截止閥。在泵運行時，當(dāng)再循環(huán)流量小于37.7 kg/s時，電動截止閥打開，當(dāng)流量大于57 kg/s時電動截止閥關(guān)閉。當(dāng)循環(huán)泵停運時，電動截止閥自動關(guān)閉。
2、600MW超臨界機(jī)組的啟停過程
2.1鍋爐工質(zhì)流程
    鍋爐工質(zhì)流程是：水從省煤器入口集箱進(jìn)入，經(jīng)過省煤器、爐膛到汽水分離器，經(jīng)汽水分離后，分離下來的水匯入分離器下部的貯水箱由循環(huán)泵再次送入省煤器，分離出來的蒸汽進(jìn)人頂棚包墻系統(tǒng)，然后依次流經(jīng)一級過熱器、二級分隔屏過熱器和末級過熱器，最后由主汽管道引出。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到最低直流負(fù)荷以上（30% BMCR負(fù)荷）時，鍋爐由再循環(huán)運行方式轉(zhuǎn)入直流運行方式，啟動系統(tǒng)轉(zhuǎn)入熱備用狀態(tài)。此時進(jìn)入鍋爐的給水量與進(jìn)入汽機(jī)的蒸汽量相等。
2.2鍋爐啟動過程
    在鍋爐啟動時，首先對鍋爐上水，并進(jìn)行相應(yīng)的排氣（汽）。啟動循環(huán)泵，再循環(huán)管路投入運行。打開溢流管路調(diào)節(jié)閥，維持5%左右的疏水量，打開給水旁路調(diào)節(jié)閥，維持5%左右的給水流量。此時流經(jīng)鍋爐水冷壁的給水由兩部分組成：5%的給水+25%再循環(huán)流量。
    如果所有的聯(lián)鎖保護(hù)就緒，鍋爐就可以點火。在過熱器和再熱器建立足夠的蒸汽流量之前，燃料的投放量一定要控制，以避免出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。當(dāng)過熱器和再熱器內(nèi)的流量大約為最大流量的20%時，減溫器可以投入運行來控制蒸汽溫度。
    隨蒸汽流量的增加，給水泵逐漸加大負(fù)荷以維持鍋爐負(fù)荷增加的需要。當(dāng)汽機(jī)主汽閥前的蒸汽壓力和溫度達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)所需的最低值，汽機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。
    隨著燃燒率的增加和鍋爐負(fù)荷的提高，進(jìn)入汽水分離器內(nèi)的工質(zhì)干度逐漸增加，飽和水量逐漸減少，貯水箱內(nèi)的水位逐漸降低，布置于循環(huán)泵出口的流量調(diào)節(jié)閥隨之關(guān)小，再循環(huán)流量相應(yīng)減少：當(dāng)鍋爐負(fù)荷提高到直流負(fù)荷以上時，進(jìn)入汽水分離器內(nèi)的工質(zhì)全部轉(zhuǎn)換為干蒸汽，貯水箱水位下降到循環(huán)泵控制水位范圍的最低值，循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，鍋爐轉(zhuǎn)為干態(tài)直流運行。此時，循環(huán)泵并不是馬上關(guān)閉，而是通過最小流量管路維持運行，當(dāng)鍋爐負(fù)荷上升到約33~ 35% BMCR時，循環(huán)泵關(guān)閉，同時啟動系統(tǒng)開啟暖管管路，對循環(huán)泵、溢流閥及管路進(jìn)行暖管，保證這些設(shè)備處于可隨時投運的熱備用狀態(tài)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
2.3鍋爐停爐過程
    鍋爐停爐過程與啟動過程相似，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到約33—35%BMCR時，首先開啟循環(huán)泵，通過泵的最小流量管路維持其運行。隨著鍋爐負(fù)荷繼續(xù)降低，進(jìn)入分離器的工質(zhì)的過熱度越來越小，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到直流負(fù)荷以下時，隨鍋爐燃燒率的降低，進(jìn)入分離器的工質(zhì)逐步由微過熱蒸汽降到飽和蒸汽及濕蒸汽，鍋爐由直流運行方式轉(zhuǎn)為再循環(huán)運行方式。從水冷壁出來的汽水混合物在分離器內(nèi)進(jìn)行汽水分離，分離出來的飽和蒸汽進(jìn)入到過熱器系統(tǒng)繼續(xù)被加熱，而分離下來的飽和水則進(jìn)入到貯水箱，經(jīng)循環(huán)泵打回到給水管道進(jìn)行再循環(huán)，與系統(tǒng)給水混合后滿足30% BM-CR左右的鍋爐水冷壁最低工質(zhì)流量要求，同時保持貯水箱中液面的高度要求。
    由于存在暖管流量，在循環(huán)泵啟動前貯水箱可能存在一定的水位，可通過暖管管路及減溫水旁路管的閥門相互配合來控制啟泵前的貯水箱水位，以保證循環(huán)泵能夠順利啟動。
    隨著鍋爐負(fù)荷的下降，由分離器分離下來的水量越來越多，而鍋爐供汽量越來越小。此時，根據(jù)水位的變化逐步開大循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥以增加再循環(huán)流量，同時應(yīng)逐漸降低給水流量，鍋爐負(fù)荷逐漸降低，直到停爐。
3、結(jié)束語
    哈鍋自主開發(fā)的600MW超臨界內(nèi)置式帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，在開發(fā)過程中對汽水分離器與貯水箱的材料及規(guī)格重新選取，并對貯水箱控制水位進(jìn)行了精確地核算。可確保鍋爐能夠安全可靠地運行。