1000MW超超临界机组锅炉启动系统的分析比较

刘浩 广东省电力设计研究院 510663

1000MW超超临界机组锅炉启动系统的分析比较

刘浩 广东省电力设计研究院 510663

本文主要通过对三个采用不同锅炉生产厂商的超超临界机组锅炉的启动系统进行分析比较，根据其锅炉启动系统均采用内置式带启动循环泵系统的特点，对内置式带启动循环泵系统优缺点进行详细分析，以便对同类型的超超临界锅炉启动系统的选择提供参考。

1 前言

随着国民经济的持续增长，电力的需求也在不断增加。采用超超临界参数机组，提高燃煤机组的效率，实现节能降耗、减少CO2和NOx排放，是我国今后火力发电的发展方向。锅炉的启动系统作为超超临界锅炉中的重要组成部分，在机组的启动、正常运行、停运的过程中起着重要的作用，为机组的安全、稳定和经济运行提供重要的保证。对1000MW超超临界机组锅炉启动系统进行分析和比较有着重要的现实意义。

本文主要针对华能汕头海门电厂一期1、2号机组工程、大唐潮州三百门电厂＃3、＃4机组扩建工程和平海电厂一期3个比较有代表性的1000MW超超临界机组锅炉的启动系统进行具体的分析比较，为其它的1000MW超超临界锅炉启动系统的选择提供参考和借鉴。

2 启动系统的分类

超超临界锅炉的启动系统按其汽水分离器在正常运行时是参与系统工作还是解列于系统之外，一般可分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统[1]。

内置式启动系统是指启动分离器在机组的启动、正常运行及停运过程中，启动分离器均投入运行。内置式启动系统分为带启动循环泵系统和不带启动循环泵系统。

外置式启动系统是指启动分离器在机组启动和停运过程中投入运行，而在直流负荷以上则解列于系统之外，不参与运行。

图1

3 启动系统设置情况

3.1 华能汕头海门电厂一期1、2号机组工程

3.1.1 锅炉的基本情况

华能汕头海门电厂一期1、2号机组工程采用东方锅炉股份有限公司引进日本巴布科克日立公司技术生产的超超临界变压运行直流炉、一次再热、烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢结构、全悬吊结构Π型锅炉。

3.1.2 启动系统

锅炉启动系统图见图1所示。

锅炉采用带循环泵的内置式启动循环系统。启动分离器为立式，共2只，布置在锅炉的前部上方，由水冷壁出口混合集箱引出的4根连接管切向引入2只汽水分离器。在达到25%TMCR的锅炉最低直流负荷之前，启动系统为湿态运行，分离器起汽水分离作用，分离出来的过热蒸汽进入顶棚过热器，水则从分离器的下部通过水连通管进入分离器储水罐，再通过循环泵在启动系统和省煤器及炉膛水冷壁之间建立有效的循环，将炉膛水冷壁排出的热水返回到省煤器和水冷壁，以减少能量损失和工质损失(此时炉膛最小流量和循环泵流量之间的流量差由给水泵补充)。当锅炉负荷达到25 %BMCR后，锅炉运行方式由再循环模式转入直流运行模式，转直流运行后水冷壁出口工质已全部汽化，即启动系统由湿态转为干态，分离器内已全部为蒸汽，分离器仅作为蒸汽通道用。

为保证锅炉在启动和低负荷运行时水冷壁管内的流速，设置再循环管路。再循环泵（BCP）管路容量约为2%BMCR。该设计可大大减少启动时工质的损失和热量损失，并且能够减轻热态启动时对锅炉的热冲击。在循环泵故障情况下，可以利用循环泵入口管道和出口管道上装有的电动闸阀隔绝循环泵，以便进行检修。储水箱中的水位由3只水位控制阀(361阀)进行控制，在疏水水质不合格时，排入锅炉启动排污扩容器进行扩容减温后排掉；在疏水水质合格时直接排至凝汽器，且对工质进行回收。

图2

图3

3.2 大唐潮州三百门电厂＃3、＃4机组扩建工程

3.2.1 锅炉的基本情况

大唐潮州三百门电厂＃3、＃4机组扩建工程采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日本三菱公司生产的超超临界变压运行直流炉、一次再热、烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢结构、全悬吊结构Π型锅炉。

3.2.2 启动系统

锅炉启动系统图见图2所示。

锅炉启动系统为带再循环泵内置式启动系统，二只立式汽水分离器布置于锅炉的后部上方，由后竖井后包墙管出口集箱引出的锅炉顶棚包墙系统的全部工质均通过4根连接管送入二只汽水分离器。在启动阶段，分离出的水通过水连通管与一只立式分离器贮水箱相连，而分离出来的蒸汽则送往水平低温过热器的下集箱。分离器贮水箱中的水经疏水管排入再循环泵的入口管道，作为再循环工质与高压给水混合后流经省煤器和水冷壁系统，进行工质回收。在锅炉启动期间再循环泵和给水泵始终保持相当于锅炉最低直流负荷流量（25%BMCR）流经给水管、省煤器和水冷壁系统，启动初期锅炉保持5%BMCR给水流量，随锅炉出力达到5%BMCR，三只贮水箱水位调节阀全部关闭，锅炉的蒸发量随着给水量的增加而增加，而通过循环泵的再循环流量则利用泵出口管道上的再循环调节阀逐步关小，当锅炉达到最小直流负荷（25%BMCR），再循环调节阀全部关闭。此时，锅炉的给水量等于锅炉的蒸发量，启动系统解列，锅炉从二相介质的再循环模式运行（即湿态运行）转为单相介质的直流运行（即干态运行）。

在启动过程中水质不合格时由贮水箱底部引出的疏水均通过三只贮水箱水位调节阀经疏水扩容器进行扩容后进入冷凝水箱，冷凝水不进行回收，直接排放至机组排水槽。

3.3 平海电厂一期工程

3.3.1 锅炉的基本情况

平海电厂一期工程采用上海锅炉厂有限公司引进ALSTOM技术制造的超超临界、一次中间再热、全钢结构、露天布置、双切圆八角喷燃、平衡通风、固态排渣螺旋管圈直流煤粉“Π”形锅炉。

3.3.2 启动系统

锅炉启动系统图见图3所示。

锅炉启动系统为带再循环泵内置式启动系统。锅炉炉前沿宽度方向垂直布置4只汽水分离器，每只分离器筒身上方切向布置两根与炉顶过热器相接的管接头，筒身下方切向布置6根与水冷壁相接的管接头。机组启动初期，锅炉负荷低压最小直流负荷30%BMCR时，蒸发受热面出口的介质通过汽水分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部连接管进入炉顶的过热器，而饱和水则通过分离器下方的连接管进行储水箱中。储水箱设置有水位控制系统。储水箱下方的1根疏水管道把疏水分别引至大气疏水扩容器。

在启动过程中水质不合格时由贮水箱底部引出的疏水均通过三只贮水箱水位调节阀经大气式疏水扩容器进行扩容后进入冷凝水箱，当水质合格时，锅炉启动疏水泵把冷凝水输送至凝汽器进行回收，当水质不合格时，冷凝水直接排至机组排水槽。

4 启动系统比较分析

尽管上述三个工程管路的设置不尽相同，但均采用带启动循环泵的内置式启动系统，从对锅炉启动系统的分析可以看出，内置式启动系统具备下列优点：

（1）由于炉水再循环让炉水本身所带的热量都回到炉膛水冷壁，可回收热量，减少工质损失；

（2）由于带启动循环泵的启动系统在启动的整个过程中可以吸收疏水热量，有效的缩短冷态和温态的启动时间；

（3）由于带循环泵的启动系统电动给水泵流量小，再循环泵所需要的扬程小，启动时所消耗的电功率较小。另外，由于启动时间的缩短，辅机的耗电量也相应减少[2]。

但是，带启动循环泵的内置式启动系统也存在不足的地方，带启动循环泵的内置式启动系统与其它类型的启动系统相比较为复杂，初投资比较大，运行维修费用增加。

上述三个工程虽然均采用带启动循环泵的内置式启动系统，但在对锅炉启动的早期汽水膨胀阶段的排水处理方式却不尽相同：

（1）海门工程：设置了一个大气式疏水扩容器，对锅炉启动的早期汽水膨胀阶段的排水通过361阀后分为两条管路：当水质不合格时，排水进入大气式疏水扩容器，随后冷凝水直接排至机组排水槽；水质合格时则直接进入凝汽器，在不超过凝汽器容量的前提下最大限度的回收工质和热量，此时在凝汽器内部必须安装减温减压器对排水进行减温减压。多余疏水排至机组排水槽。

（2）潮州工程：设置了一个大气式疏水扩容器和一个冷凝水箱，对锅炉启动的早期汽水膨胀阶段的排水通过WCD阀后进入大气式疏水扩容器中，通过冷凝水箱收集冷凝水，对冷凝水不进行回收直接排至机组排水槽。

（3）平海工程：设置了一个大气式疏水扩容器和一个冷凝水箱，同时设置了两台锅炉启动疏水泵，一用一备。锅炉启动的早期汽水膨胀阶段的排水进入大气式疏水扩容器，冷凝水汇聚在冷凝水箱，当水质合格时，锅炉启动疏水泵把冷凝水输送至凝汽器进行回收，当水质不合格时，冷凝水直接排至机组排水槽。

从上面分析可以看出，海门工程和平海工程的系统设置可以对锅炉启动时的排水选择是否进行回收，系统运行的灵活性较好，但是需要增加减温减压器或冷凝水疏水泵，系统复杂，增加初投资。潮州工程对冷凝水不进行回收，但是系统及管路较为简单。

5 结束语

在进行启动系统的选择时应根据启动系统的配置特点、运行特性，并结合机组在电网中的作用等实际情况进行选择。由于1000MW超超临界机组在电网系统中一般均承当基本负荷，并具备参与调峰的功能，启动系统可优先考虑选择带循环泵的内置式启动系统。另外，从减少工质损失的角度考虑，对锅炉的启动疏水应进行回收。

[1]霍东方.超临界直流锅炉启动系统的种类及其技术特点.

[2]杨小华，罗必雄，霍沛强，范永春.超超临界1000MW火力发电厂热机设计技术.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.064

刘 浩（1981— ），男，工程师，主要从事电厂的设计工作。

超超临界机组；启动系统；分离器；循环泵