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超临界机组的启动系统 1概述 新一代超临界机组的启动系统多数采用内置式分离器和带有循环泵的启动系统。采用内置式分离器的最大优势是汽水分离器串连在汽水管道上,减少了分离器进出口的高压阀门数量。机组启动时,分离器起汽水分离的作用;启动系统解列时,分离器不起汽水分离作用,而是充当蒸汽连通管道。 根据快速起停和灵活的机组负荷跟踪性能的需要,启动系统可采用不同的形式:即扩容器和带有再循环泵等形式。带有扩容器的启动系统初投资比较低,启动操作比较简单;而采用引进技术国产化的新一代600MW 超临界机组多数采用带有再循环泵的启动系统。该系统对提高机组快速启停性能和保证水冷壁在30%～35%MCR以下范围内的运行安全性具有良好的性能和比较成熟的技术。 超临界锅炉启动过程中的主要问题 u无汽包，启动一开始就必须不间断给锅炉上水。启动流量是30％，必须要有启动系统回收工质和热量。 u为了缩短启动时间，锅炉送出的蒸汽参数应该按照汽机要求逐渐提高。 u启动过程中存在汽水的热膨胀问题。导致水动力不稳定和蒸汽带水。 u对于中间再热机组，要在启动时保护再热器。 2 超临界600MW机组的启动系统 启动系统由启动分离器、再循环泵、贮水箱、水位控制阀、截止阀、管道及附件等组成。 启动系统的主要管道包括:过冷水管道,循环泵入口管道,循环泵出口管道,高水位控制管道,循环泵旁路管道及暖管系统管道等。 启动系统中设置有循环泵,通过循环泵建立蒸发系统的工质循环,保证水冷壁在低负荷下有良好冷却效果所需的最小流量。 给水经省煤器和水冷壁加热后,形成汽水混合物,流入汽水分离器,经汽水分离后的热水被循环泵重新送入省煤器。采用循环泵可减少工质流失及热量损失,提高机组的启动速度和对跟踪负荷变化的适应性能,节省启动燃料,提高电厂的经济性,同时可减少启动时对锅炉的热冲击。 超临界600MW 机组的启动系统采用2个启动分离器,在锅炉启动过程中和低负荷运行时可进行有效的汽水分离。启动分离器为直立式布置,其结构型式为圆柱形筒体、球形封头、筒体及封头材料均为SA- 335P91 。贮水箱为圆柱形结构,内径为732.9 mm ,长度约为22.5m ,具有足够的水容积和汽扩散空间。贮水箱上设置有水位测点、压力测点、温度测点、放气、疏水接头等。 3 循环泵的投运条件和工作特点 为了保证机组正常启动,避免启动系统的误动作,锅炉循环泵由运行人员启动。循环泵启动允许条件为循环泵冷却水正常,循环泵出口至分离器储水箱之间的再循环阀(382)开启。当负荷低于29%BMCR 时,为保证水冷壁系统的正常冷却,循环泵投入运行。如果此时循环泵处于自动状态,并且循环泵启动条件满足时,循环泵将自动复位。当机组负荷高于31%BMCR 时,锅炉进入纯直流运行工况,循环泵应关闭。当贮水箱中压力过高、水位过低、入口静压头过低及过冷水量较低时,循环泵处于超压、入口汽化及冷却不良等不安全的运行工况,此时循环泵将跳闸。 4 启动系统的功能及控制方式 设置省煤器排气功能 锅炉上水时,为避免流动的不稳定或流量分配不均以及防止受热面的氧腐蚀,必须排放掉省煤器中的空气,故应开启省煤器放气阀。当MFT（MainFuel Trip，即锅炉主燃料跳闸）复位时,省煤器放气阀连锁关闭,避免运行过程中因阀门开放而引起水冷壁缺水干烧事故。这一功能与亚临界锅炉启动排气的功能一致。 贮水箱水位控制功能 当系统处于直流运行状态时,循环泵停止运行,通过387阀门来控制贮水箱中的水位,避免贮水箱满水或缺水,它类似于汽包水位控制。为了能够随时根据负荷变化启动循环泵,专门设置的暖管系统应投入运行,以保证循环泵系统处于热备用状态。当循环泵处于运行状态或减温器关断阀关闭时,387阀连锁关闭。 专门设置的循环泵过冷水调节功能为循环泵安全运行提供必要条件 由于循环泵处于饱和水状态,一旦压力降低,就有汽化的危险。因此由给水泵出口至储水箱的过冷水系统将少量未经高压加热器加热的给水送至贮水箱,为冷却循环泵提供过冷水,并保证循环泵入口净压头,防止循环泵入口的水发生汽化,同时也避免省煤器沸腾。当炉水达到要求的质量后,建立了正常的循环,准备点火前,应开启383阀门,调节过冷水流量,使其满足循环泵入口静压头的要求。当再循环管路的381阀门即将关闭时,由383阀门将过冷水流量减至0。当贮水箱水位达到高水位时,383阀门连锁关闭。 专门设置暖管系统使启动系统随时处于热 暖管系统的作用是当锅炉处于直流运行,启动系统处于停运状态时,从省煤器出口引出少量温度较高的水至循环泵管路和高水位控制管路,使启动系统一直处于热备用状态。一旦机组负荷降低,启动系统投运时,可减少工质对启动系统的热冲击,尤其是减少对循环泵的热冲击。 贮水箱高水位控制可防止分离器带水运行 当循环泵未投运时,341 阀用来控制贮水箱的高水位,锅炉点火后不久,炉膛中的水被加热,产生气泡,并迅速膨胀,储水箱水位将迅速上升,此时341阀应有预动作,以保证汽水膨胀时能迅速开启。 水冷壁循环流量控制是本系统的核心技术 锅炉点火后,当通过分离器的蒸汽流量达到约7%BMCR ,且蒸汽流量等于给水泵流量时,341阀关闭,循环泵停止运行。此时由381阀控制贮水箱的水位。 专门设置保证循环泵最小流量的循环泵再 循环泵运行时,在任何工况下都必须保证循环泵安全运行的最小流量。循环泵的最小流量一般为5%BMCR。 5.机组启动过程中启动系统的运行特点 锅炉上水 锅炉冷态启动时,首先通过给水泵给锅炉上水。在此期间省煤器放气阀打开,以便排除省煤器中的空气。当贮水箱中的水位达到高水位后,高水位控制阀(341)开启,以控制贮水箱中的水位。在点火之前,保持给水流量约30%BMCR ,给水品质应符合标准要求。如果给水品质不良,可以用给水泵将水送入水冷壁,经汽水分离器后,由贮水箱排至冷凝器,进入水处理设备处理。对于严重污染的水,可就地排放。给水品质满足要求后,给水泵流量减小至7%BMCR,其中4%BMCR 的流量直接进入省煤器,另外3%BMCR 流量经过冷水管道进入贮水箱。当负荷增加至>7 %BMCR 时,给水流量随着负荷的增加而增加。在循环泵运行的工况下,水冷壁的流量一直保持不低于30%BMCR。 启动再循环泵 给水品质满足要求后,可减小给水泵流量,启动再循环泵,建立水冷壁的工质循环。此过程中,分离器和贮水箱与汽包的作用相同,贮水箱水位由高水位控制阀控制。 锅炉点火及受热面保护 如果所有的启动条件和联锁保护就绪,锅炉就可以点火。锅炉点火时,还需要特别注意受热面的保护问题。点火初期,水冷壁和省煤器中由再循环泵提供足以冷却受热面的热量,即进入省煤器和水冷壁的流量为30%BMCR。而过热器和再热器中无蒸汽通过,处于干烧状态,需要设置专门的措施保护。为此,必须限制燃料量和燃料投放速度。当过热器和再热器未建立足够的蒸汽流量之前,监视保护炉膛出口的烟气温度,并确保进入过热器区的烟温不高于过热器金属材料的允许温度,同时考虑烟温偏差的影响,应监控烟温不高于538℃。当过热器和再热器内的流量>15%BMCR 时,可以投入减温器来控制蒸汽温度。 水位控制 锅炉点火后,水在水冷壁中被迅速加热,产生气泡,形成汽水混合物,并迅速膨胀。此时应将贮水箱2个高水位控制阀全部打开,以控制贮水箱中的水位。随蒸汽流量的增加,给水泵应逐渐增加流量以维持锅炉负荷增加的需要。当汽机主汽阀前的蒸汽压力达到汽机冲转所需的最低压力后,可以进行汽机冲转。 关闭再循环泵,进入直流运行模式 随燃烧率和负荷的增加,进入汽水分离器的汽水混合物的干度也逐渐提高。在锅炉负荷提高到本生点以上后,进入汽水分离器的将全部是蒸汽。此时锅炉进入直流运行模式,再循环泵关闭。启动系统由暖管系统时刻维持一定的温度以便热备用。锅炉和汽机在30%BMCR～84%BMCR 之间采用滑压运行模式。在锅炉停炉过程中,锅炉和汽机的负荷在本生点以上是不断降低的。当负荷降至30%BMCR 时,应开启再循环泵。随着燃烧率和负荷的连续下降,在汽水分离器中将有水被分离出来。随负荷进一步降低,分离器分离出来的水量增多,此时应逐渐降低给水泵的出力,同时增加再循环泵的出力,以维持水冷壁冷却的最低工质流量,并且将贮水箱水位保持在适当高度。在汽机达到最小负荷时,锅炉和汽机可以停运。 6 启动系统的技术特点 (1) 减少直流锅炉启动过程中的工质损失和热损失。 (2) 加快启动速度,节省启动燃料,提高机组对负荷变化的跟踪性能。 (3) 有利于大气环境、水环境和土地环境保护。 (4) 减少启动时工质对循环泵和水冷壁的热冲击。 (5) 控制灵活快速,在各种启动条件下,由于汽水膨胀的产生,水位会突然膨胀和收缩,采用循环泵和高水位控制阀快速调节循环流量和水箱水位,保护锅炉的正常启动及运行。 (6) 启动时间更短,调节更灵活。满足带基本负荷和参与快速调峰的要求,同时满足周末停机及两班制运行方式。适应中国电力市场的峰谷差较大的具体情况。 (7) 带有循环泵的启动系统运行时,给水泵与循环泵为并联运行方式。这种系统的优点是无需给水与循环水的混合器,且循环泵发生故障时,给水系统仍然可以继续运行。 (8) 循环泵处于饱和水状态,一旦压力降低,就有汽化的危险。 (9) 造价较高,维修比较复杂。 (10) 启动操作相对带扩容器式的启动系统略微复杂。 7 最低直流负荷的选择 最低直流负荷越低,循环泵流量和启动系统的容量可设计得越小,这对于降低启动系统的投资,减小启动损失十分有利。但受水冷壁冷却所需要的最低质量流速限制,直流负荷的范围越宽,高负荷时的质量流速就越高。例如,对于内螺纹管水冷壁,若在25%负荷时的直流运行的最低质量流速为500kg/ (m2 ·s),则额定负荷时的质量流速达到2000 kg/ (m2 ·s)。 负荷低于25%,必须投入汽水分离器及循环泵。若直流运行确定为35% ,则在35%负荷以下,循环泵就必须投入运行。扩大了循环泵运行的负荷范围,需提高了循环泵的设计流量,同时水冷壁循环安全性的可控性也会随之提高。所以带有循环泵的启动系统对于降低水冷壁质量流速,减少流动阻力,也起着相当重要的作用。 超临界机组的运行 定压运行：炉跟机，通过改变调节汽阀的开度，调节汽轮机的进汽流量和压力。汽轮机调节汽阀前的蒸汽压力和温度不随负荷变化。低负荷范围内经济性差，但是调压速度快，汽压稳定，对外界负荷变动的响应快，对电网调频适应性强。 变压运行：最大优势是提高机组低负荷运行经济性和安全性。降低机组热耗率，降低给水泵功率消耗，易于维持再热蒸汽温度，在机组启动阶段可缩短启动时间，减少机组启动过程中的工质和热量损失，节省燃料。低压蒸汽放热系数小，可提前暖机并降低汽轮机汽缸、转子的壁温变化速度，减小热应力。 超临界机组调峰运行中存在的主要问题 调峰机组的特点是启动次数多，启停和变负荷速度快。 受热金属元件的低周疲劳和高温蠕变（汽水分离器、过热器集汽联箱、三通管等），需要减小壁厚，控制变负荷速度 金属部件的膨胀差。 设计时留一定挠度克服，运行中控制变负荷速度。 对汽水参数和燃烧调节技术水平要求提高 锅炉热惯性小 对汽温调节的要求高 1超临界机组的变负荷运行模式 1）定压运行 锅炉蒸发量在25％－100％范围内，汽轮机进汽压力保持恒定，利用汽轮机调节阀，调节进汽量。 2）滑压运行 汽轮机进汽压力依靠锅炉调节，汽轮机采用全周进汽方式。 3）复合滑压运行模式 例如汽轮机有四个调节阀， 三阀全开，滑压运行负荷范围为25％－90％ 两阀全开，滑压运行负荷范围为25％－60％ 超临界参数机组普遍采用定压－变压－定压运行方式。 机组负荷在30％MCR以下，为保证水动力的稳定性，采用定压方式。 机组负荷在30％－90％MCR，为提高经济性，采用变压运行方式。 机组负荷大于90％MCR，采用定压运行，既可提高机组运行的经济性，又能试机组适应电网调频的要求。 2 超临界机组变压运行特点 变压运行可提高机组低负荷运行的热效率。 降低给水泵功率消耗。 600MW超临界机组在50％额定负荷变压运行时，给水泵电耗只有额定负荷的45％－50％。 改善汽轮机暖机加热过程的均匀性 变压运行机组的蒸汽温度在全负荷范围内基本保持不变。 变压运行再热蒸汽压力随负荷减小而降低，可在较大范围内保持再热汽温。 低负荷时蒸汽流量少，但是比体积增大使得汽轮机容积流量基本不变。 变压运行机组的蒸汽温度在全负荷范围内基本保持不变。汽轮机各级蒸汽温度和排汽温度基本不变。 变压运行再热蒸汽压力随负荷减小而降低，可在较大范围内保持再热汽温。 低负荷时蒸汽流量少，但是比体积增大使得汽轮机容积流量基本不变。 机组负荷变化，主汽阀和调节汽阀开度不变，节流损失少。 机组低负荷运行给水流量少，压力低 采用变压运行的单元机组锅炉对外界负荷变动的响应速度慢。不宜做调频机组。 转发是最大鼓励！感谢您的支持!
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