630MW超臨界機(jī)組無爐水循環(huán)泵啟動(dòng)方案的優(yōu)化

劉武奎

（大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 長(zhǎng)武 713602）

0 引言

大容量超臨界機(jī)組具有運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高、負(fù)荷跟蹤能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是我國(guó)大型火力發(fā)電機(jī)組的主要發(fā)展方向。近年來600 MW及以上的超臨界機(jī)組占在役機(jī)組的比例不斷提高。爐水循環(huán)泵是強(qiáng)制循環(huán)直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，它不僅為鍋爐的濕態(tài)運(yùn)行提供了循環(huán)動(dòng)力和水冷壁所需最小流量，并在啟動(dòng)過程中有效回收熱量和工質(zhì)，提高了鍋爐的熱效率，使得超臨界機(jī)組能夠快速、安全的啟停，以適應(yīng)大容量直流鍋爐的電網(wǎng)調(diào)峰需要。陜西大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司630 MW超臨界機(jī)組直流鍋爐爐水循環(huán)泵電機(jī)故障返廠檢修期間，為了保證電網(wǎng)調(diào)峰需求，進(jìn)行了多次無爐水循環(huán)泵啟動(dòng)的實(shí)踐（其中包括冷態(tài)和極熱態(tài)）。

1 機(jī)組概況

大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程裝設(shè)2×630MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、配等離子點(diǎn)火裝置、半露天布置（鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層以下封閉，運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置）、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)∏型鍋爐，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2084T/h（B-MCR工況），額定蒸發(fā)量為1930T/h(BRL工況)，額定主、再蒸汽溫度571℃/569℃，額定主蒸汽壓力25.4MPa。

鍋爐運(yùn)行方式為帶基本負(fù)荷并參與調(diào)峰，鍋爐變壓運(yùn)行采用定-滑-定壓運(yùn)行或定-滑壓運(yùn)行的方式。鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)帶有爐水循環(huán)泵，鍋爐具有快速啟動(dòng)能力，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，在啟動(dòng)過程中可有效回收熱量和工質(zhì)。

鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)（如圖1所示）采用帶爐水泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。爐前沿寬度方向垂直布置2只啟動(dòng)分離器，其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。鍋爐負(fù)荷低于最低直流負(fù)荷（30%B-MCR）時(shí)，水冷壁出口介質(zhì)流經(jīng)啟動(dòng)分離器進(jìn)行汽水分離，蒸汽通過啟動(dòng)分離器上部4根連接管進(jìn)入爐頂過熱器，而水則通過2根下降管引至一個(gè)連接球體，連接球體下方設(shè)有2根管道分別通至爐水泵和大氣式擴(kuò)容器。在爐水循環(huán)時(shí)，水冷壁的最小流量由爐水泵出口控制閥控制。在啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入大氣擴(kuò)容器前布置有2只液動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)啟動(dòng)分離器水質(zhì)不合格或啟動(dòng)分離器水位過高時(shí)，由此排入大氣式擴(kuò)容器。爐水泵因故障而退出運(yùn)行之后，其水循環(huán)步序如下：除氧器→汽前泵/電泵上水→鍋爐→大氣式擴(kuò)容器→集水箱→集水箱疏水泵→外排 （水質(zhì)不合格）或回收（水質(zhì)合格）如圖2。

圖1

2 存在的問題

（1）給水流量與壁溫之間的矛盾：無爐水循環(huán)泵啟動(dòng)是鍋爐汽水及熱損失較大，所以單位燃煤產(chǎn)生的蒸發(fā)量較小，這就導(dǎo)致蒸汽流量增加速率較燃燒量偏小，使換熱面冷卻不足而較易超溫。所以在相同燃料的情況下選擇較小的給水流量，以增加產(chǎn)氣量，防止分割屏和后屏超溫。但是給水流量過于小的話不能有足夠的水動(dòng)力而導(dǎo)致水冷壁超溫；

（2）給水溫度與熱量排放之間的矛盾：給水溫度越高，則進(jìn)入爐膛之后的產(chǎn)氣量會(huì)增加，而后的壁溫問題也可得也解決，但是給水溫度過高，則后續(xù)通過1A、1B集水箱疏水泵排至排氣裝置導(dǎo)致大量熱損失；而給水溫度過低，省煤器入口水溫低引起省煤器后煙氣結(jié)露，造成省煤器下灰罐及空預(yù)器積灰；

（3）由于大量熱水熱氣排入排氣裝置，機(jī)組背壓（夏季）、低差較難控制，在冬季時(shí)，空冷的防凍要求，溫度約100～120℃的疏水在啟動(dòng)初期不能進(jìn)入排汽裝置。因此在啟動(dòng)過程中疏水的回收將受到制約；

（4）機(jī)組沖轉(zhuǎn)參數(shù)較難控制，壓力低，再熱氣溫偏高；（5）工質(zhì)大量外排。

3 解決方案

1）增加集水箱疏水至除氧器管路，將疏水回收至除氧器，解決啟動(dòng)系統(tǒng)疏水回收能力受限問題，并可以回收疏水的熱量，提高省煤器入口水溫低帶來的問題以及緩解分割屏超溫、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)匹配問題。

2）無爐水泵啟動(dòng)，采用油點(diǎn)火，并盡可能減緩燃燒率增加速度（升溫升壓速度），適當(dāng)推后投入煤粉時(shí)間；

3）降低機(jī)組沖轉(zhuǎn)參數(shù)，保持旁路系統(tǒng)大開度，盡可能增加蒸汽流量，緩解分隔屏超溫。

4）提前投入高加，增加給水溫度，提高蒸汽產(chǎn)氣量。

4 機(jī)組啟動(dòng)前準(zhǔn)備

強(qiáng)制給水流量MFT邏輯，備足除鹽水，A、B倉(cāng)上點(diǎn)爐煤。

5 鍋爐沖洗

1）熱井水質(zhì)合格后，凝輸泵補(bǔ)水至除氧器，投入輔汽至除氧器加熱，汽前泵/電泵上水→鍋爐→集水箱→1A1B集水箱疏水泵→熱井→凝泵→開車放水外排及熱井外排，以加大1A、1B集水箱疏水泵回收管道的沖洗流量。

圖2

2）1C集水箱疏水泵→除氧器，同時(shí)1A1B集水箱疏水泵→熱井→凝泵→低加→除氧器→給水泵→水冷壁→分離器→集水箱，以此打循環(huán)，基本無外排；如圖2所示。

6 點(diǎn)火烘爐

沖洗過程中保持240t/h，點(diǎn)火后加至400t/h，再加至640t/h并保持基本不變；輔汽至空預(yù)器連續(xù)吹灰提前投入，點(diǎn)火時(shí)先投入油槍加熱給水至飽和溫度值初期烘爐主要是為了提高鍋爐的金屬壁溫，使鍋爐受熱自然膨脹并達(dá)到起壓前的狀態(tài)，最終應(yīng)使水冷壁壁溫達(dá)到110℃左右，鍋爐微起壓。初期烘爐對(duì)實(shí)現(xiàn)無爐水泵開機(jī)較為重要，不能刻意縮短烘爐時(shí)間。烘爐結(jié)束的標(biāo)志為：

1）螺旋管及垂直段水冷壁溫大于99℃。

2）分離器出 口溫度不得小于105℃，出口壓力大于 0.1 MPa。

除此之外，為了保證熱量的充分利用，初期烘爐期間鍋爐總風(fēng)量不宜大于30%，暖爐時(shí)間大約為2小時(shí)。

在水質(zhì)合格后減小外排，增加C集水箱疏水泵至除氧器回收流量，提高給水溫度，增加蒸發(fā)量。而后啟動(dòng)A磨煤機(jī)，為保證燃燒煤量保持在17t/h，及時(shí)撤出油槍，調(diào)整給水流量，同時(shí)開啟高低旁暖管，增加蒸汽流量，控制壓力；

在旁路暖管的同時(shí)隨即投入2號(hào)高加，可以進(jìn)一步提高除氧器水溫，在分隔屏壁溫上升過快的時(shí)候開大高旁降低過熱蒸汽壓力以增加蒸汽流量，停止增加煤量以減小煙氣流量同時(shí)開大上層風(fēng)等方法等綜合手段，壁溫上升趨勢(shì)得以遏制，趨于穩(wěn)定。機(jī)組冷態(tài)實(shí)際沖轉(zhuǎn)參數(shù)主/再熱汽壓較低，再熱汽溫度較高。這主要由于大部分熱量無法回收導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)汽量較少，加之再熱汽溫的控制手段少之又少，主要依靠再熱器減溫水和高旁后減溫水來控制，并且顧慮減溫水噴水過多發(fā)生水擊，因此再熱汽溫一直較高。但若再熱汽溫太高偏離沖轉(zhuǎn)參數(shù)較多時(shí)，可以通過適當(dāng)多投入油槍、減少煤量來控制。

7 機(jī)組沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)（參數(shù)見表1）

表1

機(jī)組沖轉(zhuǎn)后及時(shí)3號(hào)高加，可以適當(dāng)提高給水溫度至124℃。

總煤量40噸，等離子及4只油槍運(yùn)行，給水量630T/H左右，主汽壓力4.2MPa，再熱汽壓0.98MPa主汽溫375℃，再熱汽溫440℃。啟動(dòng)B磨啟動(dòng)成功后，注意鍋爐總煤量不要出現(xiàn)大幅增加，及時(shí)降低A磨煤量，保持總煤量40T/H不變，提前將風(fēng)量、旁路控制，防止分隔屏壁溫大幅上升。

機(jī)組并網(wǎng)后煤量加至48T/H，負(fù)荷38MW，主汽壓6.08MPa，再熱汽壓0.68MPa，開始切缸，切缸結(jié)束，閥位指令64%，負(fù)荷50MW，煤量59T/H，主、再汽溫穩(wěn)定上升，屏過壁溫上升平穩(wěn)。繼續(xù)加煤升負(fù)荷，負(fù)荷加至96MW，總煤量77T/H，倒廠用電后啟動(dòng)第三臺(tái)磨煤機(jī)，運(yùn)行穩(wěn)定后逐步撤出油槍。

切缸后隨即投入1號(hào)高加，給水溫度由之前的124℃提升至200℃左右，隨著給水溫度的提高，產(chǎn)氣量增加，分隔屏、后屏等壁溫明顯下降。投高加時(shí)，提前加煤提升壓力，否則會(huì)造成負(fù)荷下降。

8 機(jī)組轉(zhuǎn)態(tài)

機(jī)組負(fù)荷加到 180MW及以上，達(dá)到干濕態(tài)轉(zhuǎn)換負(fù)荷，完成給水旁路倒主路操作和并入汽泵操作。采取低流量轉(zhuǎn)態(tài)，此時(shí)就不能像正常時(shí)候保持省前流量不變的轉(zhuǎn)態(tài)方式，而是給水要隨煤量也要緩慢增加，不然中間點(diǎn)溫度會(huì)升高很多，而壓力卻不上升，負(fù)荷未到就轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行的現(xiàn)象出現(xiàn)。緩慢增加煤量120T/H，給水流量630T/H，負(fù)荷200MW，中間點(diǎn)溫度332℃，中間點(diǎn)過熱度10℃。鍋爐轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行，停止集水箱疏水泵運(yùn)行。

9 加負(fù)荷

總煤量加至140T/H，負(fù)荷加至300MW，給水量910T/H，投入CCS控制。加負(fù)荷過程注意監(jiān)視汽輪機(jī)各參數(shù)正常。

10 總結(jié)

啟機(jī)并網(wǎng)至轉(zhuǎn)干態(tài)前，省前流量保持在620T左右，點(diǎn)爐后暖爐時(shí)間長(zhǎng)和主汽壓力保持相對(duì)低，1C集水箱疏水泵的提前啟動(dòng)使得進(jìn)入排氣裝置的熱水減少，同時(shí)進(jìn)入除氧器，提高了給水溫度，增加了蒸發(fā)量，故螺旋管壁和分割屏管壁溫度能夠很好的控制 （尤其是在啟磨時(shí)），最高時(shí)464℃在可控范圍之內(nèi)，機(jī)組背壓以及差脹都得到了很好的控制。

但是在后期轉(zhuǎn)態(tài)過程中保持給水流量穩(wěn)定的條件下，逐漸增加燃煤量，待分離器水位漸漸蒸干，集水箱水位下降，考慮到熱水回收問題遂停止1B疏水泵，水位上漲，開大1C疏水泵至除氧器電動(dòng)調(diào)整門后水位沒有下降趨勢(shì)。之后分析原因隨著負(fù)荷上升凝結(jié)水壓力上升（1B凝泵變頻投入，當(dāng)時(shí)凝泵出口壓力由并網(wǎng)前2.6MP升至3.3MP，流量650t/h左右），而1C疏水泵至除氧器接至凝結(jié)水進(jìn)除氧器管道上，此時(shí)1C疏水泵壓力低于凝結(jié)水壓力，所以集水箱水位下降緩慢甚至不下降。所以應(yīng)首先停止1C疏水泵，用剩余的1A或1B疏水泵將剩余熱水回收至排氣裝置中，防止集水箱滿水。

彬長(zhǎng)電廠1號(hào)機(jī)630 MW超臨界機(jī)組在不帶爐水循環(huán)泵的工況下順利啟動(dòng)并接待負(fù)荷，充分驗(yàn)證了設(shè)計(jì)帶有爐水循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)在沒有爐水循環(huán)泵的條件下，可以通過控制啟動(dòng)速度，適當(dāng)調(diào)整汽水參數(shù)，系統(tǒng)的改造也更能使得壁溫與給水矛盾得已解決，完全可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常啟動(dòng)。但是無爐水循環(huán)泵啟動(dòng)過程中汽水分離器下來的水排入到集水箱，在水質(zhì)不合格的情況下直接外排，當(dāng)水質(zhì)合格時(shí)部分通過疏水泵排入到凝汽器內(nèi)，導(dǎo)致部分爐水無法回收，工質(zhì)熱量無法利用，降低了鍋爐熱效率；而且因?yàn)閱?dòng)時(shí)間長(zhǎng)，多消耗了燃油和工質(zhì)，若機(jī)組長(zhǎng)期頻繁啟停，盡量不要采用。

［1］上海鍋爐廠.直流鍋爐使用說明書[Z].

［2］陳學(xué)俊,陳學(xué)寬.鍋爐原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1983.