640MW超臨界鍋爐無(wú)爐循泵啟動(dòng)分析

梅宜才　郝守文　韓超　楊國(guó)紅

摘要：大別山電廠#2機(jī)組由于爐循泵故障，啟動(dòng)時(shí)采用無(wú)爐循泵法啟動(dòng)，通過(guò)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中參數(shù)的分析，得出采用小流量無(wú)爐循泵法啟動(dòng)鍋爐的受熱面以及相關(guān)參數(shù)的均可得到有效的控制。

關(guān)鍵詞：超臨界；無(wú)爐循泵；啟動(dòng)；分析

概述

大別山電廠2×640MW機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠采用三井巴布科克能源公司技術(shù)設(shè)計(jì)、制造，為HG-1970/25.4—YM4型、一次中間再熱、超臨界變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Ⅱ型露天布置。30只低N0x軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對(duì)沖燃燒，6臺(tái)HP1003中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（B-MCR）1970t/h，鍋爐下部爐膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，在各種負(fù)荷下均有足夠的冷卻能力，并能有效地補(bǔ)償沿爐膛周界上的熱偏差，水動(dòng)力特性穩(wěn)定；采用四只啟動(dòng)分離器，壁厚較薄，溫度變化時(shí)熱應(yīng)力小，適合于滑壓運(yùn)行，提高了機(jī)組的效率，延長(zhǎng)了機(jī)組的壽命。

鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)

啟動(dòng)系統(tǒng)為內(nèi)置式帶再循環(huán)泵系統(tǒng)。鍋爐負(fù)荷小于40%B-MCR左右直流負(fù)荷時(shí)，分離器起汽水分離作用，分離出的蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器系統(tǒng)，水則通過(guò)連接管進(jìn)入貯水箱，根據(jù)貯水箱中的水位由再循環(huán)泵排到省煤器前的給水管道中或經(jīng)溢流管排到疏水?dāng)U容器中。鍋爐負(fù)荷在40%BMCR左右時(shí)，分離器呈干態(tài)運(yùn)行，只作為一個(gè)蒸汽的流通元件，啟動(dòng)系統(tǒng)按全壓設(shè)計(jì)。

啟動(dòng)系統(tǒng)由如下設(shè)備和管路組成：?jiǎn)?dòng)分離器及進(jìn)出口連接管、貯水箱、溢流管及溢流閥、疏水?dāng)U容器、再循環(huán)泵及再循環(huán)管路、最小流量管路、過(guò)冷管、循環(huán)泵暖管管路、溢流管暖管管路、壓力平衡管路。啟動(dòng)分離器為立式筒體，共4只，布置在鍋爐前部的上方。在分離器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(lái)的水引至貯水箱；在分離器的上端布置有蒸汽消旋裝置并也連接1根出口導(dǎo)管，將蒸汽引至頂棚過(guò)熱器入口集箱。貯水箱數(shù)量為1只，在其下部共有4根來(lái)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，因此分離器和分離器出水管都提供一定的有效貯水容積，使得貯水箱的體積相對(duì)減小。由于貯水箱和分離器并聯(lián)可能因相互間的壓力不均衡而引起各自的水位波動(dòng)，貯水箱中水被再循環(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本生流量，或當(dāng)水位高出循環(huán)泵的控制區(qū)段經(jīng)溢流管上溢流閥排到疏水?dāng)U容器中。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鍋爐啟動(dòng)循環(huán)泵是啟動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，采用KSB的無(wú)泄漏泵。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是泵體與電機(jī)是被分隔的兩個(gè)腔室，泵的葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子裝在同一主軸上，置于相互連通的密封壓力殼體內(nèi)，泵與電機(jī)結(jié)合成一整體，沒(méi)有聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，沒(méi)有軸封，這就從根本上消除了泵泄漏的可能性。無(wú)泄漏泵電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子用耐水耐壓的絕緣導(dǎo)線做成繞組，浸沉在高壓冷卻水中，電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量由高壓冷卻水帶走，并且該高壓冷卻水通過(guò)電機(jī)軸承的間隙，既是軸承的潤(rùn)滑劑又是軸承的冷卻介質(zhì)。

帶循環(huán)泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

在啟動(dòng)過(guò)程中回收熱量。在啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁的最低流量為30%BMCR，因此鍋爐的燃燒率為加熱30%BMCR的流量到飽和溫度和產(chǎn)生相應(yīng)負(fù)荷下的過(guò)熱蒸汽，如采用簡(jiǎn)易系統(tǒng)，則再循環(huán)流量部分的飽和水要進(jìn)入除氧器或冷凝器，在負(fù)荷率極低時(shí)，這部分流量接近30%BMCR流量，除氧器或冷凝器不可能接收如此多的工質(zhì)及熱量，只有排入大氣擴(kuò)容器，造成大量的熱量及工質(zhì)的損失。

在啟動(dòng)過(guò)程中回收工質(zhì)。與簡(jiǎn)易啟動(dòng)系統(tǒng)相比，帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)可以回收工質(zhì)，采用再循環(huán)泵，可以將再循環(huán)流量與給水混合后泵入省煤器，從而可以節(jié)省由于此部分流量進(jìn)入擴(kuò)容器后膨脹、蒸發(fā)而損失的工質(zhì)。

開(kāi)啟循環(huán)泵進(jìn)行水沖洗。采用再循環(huán)泵系統(tǒng)，可以用較少的沖洗水量與再循環(huán)流量之和獲得較高的水速，達(dá)到?jīng)_洗的目的。

在鍋爐啟動(dòng)初期，渡過(guò)汽水膨脹期后，鍋爐不排水，節(jié)省工質(zhì)與熱量。

汽水分離器采用較小壁厚，熱應(yīng)力低，可使鍋爐啟動(dòng)、停爐靈活。

問(wèn)題的提出

由于省煤器入口流量低保護(hù)動(dòng)作值為486t/h，這是保證水冷壁水循環(huán)的最低值，但點(diǎn)火初期，鍋爐的熱負(fù)荷很小，不足導(dǎo)致水冷壁水循環(huán)惡化時(shí)，省煤器入口流量就可以很低。哈鍋的螺旋水冷壁和垂直水冷壁有完善的壁溫監(jiān)測(cè)，任何不安全的水循環(huán)都可以表現(xiàn)在壁溫的變化上，比如：水冷壁的壁溫是否超過(guò)限定值，不同管壁的溫差是否在規(guī)定內(nèi)。通過(guò)水冷壁壁溫的觀察都可以間接地監(jiān)視到水冷壁的運(yùn)行情況，從而保證水冷壁的安全。無(wú)爐循泵的啟動(dòng)就是在這種情況下實(shí)現(xiàn)的。

無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)時(shí)的控制

無(wú)爐水循環(huán)泵啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行方式

在濕態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，為了防止分離器水位過(guò)高，多余的爐水需通過(guò)溢流管道排至擴(kuò)容器。

點(diǎn)火前系統(tǒng)的準(zhǔn)備

鍋爐點(diǎn)火前按照機(jī)組正常的啟動(dòng)程序進(jìn)行操作，確保所有油槍均能投運(yùn)，溢流及沖洗閥動(dòng)作可靠。化學(xué)二個(gè)除鹽水箱水位達(dá)13米以上。除氧器加熱盡早投入，將給水溫度加熱到80℃以上，鍋爐采用汽泵前置泵進(jìn)行小流量上水，對(duì)水冷壁進(jìn)行緩慢的預(yù)熱，防止管壁應(yīng)力過(guò)大。鍋爐邊上水邊通過(guò)溢流調(diào)閥放水，進(jìn)行冷態(tài)沖洗，通過(guò)給水旁閥控制給水流量在50—70t/h左右。

鍋爐點(diǎn)火

當(dāng)給水鐵含量小于100μg/L時(shí)，鍋爐開(kāi)始點(diǎn)火。投入A層5支小油槍，等離子拉弧并啟動(dòng)C制粉系統(tǒng)，此時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，逐漸增加給水流量，鍋爐進(jìn)行熱態(tài)沖洗。直至啟動(dòng)分離器鐵含量小于100μg/L時(shí)，熱態(tài)沖洗結(jié)束。

鍋爐升溫升壓

無(wú)爐循泵啟動(dòng)，由于分離器的溫度較低，導(dǎo)致蒸發(fā)量比正常要少很多，繼而低過(guò)出口以及主汽的溫度偏離正常的啟動(dòng)溫度，過(guò)熱器減溫水的作用也因?yàn)闇囟雀叨幌魅?，因此，要想控制主汽溫度，就得控制分離器出口的溫度，使水的蒸發(fā)點(diǎn)后移，來(lái)降低低過(guò)出口溫度。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)低過(guò)較分離器高出35℃以上時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)逐漸關(guān)閉溢流調(diào)閥，待中間隔墻溫度降低，低過(guò)出口溫度不上升時(shí)，可以逐漸開(kāi)啟一部分溢流閥，通過(guò)這種方法可以控制主再熱汽的溫度不至于偏離太多達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)。升溫升壓過(guò)程中應(yīng)逐漸開(kāi)啟高低壓旁路，以建立較大的水循環(huán)，

鍋爐升溫升壓過(guò)程中，逐漸增加燃料量，逐漸增大給水流量至200t/h，給水流量的增加主要是根據(jù)水冷壁的溫升（1.2℃/min）來(lái)控制的。此過(guò)程應(yīng)當(dāng)加大水冷壁壁溫以及各管壁的溫差的監(jiān)視，出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)分析并處理。

任何時(shí)候都不允許水冷壁超溫，且各管壁間的溫差不大于50℃，否則認(rèn)為水冷壁的水循環(huán)出現(xiàn)不均衡，鍋爐內(nèi)部熱應(yīng)力過(guò)大。

機(jī)組沖轉(zhuǎn)

當(dāng)主汽溫度達(dá)到370℃，主汽壓力達(dá)到7Mpa，再熱器溫度達(dá)到3600℃，再熱器壓力達(dá)到1Mpa時(shí)，汽輪機(jī)可以進(jìn)行冷態(tài)沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)過(guò)程中保持風(fēng)煤水穩(wěn)定，維持主再熱汽溫度的穩(wěn)定，通過(guò)高壓旁路維持主汽壓力的穩(wěn)定，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到500RPM時(shí)，暖機(jī)半小時(shí)，以后按照生速率直至汽輪機(jī)達(dá)到3000RPM。

機(jī)組并網(wǎng)升負(fù)荷

機(jī)組定速后，及時(shí)并入系統(tǒng)中，增大機(jī)組所帶負(fù)荷，逐漸關(guān)閉高低壓旁路，根據(jù)啟動(dòng)曲線，調(diào)整燃料量投入，調(diào)整給水流量控制水冷壁不超溫。隨著負(fù)荷的上升和過(guò)熱度的上升，溢流閥應(yīng)當(dāng)逐漸關(guān)小，逐漸提高給水流量至500t/h左右，在160～180MW時(shí)，控制給水差壓在0.8Mpa左右，增加熱負(fù)荷，給水走主路。進(jìn)入干態(tài)后，關(guān)閉溢流閥，加大給水流量，穩(wěn)定過(guò)熱度，增加熱負(fù)荷，投入給水流量低保護(hù)。

數(shù)據(jù)分析

在啟動(dòng)過(guò)程各間段，螺旋管管壁溫度均在對(duì)應(yīng)飽和水溫度附近，遠(yuǎn)低于管壁報(bào)警溫度（415℃）；壁溫最高管段與壁溫最低管段壁溫差均低于50℃。參數(shù)對(duì)比表明：?jiǎn)?dòng)過(guò)程螺旋管水冷壁水動(dòng)力良好，螺旋管運(yùn)行安全。

在啟動(dòng)過(guò)程各問(wèn)段，垂直管管壁溫度均在對(duì)應(yīng)飽和水溫度附近，遠(yuǎn)低于管壁報(bào)警溫度（470℃）；壁溫最高管段與壁溫最低管段壁溫差均低于50℃。參數(shù)對(duì)比表明：?jiǎn)?dòng)過(guò)程垂直管水冷壁水動(dòng)力良好，垂直管運(yùn)行安全。

10.5Mpa情況：后墻螺旋管壁溫3達(dá)391℃，較最低溫度（右墻螺旋管壁溫14）高90℃，較相鄰的后墻螺旋管壁溫2高74℃，較相鄰的后墻螺旋管壁溫4高45℃，管壁溫度不超標(biāo)，但相鄰管段溫度差略超標(biāo)準(zhǔn)，影響管壁安全。當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷230MW，分離器出口過(guò)熱度達(dá)14℃，此時(shí)運(yùn)行參數(shù)已具備轉(zhuǎn)干態(tài)條件，因此該時(shí)段管壁溫度偏差大主要是過(guò)熱度控制過(guò)高引起，與有無(wú)爐循泵關(guān)系不大。

啟動(dòng)過(guò)程的數(shù)據(jù)分析

分析參數(shù)依據(jù)：

數(shù)據(jù)來(lái)源：SIS系統(tǒng)。

測(cè)點(diǎn)選?。郝菪芩浔谇啊⒑髩皟蓚?cè)墻各選取1～15管壁測(cè)點(diǎn)；垂直管水冷壁前、后墻及兩側(cè)墻各選取1～15管壁測(cè)點(diǎn)。

對(duì)比工況：15年3月12日#1機(jī)組無(wú)爐循泵啟動(dòng)，15年1月20日#1機(jī)組正常啟動(dòng)（爐循泵投運(yùn)情況）。

對(duì)比參數(shù)：分離器壓力分別為0.5MPa下各壁溫情況。如表1所示。

表1分離器壓力0.5MPa時(shí)有、無(wú)爐循泵垂直管壁溫對(duì)比

對(duì)比：無(wú)爐循泵啟動(dòng)最高壁溫較最低壁溫高約17℃，有爐循泵啟動(dòng)最高壁溫較最低壁溫高約19℃，無(wú)爐循泵啟動(dòng)安全性不比有爐循泵差。

結(jié)論

爐水循環(huán)泵故障時(shí)機(jī)組的運(yùn)行方式，注意事項(xiàng)和具體操作過(guò)程，要點(diǎn)，是對(duì)超臨界機(jī)組運(yùn)行方式的有益探索。由于無(wú)爐水循環(huán)泵運(yùn)行，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程部分爐水熱量不能回收，每次開(kāi)機(jī)需多耗燃油30T，除氧水2000T，且增加運(yùn)行監(jiān)盤(pán)和操作上的難度，本文中的方法及過(guò)程僅可視為一個(gè)實(shí)例探討。