哈爾濱超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)性能分析

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(1.華能羅源發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 福州 350108；2.福州大學(xué)，福建 福州 350108)

1 引言

哈爾濱鍋爐有限公司的直流鍋爐在國內(nèi)許多電廠都已經(jīng)投入使用，文章中要介紹的華能福州電廠三期2×660MW超超臨界機組，采用的就是此種鍋爐。我們發(fā)現(xiàn)，超超臨界鍋爐的啟動系統(tǒng)就老電廠的啟動系統(tǒng)而言，發(fā)生了比較大的變化。研究的關(guān)鍵在于[1]我們對其啟動系統(tǒng)要有一定程度的了解。

2 設(shè)備簡介

鍋爐為變壓運行的直流鍋爐，它為單爐膛結(jié)構(gòu)，過熱器和再熱器布置在爐膛的頂部。通過采用改進型低NOX分級送風(fēng),NOX能得到有效的降低，有利于脫硫脫硝。鍋爐爐膛尾部有煙氣擋板，可以用來進行氣溫的控制。內(nèi)部水冷壁采用內(nèi)螺紋管垂直上升的膜式。此外，在鍋爐三層布置有再循環(huán)泵[2]。鍋爐為全鋼架結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)的通風(fēng)方式，室外安裝布置。鍋爐的過熱器是由四部分過熱器組成，可以分為一級過熱器、二級過熱器、三級過熱器、高溫過熱器。再熱器系統(tǒng)是由兩部分組成，布置在爐膛尾部。分別為一級再熱器，高溫再熱器。其中，6臺磨煤機對應(yīng)一個鍋爐，一般情況下，5臺磨運行時就能滿足鍋爐負荷要求。磨煤機型號為MPS200HP-II。R90=18%的煤粉細度最為常見。鍋爐共有24組的燃燒器，分別安裝于四面墻上，構(gòu)成切圓的燃燒方式，每面墻上6個。燃燒器的噴嘴與磨煤機一一對應(yīng)。燃燒器的上方的OFA 噴嘴布置在鍋爐七層，另增加了四層燃盡風(fēng)AA噴嘴，它的作用一個是增補燃燒所需要的氧氣，同時能保證爐膛內(nèi)的溫度不過高，減小了NOX的含量。每兩臺燃燒器之間都裝有1把油槍，用于鍋爐點火初期為爐膛提供足夠的點火能量；另外，就是在低負荷時，對鍋爐起到穩(wěn)定燃燒的作用。其中，高能點火設(shè)備[3]在每只油槍中都有安裝。

3 鍋爐啟動系統(tǒng)技術(shù)特點

3.1 鍋爐啟動系統(tǒng)

啟動分離器布置在鍋爐八層，當(dāng)鍋爐的負荷達到鍋爐額定負荷四分之一時，分離器為濕態(tài)方式。分離器將蒸汽和水分隔開，蒸汽通過上部的管道進入爐膛，而下部的水則返回疏擴，再由循環(huán)泵進行打循環(huán)。當(dāng)機組負荷開始上升時，通過控制水位閥來控制疏擴水位。當(dāng)鍋爐達到額定負荷四分之一時，啟動系統(tǒng)轉(zhuǎn)為干態(tài)。這時，分離器內(nèi)只有蒸汽，沒有水，這個時候它就相當(dāng)于一個集箱[4]。

3.2 汽輪機旁路系統(tǒng)

汽輪機的旁路系統(tǒng)有兩個組成部分，分別為高壓旁路，低壓旁路。在啟停爐及事故工況情況下(如發(fā)電機甩負荷，升降負荷等)，旁路有保護的作用[5]。在準(zhǔn)備沖轉(zhuǎn)汽輪機，或者在事故情況下停爐，此時，鍋爐中的燃燒仍在進行，為了保證機組的安全。蒸汽經(jīng)由旁路系統(tǒng)直接引入凝汽器中。同時，在高低旁處裝配噴水降溫的裝置，將蒸汽溫度壓力降下來，能避免凝汽器溫度和壓力過高，保護了凝汽器。

3.3 鍋爐汽水系統(tǒng)的啟動過程

3.3.1 鍋爐清洗

鍋爐受熱面的內(nèi)表面按要求需要保持干凈，無殘留雜質(zhì)，因此，需要對鍋爐進行水洗。冷態(tài)水洗和熱態(tài)水洗構(gòu)成了鍋爐水洗的兩個階段。當(dāng)Fe含量滿足要求,混濁度滿足要求(不大于3NTU)，鍋爐冷態(tài)水洗結(jié)束。鍋爐冷態(tài)沖洗按如下進行：先由凝汽器到低加、除氧器，再到給水泵，再到高加，之后再到省煤器、分離器，最后排入疏擴。之后進行鍋爐點火，然后再進行熱態(tài)清洗，但要滿足水冷壁出口溫度的要求，此時，溶解鐵的含量最高[6]。熱態(tài)沖洗合格標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 鍋爐熱態(tài)沖洗

3.3.2 鍋爐升溫升壓

熱態(tài)水洗完成之后，應(yīng)先投入汽輪機旁路系統(tǒng)。點開高、低旁路，先控制小開度進行高低旁的暖管，并逐漸開大，避免屏過金屬的急升急降，隨后逐漸加大燃料量進行大流量管路沖洗。沖洗過的蒸汽最后流入凝汽器中去[7]。

3.3.3 汽機沖轉(zhuǎn)及并網(wǎng)

當(dāng)主蒸汽壓力、溫度滿足要求，主蒸汽導(dǎo)電度<0.5μs/cm，即可沖轉(zhuǎn)汽輪機。當(dāng)?shù)退倥瘷C和3000r/min暖機都合格后，且滿足X1-X8準(zhǔn)則，即可并網(wǎng)[8](注：其中，打開主汽門對主調(diào)門進行暖閥要滿足X1-X8準(zhǔn)則；打開主調(diào)門，并沖轉(zhuǎn)至低速暖機要滿足X4、X5和X6準(zhǔn)則；汽輪機低速暖機程度合適、可以繼續(xù)升速至3000r/min要滿足X7A和X7B準(zhǔn)則；在3000r/min時，汽輪機暖機程度合適，允許汽輪機并網(wǎng)要滿足X8準(zhǔn)則。)。

3.3.4 鍋爐濕-干態(tài)轉(zhuǎn)換

鍋爐點火啟動并網(wǎng)后，升負荷時應(yīng)把參數(shù)控制好，快速平穩(wěn)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，120～180MW 之間盡可能短的停留，目標(biāo)負荷300MW。干濕態(tài)是升負荷過程中的一個重要階段，要控制好煤粉量和給水量[9]，保證蒸汽一定的過熱度，一般高50℃。之后再繼續(xù)投運磨煤機進行煤粉供應(yīng)，當(dāng)鍋爐負荷達到額定負荷四分之一時，就要把啟動系統(tǒng)從鍋爐系統(tǒng)中分離開，同時，應(yīng)保持啟動系統(tǒng)熱備用形態(tài)，以備隨時能夠投用。

4 鍋爐啟動系統(tǒng)運行性能

4.1 安全門整定

首先，先按機組正常啟動曲線將機組負荷升到對應(yīng)安全門動作壓力的 50%，對安全門進行檢查，查看安全門正常動作并無向外漏氣現(xiàn)象。之后保持鍋爐壓力的穩(wěn)定，再把鍋安全門動作壓力的70%作為升負荷的目標(biāo)。其中要注意的是：

(1)安全門整定的時候，不允許無保護進行整定。

(2)進行效驗前，首先應(yīng)該保證表記正常。定砣中發(fā)現(xiàn)誤差過大(超過0.2MPa)，這個時候應(yīng)先終止效驗，問題解決之后才可繼續(xù)進行。

(3)校驗壓力靠近安全門的動作壓力的時候，應(yīng)緩慢升壓，速率不要太高。

(4)安全門校驗時，控制好主汽溫、主汽壓。操作時候應(yīng)緩慢。

(5)對安全門進行整定時，要保證燃燒的穩(wěn)定進行。

4.2 鍋爐啟動特性

與另外三態(tài)(溫、熱、極熱)相比，冷態(tài)啟動較為復(fù)雜，在這種啟動狀態(tài)下，鍋爐與汽輪機的配合問題比其他條件下更為復(fù)雜。本鍋爐啟動設(shè)計較為精細，操作也較為方便，但仍要留心關(guān)鍵參數(shù)的控制，熟悉啟動系統(tǒng)的特點。否則，易出現(xiàn)溫度過高，壓力過高的情況。

4.2.1 冷態(tài)啟動時的關(guān)鍵控制參數(shù)

(1)鍋爐冷態(tài)水洗結(jié)束時，貯水箱出口的水質(zhì)經(jīng)過檢測，滿足要求,且混濁度小于3NTU且循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)要求滿足Fe含量小于200ppb。

(2)鍋爐熱態(tài)清洗結(jié)束時，貯水箱出口水質(zhì)滿足PH在9.3～9.5之間，導(dǎo)電度不大于0.5μS/cm，F(xiàn)e含量滿足要求。

(3)主蒸汽壓力滿足要求(7.5MPa)，汽溫度滿足要求(400℃上下)主蒸汽導(dǎo)電度<0.5μs/cm，X1-X6 條件滿足，即可準(zhǔn)備啟動汽機SGC。

(4)并網(wǎng)之后，最小負荷應(yīng)維持在66MW。

(5)之后慢慢將負荷提高，且將變化速率控制好，不應(yīng)太快，

4.2.2 鍋爐啟動參數(shù)指標(biāo)

在福州電廠機組啟動期間，進行了多次四態(tài)啟動實驗，在這個過程中，參數(shù)變化平緩，各個受熱面的壁溫的變化較為平均，其中螺旋水冷壁和上部水冷壁在投磨煤機時雖出現(xiàn)一定的偏差，但之后趨于均勻。另外，因為在干濕態(tài)轉(zhuǎn)變點附近，鍋爐工況變化較大，為此，在20%～30%ECR停留的時間要盡可能的短。

5 在啟動過程中應(yīng)注意的問題

5.1 水質(zhì)

水質(zhì)問題一直以來都是人們較為關(guān)系的內(nèi)容，因為管道的直徑較小，如果水質(zhì)欠佳的話，管內(nèi)會結(jié)垢，使內(nèi)壁變厚，從而導(dǎo)致阻力變大，影響傳熱效果，發(fā)生爆管，甚至導(dǎo)致停機。因此，要加強水質(zhì)的監(jiān)督。它的幾個主要監(jiān)視指標(biāo)為：

(1)離子電導(dǎo)率

由于鍋爐爐水的酸性會影響鍋爐的受熱面，因此，應(yīng)保持鍋爐給水弱堿性。

(2)溶解氧

爐水中的氧會氧化管子的內(nèi)壁，形成致密的氧化膜，影響到熱量傳遞。正常運行時，氧的含量：30～300μg/L(加氧處理之后)。

(3)二氧化硅

硅會磨損汽輪機的葉片，同時會在管子里產(chǎn)成水垢，正常運行時，要控制好二氧化硅含量。

(4)鐵濃度

鐵分析包括全鐵和溶解鐵，通過分析鐵在水中的溶解度，我們就能了解保護層是否形成，正常運行時鐵的含量滿足(不大于10μg/L)。

5.2 鍋爐啟動過程中汽溫控制

在鍋爐啟動時，運行人員要控制好主氣溫。正常運行的時候，要求有30℃以上的過熱度。

(1)啟動系統(tǒng)的給水流量為額定給水量的四分之一(2046t)。

(2) 鍋爐要保證一定的風(fēng)量(30%BMCR)，如果有需要，可以少量添加燃盡風(fēng)。

(3) 鍋爐剛啟動時，要控制好煤粉量和給水量。完成鍋爐熱態(tài)清洗后，可以再投運一臺磨煤機，提高給煤量，盡快滿足汽機沖轉(zhuǎn)的要求。

(4)金屬壁溫升速率不應(yīng)過大。

(5)若鍋爐采取冷態(tài)啟動，按要求，就要進行熱態(tài)水洗。在熱態(tài)沖洗的時候，要注意水冷壁出口溫度，做到小于170℃。

5.3 清洗水量的控制

鍋爐在第一次啟動時或在長時間停機后再次開機時，冷態(tài)和熱態(tài)水沖洗都是必不可少的。清洗水量要滿足要求，其中，少部分的水是由給水泵提供，大部分由循環(huán)泵提供。水沖洗是為了把管道中的雜質(zhì)清除干凈，如果長時間沒運行，再次啟動前，水洗是必不可少的。

5.4 WDC閥的運行方式

剛啟動時：此時鍋爐還未點火，要保證有額定給水流量的四分之一的水量流過省煤器和水冷壁，這些流量能保證爐膛內(nèi)的管道不會超溫，其中，大部分流量是由再循環(huán)泵提供。這個時間段內(nèi)，疏擴的水位是由疏水閥來控制的。疏水管的容量不僅要考慮正常運行時的疏水量，還要考慮鍋爐剛點火時汽水膨脹的現(xiàn)象。

(1)從分離器開始出水，到鍋爐達到額定負荷的四分之一：若分離器水位不再大幅度波動時，WDC 閥將自動關(guān)?。浑S著鍋爐出力增加，WDC會自動全關(guān)。在這之后，通過循環(huán)水量調(diào)節(jié)閥(BR閥)來控制循環(huán)水的水量，當(dāng)鍋爐負荷逐漸變大時，閥門跟著關(guān)小，直到全關(guān)。

(2)熱備用狀態(tài)：當(dāng)鍋爐到達額定負荷的四分之一時，要將啟動系統(tǒng)從鍋爐系統(tǒng)中分離出去，并轉(zhuǎn)入熱備用。同時，為了管道隨時能夠投運。省煤器出口的暖管閥應(yīng)保持開啟狀態(tài)。

6 結(jié)束語

哈爾濱超超臨界鍋爐啟動系統(tǒng)參數(shù)控制較為容易，同時設(shè)計布局合理。通過長期的運行可以知道，機組啟動快，操作方便，而且由濕態(tài)方式轉(zhuǎn)入干態(tài)方式的過程較為簡單容易。對此，生產(chǎn)人員應(yīng)做到對啟動系統(tǒng)有一定程度的了解。