超临界锅炉的启停

149第八章超临界锅炉的启停第一节概述一、单元制机组锅炉启停概述锅炉由静止状态转变成运行状态的过程称为启动；停运是启动的反过程，即由带负荷状态转变成静止状态。锅炉启停的实质就是冷热态的转变过程。锅炉的启动分为冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动。所谓冷态启动是指锅炉的初始状态为常温和无压时的启动，这种启动通常是新锅炉、锅炉经过检修或者经过较长时间停炉备用后的启动。温态启动、热态启动和极热态启动则是指锅炉还保持有一定的压力和温度，启动时的工作内容与冷态启动大致相同，它们是以冷态启动过程中的某一阶段作为启动的起始点，而起始点以前的某些工作内容在这里可以省略或简化，因而它们的启动时间可以较短。对单元制机组而言，锅炉的启动时间是指从点火到机组带到额定负荷所花的全部时间。锅炉的启动时间，除了与启动前锅炉的状态有关外，还与锅炉机组的型式、容量、结构、燃料种类、电厂热力系统的型式及气候条件等有关。与600MW超临界机组配套的超临界直流锅炉，冷态启动时间为5～6小时左右，温态启动时间为2～3小时，热态启动时间为1～1.5小时，极热态启动时间为1小时。锅炉启动时间的长短，除了上面提到的条件之外，尚应考虑以下两个因素：(1)使锅炉机组的各部件逐步和均匀的得到加热，使之不致产生过大的热应力而威胁设备的安全；(2)在保证设备安全的前提下，尽量缩短启动时间，减少启动过程的工质损失及能量损失。锅炉的启动也可以根据机组中锅炉和汽轮机的启动顺序，或启动时的蒸汽参数，把机组的启动分为定压启动(又称顺序启动)和滑参数启动(又称联合启动)，一般单元制机组都采用滑参数联合启动。单元制机组锅炉停运有滑参数停运、定参数停运、事故停运三种类型，前两种有时也合称为正常停运。锅炉的启停过程是一个不稳定的变化过程，过程中锅炉工况的变化很复杂，如在启动过程中，各部件的工作压力和温度随时在变化，启动时各部件的加热不可能完全均匀，金属体中存在着温度差，会产生热应力。启动初期炉膛的温度低，在点火后的一段时间内，燃料投入量少，燃烧不容易控制，易出现燃烧不完全、不稳定、炉膛热负荷不均匀，还可能出现灭火和爆炸事故；在启动过程中，各受热面内部工质流动尚不正常，易引起局部超温。如工质流动尚未正常时的水冷壁，未通汽或汽量很小时的过热器和再热器，都可能有超温损坏的危险等。因此，锅炉启动停运是锅炉机组运行的重要阶段，必须进行严密监视，优化各种工况，建立最佳的启动停运指标，以保证锅炉安全经济启停。二、直流锅炉启动特点根据工质在蒸发受热面内的流动状况，锅炉可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流锅炉。直流锅炉的工作原理为工质一次通过各受热面，被加热到所需的温度；其本质特点包括：(1)没有汽包；(2)工质一次通过，强制流动；(3)受热面无固定界限。对于采用超临界参数的火电机组，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉炉型。由于直流锅炉结构和工作原理上的特殊性，使其启动过程也具有一些特殊性：和汽包炉相比，其启动150有相近的地方，但也具有一些不同的特点。直流锅炉启动过程的主要特点为：(1)为保证受热面安全工作，直流锅炉启动一开始就必须建立启动流量和启动压力；而在启动过程中，顺次出来的工质是水、水蒸汽，为减少热量损失和工质损失，装设了启动旁路系统；(2)自然循环锅炉和控制循环锅炉由于有汽包，升温升压过程进行的慢，否则热应力太大；而直流锅炉没有汽包，升温过程可以快一些，即直流锅炉启动快。第二节超临界锅炉的启动特性一、启动流量和启动压力当直流锅炉没有采用辅助循环泵时，在全负荷范围内水冷壁工质质量流速是靠给水流量来实现的。启动时的最低给水流量称为启动流量，它由水冷壁安全质量流速来决定；启动流量一般为(25%～30%)MCR给水流量，点火前由给水泵建立启动流量。锅炉启动时的压力称为启动压力，不同类型的直流锅炉建立启动压力的方法是不同的。二、升温速度直流锅炉没有汽包，水冷壁并联管流量分配合理、工质流速较快，故允许升温速度比自然循环汽包锅炉高。但超临界、大容量直流锅炉的联箱、汽水分离器等部件的壁面较厚，故升温速度也受到一定的限制；直流锅炉热态冲洗到建立汽轮机冲车参数过程中，汽水分离器入口升温速度不应超过2℃/min。三、启动水工况直流锅炉给水通过蒸发受热面一次蒸发完毕，水中杂质有三个去向：(1)沉积在受热面内壁；(2)沉积在汽轮机通流部分；(3)进入凝汽器。主要是前两项，而进入凝汽器的杂质很少。锅水中杂质除了来自给水，还有管道系统及锅炉本体内的沉积物和氧化物被溶入锅水。因此，每次启动要对管道系统和锅炉本体进行冷、热态循环清洗。1．给水品质锅炉给水按CWT工况设计，即联合水处理工况设计。给水由循环水和补给水组成，给水品质标准如下：总硬度～０μmol/l氧化硅≤15μg溶解氧30～200μg/l油～0mg/l(化水处理后)PH值8.0～9.0铁≤10μg/l电导率25℃≤0.2μs铜≤5μg/l钠≤5μg/l2．省煤器进口处水品质炉前给水系统管道中杂质对水污染，使省煤器进口水品质下降。因此启动前首先要对炉前给水系统进行循环清洗。当省煤器入口和分离器出口水的电导率1μs/cm或含铁量100mg/kg时，清洗完成。3．蒸发受热面出口处(分离器出口)水品质锅炉本体氧化铁杂质也会污染水质，因此启动时还要对锅炉本体进行循环清洗。当省煤器入口和分离器出口水的电导率1μs/cm或含铁量100mg/kg时，清洗完成。4．点火后水质控制锅炉点火后水温逐渐升高，锅内氧化铁等杂质也会进一步溶解于水中，因此点火后还要进行热态循环清洗。四、受热面区段变化与工质膨胀151汽包锅炉的汽包是各受热面的分界点。而直流锅炉的三大受热面(过热器、省煤器、水冷壁)串联连接，虽然在结构上是分清的，但是工质状态没有固定的分界，它随着工况而变化。直流锅炉启动过程水的加热、蒸发及汽的过热三个受热面段是逐渐形成的，整个过程历经三个阶段:第一阶段：启动初期，全部受热面用于加热水。特点为工质相态没有发生变化，锅炉出水流量等于给水流量。第二阶段：锅炉点火后，随着燃烧投入量的增加，水冷壁内工质温度逐渐升高，当燃料投入量达到某一值时，水冷壁中某处工质温度达到该处压力所对应的饱和温度，工质开始蒸发，形成蒸发点，开始产生蒸汽。此时，其后部的受热面内工质仍为水；产汽点的局部压力升高，将后部的水挤压出去，锅炉排出工质流量远大于给水流量。当产汽点后部的受热面内水被汽水混合物代替后，锅炉排出工质流量回复到等于给水流量，进入了第二阶段，这阶段的受热面分为水加热和水汽化两个区段。由第一阶段转变为第二阶段的过度期，锅炉排出工质流量远大于给水流量的现象称为工质膨胀。第三阶段：锅炉出口工质变成过热蒸汽时，锅炉受热面形成水加热、水汽化及蒸汽的过热三个区段。锅炉工质膨胀是直流锅炉启动过程中的重要现象。影响启动过程汽水膨胀的主要因素有启动压力、给水温度、锅炉蓄水量、燃料投入速度及吸热量的分配。了解工质膨胀特性，为直流锅炉拟定启动曲线，以使锅炉安全渡过膨胀期及锅炉启动系统设计提供了依据。五、热量与工质回收直流锅炉点火前要进行冷态循环清洗，点火后要进行热态循环清洗，启动过程给水流量不能低于启动流量，汽轮机冲转后还要排放汽轮机多余的蒸汽量。可见，启动过程中锅炉排放水、汽量是很大的，造成工质与热量的损失。因此，应考虑采取一定的措施对排放工质与热量进行回收；例如将水回收入除氧水箱或凝汽器，蒸汽回收入除氧水箱、加热器或凝汽器。第三节超临界锅炉的启动旁路系统严格来说，超临界直流锅炉启动旁路系统主要由过热器旁路和汽轮机旁路两大部分组成。过热器旁路是针对直流锅炉单元机组的启动特点而设置的，为直流锅炉单元机组特有的系统。汽轮机旁路系统不但用于直流锅炉单元机组还用于汽包锅炉单元机组上。汽轮机旁路系统的组成及工作原理详情请参见教材“汽轮机设备及运行”有关部分。我们下面介绍的启动旁路系统主要为过热器旁路系统。一、启动旁路系统的功能直流锅炉单元机组的启动旁路系统主要有以下功能：(1)辅助锅炉启动1)辅助建立冷态和热态循环清洗工况2)辅助建立启动压力与启动流量，或建立水冷壁质量流速3)辅助工质膨胀4)辅助管道系统暖管(2)协调机炉工况1)满足直流锅炉启动过程自身要求的工质流量与工质压力2)满足汽轮机启动过程需要的蒸汽流量、蒸汽压力与蒸汽温度(3)热量与工质回收借助启动旁路系统回收启动过程锅炉排放的热量与工质。152(4)安全保护启动旁路系统能辅助锅炉、汽轮机安全启动。有的旁路系统还能用于汽轮机甩负荷保护、带厂用电运行或停机不停炉等。直流锅炉单元机组的启动旁路系统，不应该是功能越全面越好，要根据机组容量、参数及承担电网负荷的性质等合理地选定。此外，启动旁路系统在运行中的效果还与锅炉、汽轮机、辅机的性能有关，主机、辅机与系统性能的统一才能获得预想的功能。总之，启动系统的选型要综合考虑其技术特点、系统投资及电厂运行模式等因素。二、内置式分离器启动系统的分类及技术特点直流锅炉启动系统按分离器正常运行时是否参与系统工作可以分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统。内置式分离器启动系统是指在正常运行时，从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器，进入过热器，此时分离器仅起一连接通道作用。内置式分离器启动系统大致可分为：(1)扩容器式(大气式、非大气式2种)；(2)启动疏水热交换器式；(3)再循环泵式(并联和串联2种)。1．带扩容器的启动系统这种启动系统主要由除氧器、给水泵、高压加热器、启动分离器、大气式扩容器、疏水回收箱、疏水回收泵、冷凝器等组成。图8-1为石洞口二电厂600MW超临界压力机组直流锅炉大气式扩容器启动系统简图。其锅炉由瑞士Sulzer和ABB-CE公司合作设计，锅炉为超临界一次再热、螺旋管圈、变压运行直流锅炉，受压部件和启动系统由Sulzer公司设计供货。(1)冷态启动当水质不合格和冷态、温态启动过程中，可将进入启动分离器的疏水通过AA阀排至大气式疏水扩容器；冷态和温态启动时，通过AA阀控制启动分离器的水位使之不超过最高水位，以防止启动分离器满水以致水冲入过热器，危及过热器甚至汽轮机的安全。(2)冷态和温态启动时，AN阀辅助AA阀排放启动分离器的疏水，当AA阀关闭后，由AN和ANB阀共同排除启动分离器疏水，并控制启动分离器水位。(3)利用ANB阀回收工质和热量，即使在冷态启动工况下，只要水质合格和满足ANB阀的开启条件，即可通过ANB阀疏水进入除氧器水箱。ANB阀保持启动分离器的最低水位。该启动系统适用于带基本负荷，允许辅机故障带部分负荷和电网故障带厂用电运行。由于采用大气扩容器，如果经常频繁启停及长期极低负荷运行，将有较大的热损失和凝结水损失。另外，此系统只能回收经ANB阀排出的疏水热，而通过AN及AA阀的疏水热却无法回收，故工质热损失大也是其缺点之一。2.带启动疏水热交换器的启动系统河南姚孟电厂所引进的由Sulzer公司设计、比利时制造的直流锅炉，就是采用带启动疏水热交换器的启动系统，参见图8-2。启动过程中汽水分离器的疏水通过启动疏水热交换器后分为两路，其中一路经ANB阀流入除氧器水箱；另一路经过并联的AN阀和AA阀流入冷凝器之前的疏水箱，而后进入冷凝器。启动疏水热交换器，在省煤器及水冷壁中吸收了烟气热量的汽水分离器疏水和锅炉给水进行热交换，减少了启动疏水热损失。3．带再循环泵的低负荷启动系统启动分离器的疏水经再循环泵送入经水管路的启动系统。按循环水泵在系统中与给水泵的联接方式分串联和并联2种型式。部分给水经混合器进入循环泵的称为串联系统，给水不经循环泵的称为并联系统。带再循环泵的2种布置方式见图8-3。该系统适用于带中间负荷、滑压运行或两班制运行；一般使用再循环泵与锅炉给水泵并联的方式，这样可以不必使用特殊的混合器，当循环泵故障时无需首先采用隔绝水泵，也不致对给水系统造成危害。缺点是再循环泵充满饱和水，一旦压力降低有汽化的危险。153图8—1石洞口二电厂1、2号机组启动旁路系统1-除氧器水箱；2-给水泵；3-高压加热器：4-给水调节阀；5-省煤器、水冷壁；6-启动分离器；7-过热器；8-再热器；9-高压旁路阀