超临界锅炉无炉水循环泵启动探索

超临界锅炉无炉水循环泵启动探索湖南益阳发电有限责任公司(413000）刘建国薄立群[摘要]一台600MW超临界锅炉因炉水循环泵电机故障不能投用又要开炉的情况下，探索无炉水循环泵启动，根据超临界直流锅炉启动特点，咨询原锅炉设备制造厂、电力试研院及同类机组相关情况，进行了可行性研究并成功启动，对启动系统、启动方案、实施情况进行了介绍，分析了无炉水循环泵启动的控制要点及注意事项等，为同行处理类似事件提供了重要借鉴经验。[关键词]超临界锅炉，无炉水循环泵，启动1前言湖南益阳发电有限责任公司#4锅炉系600MW超临界压力、变压运行、对称燃烧直流炉。型号HG1913/25.4-PM8，最大连续蒸发量1913T/H，额定蒸发量1860T/H，直吹式制粉系统。锅炉启动系统为内置式带再循环泵系统，由于炉水循环泵电机故障已拆除返厂修理需要一年多时间才能到货，根据本单位生产需要，探索采取无炉水循环泵的启动方案，为此多次召开专题会进行研究，在安全第一又力争多发电的尊旨下，分析无炉水泵开炉的可行性、重要性与必要性，在充分论证又慎重措施的前题下，在同行业首次成功实施了不投炉水循环泵冷态开炉，特此介绍。2启动系统介绍如图1所示，锅炉启动系统包括（ABCD）四个启动分离器，一个贮水箱，一台炉水循环泵。给水经汽机侧回热系统→锅炉侧的给水操作台→省煤器→水冷壁（工质吸收炉辐射热蒸发）→启动汽水分离器。在锅炉负荷小于30%B-MCR直流负荷时，分离器起汽水分离作用，分离出的蒸汽进入过热器系统，水则通过连接管进入贮水箱，装在贮水箱下端的再循环泵将炉水送到省煤器前的给水管道中与给水混合形成水循环，确保启动初期水冷壁安全；当贮水箱中的水位超过规定值，开启贮水箱上部溢流管阀、炉水排到疏水扩容器中。锅炉负荷在30%BMCR以上时，分离器呈干态运行只作为一个蒸汽的流通元件。即当炉水循环泵设备及其系统健全时，上述流程实现正常启动。当炉水泵（或炉水泵电机）因故障不能投用（拆除）时，上述炉水进入贮水箱后就不能通过炉水泵获得动力形成循环，要保护运行中的水冷壁安全、维持本生流量，就只能采取其它办法强制水循环，即加大给水量，炉经过水冷壁出口集箱后进入分离器，分离的蒸汽进入过热器系统，水则进入贮水箱，开启溢流管阀，炉水排至（与大气相通的）疏水扩容器（疏水箱），形成开式循环。图1启动系统示意图3无炉水循环泵启动的可行性3.1直流锅炉特点直流锅炉的主要特点是汽水流程中无汽包，靠给水泵压头建立相应流量的给水进入炉内进行加热蒸发，一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器（再送入汽轮机作功），即循环倍率为1。在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过热段三部分组成，炉膛辐射受热面水冷壁管各受热段示意如图2所示。其中蒸发段的汽水混合物被逐渐加热成饱和蒸汽，三段受热面没有固定的分界，随着给水流量、燃烧率的波动而波动，但蒸发段的前移会使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽温偏低，甚至品质下降，所以要控制蒸发段的位置。一般来说，要控制蒸发段出口的微过热汽温θ1，若θ1偏离规定值，则说明由于燃烧率与给水比例不当致使蒸发段发生移动，应及时调节燃烧率和给水流量。工质流向→图2直流锅炉辐射受热面水冷壁管各受热段示意图同时，水冷壁管各受热段受热面面积也是变化的，从汽水混合物的流动结构来看，要保证蒸发管的可靠，就要保证工质水的连续流动，即保证良好的水循环，保证一定的质量流量；为防止传热恶化还要限制热负荷。本直流锅炉中下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者之间用过渡集箱连接。螺旋管圈的同一管从下到上绕过炉膛的角隅部分和中间部分，水冷壁吸热均匀，管间热偏差小，使得水冷壁出口介质温度和金属温度非常均匀，正常情况下只要保证给水充满水循环系统后提升给水泵压头就能够满足水冷壁循环流速。3.2启动方式与可行性超临界直流锅炉点火启动初期，水冷壁出口产生的蒸汽相对较少，水循环较弱。因此，超临界直流锅炉设计制造时就有两种启动方式：一是启动系统带再循环泵（如本文中的益阳发电公司#4锅炉，启动系统就属于这种），启动过程中工质及热能全回收，操作灵活又经济，但存在炉水循环泵及其电机发生故障时会制约锅炉正常启动的风险。二是启动系统采用“361阀”来控制启动初期炉水循环确保水冷壁安全，在锅炉负荷在30%BMCR以下时控制“361阀”（减温减压）将启动分离器汇集至储水箱的炉水接入凝结器或接入给水回热系统其它入口回收工质与热能，后者相比前者启动初期经济性稍差。两者启动系统布置和控制虽有不同，但共同点是在锅炉启动过程中分离器未转干态前确保水冷壁系统的安全流量、过热器系统不得进水。现炉水泵电机故障拆除不能投用，如果采取类似“361阀”的启动原理，按锅炉制造厂提供的图纸技术资料进行分析，将分离器汇集至储水箱的炉水用放水溢流阀控制并控制储水箱水位、使锅炉启动过程中保证水冷壁的本生流量，或系统未转干态前水冷壁不超温、过热器系统不进水又不超温、适当开启旁路系统保护再热器受热面，稳定锅炉燃烧，使系统工质各参数安全可控，如果能做到这些无炉水循环泵启动理论上是可行的。3.3系统补排放水管道及设备情况：核查启动过程中相关管道设备，储水箱溢流排放管、分支溢流管、冲洗系统、补水系统、锅炉疏水箱、扩容器等并按制造厂资料分析校核，满足要求。4不投炉水循环泵启动程序4.1启动前准备1）成立专项组，研究具体操作方案：组织措施、安全措施、技术措施和特别注意事项、应急措施等，之后组织讨论完善、再按程序审批，最后复印分发给相关人员与现场操作人员。2)对锅炉主辅设备系统（汽水系统、燃烧制粉系统、风烟系统、电气及热工控制系统）全面检查消除缺陷确保其正常投用。特别注意：所有水冷壁受热面壁温测点校准无误；冲洗排水门改为中停；增加溢流管流量量程最大至800T/H；疏水扩容器加装压力、温度测点，以便安全监视。3）准备好足够的除盐水。煤仓上煤（相对正常有炉水泵时要上好一点的燃料，如果劣质煤多，就分仓只给对应最下层或中间层燃烧器的几个煤仓上好煤并上至煤仓容积的40%左右（不要装满），其它仓有条件上好煤，无条件就不作要求，上煤量也是先上煤仓容积的40%左右，投制粉系统后根据运行情况再正常上煤。4）其它按正常开炉检查准备，作好启动前各项试验与措施。4.2系统启动4.2.1锅炉上水：1）按锅炉正常上水操作，投除氧器加热，水温尽可能提高至70℃，启动电动前置泵对锅炉上水，根据水冷壁温度变化趋势控制上水速度至水冷壁系统满水，关闭水冷壁各空气门。2)启动电泵控制给水流量350t/h，贮水箱水位控制在4米左右，投入溢流阀自动进行冷态冲洗、按操作规程至水质合格。4.2.2点火至热态冲洗：1)冷态冲洗结束，调整给水流量在380t/h左右，启风组投油点火，先投入对称两支油枪，根据温升变化再投入两支油枪。2)点火后开启高低旁路，监视水冷壁壁温，根据水冷壁温升情况控制给水流量，逐渐增加油枪；在分离器出口温度达到190℃时进行热态冲洗，监视贮水箱水位，开启冲洗阀，同时开启包墙和低温过热器疏水。3)开大高低旁路；根据再热器压力及凝汽器真空尽量开启高低旁路；热态清洗期间应停止升温升压，适当降低炉前油压；当启动分离器储水箱排水Fe≤50ppb时热态清洗结束。4.2.3建立冲车参数：1）热态冲洗结束后，按原速率继续升温升压，根据补给水和溢流排水情况、适当增加给水流量（≮400t/h）；保证缓慢增加锅炉热负荷；同时监视锅炉疏水扩容器的排水和原水泵水池水位情况正常。2）当二次风温达到160℃以上、一次风温达到180℃以上时，根据汽温、汽压情况进行暖磨。３)控制升温升压速度，当分离器出口温度达到260℃、压力达到3.5MPa时（过热汽温度达到370℃、压力根据旁路开启情况）可以建立冲车参数；此过程控制水冷壁温升不超过2℃/min，并严密监视分离器出口过热度在0附近。4)在建立冲车参数时，根据贮水箱水位逐步增加给水流量至500T/H左右；根据低温过热器温度情况可以缓慢关闭包墙疏水、低温过热器疏水；当过热汽温度升高较快时，可适量投入二级减温。4.3并网至转直流1）冲车至600rpm时及时投入高加；储不箱水位控制在4米左右，溢流阀投入自动。2）尽量带旁路并网；随着负荷的上升缓慢关闭旁路；根据温度上升情况，增加负荷、控制燃料量，调节给水量控制水冷壁不超温，调节溢流阀控制贮水箱水位防止过热器进水。3)随着负荷的上升，加大给水流量至550T/H以上；控制分离器出口过热度逐步上升，加快升负荷速度，启动一套制粉系统；同时监视锅炉疏水扩容器排水情况（根据情况可适当增加疏水扩容器的减温水）。4)随着负荷与新蒸汽过热度的上升，溢流阀逐步关小，继续提高给水流量至580T/H左右；在150MW～180MW时稳定给水流量，增加热负荷，严格控制煤水比，防止水冷壁超温。5)当负荷至200MW，分离器进入干态，无炉水泵开炉即完成。此时溢流阀全关，严格控制煤水比，增加热负荷、稳定过热度，并根据情况增加给水流量，启动第二套制粉系统；开启汽泵并泵升负荷至正常；检查给水流量低保护投入正常，按现场操作规程正常带负荷至目标值。5无炉水泵启动分析5.1安全性分析图3是从点火到机组并网阶段各参数控制过程；图4是并网至转直流阶段各参数情况，从图示水冷壁壁温上升状况可以看出水动力工况稳定，冷却效果良好。图3点火到机组并网阶段各参数情况图4并网至转直流阶段各参数情况5.2经济性分析从集控计算机数据显示可以看出：点火到机组并网阶段：共消耗除盐水1600T，不能回收水量1080T；消耗燃油64T；较正常耗油多出16T。并网至转直流阶段：锅炉消耗水量1550T，不能回收水量530T；消耗燃油66T；较正常耗油多出18T。上述两项相加，无炉水泵启动比正常有炉水泵启动多耗油16+19=35T,多耗水1080+530=1610T。5.3启动曲线分析图5无炉水泵启动曲线从图5启动过程中曲线变化来看，启动过程中各参数变化正常。由于启动过程中炉水的排放，相对正常有炉水泵启动时间略长。6小结（设计）带炉水循环泵启动的锅炉采用没投炉水循环泵开炉，是在炉水泵（或其电机）故障情况下不得已怕情况下进行的，的确存在安全风险也不经济。启动过程中，要保证水冷壁安全（必需的循环水量）不得不通过溢流排放来强迫炉水循环，这些被加热带压的溢流炉水的排放，显然是不经济的，此外还必须考虑采取措施保证排放水的泄放安全。无炉水泵冷态启动比正常有炉水泵启动一次要多耗燃油34T左右，多耗除盐水1610T左右。同时要加强水冷壁、过热器壁温监视不超温，加强空预器吹灰等，整个启动过程，比正常有炉水泵启动更要加强现场巡视。但这种方法作为应急是可行且有效的，它克服了炉水泵及其电机故障不能开炉对发电的制约；理论论证和实际操作表明，启动过程中尽管困难较多但设备系统始终是安全可控的，虽然比有炉水循环泵正常启动多耗了燃油与除盐水，但如果停运一年等炉水泵电机到货装复调试后再启动，期间设备系统的保养、损失的电量来相比就不得而知了。可见，在炉水循环泵或其电机不能投用的情况下偿试无炉水泵开炉，具有重要的现实意义，值得同行探索。7参考文献[1]哈尔滨锅炉厂，HG1913/25.4-PM超临界直流锅炉说明书及图纸资料，[Z],哈尔滨锅炉厂，2006.12.[2]湖南益阳发电有限责任公司，600MW超临界锅炉不投炉水循环泵启动方案，[R],2008.5.[3]湖南益阳发电有限责任公司，二期2*600MW超临界机组培训资料汇编，[R],2007.2.[4]陈学俊，陈听宽，《锅炉原理》，[M]，机械工业出版社，1983年.[5]陈卓如，金朝铭，《工程流体力学》，[M]，哈尔滨工业大学，1987