超超臨界鍋爐干濕態轉換分析

陳小強，羅志浩，尹 峰

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

超超臨界鍋爐在啟動階段25%～27%BMCR工況時，爐內蒸汽的蒸發量逐漸大于鍋爐水冷壁最小給水流量，鍋爐由濕態轉入干態即直流運行。在此階段的運行過程中，如何保證轉干過程順利進行和汽水分離器入口過熱度的平穩，以及將包括啟動系統在內的相關自動投入，一直是超超臨界鍋爐啟動過程中的技術難點。在國電北侖電廠6號機組調試期間，采取了一系列措施，較好地解決了上述問題。本文根據華能玉環電廠、國電北侖電廠超超臨界機組干濕態轉換過程中暴露的問題，詳細介紹超超臨界機組干濕態轉換中的運行方式調整和控制策略修改。

1 濕態轉干態的技術難點

1.1 省煤器入口流量波動

圖1是國電北侖電廠三期超超臨界機組的啟動系統示意圖，華能玉環電廠機組的啟動系統也基本相似。啟動系統由啟動分離器、再循環泵、儲水箱、水位控制調節閥等組成。

圖1 超超臨界機組啟動系統示意圖

直流鍋爐啟動系統的主要目的是在鍋爐啟動、低負荷運行（蒸汽流量低于爐膛所需的最小流量時）及停爐過程中，通過啟動系統建立并維持水冷壁內的最小流量，避免鍋爐水冷壁金屬管超溫，同時滿足機組啟、停及低負荷運行時對蒸汽流量的要求，并實現工質的熱量回收。

從圖1中可以看出，機組未進入干態運行時，省煤器入口給水流量由通過給水泵的給水和自爐循泵出口的再循環流量組成。機組從濕態轉向干態后，啟動系統停止運行，省煤器入口的給水全部來自給水泵。當機組處于濕態轉干態的過程中時，隨著鍋爐蒸發量的加大，汽水分離器的液位逐漸降低，再循環流量逐漸減小，最終完全消失。在此過程中，給水泵的上水量逐漸增大，維持省煤器入口流量不低于鍋爐的最小給水量，同時要注意鍋爐受熱面的金屬壁溫，尤其是水冷壁的金屬壁溫。

如果給水泵和爐循環泵再循環流量調節速率不匹配，在轉干態過程中容易出現省煤器入口給水流量波動過大，嚴重時甚至會因省煤器入口流量低低造成鍋爐MFT。因為在濕態工況時，再循環流量要占鍋爐總給水流量的65%左右，在轉干態過程中，燃料、給水往往處于手動狀態，一旦燃料量增加速度過快，分離器液位快速下降，造成再循環流量劇減或者爐循泵跳閘，瞬間使再循環流量全部喪失。而給水泵無法在較短時間內彌補流量的減少，從而造成鍋爐因省煤器入口流量低而MFT。

1.2 過熱度波動

直流鍋爐進入干態運行的標志之一是汽水分離器入口有一定的過熱度。在實際機組轉干態運行過程中，往往因為汽壓、給水量、燃料量的波動，造成汽水分離器入口過熱度來回波動，時正時負。在這樣的狀態下，汽水分離器儲水箱的液位也波動頻繁，致使爐循泵再次啟動。直流鍋爐轉干態運行的過程往往要反復多次，較長時間內鍋爐處于干濕態切換的邊界。

1.3 金屬管壁超溫

華能玉環電廠3號機組在濕態轉干態過程中，一度出現水冷壁管多處超溫，運行人員被迫增加給水量。給水量增加后，管壁超溫有所緩解，但過熱度下降、汽水分離器儲水箱液位立即上升，機組又重新回到濕態運行。而后運行人員增加燃料量，繼續轉干，金屬管壁又超溫。在這樣的不斷調整過程中，負荷逐漸升高，最后在650 MW附近才轉成干態。

濕態轉干態期間容易出現水冷壁管超溫，與鍋爐點火方式、水冷壁節流圈尺寸等有關。以華能玉環電廠3號機組為例，按照原設計，鍋爐點火要從上層開始。但由于電廠在最下層安裝了等離子，點火是從最下層燃燒器開始的，致使爐膛火焰下移，燃燒區的吸熱量較多。鍋爐水冷壁節流圈的直徑相對偏小，低負荷下水冷壁各管路流量分配不均，是引起管壁超溫的另一個原因。

1.4 儲水箱液位波動

影響儲水箱液位的因素很多，主要有汽壓、燃料量、給泵轉速、鍋爐再循環流量、WDC閥的開度等。如果這些因素得不到很好的控制，或者調節速率沒有匹配好，儲水箱液位就會波動。一旦儲水箱液位波動，反過來又影響再循環流量、省煤器入口給水量，進而加劇儲水箱液位的波動。

2 改進措施

2.1 調整汽機的工作方式

機組并網后，汽機可以投本地功率模式、初壓模式。在本地功率模式下，由汽機調門控制機組功率。

當鍋爐燃燒有擾動時，汽壓會有所波動，蒸汽飽和度也隨之變化，即使汽水分離器入口焓值保持不變，由于飽和溫度的改變，其過熱度也會發生變化。為了避免濕態轉干態過程中過熱度出現波動，在此過程中必須維持汽壓穩定，因此汽機應采用初壓模式。初壓模式是由汽機調門控制主汽壓力，在主汽壓力平穩的工況下，蒸汽的飽和溫度相對恒定，有助于保持汽水分離器入口過熱度的穩定。

在汽機側投入初壓模式前，應先通過手動方式調整燃料量，逐漸將高旁完全關閉，然后再將汽機置于初壓模式，避免高旁和汽機調門同時控制主汽壓力。

2.2 修改再循環流量設定值

濕態轉干態前，首先要將給泵的轉速調節投入自動，由給泵控制省煤器入口流量。在保證省煤器入口流量的前提下，投入爐循泵出口的再循環流量調節閥。在WDC閥、再循環流量調節閥、給泵三者中，WDC閥自動應最先投入。WDC閥自動投入后，可以在一定程度上維持分離器儲水箱水位穩定，即分離器儲水箱液位可以在相對平穩的工況下保持在安全范圍內。再循環流量調節自動投入后，分離器液位的自動調節將更加復雜。汽水分離器儲水箱的液位不僅受WDC閥影響，還要受再循環流量調節閥開度變化的影響。

再循環流量設定值是分離器儲水箱液位的函數。在調試期間發現，當再循環流量調節自動投入后，再循環流量明顯上升，因為手動控制時，再循環流量往往相對較低。隨著再循環流量的上升，給泵出口的系統補水量減少，汽水分離器儲水箱液位下降。一旦液位降低過多，容易造成爐循泵跳閘。因此，調試中根據實際情況重新設定了再循環流量的設定曲線，使其相對平緩，從而減小分離器儲水箱液位的波動幅度。

以北侖電廠6號機組為例，修改前后的再循環流量設定曲線見圖2。

圖2 再循環流量設定曲線

2.3 確定機組轉干態的最佳時機

機組轉干態之前，應當處于比較穩定的濕態。實際上，機組并網前由于低流量下汽溫較難控制，往往采取開大旁路，增加燃料量、大流量沖洗的策略。在這樣的燃燒工況下，鍋爐的熱負荷已經相對較高，實際投用燃料量比較多。

機組并網后，隨著高壓旁路開度的逐漸減小，機組負荷上升。一般超超臨界直流鍋爐的轉干態點在25%～27%BMCR附近，由于機組轉干前的鍋爐熱負荷已經接近或者超過鍋爐轉干點，鍋爐實際工作點在干濕態轉換點附近，這樣的轉干起點對于轉干操作十分不利。對汽水分離器儲水箱液位的控制尤其不利，因為汽水分離器儲水箱中的液位始終處于較低水平，一旦液位波動低于爐循泵保護定值，將導致在未完成干濕態轉換時爐循泵跳閘。

北侖電廠6號機組調試期間，在機組并網前就開始控制燃料量，將鍋爐的實際熱負荷控制在轉干點以下。機組并網后，汽機帶初始負荷，機組負荷在150 MW附近時，總燃料量控制在80 t/h左右，省煤器入口流量控制在850 t/h。在此燃燒工況下，鍋爐處于比較穩定的濕態，以這樣的工況作為轉干的起點是比較合適的。

2.4 確定給水量和燃料量的關系

以北侖電廠6號機組為例，機組并網后，給泵投自動，控制省煤器入口流量為850 t/h，燃料量為81.6 t/h，然后由運行人員手動增加燃料，增加速率為每分鐘2.5 t/h。隨著燃料量的逐步增加，汽水分離器儲水箱液位逐漸降低，再循環流量逐步減小，直至消失。汽水分離器入口過熱度逐漸升高，最終分離器儲水箱液位低于爐循泵低液位保護定值5 m，爐循泵跳閘，機組轉入直流干態運行。在給水、再循環、WDC閥自動均投入的狀態下，較好地完成了超超臨界鍋爐干、濕態轉換。

3 結語

通過機組運行方式和再循環流量設定的調整，確定適當的轉干點，協調給水、燃料在轉干過程中的動態關系，較好地解決了干濕態轉換過程中給水流量、過熱度、儲水箱液位波動等問題，成功實現了超超臨界機組干濕態轉換過程中的全程給水自動。文中介紹的啟動策略調整對于其他類型的超超臨界機組也有借鑒作用，但具體參數設置應根據實際工況做相應調整。

[1]尹峰，朱北恒，李泉.超（超）臨界機組協調控制特性與控制策略[J].中國電力，2008，41（3）：66-69.

[2]羅志浩，尹峰，姚文偉，等.蘭溪發電廠超臨界鍋爐啟動系統特點和控制策略[J].浙江電力，2007，26（2）：24-27.