630MW超臨界機組無爐水循環泵啟動方案的優化

劉武奎

（大唐彬長發電有限責任公司，陜西 長武 713602）

0 引言

大容量超臨界機組具有運行經濟性高、負荷跟蹤能力強的特點，是我國大型火力發電機組的主要發展方向。近年來600 MW及以上的超臨界機組占在役機組的比例不斷提高。爐水循環泵是強制循環直流鍋爐啟動系統中最重要的設備之一，它不僅為鍋爐的濕態運行提供了循環動力和水冷壁所需最小流量，并在啟動過程中有效回收熱量和工質，提高了鍋爐的熱效率，使得超臨界機組能夠快速、安全的啟停，以適應大容量直流鍋爐的電網調峰需要。陜西大唐彬長發電有限責任公司630 MW超臨界機組直流鍋爐爐水循環泵電機故障返廠檢修期間，為了保證電網調峰需求，進行了多次無爐水循環泵啟動的實踐（其中包括冷態和極熱態）。

1 機組概況

大唐彬長發電有限責任公司一期工程裝設2×630MW燃煤汽輪發電機組。鍋爐為上海鍋爐廠生產的超臨界參數變壓直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、配等離子點火裝置、半露天布置（鍋爐運轉層以下封閉，運轉層以上露天布置）、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構∏型鍋爐，鍋爐最大連續蒸發量為2084T/h（B-MCR工況），額定蒸發量為1930T/h(BRL工況)，額定主、再蒸汽溫度571℃/569℃，額定主蒸汽壓力25.4MPa。

鍋爐運行方式為帶基本負荷并參與調峰，鍋爐變壓運行采用定-滑-定壓運行或定-滑壓運行的方式。鍋爐啟動系統帶有爐水循環泵，鍋爐具有快速啟動能力，縮短機組啟動時間，在啟動過程中可有效回收熱量和工質。

鍋爐啟動系統（如圖1所示）采用帶爐水泵的內置式啟動系統。爐前沿寬度方向垂直布置2只啟動分離器，其進出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。鍋爐負荷低于最低直流負荷（30%B-MCR）時，水冷壁出口介質流經啟動分離器進行汽水分離，蒸汽通過啟動分離器上部4根連接管進入爐頂過熱器，而水則通過2根下降管引至一個連接球體，連接球體下方設有2根管道分別通至爐水泵和大氣式擴容器。在爐水循環時，水冷壁的最小流量由爐水泵出口控制閥控制。在啟動系統進入大氣擴容器前布置有2只液動調節閥，當啟動分離器水質不合格或啟動分離器水位過高時，由此排入大氣式擴容器。爐水泵因故障而退出運行之后，其水循環步序如下：除氧器→汽前泵/電泵上水→鍋爐→大氣式擴容器→集水箱→集水箱疏水泵→外排 （水質不合格）或回收（水質合格）如圖2。

圖1

2 存在的問題

（1）給水流量與壁溫之間的矛盾：無爐水循環泵啟動是鍋爐汽水及熱損失較大，所以單位燃煤產生的蒸發量較小，這就導致蒸汽流量增加速率較燃燒量偏小，使換熱面冷卻不足而較易超溫。所以在相同燃料的情況下選擇較小的給水流量，以增加產氣量，防止分割屏和后屏超溫。但是給水流量過于小的話不能有足夠的水動力而導致水冷壁超溫；

（2）給水溫度與熱量排放之間的矛盾：給水溫度越高，則進入爐膛之后的產氣量會增加，而后的壁溫問題也可得也解決，但是給水溫度過高，則后續通過1A、1B集水箱疏水泵排至排氣裝置導致大量熱損失；而給水溫度過低，省煤器入口水溫低引起省煤器后煙氣結露，造成省煤器下灰罐及空預器積灰；

（3）由于大量熱水熱氣排入排氣裝置，機組背壓（夏季）、低差較難控制，在冬季時，空冷的防凍要求，溫度約100～120℃的疏水在啟動初期不能進入排汽裝置。因此在啟動過程中疏水的回收將受到制約；

（4）機組沖轉參數較難控制，壓力低，再熱氣溫偏高；（5）工質大量外排。

3 解決方案

1）增加集水箱疏水至除氧器管路，將疏水回收至除氧器，解決啟動系統疏水回收能力受限問題，并可以回收疏水的熱量，提高省煤器入口水溫低帶來的問題以及緩解分割屏超溫、汽機沖轉參數匹配問題。

2）無爐水泵啟動，采用油點火，并盡可能減緩燃燒率增加速度（升溫升壓速度），適當推后投入煤粉時間；

3）降低機組沖轉參數，保持旁路系統大開度，盡可能增加蒸汽流量，緩解分隔屏超溫。

4）提前投入高加，增加給水溫度，提高蒸汽產氣量。

4 機組啟動前準備

強制給水流量MFT邏輯，備足除鹽水，A、B倉上點爐煤。

5 鍋爐沖洗

1）熱井水質合格后，凝輸泵補水至除氧器，投入輔汽至除氧器加熱，汽前泵/電泵上水→鍋爐→集水箱→1A1B集水箱疏水泵→熱井→凝泵→開車放水外排及熱井外排，以加大1A、1B集水箱疏水泵回收管道的沖洗流量。

圖2

2）1C集水箱疏水泵→除氧器，同時1A1B集水箱疏水泵→熱井→凝泵→低加→除氧器→給水泵→水冷壁→分離器→集水箱，以此打循環，基本無外排；如圖2所示。

6 點火烘爐

沖洗過程中保持240t/h，點火后加至400t/h，再加至640t/h并保持基本不變；輔汽至空預器連續吹灰提前投入，點火時先投入油槍加熱給水至飽和溫度值初期烘爐主要是為了提高鍋爐的金屬壁溫，使鍋爐受熱自然膨脹并達到起壓前的狀態，最終應使水冷壁壁溫達到110℃左右，鍋爐微起壓。初期烘爐對實現無爐水泵開機較為重要，不能刻意縮短烘爐時間。烘爐結束的標志為：

1）螺旋管及垂直段水冷壁溫大于99℃。

2）分離器出 口溫度不得小于105℃，出口壓力大于 0.1 MPa。

除此之外，為了保證熱量的充分利用，初期烘爐期間鍋爐總風量不宜大于30%，暖爐時間大約為2小時。

在水質合格后減小外排，增加C集水箱疏水泵至除氧器回收流量，提高給水溫度，增加蒸發量。而后啟動A磨煤機，為保證燃燒煤量保持在17t/h，及時撤出油槍，調整給水流量，同時開啟高低旁暖管，增加蒸汽流量，控制壓力；

在旁路暖管的同時隨即投入2號高加，可以進一步提高除氧器水溫，在分隔屏壁溫上升過快的時候開大高旁降低過熱蒸汽壓力以增加蒸汽流量，停止增加煤量以減小煙氣流量同時開大上層風等方法等綜合手段，壁溫上升趨勢得以遏制，趨于穩定。機組冷態實際沖轉參數主/再熱汽壓較低，再熱汽溫度較高。這主要由于大部分熱量無法回收導致鍋爐產汽量較少，加之再熱汽溫的控制手段少之又少，主要依靠再熱器減溫水和高旁后減溫水來控制，并且顧慮減溫水噴水過多發生水擊，因此再熱汽溫一直較高。但若再熱汽溫太高偏離沖轉參數較多時，可以通過適當多投入油槍、減少煤量來控制。

7 機組沖轉并網（參數見表1）

表1

機組沖轉后及時3號高加，可以適當提高給水溫度至124℃。

總煤量40噸，等離子及4只油槍運行，給水量630T/H左右，主汽壓力4.2MPa，再熱汽壓0.98MPa主汽溫375℃，再熱汽溫440℃。啟動B磨啟動成功后，注意鍋爐總煤量不要出現大幅增加，及時降低A磨煤量，保持總煤量40T/H不變，提前將風量、旁路控制，防止分隔屏壁溫大幅上升。

機組并網后煤量加至48T/H，負荷38MW，主汽壓6.08MPa，再熱汽壓0.68MPa，開始切缸，切缸結束，閥位指令64%，負荷50MW，煤量59T/H，主、再汽溫穩定上升，屏過壁溫上升平穩。繼續加煤升負荷，負荷加至96MW，總煤量77T/H，倒廠用電后啟動第三臺磨煤機，運行穩定后逐步撤出油槍。

切缸后隨即投入1號高加，給水溫度由之前的124℃提升至200℃左右，隨著給水溫度的提高，產氣量增加，分隔屏、后屏等壁溫明顯下降。投高加時，提前加煤提升壓力，否則會造成負荷下降。

8 機組轉態

機組負荷加到 180MW及以上，達到干濕態轉換負荷，完成給水旁路倒主路操作和并入汽泵操作。采取低流量轉態，此時就不能像正常時候保持省前流量不變的轉態方式，而是給水要隨煤量也要緩慢增加，不然中間點溫度會升高很多，而壓力卻不上升，負荷未到就轉干態運行的現象出現。緩慢增加煤量120T/H，給水流量630T/H，負荷200MW，中間點溫度332℃，中間點過熱度10℃。鍋爐轉入干態運行，停止集水箱疏水泵運行。

9 加負荷

總煤量加至140T/H，負荷加至300MW，給水量910T/H，投入CCS控制。加負荷過程注意監視汽輪機各參數正常。

10 總結

啟機并網至轉干態前，省前流量保持在620T左右，點爐后暖爐時間長和主汽壓力保持相對低，1C集水箱疏水泵的提前啟動使得進入排氣裝置的熱水減少，同時進入除氧器，提高了給水溫度，增加了蒸發量，故螺旋管壁和分割屏管壁溫度能夠很好的控制 （尤其是在啟磨時），最高時464℃在可控范圍之內，機組背壓以及差脹都得到了很好的控制。

但是在后期轉態過程中保持給水流量穩定的條件下，逐漸增加燃煤量，待分離器水位漸漸蒸干，集水箱水位下降，考慮到熱水回收問題遂停止1B疏水泵，水位上漲，開大1C疏水泵至除氧器電動調整門后水位沒有下降趨勢。之后分析原因隨著負荷上升凝結水壓力上升（1B凝泵變頻投入，當時凝泵出口壓力由并網前2.6MP升至3.3MP，流量650t/h左右），而1C疏水泵至除氧器接至凝結水進除氧器管道上，此時1C疏水泵壓力低于凝結水壓力，所以集水箱水位下降緩慢甚至不下降。所以應首先停止1C疏水泵，用剩余的1A或1B疏水泵將剩余熱水回收至排氣裝置中，防止集水箱滿水。

彬長電廠1號機630 MW超臨界機組在不帶爐水循環泵的工況下順利啟動并接待負荷，充分驗證了設計帶有爐水循環泵的啟動系統在沒有爐水循環泵的條件下，可以通過控制啟動速度，適當調整汽水參數，系統的改造也更能使得壁溫與給水矛盾得已解決，完全可以實現機組的正常啟動。但是無爐水循環泵啟動過程中汽水分離器下來的水排入到集水箱，在水質不合格的情況下直接外排，當水質合格時部分通過疏水泵排入到凝汽器內，導致部分爐水無法回收，工質熱量無法利用，降低了鍋爐熱效率；而且因為啟動時間長，多消耗了燃油和工質，若機組長期頻繁啟停，盡量不要采用。

［1］上海鍋爐廠.直流鍋爐使用說明書[Z].

［2］陳學俊,陳學寬.鍋爐原理[M].機械工業出版社,1983.