超臨界機組無泵啟動改造分析

陳育

(中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中分公司，鄭州 450000)

超臨界機組無泵啟動改造分析

陳育

(中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中分公司，鄭州 450000)

介紹了超臨界機組無啟動循環(huán)泵系統(tǒng)和有啟動循環(huán)泵系統(tǒng)的設(shè)置，對比了2種設(shè)置的優(yōu)缺點，通過某350 MW超臨界機組啟動系統(tǒng)的改造，闡述了帶泵系統(tǒng)機組實現(xiàn)無泵啟動的改造方法及范圍，供同類機組改造時參考。

超臨界機組；啟動循環(huán)泵；無泵系統(tǒng)；有泵系統(tǒng)；改造

0 引言

啟動系統(tǒng)是為解決直流鍋爐啟動和低負荷運行而設(shè)置的功能組合單元[1]，包括啟動分離器、爐水循環(huán)泵(如有)及其他汽側(cè)和水側(cè)連接管、閥門等。其作用是：在水冷壁建立足夠高的質(zhì)量流量，實現(xiàn)點火前循環(huán)清洗，保護蒸發(fā)受熱面，保持水動力穩(wěn)定；為水冷壁的安全運行提供必需的最小循環(huán)流量；實現(xiàn)良好的汽水分離；實現(xiàn)良好的疏水、工質(zhì)和熱量的回收[2-3]。目前，常規(guī)的啟動系統(tǒng)分為無泵啟動系統(tǒng)和有泵啟動系統(tǒng)。

1 有泵與無泵系統(tǒng)及其優(yōu)缺點比較

1.1 無泵啟動系統(tǒng)

啟動系統(tǒng)不設(shè)置啟動循環(huán)泵，在機組啟動疏水不合格時，將疏水排入地溝，疏水合格后，排入凝汽器進行工質(zhì)回收[4]。啟動系統(tǒng)由如下設(shè)備和管路組成：啟動分離器及進出口連接管，貯水箱，溢流管及溢流閥，疏水?dāng)U容器，疏水箱及疏水泵，溢流管暖管管路，壓力平衡管路，過熱器二級減溫水旁路。無泵啟動系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.2 有泵啟動系統(tǒng)

啟動系統(tǒng)設(shè)置啟動循環(huán)泵，在機組啟動疏水不合格時，將疏水排入地溝，當(dāng)疏水合格后，用循環(huán)泵將疏水打入水冷壁進行再循環(huán)，實現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。有泵啟動系統(tǒng)由如下設(shè)備和管路組成：啟動分離器及進出口連接管，貯水箱，溢流管及溢流閥，疏水?dāng)U容器，再循環(huán)泵及再循環(huán)管路，最小流量管路，過冷管，循環(huán)泵暖管管路，溢流管暖管管路，壓力平衡管路。有泵啟動系統(tǒng)流程如圖2所示。

1.3 有泵與無泵系統(tǒng)優(yōu)缺點比較

有泵與無泵系統(tǒng)優(yōu)缺點比較見表1。

圖1 無泵啟動系統(tǒng)流程

圖2 有泵啟動系統(tǒng)流程

2 有泵系統(tǒng)改造為無泵系統(tǒng)

某“上大壓小”熱電聯(lián)產(chǎn)擴建工程2×350 MW鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計、制造的超臨界鍋爐。鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、型布置，采用帶再循環(huán)泵的大氣擴容式啟動系統(tǒng)。鍋爐島為露天布置。采用中速磨煤機正壓直吹式冷一次風(fēng)機系統(tǒng)，每臺鍋爐配5臺中速磨煤機，4運1備。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，共布置5層燃燒器(前3后2)，每層布置4臺，共20臺低NOx軸向旋流燃燒器[5]。鍋爐設(shè)計參數(shù)見表2，表中BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量，BRL對應(yīng)于汽輪機的TRL工況，即ECR額定工況。

表1 有泵與無泵系統(tǒng)優(yōu)缺點比較

表2 設(shè)計參數(shù)

啟動系統(tǒng)為內(nèi)置式帶再循環(huán)泵系統(tǒng)，再循環(huán)泵為德國KSB公司制造的濕式馬達爐水循環(huán)泵，為了滿足鍋爐在啟動過程中和低負荷時以再循環(huán)方式運行，鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流量維持在30%BMCR或以上。此時工質(zhì)流程是：水從省煤器入口集箱進入，經(jīng)過省煤器、爐膛到汽水分離器，經(jīng)汽水分離后，分離下來的水通過分離器下部的貯水箱由再循環(huán)泵再次送入省煤器，分離出來的蒸汽進入頂棚包墻系統(tǒng)，然后依次流經(jīng)一級過熱器、二級分隔屏過熱器和末級過熱器，最后由主蒸汽管道引出。

由于循環(huán)泵不能滿足鍋爐投產(chǎn)要求，短時無法投入運行，影響機組的啟動，為確保機組正常發(fā)電，結(jié)合已投運機組的設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計本次改造方案。

經(jīng)核對，該系列爐型若不投運啟動循環(huán)泵，主要差異在貯水箱溢流管路設(shè)計規(guī)格，具體見表3。

表3 貯水箱溢流管路設(shè)計規(guī)格比較

從表3設(shè)備的選型數(shù)據(jù)可以看出，有泵系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)管路大小、閥門配置及擴容器、冷凝水箱等均與無泵系統(tǒng)差異較大，若改造為常規(guī)無泵運行，整個疏水系統(tǒng)需進行改造，涉及變化如下。

(1)溢流管路在帶泵運行時流量為(160+60) t/h，此時溢流管路流速約為5.1 m/s，無泵運行時流量為(160+260)～(160+210) t/h，故無泵運行時溢流管路的流速在8.8～10 m/s，管路會產(chǎn)生振動，且管路的流通能力(包括閥門的選型)不足。把水沖洗管路?168mm改造為溢流管路?219mm，更換原水沖洗管路的閥門，同時在原水沖洗管路上增加溢流管路暖管。

(2)擴容器由于容積小，擴容器內(nèi)工作壓力比設(shè)計參數(shù)高，運行過程中容易出現(xiàn)擴容器超壓的危險，會對擴容器內(nèi)件產(chǎn)生過度沖擊和沖蝕，使內(nèi)件損壞，因此擴容器需重新更換；擴容器擴容蒸汽量大，所以擴容器排汽管路需重新設(shè)計；擴容器排汽管路排量增加，產(chǎn)生排汽噪聲超標(biāo)現(xiàn)象，同時會沖壞消音器,因而需重新更換消音器。

(3)凝結(jié)水箱由于容積相對較小，水位控制難度很大，容易出現(xiàn)滿水或被抽干的情況，需相應(yīng)增大凝結(jié)水箱容積。

(4)凝結(jié)水箱后管道由于輸水量的增大，原設(shè)計的2臺疏水泵已不能滿足疏水的需求，需增加疏水泵容量或疏水泵數(shù)量，本著節(jié)約成本的原則，仍保留原2臺疏水泵，在疏水箱開孔，增加1臺疏水泵及相關(guān)閥門管道。

(5)有泵系統(tǒng)和無泵系統(tǒng)貯水箱水位控制不同，有泵系統(tǒng)貯水箱水位通過循環(huán)泵出口的調(diào)節(jié)閥和溢流管路調(diào)節(jié)閥控制，而無泵系統(tǒng)通過2路調(diào)節(jié)閥控制，因而需把邏輯控制更改到無泵系統(tǒng)；同時，溢流管路調(diào)節(jié)閥需增加大于相應(yīng)壓力關(guān)閉的邏輯，防止調(diào)節(jié)閥全開造成大量的溢流管路工質(zhì)沖擊擴容器。

3 結(jié)束語

目前已有帶啟動循環(huán)泵系統(tǒng)的機組不使用啟動循環(huán)泵啟動的成功案例，但在啟動中需精確控制，操作難度較大，經(jīng)過相應(yīng)的改造后，可按照無泵機組進行啟動，控制簡單，減少啟動風(fēng)險。經(jīng)過改造后，電廠順利實現(xiàn)無泵啟動，同時在啟動循環(huán)泵發(fā)生故障時，仍可按照常規(guī)無泵系統(tǒng)啟動，減少啟動風(fēng)險。

[1]楊寶鍔，林鴻，馮庭有，等.3 033 t/h超臨界鍋爐無爐水泵啟動應(yīng)用探索[J].中國電力，2013，46(2)：36-39.

[2]劉健鴿，薄立群.600 MW超臨界鍋爐機組無爐水循環(huán)泵開機分析[J].湖南電力，2009，44(2)：56-58.

[3]馬曉瓏，王軍.超(超)臨界火電機組取消爐水循環(huán)泵的可行性研究[J].東方電氣評論，2010，24(2)：17-20，23.

[4]崔強，張?zhí)m英.超臨界鍋爐無循環(huán)泵啟動[J].鍋爐制造，2011(2)：26-31.

[5]哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司.350 MW超臨界機組鍋爐本體說明書[Z].

(本文責(zé)編：白銀雷)

2017-03-15；

2017-05-23

TK 227

B

1674-1951(2017)08-0042-02

陳育(1985—)，男，河南信陽人，工程師，工學(xué)碩士，從事鍋爐調(diào)試方面的工作(E-mail:chenyuscut@163.com)。