640MW超临界锅炉无炉循泵启动分析

梅宜才　郝守文　韩超　杨国红

摘要：大别山电厂#2机组由于炉循泵故障，启动时采用无炉循泵法启动，通过对启动过程中参数的分析，得出采用小流量无炉循泵法启动锅炉的受热面以及相关参数的均可得到有效的控制。

关键词：超临界；无炉循泵；启动；分析

概述

大别山电厂2×640MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂采用三井巴布科克能源公司技术设计、制造，为HG-1970/25.4—YM4型、一次中间再热、超临界变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、Ⅱ型露天布置。30只低N0x轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，6台HP1003中速磨煤机配正压直吹制粉系统。锅炉最大连续蒸发量（B-MCR）1970t/h，锅炉下部炉膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，在各种负荷下均有足够的冷却能力，并能有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差，水动力特性稳定；采用四只启动分离器，壁厚较薄，温度变化时热应力小，适合于滑压运行，提高了机组的效率，延长了机组的寿命。

锅炉启动系统

启动系统为内置式带再循环泵系统。锅炉负荷小于40%B-MCR左右直流负荷时，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，根据贮水箱中的水位由再循环泵排到省煤器前的给水管道中或经溢流管排到疏水扩容器中。锅炉负荷在40%BMCR左右时，分离器呈干态运行，只作为一个蒸汽的流通元件，启动系统按全压设计。

启动系统由如下设备和管路组成：启动分离器及进出口连接管、贮水箱、溢流管及溢流阀、疏水扩容器、再循环泵及再循环管路、最小流量管路、过冷管、循环泵暖管管路、溢流管暖管管路、压力平衡管路。启动分离器为立式筒体，共4只，布置在锅炉前部的上方。在分离器的底端布置有水消旋器并连接一根出口导管，将分离出来的水引至贮水箱；在分离器的上端布置有蒸汽消旋装置并也连接1根出口导管，将蒸汽引至顶棚过热器入口集箱。贮水箱数量为1只，在其下部共有4根来自分离器的径向连接管分两层引入分离器的疏水。贮水箱和4只分离器平行、并联布置，因此分离器和分离器出水管都提供一定的有效贮水容积，使得贮水箱的体积相对减小。由于贮水箱和分离器并联可能因相互间的压力不均衡而引起各自的水位波动，贮水箱中水被再循环泵循环排至省煤器入口管道，与给水混合以维持水冷壁中的本生流量，或当水位高出循环泵的控制区段经溢流管上溢流阀排到疏水扩容器中。

结构特点：锅炉启动循环泵是启动系统的重要组成部分，采用KSB的无泄漏泵。主要结构特点是泵体与电机是被分隔的两个腔室，泵的叶轮和电机转子装在同一主轴上，置于相互连通的密封压力壳体内，泵与电机结合成一整体，没有联轴器结构，没有轴封，这就从根本上消除了泵泄漏的可能性。无泄漏泵电机的定子和转子用耐水耐压的绝缘导线做成绕组，浸沉在高压冷却水中，电机运行时所产生的热量由高压冷却水带走，并且该高压冷却水通过电机轴承的间隙，既是轴承的润滑剂又是轴承的冷却介质。

带循环泵系统的优点：

在启动过程中回收热量。在启动过程中水冷壁的最低流量为30%BMCR，因此锅炉的燃烧率为加热30%BMCR的流量到饱和温度和产生相应负荷下的过热蒸汽，如采用简易系统，则再循环流量部分的饱和水要進入除氧器或冷凝器，在负荷率极低时，这部分流量接近30%BMCR流量，除氧器或冷凝器不可能接收如此多的工质及热量，只有排入大气扩容器，造成大量的热量及工质的损失。

在启动过程中回收工质。与简易启动系统相比，带循环泵的启动系统可以回收工质，采用再循环泵，可以将再循环流量与给水混合后泵入省煤器，从而可以节省由于此部分流量进入扩容器后膨胀、蒸发而损失的工质。

开启循环泵进行水冲洗。采用再循环泵系统，可以用较少的冲洗水量与再循环流量之和获得较高的水速，达到冲洗的目的。

在锅炉启动初期，渡过汽水膨胀期后，锅炉不排水，节省工质与热量。

汽水分离器采用较小壁厚，热应力低，可使锅炉启动、停炉灵活。

问题的提出

由于省煤器入口流量低保护动作值为486t/h，这是保证水冷壁水循环的最低值，但点火初期，锅炉的热负荷很小，不足导致水冷壁水循环恶化时，省煤器入口流量就可以很低。哈锅的螺旋水冷壁和垂直水冷壁有完善的壁温监测，任何不安全的水循环都可以表现在壁温的变化上，比如：水冷壁的壁温是否超过限定值，不同管壁的温差是否在规定内。通过水冷壁壁温的观察都可以间接地监视到水冷壁的运行情况，从而保证水冷壁的安全。无炉循泵的启动就是在这种情况下实现的。

无炉水循环泵启动时的控制

无炉水循环泵启动时的运行方式

在湿态运行状态下，为了防止分离器水位过高，多余的炉水需通过溢流管道排至扩容器。

点火前系统的准备

锅炉点火前按照机组正常的启动程序进行操作，确保所有油枪均能投运，溢流及冲洗阀动作可靠。化学二个除盐水箱水位达13米以上。除氧器加热尽早投入，将给水温度加热到80℃以上，锅炉采用汽泵前置泵进行小流量上水，对水冷壁进行缓慢的预热，防止管壁应力过大。锅炉边上水边通过溢流调阀放水，进行冷态冲洗，通过给水旁阀控制给水流量在50—70t/h左右。

锅炉点火

当给水铁含量小于100μg/L时，锅炉开始点火。投入A层5支小油枪，等离子拉弧并启动C制粉系统，此时启动电动给水泵，逐渐增加给水流量，锅炉进行热态冲洗。直至启动分离器铁含量小于100μg/L时，热态冲洗结束。

锅炉升温升压

无炉循泵启动，由于分离器的温度较低，导致蒸发量比正常要少很多，继而低过出口以及主汽的温度偏离正常的启动温度，过热器减温水的作用也因为温度高而被削弱，因此，要想控制主汽温度，就得控制分离器出口的温度，使水的蒸发点后移，来降低低过出口温度。运行中发现低过较分离器高出35℃以上时，我们应当逐渐关闭溢流调阀，待中间隔墙温度降低，低过出口温度不上升时，可以逐渐开启一部分溢流阀，通过这种方法可以控制主再热汽的温度不至于偏离太多达到冲转参数。升温升压过程中应逐渐开启高低压旁路，以建立较大的水循环，

锅炉升温升压过程中，逐渐增加燃料量，逐渐增大给水流量至200t/h，给水流量的增加主要是根据水冷壁的温升（1.2℃/min）来控制的。此过程应当加大水冷壁壁温以及各管壁的温差的监视，出现异常时应及时分析并处理。

任何时候都不允许水冷壁超温，且各管壁间的温差不大于50℃，否则认为水冷壁的水循环出现不均衡，锅炉内部热应力过大。

机组冲转

当主汽温度达到370℃，主汽压力达到7Mpa，再热器温度达到3600℃，再热器压力达到1Mpa时，汽轮机可以进行冷态冲转，冲转过程中保持风煤水稳定，维持主再热汽温度的稳定，通过高压旁路维持主汽压力的稳定，在汽轮机转速达到500RPM时，暖机半小时，以后按照生速率直至汽轮机达到3000RPM。

机组并网升负荷

机组定速后，及时并入系统中，增大机组所带负荷，逐渐关闭高低压旁路，根据启动曲线，调整燃料量投入，调整给水流量控制水冷壁不超温。随着负荷的上升和过热度的上升，溢流阀应当逐渐关小，逐渐提高给水流量至500t/h左右，在160～180MW时，控制给水差压在0.8Mpa左右，增加热负荷，给水走主路。进入干态后，关闭溢流阀，加大给水流量，稳定过热度，增加热负荷，投入给水流量低保护。

数据分析

在启动过程各间段，螺旋管管壁温度均在对应饱和水温度附近，远低于管壁报警温度（415℃）；壁温最高管段与壁温最低管段壁温差均低于50℃。参数对比表明：启动过程螺旋管水冷壁水动力良好，螺旋管运行安全。

在启动过程各问段，垂直管管壁温度均在对应饱和水温度附近，远低于管壁报警温度（470℃）；壁温最高管段与壁温最低管段壁温差均低于50℃。参数对比表明：启动过程垂直管水冷壁水动力良好，垂直管运行安全。

10.5Mpa情况：后墙螺旋管壁温3达391℃，较最低温度（右墙螺旋管壁温14）高90℃，较相邻的后墙螺旋管壁温2高74℃，较相邻的后墙螺旋管壁温4高45℃，管壁温度不超标，但相邻管段温度差略超标准，影响管壁安全。当时机组负荷230MW，分离器出口过热度达14℃，此时运行参数已具备转干态条件，因此该时段管壁温度偏差大主要是过热度控制过高引起，与有无炉循泵关系不大。

启动过程的数据分析

分析参数依据：

數据来源：SIS系统。

测点选取：螺旋管水冷壁前、后墙及两侧墙各选取1～15管壁测点；垂直管水冷壁前、后墙及两侧墙各选取1～15管壁测点。

对比工况：15年3月12日#1机组无炉循泵启动，15年1月20日#1机组正常启动（炉循泵投运情况）。

对比参数：分离器压力分别为0.5MPa下各壁温情况。如表1所示。

表1分离器压力0.5MPa时有、无炉循泵垂直管壁温对比

对比：无炉循泵启动最高壁温较最低壁温高约17℃，有炉循泵启动最高壁温较最低壁温高约19℃，无炉循泵启动安全性不比有炉循泵差。

结论

炉水循环泵故障时机组的运行方式，注意事项和具体操作过程，要点，是对超临界机组运行方式的有益探索。由于无炉水循环泵运行，机组启动过程部分炉水热量不能回收，每次开机需多耗燃油30T，除氧水2000T，且增加运行监盘和操作上的难度，本文中的方法及过程仅可视为一个实例探讨。