哈尔滨超超临界锅炉启动系统性能分析

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(1.华能罗源发电有限责任公司，福建 福州 350108；2.福州大学，福建 福州 350108)

1 引言

哈尔滨锅炉有限公司的直流锅炉在国内许多电厂都已经投入使用，文章中要介绍的华能福州电厂三期2×660MW超超临界机组，采用的就是此种锅炉。我们发现，超超临界锅炉的启动系统就老电厂的启动系统而言，发生了比较大的变化。研究的关键在于[1]我们对其启动系统要有一定程度的了解。

2 设备简介

锅炉为变压运行的直流锅炉，它为单炉膛结构，过热器和再热器布置在炉膛的顶部。通过采用改进型低NOX分级送风,NOX能得到有效的降低，有利于脱硫脱硝。锅炉炉膛尾部有烟气挡板，可以用来进行气温的控制。内部水冷壁采用内螺纹管垂直上升的膜式。此外，在锅炉三层布置有再循环泵[2]。锅炉为全钢架结构，采用常规的通风方式，室外安装布置。锅炉的过热器是由四部分过热器组成，可以分为一级过热器、二级过热器、三级过热器、高温过热器。再热器系统是由两部分组成，布置在炉膛尾部。分别为一级再热器，高温再热器。其中，6台磨煤机对应一个锅炉，一般情况下，5台磨运行时就能满足锅炉负荷要求。磨煤机型号为MPS200HP-II。R90=18%的煤粉细度最为常见。锅炉共有24组的燃烧器，分别安装于四面墙上，构成切圆的燃烧方式，每面墙上6个。燃烧器的喷嘴与磨煤机一一对应。燃烧器的上方的OFA 喷嘴布置在锅炉七层，另增加了四层燃尽风AA喷嘴，它的作用一个是增补燃烧所需要的氧气，同时能保证炉膛内的温度不过高，减小了NOX的含量。每两台燃烧器之间都装有1把油枪，用于锅炉点火初期为炉膛提供足够的点火能量；另外，就是在低负荷时，对锅炉起到稳定燃烧的作用。其中，高能点火设备[3]在每只油枪中都有安装。

3 锅炉启动系统技术特点

3.1 锅炉启动系统

启动分离器布置在锅炉八层，当锅炉的负荷达到锅炉额定负荷四分之一时，分离器为湿态方式。分离器将蒸汽和水分隔开，蒸汽通过上部的管道进入炉膛，而下部的水则返回疏扩，再由循环泵进行打循环。当机组负荷开始上升时，通过控制水位阀来控制疏扩水位。当锅炉达到额定负荷四分之一时，启动系统转为干态。这时，分离器内只有蒸汽，没有水，这个时候它就相当于一个集箱[4]。

3.2 汽轮机旁路系统

汽轮机的旁路系统有两个组成部分，分别为高压旁路，低压旁路。在启停炉及事故工况情况下(如发电机甩负荷，升降负荷等)，旁路有保护的作用[5]。在准备冲转汽轮机，或者在事故情况下停炉，此时，锅炉中的燃烧仍在进行，为了保证机组的安全。蒸汽经由旁路系统直接引入凝汽器中。同时，在高低旁处装配喷水降温的装置，将蒸汽温度压力降下来，能避免凝汽器温度和压力过高，保护了凝汽器。

3.3 锅炉汽水系统的启动过程

3.3.1 锅炉清洗

锅炉受热面的内表面按要求需要保持干净，无残留杂质，因此，需要对锅炉进行水洗。冷态水洗和热态水洗构成了锅炉水洗的两个阶段。当Fe含量满足要求,混浊度满足要求(不大于3NTU)，锅炉冷态水洗结束。锅炉冷态冲洗按如下进行：先由凝汽器到低加、除氧器，再到给水泵，再到高加，之后再到省煤器、分离器，最后排入疏扩。之后进行锅炉点火，然后再进行热态清洗，但要满足水冷壁出口温度的要求，此时，溶解铁的含量最高[6]。热态冲洗合格标准如表1所示。

表1 锅炉热态冲洗

3.3.2 锅炉升温升压

热态水洗完成之后，应先投入汽轮机旁路系统。点开高、低旁路，先控制小开度进行高低旁的暖管，并逐渐开大，避免屏过金属的急升急降，随后逐渐加大燃料量进行大流量管路冲洗。冲洗过的蒸汽最后流入凝汽器中去[7]。

3.3.3 汽机冲转及并网

当主蒸汽压力、温度满足要求，主蒸汽导电度<0.5μs/cm，即可冲转汽轮机。当低速暖机和3000r/min暖机都合格后，且满足X1-X8准则，即可并网[8](注：其中，打开主汽门对主调门进行暖阀要满足X1-X8准则；打开主调门，并冲转至低速暖机要满足X4、X5和X6准则；汽轮机低速暖机程度合适、可以继续升速至3000r/min要满足X7A和X7B准则；在3000r/min时，汽轮机暖机程度合适，允许汽轮机并网要满足X8准则。)。

3.3.4 锅炉湿-干态转换

锅炉点火启动并网后，升负荷时应把参数控制好，快速平稳地实现转换，120～180MW 之间尽可能短的停留，目标负荷300MW。干湿态是升负荷过程中的一个重要阶段，要控制好煤粉量和给水量[9]，保证蒸汽一定的过热度，一般高50℃。之后再继续投运磨煤机进行煤粉供应，当锅炉负荷达到额定负荷四分之一时，就要把启动系统从锅炉系统中分离开，同时，应保持启动系统热备用形态，以备随时能够投用。

4 锅炉启动系统运行性能

4.1 安全门整定

首先，先按机组正常启动曲线将机组负荷升到对应安全门动作压力的 50%，对安全门进行检查，查看安全门正常动作并无向外漏气现象。之后保持锅炉压力的稳定，再把锅安全门动作压力的70%作为升负荷的目标。其中要注意的是：

(1)安全门整定的时候，不允许无保护进行整定。

(2)进行效验前，首先应该保证表记正常。定砣中发现误差过大(超过0.2MPa)，这个时候应先终止效验，问题解决之后才可继续进行。

(3)校验压力靠近安全门的动作压力的时候，应缓慢升压，速率不要太高。

(4)安全门校验时，控制好主汽温、主汽压。操作时候应缓慢。

(5)对安全门进行整定时，要保证燃烧的稳定进行。

4.2 锅炉启动特性

与另外三态(温、热、极热)相比，冷态启动较为复杂，在这种启动状态下，锅炉与汽轮机的配合问题比其他条件下更为复杂。本锅炉启动设计较为精细，操作也较为方便，但仍要留心关键参数的控制，熟悉启动系统的特点。否则，易出现温度过高，压力过高的情况。

4.2.1 冷态启动时的关键控制参数

(1)锅炉冷态水洗结束时，贮水箱出口的水质经过检测，满足要求,且混浊度小于3NTU且循环系统水质要求满足Fe含量小于200ppb。

(2)锅炉热态清洗结束时，贮水箱出口水质满足PH在9.3～9.5之间，导电度不大于0.5μS/cm，Fe含量满足要求。

(3)主蒸汽压力满足要求(7.5MPa)，汽温度满足要求(400℃上下)主蒸汽导电度<0.5μs/cm，X1-X6 条件满足，即可准备启动汽机SGC。

(4)并网之后，最小负荷应维持在66MW。

(5)之后慢慢将负荷提高，且将变化速率控制好，不应太快，

4.2.2 锅炉启动参数指标

在福州电厂机组启动期间，进行了多次四态启动实验，在这个过程中，参数变化平缓，各个受热面的壁温的变化较为平均，其中螺旋水冷壁和上部水冷壁在投磨煤机时虽出现一定的偏差，但之后趋于均匀。另外，因为在干湿态转变点附近，锅炉工况变化较大，为此，在20%～30%ECR停留的时间要尽可能的短。

5 在启动过程中应注意的问题

5.1 水质

水质问题一直以来都是人们较为关系的内容，因为管道的直径较小，如果水质欠佳的话，管内会结垢，使内壁变厚，从而导致阻力变大，影响传热效果，发生爆管，甚至导致停机。因此，要加强水质的监督。它的几个主要监视指标为：

(1)离子电导率

由于锅炉炉水的酸性会影响锅炉的受热面，因此，应保持锅炉给水弱碱性。

(2)溶解氧

炉水中的氧会氧化管子的内壁，形成致密的氧化膜，影响到热量传递。正常运行时，氧的含量：30～300μg/L(加氧处理之后)。

(3)二氧化硅

硅会磨损汽轮机的叶片，同时会在管子里产成水垢，正常运行时，要控制好二氧化硅含量。

(4)铁浓度

铁分析包括全铁和溶解铁，通过分析铁在水中的溶解度，我们就能了解保护层是否形成，正常运行时铁的含量满足(不大于10μg/L)。

5.2 锅炉启动过程中汽温控制

在锅炉启动时，运行人员要控制好主气温。正常运行的时候，要求有30℃以上的过热度。

(1)启动系统的给水流量为额定给水量的四分之一(2046t)。

(2) 锅炉要保证一定的风量(30%BMCR)，如果有需要，可以少量添加燃尽风。

(3) 锅炉刚启动时，要控制好煤粉量和给水量。完成锅炉热态清洗后，可以再投运一台磨煤机，提高给煤量，尽快满足汽机冲转的要求。

(4)金属壁温升速率不应过大。

(5)若锅炉采取冷态启动，按要求，就要进行热态水洗。在热态冲洗的时候，要注意水冷壁出口温度，做到小于170℃。

5.3 清洗水量的控制

锅炉在第一次启动时或在长时间停机后再次开机时，冷态和热态水冲洗都是必不可少的。清洗水量要满足要求，其中，少部分的水是由给水泵提供，大部分由循环泵提供。水冲洗是为了把管道中的杂质清除干净，如果长时间没运行，再次启动前，水洗是必不可少的。

5.4 WDC阀的运行方式

刚启动时：此时锅炉还未点火，要保证有额定给水流量的四分之一的水量流过省煤器和水冷壁，这些流量能保证炉膛内的管道不会超温，其中，大部分流量是由再循环泵提供。这个时间段内，疏扩的水位是由疏水阀来控制的。疏水管的容量不仅要考虑正常运行时的疏水量，还要考虑锅炉刚点火时汽水膨胀的现象。

(1)从分离器开始出水，到锅炉达到额定负荷的四分之一：若分离器水位不再大幅度波动时，WDC 阀将自动关小；随着锅炉出力增加，WDC会自动全关。在这之后，通过循环水量调节阀(BR阀)来控制循环水的水量，当锅炉负荷逐渐变大时，阀门跟着关小，直到全关。

(2)热备用状态：当锅炉到达额定负荷的四分之一时，要将启动系统从锅炉系统中分离出去，并转入热备用。同时，为了管道随时能够投运。省煤器出口的暖管阀应保持开启状态。

6 结束语

哈尔滨超超临界锅炉启动系统参数控制较为容易，同时设计布局合理。通过长期的运行可以知道，机组启动快，操作方便，而且由湿态方式转入干态方式的过程较为简单容易。对此，生产人员应做到对启动系统有一定程度的了解。