超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)

1、西安電力高等?？茖W(xué)校摘要我國目前火力發(fā)電機(jī)組正向著高參數(shù)大容量、環(huán)保指標(biāo)近零排放的方向快速發(fā)展，大批的百萬千瓦機(jī)組基本都是超超臨界參數(shù)，超臨界機(jī)組的技術(shù)也日新月異，給我國超臨界機(jī)組的制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)，面對(duì)新技術(shù)、新材料、新工藝也存在一些認(rèn)識(shí)不足的地方，需要我們花時(shí)間在工作中摸索經(jīng)驗(yàn)更好地接受新生事物。對(duì)于超臨界或超超臨界機(jī)組而言考驗(yàn)最大的仍然是鍋爐，首先從鍋爐的工藝要求和控制方式上與亞臨界機(jī)組都有質(zhì)的不同，而超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)是鍋爐中一個(gè)最重要的系統(tǒng)。超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)也是超臨界鍋爐關(guān)鍵技術(shù)之一，本文對(duì)于超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)行進(jìn)行了一些簡要的分析。首先介紹了

2、超臨界機(jī)組的國內(nèi)外發(fā)展史，以及超臨界啟動(dòng)系統(tǒng)在超臨界機(jī)組中的重要性。其次介紹了超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)、超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的類型、啟動(dòng)工況向純直流運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換控制。關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐；啟動(dòng)系統(tǒng)；汽水分離器；干濕態(tài)的工況轉(zhuǎn)換目錄1 緒論31.1超臨界鍋爐的概念31.2超臨界鍋爐的特點(diǎn)31.3世界各國超臨界鍋爐的發(fā)展?fàn)顩r51.3.1美國51.3.2前蘇聯(lián)61.3.3日本61.3.4歐盟71.3.5我國超臨界機(jī)組的發(fā)展?fàn)顩r82超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的概述和類型102.1超臨界鍋爐設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)102.1.1直流鍋爐與汽包鍋爐的區(qū)別113超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)133.1啟動(dòng)分離器133.2

3、貯水箱143.3超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的分類153.3.1外置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)163.3.2內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)164超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的啟停過程194.1 擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟停過程194.2 帶循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)過程194.3超臨界鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程204.4鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)22結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致 謝251 緒論1.1超臨界鍋爐的概念鍋爐內(nèi)的工質(zhì)都是水，水的臨界壓力是：22.115MPa 374.15 ；在這個(gè)壓力和溫度時(shí)，水和蒸汽轉(zhuǎn)化汽化潛熱等于零，不存在兩相區(qū)，即水變成蒸汽是連續(xù)的，并以單相形式進(jìn)行，就叫水的臨界點(diǎn)，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個(gè)壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個(gè)壓力就是超臨界鍋爐，

4、目前,國內(nèi)將工質(zhì)壓力大于26MPa被稱為超超臨界鍋爐,準(zhǔn)確的說應(yīng)該叫高效超臨界鍋爐。1.2超臨界鍋爐的特點(diǎn)（1）超臨界和超超臨界火電技術(shù)由于參數(shù)本身的特點(diǎn)決定了超臨界鍋爐只能采用直流鍋爐，和一般亞臨界鍋爐相比,取消了汽包，并能快速啟停。（2）超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐爐體重量輕。（3）系統(tǒng)中的汽水分離器在低負(fù)荷時(shí)起汽水分離作用并維持一定的水位，在高負(fù)荷時(shí)切換為純直流運(yùn)行，汽水分離器起到一個(gè)蒸汽聯(lián)箱的作用。（4）為了達(dá)到較高的重量流速，必須采用小管徑水冷壁。這樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時(shí)減小了鍋爐的熱慣性。（5）超臨界機(jī)組和一般亞臨界機(jī)組相比具

5、有無可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺(tái)機(jī)組發(fā)電熱效率最高可達(dá)50%，每kW/h煤耗最低僅有255g（丹麥BWE公司），較亞臨界壓力機(jī)組（每kW/h煤耗最低約有327g左右）煤耗低；（6） 超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐的燃燒系統(tǒng)都采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過程中減少65%的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超98%，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的。（7）在超臨界鍋爐內(nèi)隨著壓力的提高，水的飽和溫度也隨之提高，汽化潛熱減少，水和汽的密度差也隨之減少。當(dāng)壓力提高到臨界壓力（22.12Mpa）時(shí)，汽化潛熱為0，汽和水的密度差也等于零，水在該壓力下加熱到臨界溫度（374.15）時(shí)即全部汽化成蒸汽。超臨界壓力臨界壓力時(shí)情況相

6、同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的相變點(diǎn)（臨界溫度）時(shí)即全部汽化。因此超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區(qū)，由此可知，超臨界壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段即加熱和過熱，而工質(zhì)狀態(tài)由水逐漸變成過熱蒸汽。因此超臨界直流鍋爐沒有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超臨界直流鍋爐啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度相比于一般亞臨界機(jī)組可提高1倍左右。（8）超臨界鍋爐和一般亞臨界鍋爐相比水冷壁的金屬儲(chǔ)熱量和工質(zhì)儲(chǔ)熱量最小，即熱慣性最小，使快速啟停的能力進(jìn)一步提高， 適用機(jī)組調(diào)峰的要求。但熱慣性小也會(huì)帶來問題，它使水冷壁對(duì)熱偏差的敏感性增強(qiáng)。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時(shí)，各管屏的熱偏差增大

7、，由此引起各管屏出口工質(zhì)參數(shù)產(chǎn)生較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致工質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定或管子超溫。（9）超臨界鍋爐在運(yùn)行時(shí) 為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動(dòng)力多值性以及脈動(dòng)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在MCR 負(fù)荷時(shí)提高到2000 /（·s）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動(dòng)阻力顯著提高。600MW 以上的直流鍋爐的流動(dòng)阻力一般為5.4MPa6.0MPa，水冷壁的流動(dòng)阻力的增大全部要靠給水泵來克服，這部分阻力約占全部阻力的2530。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運(yùn)行耗電量。（10）超臨界鍋爐和一般亞臨界鍋爐相比汽溫調(diào)節(jié)的主要方式是調(diào)節(jié)

8、燃料量與給水量之比，輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。由于沒有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段長度發(fā)生變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。（11）超臨界鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定。由于給水流量降低，水冷壁流量分配不均勻性增大；壓力降低，汽水比容變化增大，工質(zhì)欠焓增大，會(huì)使蒸發(fā)段和省煤段的阻力比值發(fā)生變化。 （12）超臨界壓力直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。因此，熱偏差對(duì)水冷壁管壁溫度的影響作用顯著增大。 （13）變壓運(yùn)行的超臨界參數(shù)直流爐

9、，在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。并且在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。 （14）直流鍋爐要求的給水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100的除鹽處理。（15）控制系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)裝置的費(fèi)用較高。（16）直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)約有30額定流量的工質(zhì)經(jīng)過水冷壁并被加熱，為了回收啟動(dòng)過程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動(dòng) 系統(tǒng)，而且需要設(shè)置過熱器的高壓旁路系統(tǒng)和再熱器的低壓旁路系統(tǒng)。加上直流鍋爐的參數(shù)比較高，需要的金屬材料檔次相應(yīng)要提高，其總成本不低于自然循環(huán)鍋爐。超臨界、超超

10、臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組相比，熱效率要有很大的提高，一年就可節(jié)約幾千噸優(yōu)質(zhì)煤。未來火電建設(shè)將主要是發(fā)展高效率高參數(shù)的超臨界（SC）和超超臨界（USC）火電機(jī)組，超臨界和超超臨界在許多發(fā)達(dá)國家已得到廣泛的研究和應(yīng)用。電力工業(yè)是能源領(lǐng)域的主要組成部分，我國一次能源消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭占了67%左右，和世界其他各國相比能源的消費(fèi)構(gòu)成從在很大的差別，在“十五”期間，由于國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)電力能源需求更加迫切，為了響應(yīng)國家高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展理念，而超臨界機(jī)組正好可以滿足當(dāng)代中國發(fā)展的需要，再加之我國于2002年把開發(fā)超臨界鍋爐列為國家863重大項(xiàng)目攻關(guān)計(jì)劃，2

11、003年原國家經(jīng)貿(mào)委和科技部都把超臨界和超超臨界鍋爐列入國家重大技術(shù)考研計(jì)劃，經(jīng)過十幾年的引進(jìn)發(fā)展改革創(chuàng)新，我國在超臨界鍋爐發(fā)展技術(shù)所以也逐漸走向成熟，并開始自主研發(fā)，所以近年來， 我國火電事業(yè)也逐漸向大機(jī)組，超臨界等方向發(fā)展邁進(jìn)。1.3世界各國超臨界鍋爐的發(fā)展?fàn)顩r超臨界火電機(jī)組是常規(guī)蒸汽動(dòng)力火電機(jī)組的自然發(fā)展和延伸。提高蒸汽初參數(shù)一直是提高這類火電廠效率的主要措施。當(dāng)蒸汽壓力提到高于22.1MPa時(shí)就稱為超臨界機(jī)組，如果蒸汽初壓力超過27MPa，則稱為超超臨界火電機(jī)組。目前一些發(fā)達(dá)國家中，超臨界和超超臨界機(jī)組巳是火電結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)機(jī)組或是占據(jù)一個(gè)舉足輕重的比例，也就是說火電結(jié)構(gòu)巳經(jīng)"

12、超臨界化"了。以超臨界化為特點(diǎn)的對(duì)火電結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代早在20世紀(jì)的中葉就已開始。超臨界化可以說是火電發(fā)展的一種模式，一條道路，是被多國實(shí)踐證明的成功模式。1.3.1美國美國是發(fā)展超臨界發(fā)電技術(shù)最早的國家，早在20世紀(jì)50年代初就開始從事超臨界和超超臨界技術(shù)的研究。在1957年投運(yùn)的第一臺(tái)125MW超臨界機(jī)組的參數(shù)為31MPa/621566560，1958年投運(yùn)的325MW機(jī)組的參數(shù)為34.4MPa649566566，它們已是迄今最高參數(shù)的超臨界機(jī)組。鑒于超臨界機(jī)組的熱效率明顯高于亞臨界機(jī)組,在20世紀(jì)60年代中期,新建的機(jī)組中有一半以上是超臨界機(jī)組。到60年代中期，新增機(jī)組中有一半采

13、用超臨界參數(shù)，在1967年-1976年的10年期間，共安裝118臺(tái)超臨界機(jī)組，單機(jī)最大容量為1300MW，但由于單機(jī)容量增大過快,蒸汽參數(shù)選擇過高,超越了當(dāng)時(shí)的金屬材料技術(shù)水平，并采用熱負(fù)荷偏高的大型正壓鍋爐,導(dǎo)致早期的超臨界鍋爐事故偏多,可用率低及維修費(fèi)用高；由于美國煤價(jià)較低,機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不顯著；適宜帶基本負(fù)荷的大量核電機(jī)組迅速投產(chǎn),而當(dāng)時(shí)的超臨界機(jī)組調(diào)峰能力較差,不能適應(yīng)調(diào)峰需要。導(dǎo)致從70年代開始,超臨界機(jī)組訂貨減少19801989年期間僅有7臺(tái)超臨界機(jī)組投運(yùn)。針對(duì)燃料價(jià)格上漲,環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的現(xiàn)狀,美國電力研究所(EPRI)在總結(jié)了前期超臨界機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)后,根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)

14、水平,對(duì)超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)和容量等進(jìn)行了可行性優(yōu)化研究,研究認(rèn)為在技術(shù)方面不需要作突破的條件下,機(jī)組采用31MPa/566°C593°C/566°C593°C蒸汽參數(shù)、二次再熱、容量700800MW為最佳;并重新開發(fā)了蒸汽參數(shù)為31MPa/593°C/593°C/593°C的二次再熱超超臨界機(jī)組。由于美國電力工業(yè)大力發(fā)展高效的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán),上述研究成果未能得到實(shí)施，卻在亞洲和歐洲某些國家得到了應(yīng)用。 1999年，美國能源部提出了發(fā)展先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的Vision21計(jì)劃。其中，對(duì)于超超臨界技術(shù)，主要是開發(fā)35MPa/760&

15、#176;C/760°C/760°C的超超臨界火電機(jī)組，這種機(jī)組的熱效率高于55%，污染物排放也比亞臨界機(jī)組減少30%。1.3.2前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)是發(fā)展超臨界機(jī)組最堅(jiān)定的的國家。1963年，前蘇聯(lián)第一臺(tái)300MW超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，其參數(shù)為23.5MPa/580°C/565。但由于蒸汽參數(shù)偏高，超過大量可使用的材料水平，加上設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量等原因,投運(yùn)初期出現(xiàn)了高溫腐蝕等問題。后經(jīng)改進(jìn)和不斷完善，并將蒸汽溫度降為540°C/540°C,才使機(jī)組達(dá)到較好的水平，其可靠性與超高壓參數(shù)機(jī)組相當(dāng)。但是,在超臨界蒸汽參數(shù)下，300MW機(jī)組容量偏小，汽輪機(jī)通流部

16、分氣動(dòng)損失大、效率低,其總體經(jīng)濟(jì)水平仍偏低。其后投運(yùn)的500MW、800MW和1200MW機(jī)組基本上也采用了上述參數(shù)(300MW與500MW機(jī)組也有采用565°C/570°C的)。不過，500MW燃煤機(jī)組由于可用率低及熱耗高而沒有被大量應(yīng)用;800MW和1200MW機(jī)組只有燃油和燃?xì)?，而?200MW機(jī)組的可用率也較低。前蘇聯(lián)所有300MW及以上容量機(jī)組全部采用超臨界參數(shù)，因此，其超臨界機(jī)組達(dá)200余臺(tái)，占總裝機(jī)容量50%以上，且大多數(shù)為300MW機(jī)組。經(jīng)長期試驗(yàn)研究，俄羅斯現(xiàn)已擁有一套比較完整的超臨界技術(shù)。目前，俄羅斯新一代大型超超臨界機(jī)組采用參數(shù)為2830MPa、580

17、°C600°C。1.3.3日本日本發(fā)展超臨界技術(shù)采用的是引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)路線。從引進(jìn)機(jī)組到自制機(jī)組只花了12年時(shí)間,從亞臨界到超臨界，從300MW、600MW到1000MW，每上一個(gè)等級(jí)只用了34年時(shí)間。自1967年從美國引進(jìn)第一臺(tái)超臨界機(jī)組(660MW、24.12MPa、538°C/566°C)開始,到1985年底已有77臺(tái)超臨界機(jī)組投入運(yùn)行。其中,包括多臺(tái)700MW和1000MW超臨界變壓運(yùn)行機(jī)組。機(jī)組的參數(shù)一般為24.1MPa/538°C/566°C(個(gè)別為566°C/566°C)。由于采用美國的成熟技

18、術(shù)，450MW以上機(jī)組全部采用超臨界參數(shù),超臨界機(jī)組占總裝機(jī)容量的絕大多數(shù)，故供電煤耗為世界最低水平之前列。由于提高蒸汽參數(shù)可進(jìn)一步提高機(jī)組的熱效率，日本在24.1MPa/538°C/566°C超臨界機(jī)組已經(jīng)成熟的基礎(chǔ)上，制訂了超超臨界計(jì)劃。第一步將蒸汽參數(shù)提高到31MPa/566°C/566°C/566°C，第二步再提高到34MPa/593°C/593°C/593，并結(jié)合美國EPRI的研究成果成功開發(fā)了超超臨界機(jī)組。因此，日本最初投運(yùn)的2套超超臨界機(jī)組，只提高主蒸汽壓力而未提高其溫度，由于主蒸汽壓力和溫度不匹配，故采用兩次

19、再熱以防汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度過高。這2臺(tái)機(jī)組由三菱公司設(shè)計(jì),容量為700MW、蒸汽參數(shù)為31.1MPa/566°C/566°C/566°C，分別于1989年和1991年在川越電廠投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，可用率也達(dá)到了很高的水平。在上世紀(jì)90年代，日本投運(yùn)的新機(jī)組幾乎都是超臨界或超超臨界機(jī)組。二次再熱雖是成熟技術(shù),但系統(tǒng)復(fù)雜。如31MPa、566°C/566°C/566°C二次再熱與傳統(tǒng)24.1MPa、566°C/566°C一次再熱相比,其熱效率提高約5%，與24.5MPa/600°C/600°C一

20、次再熱等級(jí)超臨界機(jī)組相比,熱效率僅提高0.5%，而機(jī)組制造成本顯著提高,缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力。所以，近年來各公司都轉(zhuǎn)向開發(fā)高溫度參數(shù)的超臨界機(jī)組。目前，日本蒸汽溫度參數(shù)最高的機(jī)組是2000年在橘灣電廠投運(yùn)的2臺(tái)由IHI設(shè)計(jì)的1050MW、25.5MPa/600°C/610°C超臨界機(jī)組。日本正在醞釀開發(fā)參數(shù)為34.5MPa/620°C/650°C的超超臨界機(jī)組。1.3.4歐盟德國是研究、制造超臨界機(jī)組最早的國家之一，1956年就投運(yùn)了1臺(tái)88MW、34MPa/610°C/570°C/570°C的超超臨界機(jī)組。到1972年投運(yùn)了1臺(tái)

21、430MW超臨界機(jī)組(參數(shù)為24.5MPa/535°C/535)，1979年投運(yùn)了1臺(tái)二次再熱的475MW超臨界機(jī)組(參數(shù)為25.5MPa/530°C/540°C/530°C)。目前，德國已投運(yùn)和在建的超臨界機(jī)組近20臺(tái)，其中具有代表性的超臨界機(jī)組是：1992年8月在投運(yùn)的500MW機(jī)組(參數(shù)為26.2MPa/545°C/562°C)；1999年投運(yùn)的933MW、26.7MPa/554°C/593°C超臨界機(jī)組；2000年在投運(yùn)的950MW、26.0MPa/580°C/600°C的超臨界機(jī)組和7

22、00MW、30MPa/580°C/600°C超超臨界機(jī)組。1998年和2001年丹麥投運(yùn)了2臺(tái)由丹麥FLS BWE設(shè)計(jì)制造、蒸汽參數(shù)分別為29MPa/582°C/580°C/580°C和30.5MPa/582°C/600°C的415MW超超臨界機(jī)組，前者燃煤,后者燃?xì)?。在海水冷卻的情況下(凝汽器背壓2.3kPa),其熱效率分別達(dá)到47%和49%，是迄今為止世界上熱效率最高的火電機(jī)組。歐盟超超臨界機(jī)組的再熱方式的發(fā)展與日本類似，除丹麥2臺(tái)超超臨界機(jī)組采用二次再熱外，其他超超臨界機(jī)組也都采用一次再熱。與日本不同的是主蒸汽壓力和溫

23、度都進(jìn)一步提高(30.5MPa/580°C/600),其熱效率與29MPa、580°C二次再熱機(jī)組基本相同。根據(jù)歐盟的高參數(shù)燃煤電站發(fā)展計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2005年將投運(yùn)熱效率為50%以上的33.5MPa/610°C/630°C機(jī)組，到2015年將投運(yùn)熱效率達(dá)52%55%的40.0MPa/700°C/720°C機(jī)組3。1.3.5我國超臨界機(jī)組的發(fā)展?fàn)顩r我國超臨界鍋爐技術(shù)研發(fā)狀況超超臨界鍋爐技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)90年代初在歐洲問世，是國際上最為先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)，具有煤耗低、環(huán)保性能好、技術(shù)含量高的特點(diǎn)。超超臨界機(jī)組的發(fā)電效率比我國近期主要采用的亞

24、臨界機(jī)組高出10%，比超臨界機(jī)組高出68%。1998年，最早投入運(yùn)行的超超臨界機(jī)組安裝在丹麥的Nordjyllands發(fā)電廠，由丹麥BWE公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，發(fā)電效率創(chuàng)造了新的世界記錄，達(dá)到47%。2004年11月23日凌晨1時(shí)17分,由中國東方電氣集團(tuán)公司東方鍋爐為華能沁北電廠提供的國產(chǎn)首臺(tái)60萬千瓦超臨界鍋爐順利通過168小時(shí)試運(yùn)行并投入商業(yè)運(yùn)行。該項(xiàng)目成功填補(bǔ)60萬千瓦超臨界鍋爐國產(chǎn)化空白。東方電氣由此躋身為全球大容量電站鍋爐品種最齊全的鍋爐制造商。為抓住國家電力快速發(fā)展的機(jī)遇,東方電氣把列為國家重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化攻關(guān)計(jì)劃的60萬千瓦超臨界機(jī)組鍋爐作為開發(fā)重點(diǎn)。從2002年5月15日與沁北電廠

25、正式簽訂供貨合同后,東方電氣僅用23個(gè)月就完成國外大公司要用27個(gè)月才能完成的研制任務(wù),比合同期提前4個(gè)月零8天,創(chuàng)造出國內(nèi)外研制同類產(chǎn)品最短周期的新紀(jì)錄。華能沁北電廠一期工程是我國首臺(tái)600MW國產(chǎn)化超臨界燃煤機(jī)組依托項(xiàng)目，建設(shè)規(guī)模為120萬千瓦，安裝2臺(tái)600MW國產(chǎn)化超臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組。機(jī)組主設(shè)備國產(chǎn)化方案按照引進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)、合作生產(chǎn)的方式，鍋爐采用了東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)日本巴布科克日立公司技術(shù)制造的DG1900/25.41型鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本三菱公司技術(shù)制造的CLN60024.2/566/566型汽輪發(fā)電機(jī)。國產(chǎn)首臺(tái)60萬千瓦超臨界示范機(jī)組鍋

26、爐的研制成功和投入運(yùn)行,用事實(shí)證明60萬千瓦超臨界鍋爐、100萬千瓦超超臨界機(jī)組鍋爐硬件制造100國產(chǎn)化完全可以實(shí)現(xiàn)。這一國產(chǎn)化重大技術(shù)裝備的研制成功,將大大降低60萬千瓦超臨界機(jī)組鍋爐的采購成本,為全國范圍內(nèi)普及高效率、低煤耗、低污染排放的60萬千瓦超臨界機(jī)組創(chuàng)造了條件。據(jù)測(cè)算,如果今后全國60萬千瓦及以上超臨界機(jī)組能占到發(fā)電設(shè)備的50以上,每年就可節(jié)省煤炭幾億噸。這將對(duì)我國電力工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)電力市場(chǎng)的需求越來越大，而火力發(fā)電在電力資源中占據(jù)主導(dǎo)地位，積極建設(shè)低煤耗，大容量的超臨界火電機(jī)組和發(fā)展超臨界火電機(jī)組技術(shù)勢(shì)在必行。由于超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組具有煤耗

27、低，環(huán)保性能好，技術(shù)含量高等特點(diǎn)，成為國際上燃煤發(fā)電機(jī)組的重要發(fā)展方向。從我國的國情出發(fā)，發(fā)展超臨界機(jī)組，有利于降低我國平均共電煤耗，有利于電網(wǎng)調(diào)峰的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，有利于保持生態(tài)環(huán)境，提高環(huán)保水平（節(jié)能環(huán)保），有利于技術(shù)跨越創(chuàng)建國際一流的火力發(fā)電廠。我國從事直流鍋爐的制造廠家有上海鍋爐廠，哈爾濱鍋爐廠和東方電氣集團(tuán)公司。1988年6月，在“多家辦電、集資辦電”政策推動(dòng)下，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，由華能國際電力開發(fā)公司和上海市人民政府合作，利用外資在石洞口第二電廠建成我國第一臺(tái)60萬千瓦超臨界發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組是當(dāng)時(shí)中國熱效率最高的機(jī)組，供電煤耗穩(wěn)定在312克/千瓦時(shí)，比華東電網(wǎng)最好的60萬千瓦亞臨界

28、機(jī)組少10克/千瓦時(shí)，全年可節(jié)煤9萬噸，在可靠性、等效可用系數(shù)等指標(biāo)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。自此，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超臨界機(jī)組得到大力發(fā)展，在總裝機(jī)容量中所占的比例越來越大。對(duì)于火電機(jī)組的啟動(dòng)系統(tǒng)，隨著裝機(jī)容量的增大，機(jī)組對(duì)于設(shè)備及蒸汽參數(shù)等方面的要求也不斷提高，啟動(dòng)系統(tǒng)作為超臨界機(jī)組啟動(dòng)時(shí)不可缺少的環(huán)節(jié)，為保證過熱器等設(shè)備不進(jìn)水以水冷壁運(yùn)行期間的安全以及正常供汽，對(duì)于啟動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備及部件的要求也進(jìn)一步提高。2超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的概述和類型超臨界機(jī)組鍋爐的主要系統(tǒng)，包括水冷壁系統(tǒng)，過熱器系統(tǒng)，再熱器系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，給水及省煤器系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)，風(fēng)煙系統(tǒng)，吹灰系統(tǒng)等。然而在這些系統(tǒng)中鍋

29、爐啟動(dòng)系統(tǒng)在鍋爐的發(fā)展中占有絕對(duì)的主導(dǎo)地位，也是鍋爐最關(guān)鍵的技術(shù)之一。2.1超臨界鍋爐設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)是超臨界機(jī)組的一個(gè)重要組成部分也是超臨界鍋爐所特有的一個(gè)系統(tǒng)。由于超臨界鍋爐沒有汽包，即沒有固定的汽水分離點(diǎn)，在鍋爐啟動(dòng)過程中和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水量會(huì)小于爐膛保護(hù)及維持流動(dòng)穩(wěn)定所需的最小流量，設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)的主要目的就是在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行及停爐過程中，通過啟動(dòng)系統(tǒng)建立并維持爐膛內(nèi)的最小流量，以保護(hù)爐膛水動(dòng)力穩(wěn)定和水冷壁傳熱不發(fā)生惡化，同時(shí)滿足機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行的要求。超臨界鍋爐都采用直流爐的運(yùn)行方式，和一般亞臨界鍋爐相比沒有汽包，超臨界鍋爐啟動(dòng)及在本生負(fù)荷以下運(yùn)行

30、時(shí)，水冷壁中出來的工質(zhì)是單相的水或汽水混合物，因此為保證鍋爐在啟動(dòng)及本生負(fù)荷以下的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，能將汽水混合物分離并保證過熱器中不進(jìn)水，同時(shí)由于直流鍋爐沒有水容積的汽包，因此當(dāng)鍋爐啟動(dòng)發(fā)生汽水膨脹時(shí)，要將短期內(nèi)發(fā)生汽水膨脹時(shí)排出的多余的水疏掉必須設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)滿足直流鍋爐的特殊要求。當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷高于其本生負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)在機(jī)組中呈干態(tài)運(yùn)行，僅起到均衡蒸汽溫度及流量的作用。對(duì)于超臨界機(jī)組鍋爐須配特有的啟動(dòng)系統(tǒng)，用此系統(tǒng)來獲得良好的給水質(zhì)量條件，以達(dá)到快速點(diǎn)火和升溫升壓的，到最終鍋爐啟動(dòng)的目的，并保證鍋爐啟停和低負(fù)荷運(yùn)行期間水冷的安全運(yùn)行。超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)是超臨界機(jī)組的一個(gè)重要組成部分。由于超

31、臨界鍋爐沒有固定的汽水分離點(diǎn)，在鍋爐啟動(dòng)過程中和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水量會(huì)小于爐膛保護(hù)及維持流動(dòng)穩(wěn)定所需的最小流量，設(shè)置啟動(dòng)系統(tǒng)的主要目的就是在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行及停爐過程中，通過啟動(dòng)系統(tǒng)建立并維持爐膛內(nèi)的最小流量，以保護(hù)爐膛水冷壁，同時(shí)滿足機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行的要求。超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是： 1.輔助鍋爐啟動(dòng)：輔助建立冷態(tài)沖洗（在常溫狀況下啟動(dòng)鍋爐爐水循環(huán)泵對(duì)鍋爐進(jìn)行沖洗）和熱態(tài)沖洗（通過控制燃料和給水流量將分離器入口溫度控制在200左右對(duì)鍋爐進(jìn)行沖洗的過程）循環(huán)清洗工況;輔助建立啟動(dòng)壓力（超臨界鍋爐在啟動(dòng)過程中，為了保證工質(zhì)可以流動(dòng)而需要一個(gè)啟動(dòng)壓差，使流體開始流動(dòng)的得最低壓力稱

32、為啟動(dòng)壓力。）和啟動(dòng)流量（直流鍋爐、低循環(huán)倍率鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐啟動(dòng)時(shí)，為了保證蒸發(fā)受熱面良好冷卻，及保護(hù)水冷壁受熱面維持安全運(yùn)行時(shí)，所必須建立的最低給水流量；超臨界鍋爐的啟動(dòng)流量一般為25% BMCR 35%BMCR），保證給水連續(xù)地通過省煤器和水冷壁，尤其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定;輔助管道系統(tǒng)暖管。2回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水，汽水混合物，飽和蒸汽以及過熱度（相同蒸發(fā)壓力下蒸汽過熱溫度和飽和溫度之差）不足的過熱蒸汽，以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。3在機(jī)組啟動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。單元機(jī)組啟動(dòng)過程初期，汽機(jī)處于冷態(tài)，為了防止溫度不高的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后

33、凝結(jié)成水滴，造成葉片的水擊，啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)起到固定蒸發(fā)受熱面終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)汽水分離的作用。從而使給水量調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，互不干擾。4.根據(jù)實(shí)際需要，啟動(dòng)系統(tǒng)還可設(shè)置鍋爐與汽輪機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行的旁路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)停機(jī)不停爐和汽輪機(jī)帶廠用電的運(yùn)行方式，也適應(yīng)機(jī)組調(diào)峰快事變負(fù)荷的調(diào)節(jié)需要。但近年來為了簡化啟動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速、經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)，并簡化啟動(dòng)操作，有的啟動(dòng)系統(tǒng)不再設(shè)置保護(hù)再熱器的旁路系統(tǒng)，而以控制再熱器的進(jìn)口煙溫和提高再熱器的金屬材料的檔次，保證再熱器的安全運(yùn)行。5.啟動(dòng)初期，為防止Fe2O3固體顆粒對(duì)汽輪機(jī)動(dòng)葉和靜葉沖擊，造成汽輪機(jī)葉片免受到腐蝕，應(yīng)將含鐵量不合格的蒸汽直接排到凝汽器。2.

34、1.1直流鍋爐與汽包鍋爐的區(qū)別汽包鍋爐有自然循環(huán)鍋爐和強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。自然循環(huán)鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)依靠下降管中的水和上升管(水冷壁)中的汽水混合物之間的密度差產(chǎn)生的壓力差進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)除了依靠水和汽水混合物的密度差以外，主要依靠爐水循環(huán)泵的壓頭進(jìn)行汽水循環(huán)流動(dòng)。自然循環(huán)鍋爐和強(qiáng)制循環(huán)鍋爐均帶有一個(gè)很大的汽包對(duì)汽水進(jìn)行分離，汽包作為分界點(diǎn)將鍋爐受熱面分為加熱蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面兩部分。直流鍋爐是靠給水泵的壓力，使鍋爐中的工質(zhì)，水、汽水混合物和蒸汽一次通過全部受熱面。它只有互相連接的受熱面，而沒有汽包。自然循環(huán)鍋爐在點(diǎn)火前鍋爐上水至汽包低水位，此時(shí)水冷壁中的水處

35、于靜止?fàn)顟B(tài)，鍋爐點(diǎn)火后，水冷壁吸收爐膛輻射熱，水溫升高，水循環(huán)開始建立。隨著燃料量的增加，蒸發(fā)量增大，水循環(huán)加快，受熱強(qiáng)的水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流速增加。因此，啟動(dòng)過程水冷壁冷卻充分，運(yùn)行安全。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐在鍋爐上水后點(diǎn)火前，循環(huán)泵就開始工作，水冷壁系統(tǒng)建立了循環(huán)流動(dòng)，從而保證了水冷壁在啟動(dòng)過程中的安全。直流鍋爐是指靠給水泵壓力，使給水順序通過省煤器、水冷壁（蒸發(fā)受熱面）、過熱器并全部變?yōu)檫^熱水蒸汽的鍋爐。由于給水在進(jìn)入鍋爐后，水的加熱、水的加熱、蒸發(fā)和水蒸汽的過熱，都是在受熱面中連續(xù)進(jìn)行的，不需要在加熱中途進(jìn)行汽水分離。因此，直流鍋爐沒有自然循環(huán)的汽包。在省煤器受熱面、蒸發(fā)受熱面和過熱器受熱面之間沒

36、有固定的分界點(diǎn)，隨鍋爐負(fù)荷變動(dòng)而變動(dòng)。直流爐的主要優(yōu)點(diǎn)是它可用于一切壓力，特別是臨界壓力和以上壓力范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。由于直流鍋爐沒有汽包，因此，加工制造方便，金屬消耗量??；水冷壁布置也比較自由，不受水循環(huán)限制；調(diào)節(jié)反應(yīng)快負(fù)荷變化靈活；啟停迅速；最低負(fù)荷通常低于汽包鍋爐。但對(duì)給水品質(zhì)和自動(dòng)調(diào)節(jié)要求較高，汽水系數(shù)阻力大，給水泵的耗電量也較大。直流鍋爐在啟動(dòng)前必須由鍋爐給水泵建立一定的啟動(dòng)流量和啟動(dòng)壓力，強(qiáng)迫工質(zhì)流經(jīng)受熱面。只有這樣才能在啟動(dòng)過程中使受熱面得到冷卻。但是，直流鍋爐不像汽包鍋爐那樣有汽包作為汽水固定的分界點(diǎn)，水在鍋爐管中加熱、蒸發(fā)千口過熱后直接向汽輪機(jī)供汽，而在啟停或低負(fù)荷運(yùn)行過程中有可

37、能提供的不是合格蒸汽，可能是汽水混合物，甚至是水。因此，直流鍋爐必須配套一個(gè)特有的啟動(dòng)系統(tǒng)，以保證鍋爐啟停和低負(fù)荷運(yùn)行期間水冷壁的安全和正常供汽。因?yàn)槲覈某R界鍋爐都是直流鍋爐，而直流鍋爐為了保證鍋爐的運(yùn)行都配有啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行輔助鍋爐啟動(dòng)，所以啟動(dòng)系統(tǒng)也是超臨界鍋爐中特有的。3超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)超臨界鍋爐的的啟動(dòng)系統(tǒng)主要由啟動(dòng)分離器、貯水箱、擴(kuò)容器、再循環(huán)泵、水位控制閥、截止閥、管道及其他附件組成。3.1啟動(dòng)分離器1啟動(dòng)分離器的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)汽水分離器的筒身上有六個(gè)切向且上傾15°的管接頭(簡稱切向管接頭)，兩端均有錐形封頭(其中水側(cè)封頭有四個(gè)疏水小孔)，筒身和錐形封頭均為進(jìn)口鍛

38、件。每臺(tái)超臨界鍋爐有2只分離器， 整體由上球形封頭、筒身、下球形封頭，筒身上靠近上封頭處有一對(duì)非徑向傾斜大接管等件組成。圖3.1啟動(dòng)分離器的結(jié)構(gòu)圖2啟動(dòng)分離器基本參數(shù)啟動(dòng)分離器是設(shè)計(jì)壓力為304 Mpa，水壓試驗(yàn)壓力為456 Mpa，設(shè)計(jì)溫度為445，操作介質(zhì)為水的高溫高壓設(shè)備。通過它對(duì)鍋爐用水進(jìn)行汽水分離，輸出干飽和蒸汽，參與整體循環(huán)，隨著負(fù)荷逐漸增高，水冷壁出口的工質(zhì)逐漸達(dá)到飽和溫度乃至過熱，進(jìn)入純直流狀態(tài)運(yùn)行，到超臨界壓力時(shí)已經(jīng)沒有汽水兩相之分，分離器只是流通元件，呈干式運(yùn)行狀態(tài)，無水位。3.啟動(dòng)分離器的作用（1）濕式運(yùn)行起到汽水分離的作用，分離出來的過熱蒸汽進(jìn)入過熱器，水則通過水連接通

39、管道進(jìn)入分離器貯水箱。（2）啟動(dòng)系統(tǒng)由濕態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦蓱B(tài);即汽水分離器內(nèi)全部為蒸汽，它只起到一個(gè)中間集箱的作用。一般超臨界鍋爐有兩只分離器，因?yàn)槌ǔ?臨界鍋爐在運(yùn)行過程中，在水冷壁上段內(nèi)部工質(zhì)就全部變成氣態(tài)了，所以不在需要低參數(shù)鍋爐氣飽所具有的汽水分離作用，而在鍋爐啟動(dòng)過程中，因?yàn)楣べ|(zhì)的加熱過程是一個(gè)連續(xù)的過程，所以在啟動(dòng)初期，在水冷壁出口出來的還是汽水混合物，這樣就需要有一個(gè)裝置，把初期運(yùn)行產(chǎn)生的汽水進(jìn)行分離，一般在運(yùn)行達(dá)到30%BMCR后，水冷壁出口工質(zhì)就全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)了，這時(shí)啟動(dòng)分離器就從循環(huán)回路中斷開（外置式斷開，內(nèi)置式緊關(guān)閉相關(guān)閥門）。也就是說啟動(dòng)分離器主要作用就是在鍋爐啟動(dòng)初期進(jìn)行汽

40、水分離的作用。4.工作原理啟動(dòng)分離器為圓形筒體結(jié)構(gòu)，直立式布置，內(nèi)設(shè)有阻水裝置和消旋器。分離器的分離原理為：蒸汽由周向的六根引入管進(jìn)入分離器，由于這六根管成切向布置，蒸汽在分離器中高速旋轉(zhuǎn)，水滴因所受離心力大被甩向分離器內(nèi)壁流下，經(jīng)底部的軸向引出管引出，飽和蒸汽則由頂部的軸向引出管引出。該型式除有利于汽水的有效分離，防止發(fā)生分離器蒸汽帶水現(xiàn)象以外，還有利于渡過汽水膨脹期。啟動(dòng)分離器操作介質(zhì)為水，通過他對(duì)鍋爐中的用水進(jìn)行汽水分離，輸出干飽和蒸汽，參與整體循環(huán)，隨著負(fù)荷逐漸增高，水冷壁出口工質(zhì)逐漸達(dá)到飽和溫度乃至過熱，進(jìn)入純直流狀態(tài)運(yùn)行，到超臨界壓力達(dá)時(shí)已經(jīng)沒有汽水兩相流之分，分離器只是通流元件，

41、呈干式運(yùn)行狀態(tài)。貯水箱3.2貯水箱1貯水箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)貯水箱由4節(jié)厚壁筒節(jié)組成，長約為24m，兩端均有錐形封頭。筒身上有兩只對(duì)稱的大直徑厚壁管接頭，還有兩組管件。筒節(jié)和錐形封頭均為進(jìn)口鍛件。貯水箱上部蒸汽連接管、下部出水連接管上各布置一個(gè)取壓孔，接三個(gè)并聯(lián)的單室平衡容器，用于貯水箱的水位控制，根據(jù)水位不同的差壓值來控制360閥及361閥開度，從而調(diào)節(jié)水位。圖3.2貯水箱的結(jié)構(gòu)2貯水箱的作用貯水箱起到爐水的中間貯藏作用，在分離器下部的水空間及四根通往貯水箱的連接管道應(yīng)包括在貯水系統(tǒng)的容量內(nèi)，其尺寸必須保證貯水系統(tǒng)能貯藏啟動(dòng)期間在打開各水位調(diào)節(jié)閥和閉鎖閥前的全部工質(zhì)，以保證過熱器無水進(jìn)入。貯水箱具有

42、足夠的水容積和蒸汽氣擴(kuò)散空間。貯水箱上設(shè)置有水位測(cè)點(diǎn)、壓力測(cè)點(diǎn)、溫度測(cè)點(diǎn)、放氣、疏水接頭等。貯水箱由幾節(jié)厚壁筒節(jié)組成，兩端均有錐形封頭，筒身上有兩只對(duì)稱的大直徑厚壁管接頭，還有幾組管件，筒節(jié)和錐形頭均為進(jìn)口鍛件。貯水箱上部為蒸汽連接管，下部為水連接管。（三）擴(kuò)容器疏水?dāng)U容器的作用：擴(kuò)容器用于承接貯水箱在高水位與高高水位時(shí)的疏水、熱備用狀態(tài)時(shí)的少量疏水、部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一旦貯水箱出現(xiàn)高水位時(shí)的疏水以及過熱器、再熱器、省煤器、水冷壁、吹灰器和排空氣系統(tǒng)等的疏水。其容積應(yīng)滿足啟動(dòng)前冷態(tài)、溫態(tài)大流量水沖洗和啟動(dòng)初期水冷壁出現(xiàn)汽水膨脹時(shí)分離器系統(tǒng)大流量疏水的需要。3.3超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的分類超臨界鍋爐啟

43、動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)組的最關(guān)鍵技術(shù)之一，啟動(dòng)系統(tǒng)與汽機(jī)旁路系統(tǒng)是保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)啟停、低負(fù)荷運(yùn)行及妥善進(jìn)行事故處理的重要手段。因此，啟動(dòng)系統(tǒng)的選型也就非常重要，要綜合考慮其技術(shù)特點(diǎn)、系統(tǒng)投資及電廠運(yùn)行模式等因素。超臨界鍋爐均為直流爐，因此必須配套特有的啟動(dòng)系統(tǒng)以保證鍋爐啟停和低負(fù)荷運(yùn)行期間水冷壁的正常運(yùn)行和供氣，不管超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)型式如何變化,按分離器在直流負(fù)荷以上的運(yùn)行,分離器是參與系統(tǒng)工作，還是解列于系統(tǒng)之外，可以分為：內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)和外置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)2種。3.3.1外置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)外置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)是指啟動(dòng)分離器在機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)過程中投入的運(yùn)行，而機(jī)組在直流工況運(yùn)行時(shí)解

44、列于系統(tǒng)之外的啟動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)指在機(jī)組啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停運(yùn)過程中，啟動(dòng)分離器均投入運(yùn)行，在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行期間，啟動(dòng)分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，分離器如同汽包一樣，起汽水分離作用；而在鍋爐正常運(yùn)行期間，啟動(dòng)分離器處于干態(tài)運(yùn)行，從水冷壁出來的微過熱蒸汽經(jīng)過分離器,進(jìn)入過熱器，此時(shí)分離器僅起連接通道作用。外置式啟動(dòng)系統(tǒng)配置復(fù)雜，在解列和投運(yùn)時(shí)操作也很繁瑣，汽溫波動(dòng)較大，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行不利。內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)分離器設(shè)在蒸發(fā)區(qū)段和過熱區(qū)段之間，啟動(dòng)分離器與蒸發(fā)段和過熱器之間沒有任何閥門，系統(tǒng)簡單，操作方便，不需要外置式啟動(dòng)系統(tǒng)所涉及的分離器解列或投運(yùn)操作，從根本上解決了分離器解列或投運(yùn)操作所

45、帶來的汽溫波動(dòng)大的問題，但分離器要承受鍋爐全壓，對(duì)其強(qiáng)度和熱應(yīng)力要求較高。3.3.2內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)適用于變壓運(yùn)行鍋爐。內(nèi)置式的啟動(dòng)系統(tǒng)可分為擴(kuò)容式，包括大氣式和非大氣式；啟動(dòng)疏水熱交換器和循環(huán)泵方式。由于擴(kuò)容式低負(fù)荷和頻繁啟停特性較差,但初投資較前者少，適用于帶基本負(fù)荷的電廠，不適用于參與調(diào)峰的電廠。啟動(dòng)疏水熱交換式和帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)具有良好的極低負(fù)荷運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)特性,因此適用于帶中間負(fù)荷和兩班制運(yùn)行。隨著近年來我國電力的飛速發(fā)展，高效的大型機(jī)組也逐漸增多，使大機(jī)組不再像過去一樣只需要承擔(dān)基本符合，而要求其應(yīng)具有一定的調(diào)峰能力，所以內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也就

46、顯現(xiàn)出來。分離器設(shè)置在蒸發(fā)段與過熱段之間，沒有任何隔絕門，在鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分離器如同汽包一樣，起汽水分離作用。高負(fù)荷時(shí)，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，其蒸氣通道作用，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，不需切除分離器，但分離器要承受鍋爐全壓，對(duì)其強(qiáng)度和熱應(yīng)力要求較高，內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)適用于變壓運(yùn)行鍋爐。啟動(dòng)疏水熱交換式和帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)具有良好的極低負(fù)荷運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)特性，適用于帶中間負(fù)荷和兩班制運(yùn)行。擴(kuò)容式(大氣式和非大氣式)的低負(fù)荷和頻繁啟停特性較差，但初投資較前者少，適用于帶基本負(fù)荷的電廠。1. 簡單疏水?dāng)U容式啟動(dòng)系統(tǒng)3.3.1簡單的擴(kuò)容器系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)主要由除氧器、給水泵、大氣式擴(kuò)容器、集水箱、A

47、N閥、ANB閥及啟動(dòng)分離器等組成。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)分離器中的疏水經(jīng)大氣式擴(kuò)容器擴(kuò)容，二次汽排入大氣，二次水經(jīng)集水箱、疏水泵排至凝汽器。對(duì)于簡單疏水?dāng)U容啟動(dòng)系統(tǒng)而言，在分離器切除之前，除了能回收部分的工質(zhì)和熱量之外，大部分的疏水經(jīng)大氣式擴(kuò)容器擴(kuò)容后僅回收部分工質(zhì)，熱量全部浪費(fèi)了。2. 帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)在該系統(tǒng)中啟動(dòng)分離器的疏水經(jīng)再循環(huán)泵送人給水管路，根據(jù)循環(huán)泵在系統(tǒng)中與給水泵的聯(lián)接方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種型式。部分給水經(jīng)混合器進(jìn)入循環(huán)泵的稱為串聯(lián)系統(tǒng)，給水不經(jīng)循環(huán)泵的稱為并聯(lián)系統(tǒng)。循環(huán)泵和給水泵串聯(lián)的啟動(dòng)系統(tǒng);優(yōu)點(diǎn):(1)循環(huán)泵主要運(yùn)行工質(zhì)過冷水一旦壓力下降，泵進(jìn)口處不存在汽化的危險(xiǎn)性；（

48、2）循環(huán)泵和給水泵串聯(lián)的啟動(dòng)系統(tǒng)可以允許較高的降壓速度；（3）可以用水和熱循環(huán)系統(tǒng)直至混合器，水充滿再循環(huán)系統(tǒng)直至泵進(jìn)口；（4）再循環(huán)泵排量只有微小的變化（5）再循環(huán)泵水位控制閥可以用一只簡單的開關(guān)閥代替。缺點(diǎn)：（1）分離器的疏水與給水的混合需要一只特殊的混合器；（2）再循環(huán)系統(tǒng)必須同時(shí)考慮飽和水的運(yùn)行（啟動(dòng)給水故障等）；（3）混合器與分離器之間另外進(jìn)行預(yù)熱；（4）一旦在循環(huán)泵故障需要給水補(bǔ)償時(shí)，再循環(huán)泵必須采用特殊的手段與給水進(jìn)行隔離。循環(huán)泵和水泵并聯(lián)的啟動(dòng)系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要混合器；（2）在混合始終由給水進(jìn)行冷卻；（3）可以同時(shí)預(yù)熱整個(gè)系統(tǒng)；（4）循環(huán)泵的故障能夠立即用較大的給水流量加

49、以補(bǔ)償，不需要隔離泵體。缺點(diǎn)：（1）再循環(huán)泵充滿飽和水，一旦壓力降低，存在汽化的危險(xiǎn)；（2）只允許的降壓速度；（3）過冷需要額外注水；（4）再循環(huán)泵的排量雖負(fù)荷波動(dòng)較大；（5）通常需要安裝一只在循環(huán)控制閥（UC閥）。3.3.2帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)3.熱交換式的啟動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡單；運(yùn)行操作方便。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，工質(zhì)和熱量回收效果較好，維修工作量小。缺點(diǎn)：金屬消耗量大，要求除氧器安全閥容量增大。4超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的啟停過程啟動(dòng)系統(tǒng)的工作過程是：給水進(jìn)入省煤器入口集箱，經(jīng)過省煤器、爐膛到汽水分離器，分離后的水通過分離器下部的貯水箱由送入省煤器。分離后的蒸汽進(jìn)入鍋爐尾部包墻，然后依次流經(jīng)一級(jí)過熱

50、器、屏式過熱器、中間過熱器和末級(jí)過熱器，最后由主蒸汽管道引出。在30%以上的負(fù)荷，啟動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)給水量與進(jìn)入汽機(jī)的蒸汽量相等。4.1 擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟停過程啟動(dòng)給水泵向鍋爐上水，直到儲(chǔ)水箱中水位正常,開啟水位調(diào)節(jié)閥來控制水位。上水完成后，將鍋爐給水流量增至25 BMCR以上對(duì)鍋爐進(jìn)行冷態(tài)清洗。冷態(tài)清洗時(shí)給水經(jīng)省煤器、爐膛到分離器和儲(chǔ)水箱，再經(jīng)341閥排至疏水箱（疏水箱中的水根據(jù)水質(zhì)情況確定是否回收）。冷態(tài)清洗合格后保持給水流量不低于25% BMCR進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火，此期間由于鍋爐產(chǎn)汽量為零，因此儲(chǔ)水箱水位由341閥來控制。鍋爐點(diǎn)火后不久，產(chǎn)生汽水膨脹，導(dǎo)致鍋爐中的水被快

51、速排到儲(chǔ)水箱，而使儲(chǔ)水箱水位迅速升高，為防止儲(chǔ)水箱滿水，此時(shí)兩個(gè)341閥應(yīng)快速打開，以便將水排出系統(tǒng)。汽水膨脹過后，隨著蒸汽的產(chǎn)生，儲(chǔ)水箱水位開始下降，此時(shí)341閥逐漸關(guān)小以保持一定的水位。當(dāng)離開分離器的蒸汽量接近給水流量時(shí)，儲(chǔ)水箱中的水位下降到水位的下限值以下后自動(dòng)關(guān)閉341閥，當(dāng)過熱器出口主汽流量達(dá)到30BMCR時(shí)，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行模式。鍋爐轉(zhuǎn)直流且341閥關(guān)閉后啟動(dòng)系統(tǒng)暖管控制閥將打開，用省煤器出口的少量熱水來加熱341閥，使啟動(dòng)系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，以防止出現(xiàn)熱沖擊對(duì)閥門和管道產(chǎn)生疲勞傷害。鍋爐的停運(yùn)過程則與啟動(dòng)過程相反，隨著燃燒率和給水量的減少，鍋爐負(fù)荷逐漸降低，當(dāng)蒸汽流量降至30時(shí)，

52、分離器中開始逐漸有水被分離出來，暖管系統(tǒng)停運(yùn)，341閥打開調(diào)節(jié)水位，啟動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)行，維持30的給水流量，鍋爐燃燒負(fù)荷繼續(xù)降低，直至熄火，停止給水，鍋爐停運(yùn)。4.2 帶循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)過程啟動(dòng)給水泵以約10 BMCR左右的流量向鍋爐上水，直到儲(chǔ)水箱中水位升到高水位區(qū)間,并開啟水位調(diào)節(jié)閥來控制水位。上水完成后，啟動(dòng)循環(huán)泵并盡可能提高循環(huán)泵流量，將爐膛給水流量增至30MCR以上（給水泵出口流量約10MCR）對(duì)鍋爐進(jìn)行冷態(tài)清洗。冷態(tài)清洗時(shí)約10MCR的給水經(jīng)省煤器、爐膛和頂棚到分離器和儲(chǔ)水箱，再經(jīng)341閥排至地溝。冷態(tài)清洗合格后，首先將給水泵流量減小至7%MCR（防止省煤器沸騰，確保沒有汽水混

53、合物進(jìn)入水冷壁管而造成水冷壁管損壞）進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火。在這期間，由于仍有約7MCR的給水進(jìn)入鍋爐而產(chǎn)汽量為零，因此儲(chǔ)水箱水位仍由341閥來控制，并通過341閥將水排到擴(kuò)容器。鍋爐點(diǎn)火后不久，產(chǎn)生汽水膨脹，導(dǎo)致鍋爐中的水被快速排到儲(chǔ)水箱，而使儲(chǔ)水箱水位迅速升高，為防儲(chǔ)水箱滿水，此時(shí)兩個(gè)341閥應(yīng)快速打開，以便將水排出系統(tǒng)。汽水膨脹過后，隨著蒸汽的產(chǎn)生，儲(chǔ)水箱水位開始下降，水位調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小以保持一定的水位。當(dāng)離開分離器的蒸汽量超過總給水流量（7MCR）時(shí)，儲(chǔ)水箱中的水位下降到高水位的下限值以下，導(dǎo)致341閥關(guān)閉，同時(shí)循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥（簡稱“381閥”）開始控制儲(chǔ)水箱水位。隨著產(chǎn)汽量的繼續(xù)增加，為了維

54、持一定的儲(chǔ)水箱水位，381閥需不斷關(guān)小，使循環(huán)泵到省煤器的循環(huán)流量不斷減小，為了維持爐膛水冷壁的流量不低于最小流量，給水泵流量將相應(yīng)地增加。在分離器出口蒸汽流量大約為23MCR時(shí)，循環(huán)泵的流量接近其最小流量，此時(shí)循環(huán)泵再循環(huán)閥（382閥）將打開來維持循環(huán)泵的流量大于其所需的最小流量。當(dāng)分離器出口蒸汽流量接近28MCR時(shí)，進(jìn)入分離器的介質(zhì)將全部是蒸汽，導(dǎo)致水位進(jìn)一步下降，當(dāng)儲(chǔ)水箱水位低于正常水位下限值時(shí)381閥關(guān)閉。當(dāng)過熱器出口主汽流量達(dá)到30MCR時(shí)，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行模式，啟動(dòng)循環(huán)泵停運(yùn)。在循環(huán)泵停運(yùn)期間，如儲(chǔ)水箱水位升高，則341閥將開啟。當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于40MCR時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)的暖管控制閥將打

55、開，啟動(dòng)系統(tǒng)的暖管是用省煤器出口的少量熱水來加熱循環(huán)泵和341閥，使啟動(dòng)系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，即暖管水從省煤器出來經(jīng)341閥和循環(huán)泵返至貯水箱，再從貯水箱引至二級(jí)減溫器用作減溫水，暖管水在進(jìn)入二級(jí)減溫水之前有一調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥用以鍋爐在直流狀態(tài)時(shí)控制貯水箱水位至正常。該啟動(dòng)系統(tǒng)也可不帶循環(huán)泵啟動(dòng)，啟動(dòng)過程與擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)過程類似。4.3超臨界鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程超臨界鍋爐具有良好的經(jīng)濟(jì)性、可靠性，啟動(dòng)速度較快等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且超臨界鍋爐和亞臨界汽包爐相比存在著較大的差別，超臨界鍋爐啟停過程中需要一個(gè)干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程，這個(gè)過程需要平穩(wěn)順利的度過，否則會(huì)引起干、濕態(tài)交替轉(zhuǎn)換，造成工況的較大變化，不僅

56、會(huì)延誤鍋爐啟停時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅機(jī)組安全，為此鍋爐啟停時(shí)干、濕態(tài)的研究也是超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)研究中的重要一環(huán)。根據(jù)鍋爐的運(yùn)行方式、參數(shù)可分為三個(gè)階段；（濕態(tài)、濕態(tài)到干態(tài)過度、干態(tài)）1第一階段：鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行階段 （濕態(tài)）不同容量的鍋爐其轉(zhuǎn)干態(tài)直流運(yùn)行的最低負(fù)荷有所不同，一般在25%35%BMCR 之間，在濕態(tài)情況下，其運(yùn)行方式與強(qiáng)制循環(huán)汽包爐是基本相同的。汽水分離器及貯水罐就相當(dāng)于汽包，雖然兩者容積相差甚遠(yuǎn)，但是貯水罐的水位變化速度也就更快。由爐水循環(huán)泵將貯水罐的水升壓進(jìn)入省煤器入口,與給水共同構(gòu)成最小循環(huán)流量。其控制方式較之其它超臨界直流鍋爐（不帶爐水循環(huán)泵，貯水罐的水經(jīng)361 閥直

57、接排放至鍋爐疏擴(kuò)、除氧器、凝汽器等）有較大不同，控制更困難。給水主要用于控制貯水罐水位，爐水循環(huán)泵出口調(diào)閥控制省煤器入口流量保證鍋爐的最小循環(huán)流量，貯水罐水位過高時(shí)則通過361 閥排放至鍋爐疏水?dāng)U容器。 在第一階段可能會(huì)出現(xiàn)的幾種狀況： （一）工質(zhì)膨脹： 工質(zhì)膨脹產(chǎn)生于啟動(dòng)初期，水冷壁中的水開始受熱初次達(dá)到飽和溫度產(chǎn)生蒸汽階段，此時(shí)蒸汽會(huì)攜帶大量的水進(jìn)入分離器，造成貯水罐水位快速升高，鍋爐有較大排放量，此過程較短一般在幾十秒之內(nèi)，具體數(shù)值及產(chǎn)生時(shí)間與鍋爐點(diǎn)火前壓力、溫度、水溫度、投入油槍的數(shù) 量等有關(guān)。此時(shí)要及時(shí)排水，同時(shí)減少給水流量，在工質(zhì)膨脹階段附近，應(yīng)保持燃料量的穩(wěn)定。 （二）虛假水位：

58、 虛假水位在整個(gè)第一階段都有可能產(chǎn)生，汽壓突然下降出現(xiàn)的情況較多，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)虛假水位有思想準(zhǔn)備，及時(shí)增加給水滿足蒸發(fā)量的需要，加強(qiáng)燃燒恢復(fù)汽壓。運(yùn)行中造成汽壓突然下降的原因主要有：汽機(jī)調(diào)門、高旁突然開大、安全閥動(dòng)作、機(jī)組并網(wǎng)，切缸過中都有可能造成虛假水位，這一點(diǎn)和汽包爐是基本相同的。 （三）給水主旁路切換：此時(shí)應(yīng)保持鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，切換過程中勻速穩(wěn)定，保持省煤器入口足夠流量及貯水罐水位的穩(wěn)定，必要時(shí)排放多余給水。（四）投入制粉系統(tǒng)：投入煤粉后負(fù)荷會(huì)升的很快，貯水罐水位波動(dòng)很大，很難控制。2第二階段：亞臨界直流運(yùn)行階段在負(fù)荷大于25%35%BMCR以上時(shí)鍋爐即轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行方式。此后鍋爐運(yùn)行在亞臨界

59、壓力以下。鍋爐進(jìn)入直流狀態(tài)，給水控制與汽溫調(diào)節(jié)和前一階段控制方式有較大的不同，給水不再控制分離器水位而是和燃料一起控制汽溫即控制燃水比B/G。如果燃水比B/G保持一定，則過熱蒸汽溫度基本能保持穩(wěn)定；反之，燃水比B/G的變化，則是造成過熱汽溫波動(dòng)的基本原因。因此，在直流鍋爐中汽溫調(diào)節(jié)主要是通過給水量和燃料量的調(diào)整來進(jìn)行。對(duì)于直流鍋爐來說，在本生負(fù)荷以上時(shí)，汽水分離器出口汽溫是微過熱蒸汽這個(gè)區(qū)域的汽溫變化，可以直接反映出燃料量和給水蒸發(fā)量的匹配程度以及過熱汽溫的變化趨勢(shì)。所以在直流鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)中，通常選取汽水分離器出口汽溫做為主汽溫調(diào)節(jié)回路3第三階段：超臨界直流運(yùn)行階段 在機(jī)組負(fù)荷達(dá)75%MCR 左右時(shí)轉(zhuǎn)入超臨界狀態(tài)。從理論上講，機(jī)組過臨界時(shí)存在一大比熱區(qū)，蒸汽參數(shù)如比容、比熱變化較大，實(shí)際運(yùn)行情況是基本上無明顯變化，原因是鍋爐的蓄熱減緩了影響，而且協(xié)調(diào)方式下參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整在一定程度上彌補(bǔ)了波動(dòng)所以，第三階段運(yùn)行調(diào)節(jié)情況和第二階段無明顯區(qū)別。4.4鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，首