600MW超临界直流锅炉新型启动系统的设计特点.pdf

第 4期 2 0 1 2年 7月 锅炉制造 BOI LER MANUFACT URI NG No ． 4 J u 1 ． 2 01 2 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 2 0 4 0 0 1 7 0 4 6 0 0 MW 超 临界直流锅炉新型 启 动 系统 的设计特点 王憧北 ， 郭大 山 哈 尔滨锅 炉厂有限责任公 司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 本文主要论述哈尔滨锅 炉厂 有限责 任公 司 自主开发 的 6 0 0 MW 超临界 锅炉新 型启 动系统 的设 计特 点 、 性能与锅炉启停过程 中启动系统 的运行方式以及需要注意的问题 。 关键词 超临界 ； 锅炉 ； 启动系统 ； 自主开发 中图分类号 T K 2 2 3 文献标识码 A Th e Ch a r a c t e r i s t i c s o f Ne w S t a r t u p S y s t e m f o r 6 0 0 M W On c e t h r o u g h S u p e r c r i t i c a l Po we r Pl a n t Wan g Ch o n gb e i ， Gu o Da s h a n H a r b i n B o i l e r C o ． ， L t d ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T hi s pa p e r i n t r o d u c e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d p e r f o r ma n c e o f ne w s t a r t u p s y s t e m f o r 6 0 0MW o n c et h r o u g h， s u p e rc r i t i c a l b o i l e r wh i c h wa s s e l fd e v e l o p e d i n Ha r bi n Bo i l e r Co ．， Lt d． I t a l s o i n t r o d u c e s t h e o p e r a t ema n n e r s a n d p r o b l e ms o f t h e s t a r t up s y s t e m wh e n t h e bo i l e r s t a r t u p o r s h u t d o wn． ． Ke y wo r ds s u p e rc r i t i c a l ； bo i l e r；s t a rtu p s y s t e m ；s e l fd e v e l o p e d 0 引 言 随着我国锅炉技术 的发展 ， 超临界机组 已成 为火电机组的主要发展方向。为满足超临界锅炉 在启动和低负荷以再循环方式运行 时， 锅炉水冷 壁管内工质流量维持在 3 0 ％B MC R 或以上 的要 求 ， 在超临界锅炉 中均设置启动系统 。哈尔滨锅 炉厂 自主开发了新型启 动系统 ， 装有此系统 的印 度某 6 0 0 M W 超 临界工程 已投入运行 ， 运行状况 良好 ， 且有一批工程正在设计与安装。超临界直 流锅炉的启动过程较为复杂、 设计与运行过程需 注意的问题较多， 为此 ， 本文主要叙述了哈锅 自主 开发的超临界锅炉启动 系统 的设计 特点 、 性能与 锅炉启停过程中启动系统的运行方式与需注意的 问题 ， 供相关技术人员参考。 1 启动 系统结构特 点 1 ． 1 启动系统构成 启动系统由如下设备和管路组成 1 启动分 离器及进出 口连接管 ； 2 贮水 箱 ； 3 溢 流管及溢 流阀； 4 疏水扩容器 ； 5 循环泵及再循环管路 ； 6 最小流量管路 ； 7 过冷管 ； 8 循环泵暖管管路 ； 9 溢流管暖管管路； 1 0 压力平衡管路。 收稿 15 t 期 2 0 1 2 0 32 5 作者简介 王憧北 1 9 8 4一 ， 男， 汉族 ， 黑龙江省七 台河市人， 助理工程 师， 2 0 0 7年毕业于华 中科技大学 ， 从事电站锅炉设 计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ．8 锅炉制造 总第 2 3 4期 Q * 黯 徊 给水泵 给水管道 图 1 启动 系统流 程 1 ． 2 启 动 分离器 启动分离器为立式筒体 ， 共 4只， 布置在锅炉 前部的上方 ， 距前水冷壁的中心线距离为 4 ． 9 3 m， 分离器问的距离为 4 ． 5 1 1 1 。从水冷壁出 口集箱 出 来的介质经 6根下倾 l 5 。 的切 向引入管在分离器 的上部引入 ， 在最低直流负荷下汽水混合物在分 离器内高速旋转 ， 并靠离心作用 和重力作用进行 汽水分离。在分离器下部布置有消旋装置 ， 其作 用是消除介质旋转和 向下的动能 ， 使与之相连的 贮水箱 中的水位稳定。在分离器的上端布置有蒸 汽消旋装置并连接 1根出 口导管 ， 将蒸汽引至顶 棚人 口集箱 。 。 1 ． 3 贮 水箱 水箱数量为 1只， 也是立式筒体 ， 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 离器出水管可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， 因此在贮水箱上部 引出 4根压 力平衡管与分 离器相连来保持压力的平衡 。在贮水箱的底端布 置有水消旋器并连接一根出 口导管 ， 将分离出来 的水引至循环泵人 口管道。 贮水箱 中水被循环泵循环排至省煤器人 口管 道 ， 与给水混合以维持水冷壁 中的最低质量流量 ， 或当水位高 出循环泵的控制区段时 ， 经溢流管路 排到疏水扩容器中。贮水箱沿高度从下到上分成 如下几个控制区段 1 从 最 低 的水 侧 水位 取 样 点开 始 向上 的 1 ． 8 m。 此区段为保护循环泵的最小水位 ； ， 2 7 ． 2 m的循环泵 出口的再循环管路调节 阀 的控制区段 ； 3 0 ． 7 m 自由区段 ； 4 6 ． 0 m溢流阀控制区段 ； 5 到最高的汽侧水位取样点为止的 2 ． 2 m的 备用区段。 循环泵 出口调节阀根据贮水箱中的相应水位 将再循环流量控制在 0～ 3 0 ％B M C R范围。溢流 阀的动作和调节 同样根据贮水箱中相应的控制水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 王憧北， 等 6 0 0 M W 超临界直流锅炉新型启动系统的设计特点 l 9 位范围来进行 的。贮水箱出口的 2路疏水分别为 水冲洗管路和溢流管路， 水冲洗管路上的电动闸 阀在锅炉正常启动后将使其 闭锁 ， 以避免对疏水 扩容器造成冲击。溢流管路上的溢流调节阀在整 个亚临界压力范围内都可以投用 ， 控制逻辑将其 设 定在 压力 大于 2 0 MP a时 闭锁 。 图 3 、 图 4为循 环泵和溢流调节阀的水位控制的范围。 图 2 贮水箱水位控制示意图 60 0 0mm 制 区段 ／ 9 0 0 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ 1 8 2 0 0 0 4 0 0 0 ． 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 贮水箱水位／ m m 图 3 循环泵控制水位的范围 ／ ／ ／ ／ ／ ／ 9 7 0 0 ／ l 5 7 0 0 ／ 9 0 0 0 1 1 0 0 0 1 3 0 0 0 1 5 0 0 0 贮水箱水位／ m m 图 4溢 流调 节阀控 制水位 的范 围 水冲洗管路上设置有手动闸阀和 电动闸阀各 1只。溢流管路上设置有手动闸阀、 电动 闸阀、 启 动调节阀 即溢流调节 阀 各 1只。由于锅 炉启 动过程 中汽水膨胀发生的时间短 ， 在贮水箱中水 位升高迅速， 因此要求溢流调节阀的动作时间快 ， 溢流调节阀全开关时间为 1 0～ 2 0 S 。 一 锅炉启动过程中为避免因负荷变化率过大而 使贮水箱产生过大 的应力 ， 在贮 水箱上设置 了两 只热电偶分别监测 内、 外壁金属温度。通过监测 温度变化率来限制机组的负荷变化率 。贮水箱 内 外壁温差限制在 2 5℃以内， 内壁金属温度变化率 限制在 5 C ／ mi n ， 超过以上限制值将报警。 在泵吸人管上布置有来 自给水操纵台后由给 水管道引出的循环泵过冷管路 ， 当循环泵运行时 ， 用来 自给水管道的给水与贮水箱中的近饱和水混 合 ， 避免循环泵入 口发生汽蚀。在循环泵入 口前 的吸人管上布置有热电偶 ， 监控泵人 口水温。如 果贮水箱运行压力下的饱和水温度与泵吸人管 中 水温相差小 于’ 2 0℃ ， 过冷管 上的电动截止阀打 开 ， 温差大于 3 0℃时该阀门关闭。过冷管的设计 通流能力为 3 ％B MC R， 并在管路上装有一只流量 元件 ， 用于监测过冷水流量。 1 ． 4循环 泵 循环泵垂直安装 ， 泵壳直接与泵吸入管焊接 连接， 马达在泵壳的正下方 ， 其间有热屏装置隔绝 热量 ， 马达和泵壳通过螺栓连接。泵 中充满炉水 ， 压力与系统运行压力相伺 。循环泵悬吊在吸入管 正下方 ， 可 自由向下膨胀 ， 因此可以避免因膨胀受 限而产生的附加应力。 循环泵泵壳上 的排放 管接头 与再循 环管连 接 ， 泵中排出的水通过再循环管路排到省煤器入 口前的给水管道中。再循环管路上沿流动方 向依 次布置有流量测量元件 、 调节 阀、 电动闸阀和止回 加 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 L J 蜃 瑚 鲫∞∞加0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 锅炉制造 总第 2 3 4期 阀。在再循环管路上引出一根最小流量管路接至 贮水箱底部， 用于保证循环泵运行所需的最 小流 量。最小流量管路上布置一 只电动截止阀。在泵 运行时， 当再循环流量小于 3 7 ． 7 k g ／ s时， 电动截 止阀打开 ， 当流量大 于 5 7 k g ／ s时 电动截止 阀关 闭。当循环泵停运时 ， 电动截止阀 自动关闭。 2 6 0 O M W 超临界机组的启停过程 2 ． 1 锅炉工质流程 锅炉工质流程是 水从省煤器人 口集箱进入 ， 经过省煤器 、 炉膛到汽水分离器 ， 经汽水分离后 ， 分离下来的水汇人分离器下部的贮水箱由循环泵 再次送人省煤器， 分离出来 的蒸汽进入顶棚包墙 系统 ， 然后依次流经一级过热器 、 二级分隔屏过热 器和末级过热器 ， 最后 由主汽管道引出。当机组 负荷达到最低直流负荷 以上 3 0 ％B M C R负荷 时 ， 锅炉由再循环运行方式转入直流运行方式 ， 启 动系统转入热备用状态。此时进人锅炉的给水量 与进入汽机的蒸汽量相等。 2 ． 2 锅炉启动过程 在锅炉启动时 ， 首先对锅炉上水 ， 并进行相应 的排气 汽 。启 动循 环泵 ， 再循 环管路 投入运 行。打开溢流管路调节 阀， 维持 5 ％左 右的疏水 量 ， 打开给水旁路调节阀， 维持 5 ％左右的给水流 量。此时流经锅炉水冷壁的给水 由两部分组 成 5 ％的给水 2 5 ％再循环流量。 如果所有的联锁保护就绪 ， 锅炉就可以点火 。 在过热器和再热器建立足够的蒸汽流量之前 ， 燃 料 的投放量一定要控制 ， 以避 免出现超 温现象。 当过热器和再热器 内的流量大约为最 大流量的 2 0 ％时 ， 减温器可以投入运行来控制蒸汽温度。 随蒸汽流量的增加 ， 给水泵逐渐加大负荷 以 维持锅炉负荷增加的需要 。当汽机主汽阀前的蒸 汽压力和温度达到汽机 冲转所需 的最低值 ， 汽机 进 行 冲转 。 随着燃烧率的增加和锅炉负荷 的提高， 进入 汽水分离器内的工质 干度逐渐增加 ， 饱 和水量逐 渐减少 ， 贮水箱内的水位逐渐降低 ， 布置于循环泵 出口的流量调节阀随之关小 ， 再循环流量相应减 少。当锅炉负荷提高到直流负荷 以上时 ， 进入汽 水分离器内的工质全部转换 为干蒸汽 ， 贮水箱水 位下降到循环泵控制水位范围的最低值 ， 循环泵 出 口调节阀关闭， 锅炉转为干态直流运行。此时， 循环泵并不是马上关闭 ， 而是通过最小流量管路 维持运行 ， 当锅炉负荷 上升到约 3 3 3 5 ％ B MC R 时， 循环泵关闭， 同时启动系统开启暖管管路 ， 对 循环泵 、 溢流阀及管路进行暖管 ， 保证这些设备处 于可随时投运的热备用状态 。 2 ～锅炉停炉过程 锅炉停炉过程与启动过程相似 ， 当锅炉负荷 降低到约 3 3～3 5 ％B MC R时 ， 首先开启循环泵 ， 通过泵的最小流量管路维持其运行。随着锅炉负 荷继续降低 ， 进入分 离器 的工质的过热度越来越 小 ， 当锅炉负荷降低到直流负荷以下时， 随锅炉燃 烧率的降低 ， 进入分离器 的工质逐步 由微过热蒸 汽降到饱和蒸汽及湿蒸汽 ， 锅炉由直流运行方式 转为再循环运行方式 。从水冷壁 出来 的汽水混合 物在分离器 内进行汽水分离， 分离出来 的饱和蒸 汽进入到过热器 系统继续被加热 ， 而分离下来的 饱和水则进入到贮水箱 ， 经循环 泵打回到给水管 道进行再循环 ， 与系统给水混合后满足 3 0 ％B M C R左右的锅炉水冷壁最低工质流量要求 ， 同时保 持贮水箱中液面的高度要求 。 由于存在暖管流量 ， 在循环泵启动前贮水箱 可能存在一定的水位 ， 可通过暖管管路及减温水 旁路管的阀门相互配合来控制启泵前 的贮水箱水 位 ， 以保证循环泵能够顺利启动。 随着锅炉负荷的下降， 由分 离器分离下来 的 水量越来越多 ， 而锅炉供汽量越来越小。此时， 根 据水位的变化逐步开大循环泵 出口调节阀以增加 再循环流量 ， 同时应逐渐降低给水流量 ， 锅炉负荷 逐渐降低 ， 直到停炉 。 3 结束语 哈锅 自主开发的 6 0 0 MW 超临界 内置式带循 环泵的内置式启动系统结构设计合理 ， 在开发过 程中对汽水分离器与贮水箱的材料及规格重新选 取 ， 并对贮水箱控制水位进行了精确地核算。可 确保锅炉能够安全可靠地运行 。 妥 女 一女 一妻 一夹 一受一 一炱 一 一奠 一受一套 一受一炱 一 垒 一夹 一橐 一安一受一 安 一 安 一受 一受 一虫 一盎 一女一安 一受一生 一生 一生 女 一囊 一寞 ， 受 一安 奠 套 一 套 ， 套 藏 橱 溉 投稿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m