超临界机组锅炉的启动及控制系统

超临界机组锅炉的启动及控制系统

熊兴才

广东省电力设计研究院

【摘要】本文介绍超临界机组锅炉启动及控制系统，包括选择方式，系统设置特点，启动运行流程等。【关键词】超临界锅炉启动及控制系统

电力是国民经济发展的动力，近两年为适应国家经济发展的需要，我国的电力市场呈现出跳跃式发展阶段，大容量、高参数的超临界及超超临界机组，以其高效、适应变负荷运行，在国外有着安全、优良的运行业绩而成为我国火电市场发展的重要方向。超临界机组与亚临界机组相比，其最大的特点就在于它的启动及控制系统。

1超临界机组锅炉启动系统

在超临界直流锅炉中，为适应变压运行的要求，随启动时间长短及启动频率的大小，其启动系统存在着两种运行模式：一种是带BCP（Boiler Circulation Pump锅炉循环泵）的循环系统，另一种就是不带BCP的循环系统。在这两种启动模式中，如何确定锅炉启动系统是那种模式，必须考虑机组是带基本负荷运转为主还是DDS运转（Daily Start and Stop operation）为主以及选用的燃烧设备情况后再确定最适宜该锅炉岛的启动系统。

1.1 带BCP的循环系统

1.1.1 系统回路构成

带BCP的启动循环系统由大循环回路和小循环回路组成。大循环回路由汽水分离器、分离器储水罐和储水罐水位控制阀（361阀）组成。小循环回路由汽水分离器、分离器储水罐、BCP 循环泵（包括其辅助系统）和360阀组成。

BCP循环泵的辅助系统包括：再循环泵的加热系统、再循环泵加热管路排水系统、再循环泵过冷管系统、再循环泵最小流量回流管路、再循环泵冲洗系统（包括高压水冲洗和低压水冲洗系统）、再循环泵冷却水系统等等。各再循环泵辅助系统设置的功能简述如下：最小流量回流管路的设置是为了改善BCP的调节特性及防止再循环泵过热而设置的；过冷管系统的设置是为了防止在快速降负荷时，再循环泵进口循环水发生闪蒸；再循环泵的加热管路设置是为了防止再循环泵受到热冲击；再循环泵的高压冲洗系统是为了防止再循环泵马达部分的冷却水系统异常，低压冲洗系统的设置是在锅炉停止运行进行化学清洗时，防止再循环泵马达进水；再循环泵冷却水系统是为了控制再循环泵马达部分的水温。

该种启动系统的循环回路图如下：

凝器的大循环管路是在冷启动时供水再循环和启动过渡阶段控制分离器储水罐水位用的。在冷启动时，锅炉先要进行冷态清洗，清洗后的炉水通过361阀后的排污管排出系统外，水质达到一定要求后，关闭361出口排污阀，炉水通过361阀到冷凝器，达到锅炉供水再循环；此时启动循环泵，锅炉点火，进行热态清洗，通过炉水质量来确定是否升温升压。在达到要求后，升温升压时的锅炉水循环要求的最低流量主要通过BCP 循环泵和锅炉给水泵相互协调配合来满足要求。此时361旁路主要用作分离器储水罐水位控制用。在汽水分离器进口的水全部变为蒸汽时，汽水分离器为干态运行，此时锅炉进入直流运行状态，BCP停运，360阀、361阀关闭，锅炉进入滑压运行状态。及再循环泵来达到循环，此时由分离器出口的压力参数进行控制。随后的操作由锅炉给水泵和再循环泵进行协调配合来满足运行要求。

1.1.3 带BCP循环泵启动系统的优缺点

从启动时间看，配置高低压汽机旁路与锅炉循环泵是可以确保最短的启动时间；从锅炉热效率看，带BCP循环泵启动系统由于在启动时利用了高、低压加热器及炉内的热量，因此相比较没有BCP循环泵的系统而言，其热效率要高。

但是带BCP循环泵的系统由于辅助系统多，设备费用高，增加的投资大，而且系统的复杂随之也带来了每年必需的高额检查维修费用。

1.2 不带BCP的循环系统

该种启动系统的循环回路图如下：

锅炉给水泵

1.2.1 系统回路构成

不带BCP的启动循环系统由汽水分离器、分离器储水罐和储水罐水位控制阀（361阀）组成。与带BCP的循环系统相比就是不包括BCP泵、360阀及其BCP的辅助系统部分。

1.2.2 运行操作

由于这是一条独立的管路，在直流运行前，送至省煤器的水经水冷壁加热后，送到汽水分离器，流体在汽水分离器内分离成水和饱和蒸汽。水在分离器储水罐水位控制阀（361阀）的控制下，由分离器储水罐再返至冷凝器，这一阶段为循环运行。361阀可在循环运行时，通过使汽水分离器分离出的多余的水（为此需确保BFP提供至少不少于保护炉膛的最少给水量的前提下）由储水罐回到凝汽器，来达到控制汽水分离器水位在控制范围内的目的。阀的开启程度由汽水分离器储水罐水位控制程序决定。

1.2.3 不带BCP循环泵启动系统的优缺点

不带BCP循环泵的启动系统，其优点为：系统构成简单，运行安全、可靠，并能节约大量投资。

缺点就是：单从启动时间看，配置高低压汽机旁路与不带锅炉循环泵的启动系统，其启动时间相对于带BCP循环泵的启动系统来说要长一些；从锅炉热效率看，不带BCP循环泵的启动系统由于在启动时高、低压加热器及炉内的热量，要通过冷凝器来冷却，在启停时热量有一定的损失，因此相比较带BCP循环泵的系统而言，其热效率要低些。

1.3 两种启动循环系统的综合经济比较

选定锅炉启动系统时，必须先考虑机组是带基本负荷运转为主还是DDS运转（Daily Start and Stop operation）为主以及选用的燃烧设备情况后再确定最适宜该锅炉岛的启动系统。而在当前我国电力发展及运行的实际情况看，大型的超临界直流锅炉在我国还处于起步、发展阶段，从国外优良的运行业绩和较高的锅炉效率来看，大型超临界直流锅炉的变压运行特点适合我国电力技术发展的要求，能参与调峰，并在运行初期，锅炉的启动和停炉次数较少，热量的损失也就相对有限。

而启动时间的长短也并非完全由启动方式确定，事实上，燃煤炉的实际启动时间与燃料系统磨煤机的选型有很大的关系。一般情况下磨煤机启动前的热机时间非常长。锅炉的实际启动时间可以说受磨煤机启动时间的限制,而与配置高低压汽机旁路或锅炉循环泵并没有很大的关系。

带与不带BCP的启动循环系统，在国外成熟的市场中，根据运行情况两种启动方式都采用过，从我国目前的情况分析来看，在现阶段不带BCP的启动循环系统较为适合中国的电力发展技术的要求，并具有较高的经济实用价值。但是随着经济发展以及一次能源的受限，电力需求又增大，眼前的电力格局将被打破，此时将考虑启动时间的缩短和热量损失问题与增加BCP循环系统所带来的设备投资及运行维修费用进行综合经济性比较后，再决定是否需要设置锅炉循环泵。

2超临界机组锅炉控制系统

直流锅炉没有汽包，启动时间因而可以大大缩短。直流锅炉在进行滑压参数启动时，锅炉和汽轮机在同一时间内对参数的要求不同，锅炉要求有一定的启动流量和启动压力；汽机在启动时主要暖机和冲转，对蒸汽的压力和流量要求不高，因此直流锅炉安装了带有汽水分离器的启动旁路系统。

2.1 对不带BCP的361阀的控制

根据启动阶段锅炉指令的要求，对361阀（汽水分离器储水罐水位调节阀）进行相应的控制。