大型电站锅炉无炉水循环泵系统冷态启动过程探究.pdf

30doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.05.007应用能源技术2023年第5期（总第3 0 5期）大型电站锅炉无炉水循环泵系统冷态启动过程探究吕国（国能宁夏鸳鸯湖发电有限公司，宁夏灵武7 50 0 14）摘要：超临界直流电站锅炉启动，是一个复杂且不稳定的过程。启动过程，随着燃料量的增加及启动的延续，锅炉各部件膨胀及燃烧工况也不断发生变化。针对不同的锅炉启动系统、点火方式也有着不同的操作要求，文中针对典型无炉水循环泵启动系统、等离子点火的超临界大容量锅炉，冷态启动全过程进行分析，探究锅炉启动的各个过程，从而指导运行人员有序组织机组启动各项工作，提高运行人员驾驭大型机组启动的能力，从而确保机组准时并网。关键词：等离子点火；启动控制；启动流量；氧化皮中图分类号：TK227.7Exploration of Cold Start Process of Large Power Station Boilerwithout Furnace Water Circulation Pump System(China National Energy Ningxia Yuanyang Lake Power Generation Co.Ltd.,Abstract:The start-up of a supercritical direct current power station boiler is a complex andunstable process.During the start-up process,as the fuel amount increases and the start-upcontinues,the expansion of various components of the boiler and the combustion conditions alsochange constantly.Different operation requirements are also required for different boiler start-upsystems and ignition methods.This paper analyzes the whole process of cold start-up of a typicalsupercritical large-capacity boiler without furnace water circulation pump system and plasmaignition,and explores the various processes of boiler start-up,so as to guide the operators toorganize the start-up work of the unit in an orderly manner,improve the ability of the operators tomaster the start-up of large units,and ensure the timely grid connection of the unit.Key words:plasma ignition;start-up control;start-up flow;oxide scale0引言某电厂锅炉为超临界直流锅炉，点火方式为A、B层等离子点火，启动系统采用不带炉水循环泵的简单疏水大气扩容式启动系统，由汽水分离器、贮水箱、疏水扩容器、水位控制阀、截止阀、管道及附件等组成。水冷壁为螺旋管水冷壁和垂直管圈水冷壁，垂直管圈水冷壁出口至汽水分离器。收稿日期：2 0 2 3-0 3-199修订日期：2 0 2 3-0 4-11作者简介：吕国（19 8 7），男，本科，工程师，从事火电集控运行相关工作。文献标志码：ALYU GuoLingwu 750014,China)机组启动时，蒸发受热面出口的介质流经汽水分离器进行汽水分离，蒸汽通过汽水分离器上部通过连接管进入炉顶过热器，而水则通过下降管引至连接球体，连接球体下方分别设有通往大气式扩容器、除氧器的管道，每根管道上设有调节阀，可根据不同状况控制汽水分离器水位及对工质和热量的回收。为了控制控制启动过程中的氧化皮脱落及升温升压速率，该厂增加了辅汽至#2 高加加热、辅汽至冷再预暖系统、临炉热一次系统。文文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 5-0 0 3 0-0 52023年第5期（总第3 0 5期）中会对上述技术在运行中进行讨论的。1机组启动前准备1.1木机组膨胀指示该锅炉为全悬吊结构I 型锅炉，本体设有两个膨胀中心及零位保证系统，分别在水冷壁后墙前后各9 0 0 mm，炉膛部分以第一个膨胀中心为原点进行膨胀,水平烟道及后烟井以第二个膨胀中心为原点进行膨胀。锅炉通过设置固定和导向装置,从而有效的控制锅炉膨胀方向,使其按预定的方向膨胀，且不产生变形和永久性破坏。由于各受热面温度场分布及载荷的影响，膨胀都会发生变化。为了确保后续锅炉膨胀分析准确,从而指导运行人员的监视调整，必须在锅炉冷态未上水前进行一次全面的膨胀指示调整,确认各膨胀指示在零位后方可进行上水。1.2锅炉上水锅炉上水温度过高或上水速度过快，都会导致锅炉膨胀不均而威胁焊口的安全。厂家要求：控制上水温度与炉内厚壁金属的温差111；同时,夏季上水时间不得少于1.5小时,冬季上水时间不得小于2.5小时。一般除氧器水温在85且水质合格即可开始进行上水，但是如何判断锅炉上水的实际情况呢，这里重点监视省煤器人口压力测点，省煤器未满水时，该压力可以反应%/游1.4再热器预暖再热器预暖系统是通过辅汽联箱向锅炉再热器系统供过热蒸汽，从而加热再热器，使再热器内应用能源技术省煤器内部满水情况，即省煤器内部静压差。省煤器入口管道与出口管道之差为4 0 m，省煤器人口压力显示0.4 MPa且出口排空见水，说明省煤器上水完成。根据此时上水的时长能够推算出后续是否需要调整。后续则通过水冷壁各受热面壁温变化即可判断上水的全过程。实际操作过程中，运行人员应该总结每次上水调门开度、电泵勺管开度，从而精准的控制锅炉上水速度。1.3锅炉给水温度锅炉水冲洗期间，除了控制给水流量外，还应合理控制给水温度。当启动分离器出口水质Fe500 g/L,将水外排;Fe 150 后进行取样化验，此时铁离子的溶解度最大，可以缩短启动后热态冲洗时间。当省煤器入口水质Fe50g/L启动分离器出口水质Fe100g/L硅含量50g/L时，锅炉清洗合格，可以进行点火程序。通过分析点火给水温度大幅提高，可以大大提高锅炉点火的着火的稳定性，如图1所示；还可以使过热器中的充满饱和湿蒸汽从而大大减少氧化皮的生产。1201008060402008031100120炉膛温度/图1同煤质下给水温度与点火燃烧强度关系部空气减少，从而使机组启动的氧化皮生成量大幅度降低。锅炉点火前，再热器管壁内充满空气，氧气浓度占2 1%，对比给水含氧量标准为1401603270ppd,对比正常运行，启动阶段氧浓度是正常运行的4 万倍，借鉴的曹艳的研究，锅炉启动阶段空气快速而且剧烈发生氧化反应生产较厚的氧化皮速度是蒸汽氧化速度的5万倍 2 ,因此投入再热器预暖系统是十分必要的。锅炉点火前2 小时，保持低旁调阀5%开度进行系统暖管，点火1小时前进行通汽，注意监视再热器金属壁温温升率 2 0.7 5MJ/kg,挥发份Vdar37%，点火成功率大大提高，如图2 所示。提前调整分离器折向挡板在较小位置，锅炉吹扫完成后将锅炉总风量控制在3 0%左右，“倒宝塔”形调整二次风挡板，点火磨周界风控制在15%左右，一次风压控制7 kPa左右,控制磨煤机风速在17 2 0 m/s之间,点火成功率将大幅度提高。严格执行铺煤程序,控制铺煤量丈1t。点火时启动磨煤机后,先放磨辊,再启动给煤机。前期可以控制煤量 启动煤量，后续待火检稳定后进行降低煤量操作。期间必须严密监视火检波动情况，根据黑龙及火焰亮度确定风煤比以及最少燃料量。12018.5图2 同炉膛温度下点火用煤热值与燃烧强度关系2023年第5期（总第3 0 5期）1919.5点火用煤热值/MJ哈锅为2 5%BMCR3。笔者认为各制造厂家给定的启动流量均远远超过了启动过程中实际运行中控制启动流量。当启动初期给水流流量控制30%BMCR时,启动系统各溢流调阀在6 0%70%开度，此时水冷壁吸热产生的蒸汽绝大多数排放至大气扩容器，造成工质浪费的同时不利于过热器壁温的控制。通过多次启动经验的摸索总结，在各水冷壁壁温无较大偏差的情况下，启动初期控2020.52121.5222023年第5期（总第3 0 5期）制17%BMCR,控制溢流调阀总指令在52%左右的表1螺旋水冷壁给水流量/BMCR/th-1%3201536517428204802253525642302.3过热、再热器虚假水塞现象锅炉点火后，随着压力的升高，过热器、再热器壁温按照介质的流向会逐渐出现较大壁温偏差。锅炉在起压后，而由于联箱内蒸汽流量较少，部分管子优先通汽，壁温快速上升，而其余受热面管子内几乎没有蒸汽流过，这是管壁金属温度几乎上升很缓慢，当蒸发量继续增加，已疏通管子前后压差增大至足以克服未疏通管子的重位压头时,所有管子均被疏通,此时流量称之为“疏通流量”。这种现象与“水塞”现象相似,但是该壁温上升后，不会出现忽高忽低现象。当主汽压力3.5MPa这种现象会逐渐消除；当各受热面金属壁温差 50，可以适当增加锅炉燃料量。平稳的渡过这一现象同时缩短启动时间，推荐以下调整手段：（1)提高疏水阀关闭压力，将关闭压力提高至1.5MPa；（2）不断摸索启动流量控制范围下限，控制溢流调阀在15%左右；（3）升压过程中，高旁保持一定开度，做到先升压后升温，从而提高受热面的充满度。2.4锅炉升温升压过程当锅炉升温升压到3.5MPa压力以后，这时候过热器、再热汽温会缓慢上升到3 50，这是需要投人一定量的减温水来满足汽机冲转所需的蒸汽温度。此时的燃烧调整主要针对采取关小周界风、开大辅助风等手段,但是由于等离子点火期间会导致三级扩散筒烧损，因此不建议周界风关闭过小，调整手段主要以降低给水流量、微投减温水应用能源技术开度下，对于初期汽温控制有较大好处，见表1。机组点火后2 h不同给水流量对应的壁温变化情况垂直水冷壁溢流阀总开度壁温偏温升速率/壁温偏温升速率/壁温偏温升速率/壁温偏温升速率/均值/%差/min-1差/min-1353.9523.2672.9772.51022.11291.333屏式过热器末级过热器差/min-11.77.81.25.60.773.40.830.652.50.391.8为主要手段。此时要注意加强燃烧器区域的巡检，以防止燃烧器中心筒结焦导致二次风箱烧损。针对此时的汽温调整，减温器后温度可能出现快速波动情况。当减温水开度不变，减温器温度快速下降时，此时应快速关小减温水调门，从而防止汽温大幅度降低 4 。2.5第二台磨煤机投运随着机组启动过程的延续，单台磨煤量增加到7 0%额定出力时，就会出现出口温度下降、通风阻力升高、石子煤量增加以及主汽压力下降的情况,此时不宜开大分离器折向挡板,应该采取启动第二磨的方式继续升温升压。由于点火用煤热值高，蒸汽流量小，启动第二磨煤机时，汽温、汽压会出现一个明显扰动，汽温汽压会出现明显的升高之后下降的过程。一般采取控制措施为：出现主汽压力下降趋势时，先减煤，然后启动磨煤机，给煤机启动后的输人的燃料热值略低于启磨前热值,期间控制高低旁与主汽压力压力相匹配，保持给水流量的相对稳定,再进行汽温调整，会受到事半功倍的效果。第二台磨煤机启动后，主汽流量逐渐增大，锅炉后续的燃烧相对稳定，运行人员的调整将逐渐得心应手。2.6汽轮机并网前的操作第二台磨煤机启动后，逐渐增加给煤量,既能达到汽轮机冲转前的压力，但是满足汽轮机冲转所需要的温度，尤其是再热蒸汽温度是这一阶段的调整重点。两台磨运行时，燃烧器区域主要是差/min 21.9251.3261.1320.9400.5470.3681.51.21.72.12.42.63227344658661.11.51.72.32.62.934动力燃烧区域。在动力燃烧控制区，氧量浓度足够高，化学反应速度较慢，燃烧反应速度取决于化学反应速度，在此区域内，提高温度是强化燃烧最有效措施。因此通过关小下层二次风，提高燃烧器区域温度时此阶段燃烧调整的方向。但是启动初期由于炉膛黑度不足，导致辐射换热比例远小于对流换热，导致再热汽温很难控制到冷态启动需求值,通过燃烧调整的手段效果很弱，只有通过开大再热器减温水及高旁减温水才能使汽温满足冲转要求。因此高旁减温水调节线性问题也是制约启动过程中重要环节。2.7汽轮机并网后的操作机组冲转后，主再热蒸汽温度根据汽轮机启动过程中的膨胀可以逐渐升温，以便于机组并网后机组接带负荷需要。机组冲转过程中,高低加虽然投人，但实际进汽量很小，并网后，要重点做好高加投人工作，投人高加期间机组负荷会出现明显的下降，此时要适当增加燃料量。随着燃料量增加，给水流量必须增加，维持机组湿态运行为宜。待机组负荷达到3 0%左右负荷时，进行给水切阀操作,切阀前一般将给水压差降低至3 MPa以内，在进行切阀操作时，以防止汽温大幅波动触发汽温低保护。切阀完成后，可以适当降低给水流量，转为干态运行。笔者提醒运行人员，针对大型阀门，阀门开启或关闭后，均应及时关闭平衡门，防止长时间冲刷导致平衡门管道外漏。机组应用能源技术转为干态运行后，应该及时投人机组协调控制。3结束语超临界直流电站锅炉启动，是一个复杂且极不稳定的传热和流动过程。笔者总结多年锅炉运行经验,结合现场防止氧化皮措施的应用,针对无炉水循环泵系统启动过程中的注意事项，进行如下总结：针对锅炉冷态启动，通过邻炉蒸汽、热风,提高冷炉温度，可以大大提高机组点火成功率,同时可以大大防止氧化皮在启动过程的生成；选取高热值煤种用于点火，最大限度提高炉膛温度是锅炉成功点火的基础；启动过程中使用“倒宝塔”型配风，提高着火区域的稳定型，是初期燃烧调整的方向，但是主要调整手段仍然是基于蒸汽侧调整；启动过程,升温升压的控制除了减少和推迟增加燃料的速率同时，启动流量的选择对控制温升率是否合格也很关键。参考文献1李金凤.锅炉膨胀的介绍J.电站系统工程，2 0 15，5(3):77-78.2曹艳.大型超(超)临界直流锅炉蒸汽加热启动技术研究 D.上海：上海电力学院,2 0 14.3 冯全，孙江波.6 0 0 MW机组炉水循环泵电机故障处理及改进措施 J.河北电力技术，2 0 19,3 8（4)：42 43,59.4吴作明.6 0 0 MW超临界机组无炉水循环泵启动分析 J.能源与节能,2 0 18(5):17 5-17 6,17 8.2023年第5期（总第3 0 5期）