哈锅600MW超超临界锅炉启动转态控制

哈锅600MW超超临界锅炉启动转态控制

吴波

（深能合和电力（河源）有限公司）

摘要：直流锅炉在启动中会经历由湿态转干态的运行过程，在此过程中锅炉水动力循环发生重大变化，且运行操作量巨大，稍有不慎便会造成过热器进水、受热面超温爆管乃至跳机事故。本文对哈锅生产的HG-1795/26.15-YM1型600MW超超临界锅炉启动系统进行介绍，并对启动转态控制的操作要点及危险点进行了详细分析，提出了相应的控制措施。

关键词：超超临界锅炉；湿态；干态；控制；危险点

一、概述

河源电厂HG-1975/26.15-YM1型2×600MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据三菱重工业株式会社（MHI）提供技术支持而设计、制造的超超临界变压运行直流锅炉，锅炉为单炉膛、Π型布置，配低NOXPM（PollutionMinimum）主煤粉燃烧器，分级燃烧技术和MACT（MitsuibishiAdvancedCombustionTechnology）型低NOX分级送风燃烧系统、反向墙式切圆燃烧方式。炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。过热蒸汽调温方式以煤水比为主，同时设置三级喷水减温器；再热蒸汽主要采用尾部竖井分隔烟道调温挡板调温，同时燃烧器的摆动对再热蒸汽温度也有一定的调节作用，在低温再热器入口管道上还设置有事故喷水减温器。锅炉采用平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，设计煤种为晋北烟煤。

锅炉启动系统由启动循环泵、启动分离器、贮水箱、疏水扩容器、水位控制阀、管道及其他阀门附件等组成。启动分离器为圆形筒体结构，每台炉2只；分离器与贮水箱均为直立式布置在炉后上部。

二、启动系统简介

超超临界直流锅炉启动系统的主要作用就是在锅炉启动、低负荷运行（蒸汽流量低于炉膛所需的最小流量时）及停炉过程中，维持炉膛所需的最小流量，以保护炉膛水冷壁管，同时满足机组启、停及低负荷运行时对蒸汽流量的要求。另外超超临界直流锅炉对给水品质有严格的要求，在锅炉点火时，给水品质必须满足要求。因此启动系统的另一个作用就是在锅炉冷态清洗时为清洗水返回给水系统提供了一个流通通道。它包括汽水分离器、炉循环泵、疏水扩容器及其它汽侧和水侧连接管、阀门等。总的说来就是在水冷壁中建立足够高的质量流量，实现点火前循环清洗，保护蒸发受热面，保持水动力稳定，还能回收热量，减少工质损失。

河源电厂锅炉启动分离器系统为内置式，锅炉负荷小于25%BMCR的最低直流负荷时，启动系统为湿态运行，分离器起汽水分离作用，分离出来的过热蒸汽进入过热器，水则通过水连通管进入分离器贮水箱，通过再循环系统再循环。当机组渡膨胀时，贮水箱中的水由两只水位控制阀（WDC阀，也即分离器贮水箱疏水调节阀）排入锅炉扩容系统，锅炉负荷达到25%BMCR后，锅炉运行方式由再循环模式转入直流运行模式，启动系统也由湿态转为干态，即分离器内已全部为蒸汽，它只起到一个中间集箱的作用。

启动过程简图

三、系统启动转干态控制

直流锅炉启动过程中随着锅炉热负荷的进一步增加会依次经历下列几个阶段：启动及低负荷运行阶段、亚临界直流炉运行阶段、超临界直流炉运行阶段。蒸发点干湿态的转换是直流炉一个最重要的控制点，在干态以前直流炉与汽包炉一样，是循环控制，只有转完干态后，才是典型的直流，这时储水箱内无水（水位为虚假水位），汽水分离器只是一个蒸汽的通道，给水量与蒸汽量相等。

干湿态在控制上大有不同，因此，干湿态的转换要特别注意，加强调整，保持各参数的稳定，特别是调整好燃烧与给水量的配合。虽然转干态的快慢对燃烧和负荷来说没有多大的影响，但对整个机组来说有以下两个方面的影响：一是如果在干湿态转换时调节不好，会使干湿态的反复转换，时而湿态，时而干态，影响机组的安全。二是如果转干态速度太慢，会造成过多的热量损失，影响经济性。下面就具体对启动过程中各主要参数的控制进行分析说明：

3.1启动流量控制

直流锅炉在启动初期为了保证锅炉水冷壁水动力安全性需要建立可靠的水循环，启动流量的建立主要就是靠给水泵、给水调门以及锅炉再循环泵的配合来完成。河源电厂锅炉启动流量自动控制值为510t/h，但在实际运行过程当中为了保护水冷壁不超温，我们在启动过程中往往将启动流量控制值提高至620t/h左右以保证水冷壁水循环的安全性，但在保护水冷壁的同时其实锅炉的实际转干态运行负荷也相应的向后推迟了。

启动过程中启动流量由上水流量和再循环流量两部分构成，锅炉转干态运行其实就是锅炉由汽包炉转直流炉运行的过程，在此过程中锅炉循环倍率逐渐减小直至循环倍率为一，此时锅炉转直流运行即干态运行。转干态运行过程中给水的控制是非常重要的，首先给水控制需要保证启动流量；其次需要保证汽水分离器水位正常；再次需要控制整个转态过程的排放量，以保证一定的启动经济性。为此一般在启动初期给水流量大部分依靠锅炉再循环泵供给，而给水泵只提供很少的那部分给水。随着负荷的增加我们在控制过程中需要根据上述各参数来调整给水流量的组成份额，即随负荷的增加相应的耗汽量也随之增加，我们在调节过程中就应随着负荷的增加而逐步的增加给水泵流量并减小再循环泵流量，将给水逐步转移至给水泵供给为锅炉转干态运行打好基础。当锅炉达到直流负荷时，我们的给水全部由给水泵供给再循环泵停止运行，锅炉即转入干态运行。给水调节过程中在控制好以上参数的同时，我们还需密切关注其余参数的变化情况，以协调机组各参数的稳定运行。

3.2启动压力控制

启动压力即是在锅炉启动初期建立的一个蒸汽压力，就河源电厂来说我们控制的启动压力为8.53Mpa，这压力一直会持续到机组负荷达到27%额定负荷进入滑压区间才会发生改变。对于启动压力的稳定控制对于机组来说是非常重要的，这不仅关系到汽机运行的安全稳定而且对于锅炉安全运行来说也是很重要的。在机组并网之后，我们一般将汽机主控投入自动运行，而根据启动逻辑汽机调门此时将控制机前压力为8.53Mpa，所以此时负荷及压力的稳定主要就通过我们的煤量和给水的配合了，故启动压力的控制主要是依靠锅炉给水和煤量的配合来完成的。

3.3燃料控制

燃料的准确控制在启动过程中尤为重要，此处说的燃料控制其实包含了燃料量控制和煤层燃料分配两个概念。在锅炉启动转干态运行的整个过程当中，锅炉运行特点会发生质的变化，故而对于每个参数的控制需要特别谨慎。转干态过程中煤量的控制既要满足机组负荷的要求，还要兼顾主再热汽温、水冷壁壁温等参数的要求。河源电厂采用A磨等离子启动，故在启动升负荷阶段我们需要根据负荷要求来增加燃料量，并且需要逐步将锅炉热负荷向上转移。为了控制转态过程中水冷壁壁温我们一般采用A、B、C三台磨进行转态，从多次的启动转态经验来看，采用上述的的煤层组合可以将锅炉的热负荷尽量的分散到水冷壁上，可以有效的避免在启动转态中由于热负荷在水冷壁下部过于集中而造成的水冷壁超温现象。另对于煤量的控制，我们主要根据机组负荷以及主再热汽温的需要来实时控制，在这需要说明的是由于启动转态过程参数变化性大，故在燃料加减或磨启动等时候一定要与机组负荷、汽温等密切配合，以保证机组参数的稳定、正常。

3.4分离器水位控制

直流炉在湿态运行过程中其特点类似与汽包炉，而这时候分离器的作用便类似于汽包。所以此时分离器水位的合理控制不仅是保证炉水循环泵安全运行的前提，而且对于锅炉蒸汽品质的保证乃至汽机安全也是非常重要的。在启动转态过程中，如前所述锅炉循环倍率逐渐减小直至循环倍率为一，这也就意味着给水流量已经等于蒸汽流量了，所以这个时候我们已经不再需要再循环这部分流量了。故而需要在此过程中保证分离器的合理水位以保证转态的顺利进行，分离器水位一般通过两个WDC阀、再循环流量调节阀和上水调阀的配合来完成。调节过程中应尽量减小WDC阀的开度，减小锅炉排放量。

3.5主再热汽温控制

在负荷上升的过程中应加强对主再热汽温的控制，保证汽温按启动曲线上升，切忌在转态过程中由于给水、煤量控制的失衡导致主再热汽温大幅的波动或是急剧下降，这种情况对于汽机和锅炉造成的损伤都是很大的。在调节中我们应做好煤水的配比以及其它调温手段的应用，以期达到较好的转态参数，稳定机组转干态后的运行。

四、转态过程危险点分析

4.1锅炉水动力循环安全性

在启动转干态过程中，如果分离器水位控制锅炉在湿态与干态转换区域运行时，在垂直水冷壁和后墙吊管中有可能产生两相流，容易引起水力不均匀而造成管壁温度超限。此时要注意保持燃料量和汽水分离器水位稳定，并尽可能缩短锅炉在这个区域运行时间。在启动转干态过程中要始终保持燃料和给水量成比例增加，避免燃料、给水量的大幅波动，从而避免锅炉在干、湿态之间来回反复。并且在启动转干态过程中可以适当的增加启动流量，从而进一步保证锅炉水动力循环安全性。

4.2水冷壁超温爆管（偏烧、启磨）

河源电厂锅炉炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，这种结构对于火焰的偏烧是比较忌讳的，会造成各墙水冷壁之间热负荷的偏差，导致水冷壁温度超温。在启动低负荷时由于锅炉燃烧强度较小，火焰充满程度较差，所以这时候炉膛各水冷壁的吸热也是不致均匀的，在燃烧调整中需特别留意水冷壁壁温变化情况。在启动转态前一定要将高、低压加热器投入运行以减小锅炉的热负荷，并且为了将锅炉的热负荷尽量的分散到水冷壁上，在转态中应保持A、B、C三台磨运行。调整中尽量减小燃料、给水量的大幅波动，从而避免在启动转态过程中由于燃料和给水量的失调造成受热面壁温超限。

4.3分离器液位控制不当

直流炉启动转态过程中如果储水罐水位控制过高将会导致顶棚过热器进水，形成水塞，过热器金属温度将大幅提高，严重时会爆管。水位过低有可能造成炉水循环泵跳闸，造成给水波动，严重时锅炉MFT。故应在转态过程中加强对分离器水位的监视和调节，使其保持在一个合理的范围之内。

4.4再循环泵跳闸对锅炉给水流量影响

在启动初期再循环泵承担了大部分的给水，如果此时再循环泵跳闸的话，对与锅炉给水的冲击是致命的，往往会因此造成锅炉给水流量低低保护动作而导致锅炉MFT的严重后果。所以在启动转态中我们可以从以下几个方面来减小这类事故的发生：首先在启动过程中最好有专人调节给水，保证汽水分离器的正常液位，避免由于分离器液位过低而跳闸再循环泵；其次控制煤量、把握启磨时机，防止煤量大幅波动或者启磨冲击导致机组负荷、压力大幅波动触发锅炉再循环泵跳闸；再次调节中可适当的减小再循环流量，增大上水流量，适当平衡经济性与安全性之间的关系，减小再循环泵跳闸对给水的冲击；最后密切监视再循环泵各跳闸条件，检查确认可能导致再循环泵跳闸的保护，如BCP出入口电动门、最小流量阀的开关接点、最小流量阀的动作可靠，分离器水位显示准确等。

4.5影响凝汽器真空

因启动系统的排水经大气式疏水扩容器、疏水箱、疏水泵、疏水箱水位调节门排至凝汽器，可能对机组真空造成影响。因此在WDC阀关闭后必须密切监视疏水箱水位及调节情况，在机组完成转干态操作后及时关闭锅炉疏水泵出口至凝汽器的排水门，再关闭WDC阀前电动门，防止影响凝汽器真空。

4.6防止疏水泵汽化

由于在启动过程中锅炉大量高温疏水通过各个疏水门或者是WDC阀排如锅炉疏水扩容器中，此时疏水泵运行环境比较恶劣容易发生汽化，应尽量维持疏水箱在高水位运行。疏水泵的冷却水要可靠投入运行，降低泵内水温，从而降低疏水泵汽化的几率。

五、结束语

600MW超超临界机组在启动转干态过程中存在一定的风险，运行人员需要彻底了解此过程特点，熟练掌握操作技巧，全面考虑在操作过程中可能出现的风险，积极采取相应的解决措施，并在生产过程中不断摸索更合理、更安全的操作方式，保证600Mw超超临界机组启动转态操作安全、顺利进行。

参考文献：

[1]河源电厂锅炉运行规程第二版；

[2]河源电厂集控运行规程第二版；

[3]哈锅HG-1795/26.15-YM1超超临界直流锅炉本体说明书；

[4]哈锅HG-1795/26.15-YM1超超临界直流锅炉运行说明书；