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600 MW 超临界锅炉带循环泵启动系统的把握设计与运行Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 日期: 专业技术文件/Technical documentation编号:600 MW 超临界锅炉带循环泵启动系统的把握设计与运行温馨提示:该文件为本公司员工进展生产和各项治理工作共同的技术依据,通过对具体的工作 环节进展标准、约束,以确保生产、治理活动的正常、有序、优质进展。本文档可依据实际状况进展修改和使用。综观世界锅炉制造商,直流锅炉的启动系统不管其形式如何变化,一般可分为内置式和外置式两种,而内置式启动系统又可分为扩容器式、疏水热交换式及循环泵式,对于带循环泵启动系统,就其布置形式有并联和串联两种。本文主要介绍 600 MW 超临界参数锅炉所带循环泵启动系统,而且循环泵与给水泵为串联布置的启动系统的工作原理、把握思想及运行特点,锅炉最低直流负荷不大于 30 %BMCR。锅炉的主要设计参数(锅炉型号:SG1953P25.402M95X) 见表 1。1 带循环泵启动系统的组成在锅炉的启动及低负荷运行阶段,炉水循环确保了在锅炉到达最低直流负荷之前的炉膛水冷壁的安全性。当锅炉负荷大于最低直流负荷时,一次通过的炉膛水冷壁质量流速能够对水冷壁进展足够的冷却。在炉水循环中,由分别器分别出来的水往下流到锅炉启动循环泵的入口,通过泵提高压力来抑制系统的流淌阻力和省煤器最小流量把握阀(V2507) 的压降,水冷壁的最小流量是通过省煤器最小流量把握阀来实现把握的,即使当一次通过的蒸汽量小于此数值时,炉膛水冷壁的质量流速也不能低于此数值。炉水再循环供给了锅炉启动和低负荷时所需的最小流量,选用的循环泵能供给锅炉冷态和热态启动时所需的体积流量,在第 10 页/共 13页启动过程中,并不需要像简洁疏水扩容器系统那样往扩容器进展连续的排水,循环泵的设计必需供给足够的压头来建立冷态和热态启动时循环所需的最小流 量。从把握阀出来的水通过省煤器,再进入炉膛水冷壁,总体流程见图 1。在循环中,有局部的水蒸汽产生,然后此汽水混合物进入分别器,分别器布置靠近炉顶,这样可以供给循环泵在任何工况下(包括冷态启动和热态再启动) 所需要的净吸压头,分别器的较高的位置同样也供给了在锅炉初始启动阶段汽水膨胀时疏水所需要的静压头。在图 1 启动系统中,循环泵和给水泵是串联布置,这样的布置具有以下优点:(1) 进入循环泵的水来自下降管或锅炉给水泵或同时从这两者中来。这样的布置使得在各个启动过程中,总是有水流过循环泵,泵的流量恒定,无须设置任何最小流量的循环回路及其必需的把握设备。(2) 锅炉给水的欠焓可增加循环泵的净吸压头。当分别器由湿态转向干态时, 疏水流量为零,但此时循环泵能从给水管道中得到足够的流量,可保证分别器平 滑地从干态转向湿态,无须在此时进展循环泵的关停操作。2 带循环泵系统的优点与简洁疏水扩容启动系统相比,带再循环泵系统具有如下优点:(1) 可降低给水泵在启动和低负荷运行的功率。(2) 启动和低负荷运行时,不但能回收全部工质,还可 100 %回收疏水热量。(3) 由于带再循环泵系统分别器的水位把握是通过与汽机蒸汽流量相关的给水把握来完成的,在通常状况下,不需要使用启动系统的排放阀门,这样可以减小系统的热量和工质的损失。(4) 带泵的启动系统与简洁疏水型启动系统相比,能够回收更多的热量,同时也可减小工质损失,炉水再循环确保了炉水本身所带的热量都回到炉膛水冷壁, 在启动的大局部时间内,几乎没有什么热损失和工质损失。带泵的启动系统与疏水型启动系统在排放水量上有巨大区分,后者在锅炉整个启动过程中,从炉膛水冷壁来的水被连续地排放导致了大量的热损失和工质损失,与此相比,带泵的启动系统只需要在锅炉启动的早期汽水膨胀阶段排水到扩容器中,在此时间段,由于排放的水是处于大气压力下的饱和水,所以热损失很小,而且排放水的焓值也较低,不会有工质在扩容器中被蒸发掉。简洁疏水型启动系统是通过给水泵来供给必需的水冷壁最小流量,而带泵的启动系统则是通过循环泵来实现的,对于疏水型的启动过程,全部最小流量 的水都在炉膛中被加热,没有蒸发成水蒸气的局部则携带着从炉膛吸取的热量被排到扩容器中,带泵的启动系统由于很小的排放水量,其热损失也很小,其启动过程中总的热损失约为疏水型启动系统的 3 %。由于带循环泵的启动系统在启动的整个过程中能 100 %吸取疏水热量,可有效缩短冷态和温态启动时间,相比于简洁疏水扩容启动系统,当冷态启动时,点火至汽机冲转时间可缩短 7080min ;温态启动可缩短 1020 min ,该系统更适合于频繁启动、带循环负荷和二班制运行机组。循环系统承受 1 台湿式马达启动泵,型式与常规亚临界把握循环的炉水循环泵根本一样,但泵只有一个出口(把握循环泵有两个出口) ,泵的扬程也要比把握循环泵高的多。3 锅炉循环泵启动系统的把握当锅炉最初启动没有蒸汽产生时,给水泵可以不带负荷,此时进入省煤器和蒸发器的水完全来自分别器的疏水;一旦有蒸汽产生,分别器中的水位开头下降,给水泵需启动补充给水,把握原理见图 2 ,以维持分别器水位,而此时进入省煤器和蒸发系统的流量发生变化由纯粹的疏水变成给水和疏水的混合物,这样的状态始终要维持到最低直流负荷,在该负荷以上锅炉进入直流运行方式,进入蒸发器的水全部变成蒸汽,而省煤器和蒸发器的流量完全来自于给水。3. 1启动系统运行方式在湿态运行状态下,给水是通过分别器的水位和蒸汽量来把握,其把握方法类同亚临界把握循环锅炉,分别器的水位需要连续地监视。为了防止启动初期阶段汽水膨胀时分别器水位过高,饱和水进入过热器,除了给水把握水位外,还设置了大气扩容式系统,在扩容器进口设置有两个高水位调整阀(HWL21P2) ,其功能与简洁疏水启动系统一样,另外当循环泵发生故障时,该系统也能启动锅炉,只是工质和热量损失较多。从水位把握到温度把握的切换过程在维持省煤器和蒸发器最小流量的同时,对于燃烧率的把握也是很重要的,在湿态运行期间,省煤器和蒸发器中的流量保持恒定值,此时燃烧率要渐渐地增长以满足产汽量的要求。当负荷增长时,为了维持分别器中的压力,燃烧率也要相应增长,在整个湿态运行过程中,分别器中的压力需要始终监视,而燃烧率的增长通过分别器的温度来表达。最低直流负荷是启动系统的隔离点和锅炉进入干态运行的起始点,在此负荷以下,当燃烧率增长的时候,省煤器和蒸发器中的流量却是固定不变的。在最低直流负荷点,燃烧率和给水量到达一个预先设定的点。当靠近最低直流负荷时,分别器水位消逝进入干态,此时蒸汽温度把握投入使用。在切分期间,以分别器出口蒸汽温度作为导前把握点,为了避开温度把握失效重使启动系统投入运行,分别器出口蒸汽焓值要保持确定的过热度是很重要的,同时锅炉负荷应按升速率直接通过最低直流负荷点,过热度打算于汽机冲 转时的压力,对于一台已设计的锅炉,冷态启动汽机冲转时的压力为 8. 4 MPa ,过热温度约 15 。在直流方式运行时,通过把握煤水比来调整分别器出口温度,依据锅炉性能计算,在 BRL 工况下当燃料量及给水温度不变时,分别器出口蒸汽温度转变1 ,相应的给水量转变约10 tPh ,才能维持分别器出口蒸汽温度根本不变。在 BRL 工况下当给水量及给水温度不变时,分别器出口蒸汽温度+ 1 ,相应的燃料量(低位发热量约 23400 kJPkg) 转变约- 1. 2tPh ,才能维持分别器出口蒸汽温度根本不变。图 3 说明由锅炉给水自动把握分别器水位,负荷渐渐增加,始终到纯直流负荷方式后切换到温度自动把握方式的过程。图 3从水位把握到温度把握的切换过程在第一阶段以前,依据冷态、温态、热态及极热态启动方式,挨次启动锅炉及相关的锅炉辅机,循环泵启动系统投运;分别器水位由把握锅炉母管给水流量来实现。第一阶段:省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值;当燃料量渐渐增加时,随之产生的蒸汽量也增加,从分别器下降管返回的水量渐渐减小,锅炉给水流量应渐渐增加,以保证省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值,此时分别器入口的湿蒸汽的焓值增加。点:分别器入口蒸汽干度到达 1 ,饱和蒸汽流入分别器,此时没有水可分别, 锅炉给水流量(FE0) 等于省煤器入口的给水流量(FE1) ,但仍保持在某个最小常数值。切换阶段:省煤器入口的给水流量仍不变,燃烧率连续增加,在分别器中的蒸汽渐渐地过热(此时分别器压力不变) ,分别器出口实际温度仍低于设定值,温度把握还未起作用。所以此时增加的燃烧率不是用来产生的蒸汽,而是用来提高直流锅炉运行方式所需的蒸汽蓄热。点:分别器出口的蒸汽温度到达设定值,进一步增加燃烧率,使温度超过设定值。其次阶段:进一步增加燃烧率,给水量也相应增加,锅炉开头由定压运行转入滑压运行,温度把握系统投入运行,由“煤水比”把握分别器出口的蒸汽温度及分隔屏出口的一级喷水减温器的前后温差,该温差是锅炉负荷的函数,当锅炉主蒸汽 流量增加至设定值,锅炉正式转入干态运行。在干态自动方式时,循环泵自动停,循环泵停运后,电动阀(V2503) 自动关闭。在完成切换后,循环泵与给水泵串联运行,此时如将循环泵停运,由于循环泵提升压头的消逝,会产生压力扰动,不利于锅炉安全运行。假设循环泵仍保持运行,随着锅炉负荷上升,省煤器进口给水流量增加,循环泵通流量也增加,循环泵出口的调整阀前后压差增加,当循环泵通路的阻力超过给水母管止回阀压差,止回阀通路 翻开,二路并行工作,随着锅炉负荷进一步上升,循环泵出口的调整阀前后压差进一步增加,会使泵的提升压头对循环泵通路趋向于零,此时循环泵停运,可避开压力扰动,依据循环泵的具体运行特性,循环泵通路提升压头趋向于零的负荷一般 要求大于 45 %BMCR。3. 1. 2从温度把握到水位把握的切换图 4 说明负荷降低,从纯直流锅炉方式后切换到启动运行方式,由温度把握切换到水位把握的过程。第一阶段:锅炉负荷指令同时削减燃烧率和给水流量,锅炉处于滑压运行,温度把握系统投入运行;当锅炉主蒸汽流量降至设定值以下,干态信号消逝。点:给水流量到达最低直流负荷流量。切换阶段: 给水流量仍不变,燃烧率连续减小,在分别器中的蒸汽过热度降低, 开头有水分别出。点:蒸汽过热度完全消逝,流入分别器的蒸汽呈饱和状态,由“煤水比”把握分别器出口的蒸汽温度及分隔屏出口的一级喷水减温器的前后温差回路切除。其次阶段: 进一步减小燃烧率,给水流量不变,分别器入口蒸汽湿度增加, 分别器中开头积水,当分别器水位上升到确定高度,循环泵启动条件之一满足,当给水母管流量( FE0) 小于设定值时,把握系统能自动切换为湿态运行,则电动阀(V2503) 会自动或手动开启;当 V2504PV2508 在全开位且分别器水位大于 1 米, 手动或顺控启动循环泵,水位把握开头动作,水位由锅炉给水自动调整。其次阶段以后,随着负荷的降低,蒸汽量削减,母管给水量也削减。从理论上
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