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电站锅炉启动系统
一、直流炉的启动旁路直流锅炉启动过程的主要问题直流锅炉无储存汽水的厚壁部件,启动一开始就必须不间断地向锅炉送进给水如果启动流量按30%额定流量计算,锅炉启动初期就需要约600t/h的启动流量这样多的给水流量既要经过水质的化学处理,又要在锅炉内吸收燃料燃烧放出的热量,如果不利用,既会造成自然水资源的大量浪费,又会造成水质处理过程运行费用和热量的浪费因此,直流锅炉有必要设置专门的回收工质与热量的系统,这种系统就是直流锅炉的启动系统对于单元机组的成套启动,为了尽可能缩短汽轮机的启动时间,必须使直流锅炉的启动和汽轮机的启动能够密切配合这就是说,锅炉送出的过热蒸汽参数应该按照汽轮机启动的要求逐渐提高直流锅炉启动过程中存在汽水的热膨胀问题,热膨胀不但会导致水冷壁管内的水动力不稳定,还会导致过热器出口的蒸汽达不到额定参数,甚至出现蒸汽带水,危及机组安全运行对于中间再热机组,机组启动时再热器中无工质通过,需要保护再热器受热面因而需要汽轮机旁路系统启动系统的作用建立启动压力和启动流量,保证给水连续地通过省煤器和水冷壁,尤其是保证水冷壁的足够冷却和水动力的稳定性回收锅炉启动初期排出的热水、汽水混合物、饱和蒸汽以及过热度不足的过热蒸汽,以实现工质和热量的回收在机组启动过程中,实现锅炉各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工质状态的配合单元机组启动过程初期,汽轮机处于冷态,为了防止温度不高的蒸汽进入汽轮机后凝结成水滴,造成叶片的水击,启动系统应起到固定蒸发受热面终点,实现汽水分离的作用从而使给水量调节、汽温调节和燃烧量调节相对独立,互不干扰根据实际需要,启动系统还可设置保护再热器的汽轮机旁路系统但近年来为了简化启动系统,实现系统的快速、经济启动,并简化启动操作,有的启动系统不再设置保护再热器的旁路系统,而以控制再热器的进口烟温和提高再热器的金属材料的档次的方法,保证再热器的安全运行
二、启动系统的功能高、低压旁路与其他机组不同之处是旁路容量大高压旁路容量为100%过热器出口不设安全门,低压旁路为65%另设100%MCR容量再热器进、出口安全门,可满足处理各种事故工况的要求在机组启动及停运过程中,协调锅炉和汽轮机的工作参数实现锅炉点火到与汽轮机联机同步运行、汽轮机暖机、冲转及升转速、锅炉升温升压到机组满负荷运行等各过程的运行状态以及汽轮机、锅炉的配合调整在汽轮机甩负荷时,保护汽轮机旁路系统为机组的启动、停用及故障处理等提供了有利条件但也可能对汽轮机高压缸的安全性产生不利影响在机组运行过程中,当控制回路或油路发生故障,使高压调节汽门全关,而高压旁路则由于主汽压力提高自动打开在这种情况下,如果中压缸和低压缸汽轮机仍在运行而高压缸汽轮机则处于无蒸汽运行状态机组启动过程中,可由中压缸和低压缸汽轮机冲转升速,而高压缸汽轮机则处于无蒸汽运行状态高压缸汽轮机无蒸汽运行状态是一种极其危险的运行状态,其直接危害是使高压缸汽轮机叶片温度升高而损坏转子,同时使高压缸排汽温度升高为了保护汽轮机,可设置高压缸末级叶片温度高的保护和高压缸排汽温度高的保护需要注意的是根据汽轮机的结构和设计要求不同,对冲转方式的要求也不相同汽轮机冲转方式主要有两种一种是高压缸和中压缸同时进汽冲转,另一种是中压缸进汽冲转新机组启动时必须按照制造厂提供的启动方式,进行汽轮机的启动冲转融入严格来说,超临界直流锅炉启动旁路系统主要由过热器旁路和汽轮机旁路两大部分组成过热器旁路是针对直流锅炉单元机组的启动特点而设置的,为直流锅炉单元机组特有的系统汽轮机旁路系统不但用于直流锅炉单元机组还用于汽包锅炉单元机组上汽轮机旁路系统的组成及工作原理详情请参见教材《汽轮机设备及系统》有关部分我们下面介绍的启动旁路系统主要为过热器旁路系统启动旁路系统的功能和种类功能1)直流锅炉单元机组的启动旁路系统主要有以下功能辅助锅炉启动a)辅助建立冷态和热态循环清洗工况b)辅助建立启动压力与启动流量,或建立水冷壁质量流速c)辅助工质膨胀d)辅助管道系统暖管协调机炉工况a)满足直流锅炉启动过程自身要求的工质流量与工质压力b)满足汽轮机启动过程需要的蒸汽流量、蒸汽压力与蒸汽温度热量与工质回收借助启动旁路系统回收启动过程锅炉排放的热量与工质安全保护启动旁路系统能辅助锅炉、汽轮机安全启动有的旁路系统还能用于汽轮机甩负荷保护、带厂用电运行或停机不停炉等直流锅炉单元机组的启动旁路系统,不应该是功能越全面越好,要根据机组容量、参数及承担电网负荷的性质等合理的选定此外,启动旁路系统在运行中的效果还与锅炉、汽轮机、辅机的性能有关,主机、辅机与系统的性能的统一才能获得预想的功能总之,启动系统的选型要综合考虑其技术特点、系统投资及电厂运行模式等因素种类直流锅炉启动系统(特指过热器旁路系统)有内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统两大类型目前超临界机组采用的汽轮机旁路系统多是高压旁路和低压旁路两级旁路串联形式概述超临界锅炉的启动系统是超临界机组的一个重要组成部分由于超临界锅炉没有固定的汽水分离点,在锅炉启动过程中和低负荷运行时,给水量会小于炉膛保护及维持流动稳定所需的最小流量,因此必须在炉膛内维持一定的工质流量以保护水冷壁不致过热超温设置启动系统的主要目的就是在锅炉启动、低负荷运行及停炉过程中,通过启动系统建立并维持炉膛内的最小流量,以保持水冷壁水动力稳定和传热不发生恶化,特别是防止发生亚临界压力下的偏离核态沸腾现象,保护炉膛水冷壁,满足机组启动及低负荷运行的要求直流锅炉启动系统的分类直流锅炉的启动系统的布置型式要综合考虑投资和电厂将来运行模式之间的关系美国、俄罗斯、瑞士以及日本等世界各国所采用的直流锅炉启动系统不尽相同,若按分离器正常运行时,分离器是否参与系统工作,可以分为两种1)内置式分离器启动系统(Internalseparatorstartupsystem)2)外置式分离器启动系统(Externalseparatorstartupsystem)目前国内外普遍应用的是内置式分离器启动系统内置式分离器一般用于螺旋管圈型直流锅炉,分离器与水冷壁、过热器之间没有任何阀门当负荷在25%时,从水冷壁出来的汽水混合物在分离器中分离,蒸汽被送进过热器,分离器疏水被回收,热量排入大气当负荷在25%时从水冷壁出来的全部是蒸汽,通过分离器送入过热器,这时分离器仅起连接通道作用根据分离器疏水系统的不同又可将内置式分离器启动系统分为三种1)大气扩容器式2)非大气扩容器式3)疏水热交换式4)带再循环的启动系统与带BCP再循环泵启动系统的比较1)不带BCP循环泵的启动系统优点系统构成简单,运行安全、可靠,并能节约大量投资2)不带BCP循环泵的启动系统缺点启动时间相对于带BCP循环泵的启动系统来说要长;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;不带BCP循环泵的启动系统由于在启动时热量损失大,如要产生同样的蒸汽量,相对带BCP循环泵的启动系统来说,需要更多的燃烧量,相应地,主、再汽温偏高,甚至达到难以控制在汽机启动所要求的温度匹配范围之内,尤其在冷态启动时内置式分离器启动系统的分类及技术特点直流锅炉启动系统按分离器正常运行时是否参与系统工作可以分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统内置式分离器启动系统是指在正常运行时,从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器,进人过热器,此时分离器仅起一连接通道作用内置式分离器启动系统大致可分
①扩容器式(大气式、非大气式两种);
②启动疏水热交换器式;
③再循环泵式(并联和串联两种)
1.扩容器式启动系统这种启动系统主要由除氧器、给水泵、高压加热器、启动分离器、大气式扩容器、疏水回收箱、疏水回收泵、冷凝器等组成图10—1为石洞口二电厂600MW超临界压力机组直流锅炉大气式扩容器启动系统简图锅炉为超临界一次再热、螺旋管圈、变压运行直流锅炉冷态启动当水质不合格和冷态、温态启动过程中,可将进人启动分离器的疏水通过从AA阀排至大气式疏水扩容器冷态和温态启动时,通过AA阀控制启动分离器的水位使之不超过最高水位,以防止启动分离器满水以致水冲入过热器,危及过热器甚至汽轮机的安全冷态和温态启动时,AN阀辅助AA阀排放启动分离器的疏水,当AA阀关闭后,由AN和ANB阀共同排除启动分离器疏水,并控制启动分离器水位利用ANB阀回收工质和热量,即使在冷态启动工况下,只要水质合格和满足ANB阀的开启条件,即可通过ANB阀疏水进入除氧器水箱ANB阀保持启动分离器的最低水位该启动系统适用于带基本负荷,允许辅机故障带部分负荷和电网故障带厂用电运行由于采用大气扩容器,如果经常频繁启停及长期极低负荷运行,将有较大的热损失和凝结水损失另外,此系统只能回收经ANB阀排出的疏水热,而通过AN及AA阀的疏水热却无法回收,故工质热损失大也是其缺点之一
2.启动疏水热交换器式启动系统某电厂采用带启动疏水热交换器式的启动系统,参见图10-2o启动过程中汽水分离器的疏水通过启动疏水热交换器后分为两路,其中一路经ANB阀流入除氧器水箱;另一路经过并联的AN阀和AA阀流入冷凝器之前的疏水箱,而后进入冷凝器启动疏水热交换器,在省煤器及水冷壁中吸收了烟气热量的汽水分离器疏水和锅炉给水进行热交换,减少了启动疏水热损失该系统适用于带中间负荷、滑压运行或两班制运行;一般使用再循环泵与锅炉给水泵并联的方式,这样可以不必使用特殊的混合器,当循环泵故障时无需首先采用隔绝水泵,也不致对给水系统造成危害缺点是再循环泵充满饱和水,一旦压力降低有汽化的危险再循环泵与锅炉给水泵的并联布置方式可用于变压运行的超临界机组启动系统,也可应用于亚临界压力机组部分负荷或全负荷复合循环(又称低倍率直流锅炉)的启动系统中采用带再循环泵的启动系统,可减少启动工质及热量的损失泵的参数选择及运行方式是该系统应考虑的主要问题图10-4为某电厂国产600MW超临界压力机组直流锅炉带再循环泵的低负荷启动系统简图六-本工程锅炉启动系统系统说明锅炉启动循环系统由启动分离器、贮水罐、水位控制阀(361阀)等组成锅炉启动及低负荷运行阶段,送至省煤器的水经水冷壁加热后,送到启动分离器,流体在启动分离器内分离成水和饱和蒸汽水在分离器贮水罐水位控制阀(361阀)的控制下,由分离器贮水罐再返至冷凝器,这一阶段为循环运行在循环运行时,通过361阀使启动分离器分离出的水由贮水罐回到冷凝器,来达到控制启动分离器贮水罐水位在控制范围内的目的阀的开启程度由启动分离器贮水罐水位控制程序决定而这一阶段的蒸汽被送往过热器,在汽机进汽前通过高低压汽机旁路阀回收到冷凝器锅炉启动系统如图7-12所示图7—13锅炉启动系统示意图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启动分离器和贮水罐主要结构简介启动分离器布置在炉前,炉膛水冷壁出口,即垂直膜式水冷壁出口,采用旋风分离形式要承受锅炉运行压力在负荷较低的情况下,为了保证水循环的安全,水冷壁管内仍需要保持一定的流速这时,水冷壁管内的工质流量大于锅炉的蒸发量在这种情况下,水冷壁出口的工质必然是汽水两相流,分离器在这个时候起到汽水分离的作用,分离的蒸汽直接送至过热器,此运行特性接近自然循环汽包炉,即蒸发受热面与过热蒸汽受热面之间的分界面是固定不变的在循环运行结束时,蒸发完成点移至直流锅炉运行性能平衡点当锅炉负荷逐渐提高,进入纯直流状态运行,水冷壁出口的工质逐渐达到饱和温度乃至过热,而到了超临界压力时,已经没有汽水两相之分了在后面的这些情况下,分离器只是流通元件,无水位呈干式运行状态分离器尺寸规格为
①876X98直段高度
2.890m数量为两个经水冷壁加热以后的工质分别由6根连接管沿切向逆时针向下倾斜15进入两分离器,分离出的水通过连接管进入分离器下方的贮水罐分离器内设有阻水装置和消旋器启动分离器贮水罐的尺寸规格为中972X111直段高度
18.95m数量一个启动分离器和贮水罐端部均采用日立■巴布科克(BHK)有丰富运行经验的成熟的锥形封头结构,封头均开孔与连接管相连启动分离器和贮水罐结构简图如下Dw图7-14启动分离器结构简图图7-15启动分离器贮水罐结构简图启动分离器和贮水罐由连接管连接,分开布置,启动分离器做成两只,减小直径,即可减小壁厚,在频繁启停和滑压运行,温度变化时其热应力可控制在较小的范围内,可缩短启停时间,提高负荷变化率鉴于贮水罐水位控制的稳定性考虑,安装数量以一个为宜贮水罐容积较大,作为启动分离器排水的临时贮存,将保持一定的水位,通过控制贮存水位为分离器提供较稳定的工作条件,并且不让蒸汽进入疏水启动循环系统贮水罐内设有三个水位控制值,即高水位、正常水位和低水位,均由贮水罐水位控制阀(361阀)调节,初始阶段将水排出系统外及循环到冷凝器分离器贮水罐疏水管道用作锅炉放水和控制分离器贮水罐水位疏水管道从贮水罐出口连接管引出经过贮水罐水位控制阀(361阀)到冷凝器另外,在疏水管道和排污扩容器间还布置了供锅炉清洗用的阀门及管路七.启动分离器的水位控制根据启动阶段锅炉指令的要求,对汽水分离器储水罐水位调节阀进行相应的控制根据储水罐水位变送器的检测,由分离器储水罐的压力作为补偿信号,与锅炉输入指令进行偏差计算后,进行相应的程序选择控制(高低水位的不同)以及联锁保护措施,以满足启动时的需要分离器储水罐分离器储水罐水位压力分离器储水罐水位调节阀图7-16启动分离器储水罐水位调节阀控制简图在锅炉启动初期,分离器储水罐疏水阀361阀主要用于上水和清洗功能用当分离器水位超过给定值时,水将流向冷凝器该控制作为分离器疏水箱液位程序控制由于液位调节阀阀位的变化,将引起流过调节阀的流量变化,引入分离器疏水箱压力对分离器疏水箱水位的压力补偿该控制在高水位发生时,只有比例作用进行调节,当水位从高水位状况开始下降时,由于负偏差信号增加,此时提前变化到水位低程序控制,以防止水位的突变但是,为了防止分离器疏水箱液位调节阀阀位的快速变化引起的水位突然变化,对调节阀阀位的变化趋势应加以严格的限制为防止汽水分离器水位波动时,调节阀在小开度时的频繁动作,当调节信号大于10%才允许调节阀开启,当调节信号小于5%才允许调节阀关闭在锅炉正常启动运行后,由于启动的干扰或热培的上升,可能会引起疏水箱液位膨胀,或者由于再循环流量的急剧下降等等都将导致给水突变,当给水突然变化时,分离器疏水箱液位会突然上升,然后又会突然下降,所以控制应提前响应。