600MW超超臨界機組啟動特性研究

黃思源 彭勇 張志

摘要：火電在我國的電力結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的地位，隨著人們電力需求的不斷增加，由火電帶來的能源浪費問題和環(huán)境污染問題也越來越嚴重。實踐證明，超超臨界技術(shù)是解決能源問題和環(huán)境問題的一項新的清潔煤發(fā)電新技術(shù)。本文介紹了超超臨界直流鍋爐兩種常用的類型，并從啟動壓力、啟動流量、工質(zhì)膨脹三個方面分析了超超臨界直流鍋爐的啟動特性。為超超臨界技術(shù)在我國火電項目上的應用提供指導意義。

關(guān)鍵詞：超超臨界直流鍋爐；啟動系統(tǒng)；啟動特性

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對電力的需求不斷增加。火電機組在我國的發(fā)電設備結(jié)構(gòu)中所占比重最大，約為7s%o左右。煤是火電機組的主要燃料，燃煤所產(chǎn)生的的煙氣和粉塵對環(huán)境的破壞十分嚴重。因此積極研發(fā)新的煤電技術(shù)具有十分重要的意義。實踐證明，發(fā)展超超臨界大型火力發(fā)電機組，能夠提高能源的利用率，能夠達到環(huán)保的基本要求，具有很高的經(jīng)濟性、安全性和適應性。

超超臨界機組的鍋爐普遍采用直流爐，在直流爐中，給水控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)和氣溫控制系統(tǒng)沒有被汽包相互隔離，因此需要鍋爐啟動系統(tǒng)保障機組的安全和有效運行。

一、超超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)的分類

超超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)主要有兩類，一類是外置式啟動分離器系統(tǒng)，一類是內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)各有自己的特點。

（一）外置式啟動分離器系統(tǒng)

外置式啟動分離器在機組正常運行時是不發(fā)揮作用的，只有當機組啟動和停運時才開始運行。這樣一來，當機組需要停運時，運行過程中產(chǎn)生的過熱氣溫會對處于冷態(tài)的分離器產(chǎn)生強烈的熱沖擊，分離器中大量的閥門和零部件在熱沖擊的作用下容易損壞。不過該種分離器在設計時一般都為中壓容器，從制造工藝上來說，相對比較簡單，制造成本不是很高，對于定壓運行的機組來說，也有其可取之處。

（二）內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)

鍋爐無論是啟停時還是正常運行時，內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)都會發(fā)揮作用。鍋爐正常運行時，分離器只是發(fā)揮蒸汽通道的作用，只有在鍋爐低負荷運行或啟停時，分離器才會處于濕態(tài)運行狀態(tài)，發(fā)揮汽水分離的作用。因為是內(nèi)置式，所以該種分離器不需要解列操作，在操作上更容易實現(xiàn)自動控制，也不會產(chǎn)生因解列操作帶來的汽溫波動。因為系統(tǒng)簡單、操作方便，該類分離器廣泛應用于各國的超超臨界機組中。

內(nèi)置式啟動分離器系統(tǒng)又分為大氣擴容器式、循環(huán)泵式和熱交換器式三種類型。這三種類型的疏水回收系統(tǒng)各不相同。大氣擴容器式分離器首先是把疏水引到容器的回收箱，然后排入凝汽器進行工質(zhì)回收，同時還可以把疏水導入除氧器，加熱除氧器水回收熱量。循環(huán)泵式分離器是通過循環(huán)泵把疏水打進水冷壁進行循環(huán)。熱交換器式分離器是通過熱交換器使疏水為鍋爐給水加熱，然后排入除氧器水箱。我國普遍采用的是大氣擴容器式分離器和循環(huán)泵式分離器。

二、超超臨界直流鍋爐啟動特性

我們分別從啟動壓力、啟動流量、工質(zhì)膨脹、啟動過程、啟動速度五個方便分析超超臨界直流鍋爐的啟動特性。

（一）啟動壓力

啟動前鍋爐水冷壁中的初始壓力即為啟動壓力，直流鍋爐受熱面的水動力的穩(wěn)定性和啟動壓力有直接的關(guān)系，啟動壓力高，水動力的穩(wěn)定性就好。啟動壓力與工質(zhì)膨脹現(xiàn)象也有直接的關(guān)系，啟動壓力高，工質(zhì)膨脹量就小。所以從水動力特性和工質(zhì)膨脹現(xiàn)象這兩個因素來說，應該提高啟動壓力。不過，啟動壓力越高，對節(jié)流閥的磨蝕就會越嚴重，給水泵的耗電量也會加大。所以啟動壓力并不是越高越好，我們應該設置合適的啟動壓力。由于我們普遍采用螺旋管圈或垂直內(nèi)螺紋管式水冷壁，水動力的穩(wěn)定性受啟動壓力的影響較小。鍋爐在冷態(tài)或溫態(tài)的狀態(tài)下，啟動是不需要壓力的，因此是零壓啟動。鍋爐在熱態(tài)或者極熱態(tài)狀態(tài)下啟動，需要一定的壓力，我們可以通過加大分離器排放閥容量的方式解決工質(zhì)膨脹時水的排放問題。

（二）啟動流量

啟動流量與水動力穩(wěn)定性、熱量損失和擴容器容量有直接關(guān)系。啟動流量小，受熱面承受的重量和流速就小，熱量和工質(zhì)損失就小。但是因為流量小，不利于受熱面的冷卻，水動力的不穩(wěn)定性就會增加。如果啟動流量大，受熱面可以有效冷卻，但是熱量和工質(zhì)的損失也會加大。因此從熱量和工質(zhì)損失的角度，我們不建議設置過大的啟動流量，但是啟動流量也要保證受熱面的有效冷卻和水動力的穩(wěn)定性。

（三）工質(zhì)膨脹

分離器受熱面加熱水溫，疏水進入水冷壁后，隨著爐膛內(nèi)溫度的進一步升高，水冷壁中會有一部分水會變?yōu)檎羝捎谡羝谋热菀人吆芏啵虼藭鹁植吭鰤海瑥亩押蟛课雌乃當D壓出去。這樣鍋爐出口的流量就會超過給水量，這種現(xiàn)象就是工質(zhì)膨脹現(xiàn)象。工質(zhì)膨脹量與啟動壓力、啟動流量、給水溫度、燃料的投入速度都成正比關(guān)系。并且與分離器的位置和鍋爐的型式也有一定的關(guān)系。因此鍋爐的啟動系統(tǒng)在設計時充分考慮了工質(zhì)膨脹現(xiàn)象，以使在工況最惡劣的情況下，也能有效控制工質(zhì)膨脹。

三、總結(jié)

超超臨界技術(shù)是一項新的清潔煤發(fā)電新技術(shù)，它的經(jīng)濟性、清潔性、安全性、高效性都經(jīng)過了大量的實踐都和驗證，在各方面都突顯了在發(fā)電技術(shù)上的先進性。超超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)是超超臨界機組上的一項關(guān)鍵技術(shù)，它對超超臨界機組起著至關(guān)重要的安全保障作用。我們應該積極引進國外在這方面的先進技術(shù)，不斷增強自己的研發(fā)能力，并在實際應用中不斷積累經(jīng)驗，使得超超臨界技術(shù)在火力發(fā)電中得到更廣泛的普及和應用。

參考文獻：

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