0、引言
隨著我國鍋爐技術的發展，超臨界機組已成為火電機組的主要發展方向。為滿足超臨界鍋爐在啟動和低負荷以再循環方式運行時，鍋爐水冷壁管內工質流量維持在30%BMCR(或以上)的要求，在超臨界鍋爐中均設置啟動系統。哈爾濱鍋爐廠自主開發了新型啟動系統，裝有此系統的印度某600MW超臨界工程已投入運行，運行狀況良好，且有一批工程正在設計與安裝。超臨界直流鍋爐的啟動過程較為復雜、設計與運行過程需注意的問題較多，為此，本文主要敘述了哈鍋自主開發的超臨界鍋爐啟動系統的設計特點、性能與鍋爐啟停過程中啟動系統的運行方式與需注意的問題，供相關技術人員參考。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、啟動系統結構特點
1.1 啟動系統構成
啟動系統由如下設備和管路組成：1）啟動分離器及進出口連接管；2）貯水箱；3）溢流管及溢流閥；4）疏水擴容器；5）循環泵及再循環管路；6）最小流量管路；7）過冷管；8）循環泵暖管管路；9）溢流管暖管管路；10）壓力平衡管路。
1.2啟動分離器
啟動分離器為立式簡體，共4只，布置在鍋爐前部的上方，距前水冷壁的中心線距離為4.93 m，分離器間的距離為4.5 m。從水冷壁出口集箱出來的介質經6根下傾150的切向引入管在分離器的上部引入，在最低直流負荷下汽水混合物在分離器內高速旋轉，并靠離心作用和重力作用進行汽水分離。在分離器下部布置有消旋裝置，其作用是消除介質旋轉和向下的動能，使與之相連的貯水箱中的水位穩定。在分離器的上端布置有蒸汽消旋裝置并連接l根出口導管，將蒸汽引至頂棚人口集箱。
1.3貯水箱
貯水箱數量為1只，也是立式簡體，在其下部共有4根來自分離器的徑向連接管分兩層引入分離器的疏水：
貯水箱和4只分離器平行、并聯布置，因此分離器出水管可提供一定的有效貯水容積，使得貯水箱的體積相對減小，由于貯水箱和分離器并聯可能岡相互間的壓力不均衡而引起各自的水位波動，因此在貯水箱上部引出4根壓力平衡管與分離器相連來保持壓力的平衡。在貯水箱的底端布置有水消旋器并連接一根出口導管，將分離出來的水引至循環泵入口管道。
貯水箱中水被循環泵循環排至省煤器入口管道，與給水混合以維持水冷壁中的最低質量流量，或當水位高出循環泵的控制區段時，經溢流管路排到疏水擴容器中。貯水箱沿高度從下到上分成如下幾個控制區段：
1)從最低的水側水位取樣點開始向上的1.8 m。此區段為保護循環泵的最小水位：
2)7.2 m的循環泵出口的再循環管路調節閥的控制區段；
3)0.7m自由區段；
4)6.0m溢流閥控制區段；
5)到最高的汽側水位取樣點為止的2.2 m的備用區段：
循環泵出口調節閥根據貯水箱巾的相應水位將再循環流量控制在0~ 30% BMCR范圍。溢流閥的動作和調節同樣根據貯水箱中相應的控制水位范圍來進行的，貯水箱出口的2路疏水分別為水沖洗管路和溢流管路，水沖洗管路上的電動閘閥在鍋爐正常啟動后將使其閉鎖，以避免對疏水擴容器造成沖擊。溢流管路上的溢流調節閥在整個亞臨界壓力范圍內都可以投用，控制邏輯將其設定在壓力大于20 MPa時閉鎖。圖3、圖4為循環泵和溢流調節閥的水位控制的范圍。
水沖洗管路上設置有手動閘閥和電動閘閥各1只。溢流管路上設置有手動閘閥、電動閘閥、啟動調節閥（即溢流調節閥）各1只。由于鍋爐啟動過程中汽水膨脹發生的時間短，在貯水箱中水位升高迅速，因此要求溢流調節閥的動作時間快，溢流調節閥全開關時間為10~20 s。
鍋爐啟動過程中為避免因負荷變化率過大而使貯水箱產生過大的應力，在貯水箱上設置了兩只熱電偶分別監測內、外壁金屬溫度。通過監測溫度變化率來限制機組的負荷變化率。貯水箱內外壁溫差限制在25℃以內，內壁金屬溫度變化率限制在5℃/min，超過以上限制值將報警。
在泵吸入管上布置有來自給水操縱臺后由給水管道引出的循環泵過冷管路，當循環泵運行時，用來自給水管道的給水與貯水箱中的近飽和水混合，避免循環泵入口發生汽蝕，在循環泵入口前的吸入管上布置有熱電偶，監控泵人口水溫。如果貯水箱運行壓力下的飽和水溫度與泵吸人管巾水溫相差小于20℃，過冷管上的電動截止閥打開，溫差大于30℃時該閥門關閉二過冷管的設計通流能力為3% BMCR，并在管路上裝有一只流量元件，用于監測過冷水流量：
1.4循環泵
循環泵垂直安裝，泵殼直接與泵吸入管焊接連接，馬達在泵殼的正下方，其間有熱屏裝置隔絕熱量，馬達和泵殼通過螺栓連接：泵巾充滿爐水，壓力與系統運行壓力相同二循環泵懸吊在吸入管正下方，可自由向下膨脹，因此可以避免因膨脹受限而產生的附加應力。
循環泵泵殼上的排放管接頭與再循環管連接，泵中排出的水通過再循環管路排到省煤器入口前的給水管道巾。再循環管路上沿流動方向依次布置有流量測量元件、調節閥、電動閘閥和止回閥。在再循環管路上引出一根最小流量管路接至貯水箱底部，用于保證循環泵運行所需的最小流量。最小流量管路上布置一只電動截止閥。在泵運行時，當再循環流量小于37.7 kg/s時，電動截止閥打開，當流量大于57 kg/s時電動截止閥關閉。當循環泵停運時，電動截止閥自動關閉。
2、600MW超臨界機組的啟停過程
2.1鍋爐工質流程
鍋爐工質流程是：水從省煤器入口集箱進入，經過省煤器、爐膛到汽水分離器，經汽水分離后，分離下來的水匯入分離器下部的貯水箱由循環泵再次送入省煤器，分離出來的蒸汽進人頂棚包墻系統，然后依次流經一級過熱器、二級分隔屏過熱器和末級過熱器，最后由主汽管道引出。當機組負荷達到最低直流負荷以上（30% BMCR負荷）時，鍋爐由再循環運行方式轉入直流運行方式，啟動系統轉入熱備用狀態。此時進入鍋爐的給水量與進入汽機的蒸汽量相等。
2.2鍋爐啟動過程
在鍋爐啟動時，首先對鍋爐上水，并進行相應的排氣（汽）。啟動循環泵，再循環管路投入運行。打開溢流管路調節閥，維持5%左右的疏水量，打開給水旁路調節閥，維持5%左右的給水流量。此時流經鍋爐水冷壁的給水由兩部分組成：5%的給水+25%再循環流量。
如果所有的聯鎖保護就緒，鍋爐就可以點火。在過熱器和再熱器建立足夠的蒸汽流量之前，燃料的投放量一定要控制，以避免出現超溫現象。當過熱器和再熱器內的流量大約為最大流量的20%時，減溫器可以投入運行來控制蒸汽溫度。
隨蒸汽流量的增加，給水泵逐漸加大負荷以維持鍋爐負荷增加的需要。當汽機主汽閥前的蒸汽壓力和溫度達到汽機沖轉所需的最低值，汽機進行沖轉。
隨著燃燒率的增加和鍋爐負荷的提高，進入汽水分離器內的工質干度逐漸增加，飽和水量逐漸減少，貯水箱內的水位逐漸降低，布置于循環泵出口的流量調節閥隨之關小，再循環流量相應減少：當鍋爐負荷提高到直流負荷以上時，進入汽水分離器內的工質全部轉換為干蒸汽，貯水箱水位下降到循環泵控制水位范圍的最低值，循環泵出口調節閥關閉，鍋爐轉為干態直流運行。此時，循環泵并不是馬上關閉，而是通過最小流量管路維持運行，當鍋爐負荷上升到約33~ 35% BMCR時，循環泵關閉，同時啟動系統開啟暖管管路，對循環泵、溢流閥及管路進行暖管，保證這些設備處于可隨時投運的熱備用狀態。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
2.3鍋爐停爐過程
鍋爐停爐過程與啟動過程相似，當鍋爐負荷降低到約33—35%BMCR時，首先開啟循環泵，通過泵的最小流量管路維持其運行。隨著鍋爐負荷繼續降低，進入分離器的工質的過熱度越來越小，當鍋爐負荷降低到直流負荷以下時，隨鍋爐燃燒率的降低，進入分離器的工質逐步由微過熱蒸汽降到飽和蒸汽及濕蒸汽，鍋爐由直流運行方式轉為再循環運行方式。從水冷壁出來的汽水混合物在分離器內進行汽水分離，分離出來的飽和蒸汽進入到過熱器系統繼續被加熱，而分離下來的飽和水則進入到貯水箱，經循環泵打回到給水管道進行再循環，與系統給水混合后滿足30% BM-CR左右的鍋爐水冷壁最低工質流量要求，同時保持貯水箱中液面的高度要求。
由于存在暖管流量，在循環泵啟動前貯水箱可能存在一定的水位，可通過暖管管路及減溫水旁路管的閥門相互配合來控制啟泵前的貯水箱水位，以保證循環泵能夠順利啟動。
隨著鍋爐負荷的下降，由分離器分離下來的水量越來越多，而鍋爐供汽量越來越小。此時，根據水位的變化逐步開大循環泵出口調節閥以增加再循環流量，同時應逐漸降低給水流量，鍋爐負荷逐漸降低，直到停爐。
3、結束語
哈鍋自主開發的600MW超臨界內置式帶循環泵的內置式啟動系統結構設計合理，在開發過程中對汽水分離器與貯水箱的材料及規格重新選取，并對貯水箱控制水位進行了精確地核算。可確保鍋爐能夠安全可靠地運行。
隨著我國鍋爐技術的發展，超臨界機組已成為火電機組的主要發展方向。為滿足超臨界鍋爐在啟動和低負荷以再循環方式運行時，鍋爐水冷壁管內工質流量維持在30%BMCR(或以上)的要求，在超臨界鍋爐中均設置啟動系統。哈爾濱鍋爐廠自主開發了新型啟動系統，裝有此系統的印度某600MW超臨界工程已投入運行，運行狀況良好，且有一批工程正在設計與安裝。超臨界直流鍋爐的啟動過程較為復雜、設計與運行過程需注意的問題較多，為此，本文主要敘述了哈鍋自主開發的超臨界鍋爐啟動系統的設計特點、性能與鍋爐啟停過程中啟動系統的運行方式與需注意的問題，供相關技術人員參考。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、啟動系統結構特點
1.1 啟動系統構成
啟動系統由如下設備和管路組成：1）啟動分離器及進出口連接管；2）貯水箱；3）溢流管及溢流閥；4）疏水擴容器；5）循環泵及再循環管路；6）最小流量管路；7）過冷管；8）循環泵暖管管路；9）溢流管暖管管路；10）壓力平衡管路。
1.2啟動分離器
啟動分離器為立式簡體，共4只，布置在鍋爐前部的上方，距前水冷壁的中心線距離為4.93 m，分離器間的距離為4.5 m。從水冷壁出口集箱出來的介質經6根下傾150的切向引入管在分離器的上部引入，在最低直流負荷下汽水混合物在分離器內高速旋轉，并靠離心作用和重力作用進行汽水分離。在分離器下部布置有消旋裝置，其作用是消除介質旋轉和向下的動能，使與之相連的貯水箱中的水位穩定。在分離器的上端布置有蒸汽消旋裝置并連接l根出口導管，將蒸汽引至頂棚人口集箱。
1.3貯水箱
貯水箱數量為1只，也是立式簡體，在其下部共有4根來自分離器的徑向連接管分兩層引入分離器的疏水：
貯水箱和4只分離器平行、并聯布置，因此分離器出水管可提供一定的有效貯水容積，使得貯水箱的體積相對減小，由于貯水箱和分離器并聯可能岡相互間的壓力不均衡而引起各自的水位波動，因此在貯水箱上部引出4根壓力平衡管與分離器相連來保持壓力的平衡。在貯水箱的底端布置有水消旋器并連接一根出口導管，將分離出來的水引至循環泵入口管道。
貯水箱中水被循環泵循環排至省煤器入口管道，與給水混合以維持水冷壁中的最低質量流量，或當水位高出循環泵的控制區段時，經溢流管路排到疏水擴容器中。貯水箱沿高度從下到上分成如下幾個控制區段：
1)從最低的水側水位取樣點開始向上的1.8 m。此區段為保護循環泵的最小水位：
2)7.2 m的循環泵出口的再循環管路調節閥的控制區段；
3)0.7m自由區段；
4)6.0m溢流閥控制區段；
5)到最高的汽側水位取樣點為止的2.2 m的備用區段：
循環泵出口調節閥根據貯水箱巾的相應水位將再循環流量控制在0~ 30% BMCR范圍。溢流閥的動作和調節同樣根據貯水箱中相應的控制水位范圍來進行的，貯水箱出口的2路疏水分別為水沖洗管路和溢流管路，水沖洗管路上的電動閘閥在鍋爐正常啟動后將使其閉鎖，以避免對疏水擴容器造成沖擊。溢流管路上的溢流調節閥在整個亞臨界壓力范圍內都可以投用，控制邏輯將其設定在壓力大于20 MPa時閉鎖。圖3、圖4為循環泵和溢流調節閥的水位控制的范圍。
水沖洗管路上設置有手動閘閥和電動閘閥各1只。溢流管路上設置有手動閘閥、電動閘閥、啟動調節閥（即溢流調節閥）各1只。由于鍋爐啟動過程中汽水膨脹發生的時間短，在貯水箱中水位升高迅速，因此要求溢流調節閥的動作時間快，溢流調節閥全開關時間為10~20 s。
鍋爐啟動過程中為避免因負荷變化率過大而使貯水箱產生過大的應力，在貯水箱上設置了兩只熱電偶分別監測內、外壁金屬溫度。通過監測溫度變化率來限制機組的負荷變化率。貯水箱內外壁溫差限制在25℃以內，內壁金屬溫度變化率限制在5℃/min，超過以上限制值將報警。
在泵吸入管上布置有來自給水操縱臺后由給水管道引出的循環泵過冷管路，當循環泵運行時，用來自給水管道的給水與貯水箱中的近飽和水混合，避免循環泵入口發生汽蝕，在循環泵入口前的吸入管上布置有熱電偶，監控泵人口水溫。如果貯水箱運行壓力下的飽和水溫度與泵吸人管巾水溫相差小于20℃，過冷管上的電動截止閥打開，溫差大于30℃時該閥門關閉二過冷管的設計通流能力為3% BMCR，并在管路上裝有一只流量元件，用于監測過冷水流量：
1.4循環泵
循環泵垂直安裝，泵殼直接與泵吸入管焊接連接，馬達在泵殼的正下方，其間有熱屏裝置隔絕熱量，馬達和泵殼通過螺栓連接：泵巾充滿爐水，壓力與系統運行壓力相同二循環泵懸吊在吸入管正下方，可自由向下膨脹，因此可以避免因膨脹受限而產生的附加應力。
循環泵泵殼上的排放管接頭與再循環管連接，泵中排出的水通過再循環管路排到省煤器入口前的給水管道巾。再循環管路上沿流動方向依次布置有流量測量元件、調節閥、電動閘閥和止回閥。在再循環管路上引出一根最小流量管路接至貯水箱底部，用于保證循環泵運行所需的最小流量。最小流量管路上布置一只電動截止閥。在泵運行時，當再循環流量小于37.7 kg/s時，電動截止閥打開，當流量大于57 kg/s時電動截止閥關閉。當循環泵停運時，電動截止閥自動關閉。
2、600MW超臨界機組的啟停過程
2.1鍋爐工質流程
鍋爐工質流程是：水從省煤器入口集箱進入，經過省煤器、爐膛到汽水分離器，經汽水分離后，分離下來的水匯入分離器下部的貯水箱由循環泵再次送入省煤器，分離出來的蒸汽進人頂棚包墻系統，然后依次流經一級過熱器、二級分隔屏過熱器和末級過熱器，最后由主汽管道引出。當機組負荷達到最低直流負荷以上（30% BMCR負荷）時，鍋爐由再循環運行方式轉入直流運行方式，啟動系統轉入熱備用狀態。此時進入鍋爐的給水量與進入汽機的蒸汽量相等。
2.2鍋爐啟動過程
在鍋爐啟動時，首先對鍋爐上水，并進行相應的排氣（汽）。啟動循環泵，再循環管路投入運行。打開溢流管路調節閥，維持5%左右的疏水量，打開給水旁路調節閥，維持5%左右的給水流量。此時流經鍋爐水冷壁的給水由兩部分組成：5%的給水+25%再循環流量。
如果所有的聯鎖保護就緒，鍋爐就可以點火。在過熱器和再熱器建立足夠的蒸汽流量之前，燃料的投放量一定要控制，以避免出現超溫現象。當過熱器和再熱器內的流量大約為最大流量的20%時，減溫器可以投入運行來控制蒸汽溫度。
隨蒸汽流量的增加，給水泵逐漸加大負荷以維持鍋爐負荷增加的需要。當汽機主汽閥前的蒸汽壓力和溫度達到汽機沖轉所需的最低值，汽機進行沖轉。
隨著燃燒率的增加和鍋爐負荷的提高，進入汽水分離器內的工質干度逐漸增加，飽和水量逐漸減少，貯水箱內的水位逐漸降低，布置于循環泵出口的流量調節閥隨之關小，再循環流量相應減少：當鍋爐負荷提高到直流負荷以上時，進入汽水分離器內的工質全部轉換為干蒸汽，貯水箱水位下降到循環泵控制水位范圍的最低值，循環泵出口調節閥關閉，鍋爐轉為干態直流運行。此時，循環泵并不是馬上關閉，而是通過最小流量管路維持運行，當鍋爐負荷上升到約33~ 35% BMCR時，循環泵關閉，同時啟動系統開啟暖管管路，對循環泵、溢流閥及管路進行暖管，保證這些設備處于可隨時投運的熱備用狀態。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
2.3鍋爐停爐過程
鍋爐停爐過程與啟動過程相似，當鍋爐負荷降低到約33—35%BMCR時，首先開啟循環泵，通過泵的最小流量管路維持其運行。隨著鍋爐負荷繼續降低，進入分離器的工質的過熱度越來越小，當鍋爐負荷降低到直流負荷以下時，隨鍋爐燃燒率的降低，進入分離器的工質逐步由微過熱蒸汽降到飽和蒸汽及濕蒸汽，鍋爐由直流運行方式轉為再循環運行方式。從水冷壁出來的汽水混合物在分離器內進行汽水分離，分離出來的飽和蒸汽進入到過熱器系統繼續被加熱，而分離下來的飽和水則進入到貯水箱，經循環泵打回到給水管道進行再循環，與系統給水混合后滿足30% BM-CR左右的鍋爐水冷壁最低工質流量要求，同時保持貯水箱中液面的高度要求。
由于存在暖管流量，在循環泵啟動前貯水箱可能存在一定的水位，可通過暖管管路及減溫水旁路管的閥門相互配合來控制啟泵前的貯水箱水位，以保證循環泵能夠順利啟動。
隨著鍋爐負荷的下降，由分離器分離下來的水量越來越多，而鍋爐供汽量越來越小。此時，根據水位的變化逐步開大循環泵出口調節閥以增加再循環流量，同時應逐漸降低給水流量，鍋爐負荷逐漸降低，直到停爐。
3、結束語
哈鍋自主開發的600MW超臨界內置式帶循環泵的內置式啟動系統結構設計合理，在開發過程中對汽水分離器與貯水箱的材料及規格重新選取，并對貯水箱控制水位進行了精確地核算。可確保鍋爐能夠安全可靠地運行。
