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1、玉环1000MW超超临界直流锅炉启动系统设计介绍哈尔滨锅炉厂有限责任公司在三菱重工业株式会社的技术支持下，获得国内首台百万级超超临界及锅炉机组的供货合同。经过一段时间的工作，锅炉的技术设计已基本完成，但由于所配汽机与三菱公司以往投运的机组不同，因此在锅炉启动系统的设计上存在许多与三菱所供机组启动系统不同的地方，经过与华能玉环电厂、华东电力设计院、三菱公司、西门子公司及上海汽轮机厂的多次配合，最终确定了锅炉的启动系统。下面就锅炉启动系统的设计原则及设计过程介绍如下。1 锅炉概况华能玉环电厂1000MW机组锅炉采用超超临界参数，变压运行垂直管圈水冷壁直流炉、一次中间再热，采用八角双火球切园燃烧方式
2、，平衡通风、固态排渣，全钢悬吊构架，露天布置燃煤锅炉，设计煤种：神华煤，校核煤种：晋北煤。锅炉运行条件如下：机组承担基本负荷，但能参与调峰，采用定滑定运行方式。锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35%BMCR。锅炉有良好的启动特性和负荷变化适应性，锅炉的动态特性能满足机动性的要求。本锅炉在25%至100%负荷范围内以纯直流方式运行，在25%负荷以下以带循环泵的再循环方式运行，启动系统用以保证启动的安全可靠性和经济性。低的NOx排放，锅炉NOx排放浓度不超过360mg/Nm3（干烟气6%O2）。锅炉设计参数如下：主蒸汽流量：2953t/h（BMCR）2742t/h（BRL）再热汽流量：2
3、457t/h（BMCR）2279t/h（BRL）蒸汽压力 过热器出口：27.56MPa.g（BMCR） 再热器入口：6.0MPa.g（BMCR） 再热器出口：5.8MPa.g（BMCR）蒸汽温度 过热器出口：605（BMCR） 再热器入口：359（BMCR） 再热器出口：603（BMCR）给水温度298（BMCR）2 三菱公司供货的同类机组启动系统的介绍启动系统功能如下：对于超临界直流锅炉来讲，在锅炉启动及本生负荷以下运行时，从水冷壁中出来的工质是单相的水或汽水混合物，因此为保证锅炉在启动及本生负荷以下的负荷运行时，能将汽水混合物分离并保证过热器中不进水，同时由于直流锅炉没有水容积较大的汽包，
4、因此当锅炉启动发生汽水膨胀时，要将短期内发生汽水膨胀时排出的多余的水疏掉，必须设置启动系统满足直流锅炉的特殊要求。当机组的负荷高于其本生负荷时，启动系统串联在机组中呈干态运行，仅起到均衡蒸汽温度及流量的作用。三菱公司在支持哈锅获得玉环工程项目之前，在日本国内共供货1000MW等级同类机组4台，700MW等级的同类机组多台，其锅炉启动系统的型式基本相同。锅炉最低直流负荷为25%BMCR，因此锅炉的启动系统容量也为25%B-MCR，以与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配，启动系统图见图1：图1 三菱公司典型的启动系统三菱公司的启动系统的特点及优缺点如下：三菱锅炉启动系统的特点如下：锅炉启动分离器储水箱下
5、的疏水管全部接入汽机冷凝器中，在启动过程中，当水质合格时，可以全部回收工质，同时在WDC阀的下游接锅炉冲洗水管道到小容积的扩容管，然后排入机组污水槽内，可取消疏水扩容器及疏水箱等大型容器。采用带泵的启动系统的优点如下：在机组启动初期，可以很好的回收工质及热量，同时在机组冲洗过程中使用循环泵增加水冷壁内的工质流速，达到冲洗的效果，从而可以节省化水车间的制水能力。带泵启动系统的缺点是初投资较大，管道布置复杂。3 三菱公司所配汽机与玉环项目所配汽机冷凝器的差别由于三菱公司所配汽机的冷凝器容积及换热面面积均大于玉环项目所配的汽机冷凝器容积及换热面面积，因此在锅炉汽水膨胀时控制分离器储水箱水位的三个WD
6、C阀的管线均接入汽机冷凝器中。由三菱供货的1000MW级的原町电厂No.1机组和三隅电厂No.1机组参数、汽机冷凝器的容积及换热面积与玉环项目1000MW机组参数、所配汽机冷凝器的容积及换热面积的对比如下。表1 三个同等容量的电厂冷凝器的参数比较项目单位原町电厂1号机组三隅电厂1号机组玉环电厂1号机组主汽流量t/h297029002953主汽压力Mpa25.425.427.46主汽温度566604605再热汽流量t/h2522.12379.82446再热汽压力Mpa4.64.55.94再热汽温度593602603冷凝器供货厂家TOSHIBAMHISIEMENS冷凝器中管子数量186801821
7、233972冷凝器中管子规格mm34.930.52251034.930.522510320.71113.11冷却水量m3/h145800142050107100由于这三个电厂都采用海水冷却，因而从其冷却水量的多少可以用来进行比较冷凝器冷却能力的大小。从三个电厂的冷凝器所需的冷凝水量看，玉环电厂汽机冷凝器的容量及能力最小，因此在启动时能接收的热水量最少。如果玉环工程的启动系统的布置方式同日本的原町电厂及三隅电厂，则在锅炉启动初期的度膨胀时，大量的饱和水进入汽机冷凝器后将破坏汽机冷凝器真空，造成不必要的麻烦。因此在玉环项目启动系统的设计时，将锅炉度膨胀时排出的饱和水接入锅炉扩容器内而不是汽机的冷凝
8、器，这样的布置方案将解决由于汽机冷凝器偏小而不能全部接收锅炉度膨胀时排出的饱和水的问题。4 玉环工程启动系统的设计方案根据三菱公司提供的带泵启动系统的热量及流量平衡表，当锅炉热态启动时排出的饱和水流量最大，因此如果汽机冷凝器能接收锅炉热态启动时排出的饱和水量，则汽机冷凝器也能接收其他启动工况的启动排水量。根据汽机冷凝器供货厂家的计算，汽机冷凝器仅能接收800吨/时热态启动状态下的饱和水量，仅为热态启动状态下排水量的2/3，因此在最早的设计方案中，考虑有两根管道道进入汽机冷凝器，回收锅炉启动度膨胀时疏水量的2/3，一根管道进入疏水扩容器，排掉锅炉启动度膨胀时疏水量的1/3。这种布置方式可以在现有
9、汽机冷凝器容量的前提下，最大限度的回收工质和热量，减少扩容器容积。由于此种布置方式的WDC阀后管道分别接入汽机冷凝器和疏水扩容器，因此WDC阀后的背压不同，对WDC阀的设计条件要求极其严格，三菱公司及世界上其它公司都没有这种启动系统的运行经验，因此经过我公司与三菱公司的多次讨论后，决定放弃这种布置方式转而采用所有WDC阀后的疏水管道全部接入疏水扩容器的布置方式。根据三菱公司的计算，锅炉冷态、温态、热态、极热态启动时锅炉启动系统的热量及流量平衡见表2，玉环工程锅炉启动系统见图2，锅炉启动各管道流量的示意见图3。图2 玉环项目启动系统流程图8表2 带泵启动系统的热量及流量平衡表Boiler Ini
10、tial Water FlowFlow Rate (t/h)WDC Valve InletWDC Valve OutletQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6QsQPress:P1(MPa(a)Enthalpy:h(kj/kg)Press:P2(MPa(a)Sat.WaterEnthalpyhw(kj/kg)Sat.StmEnthalpyhs(kj/kg)Flash Ratiof(%)Very Hot700.7700.750800197.6197.60633.16.39965.92.08917.72798.02.6Hot700.7700.750800197.6197.60633.13.46816.81
11、.68868.82793.00.0Warm700.7700.750800197.6197.60633.11.04560.20.34581.12730.60.0Cold700.7700.750800197.6197.60633.10.57373.00.34581.12730.60.0Swelling during Boiler IgnitionFlow Rate (t/h)WDC Valve InletWDC Valve OutletQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6QsQPress:P1(MPa(a)Enthalpy:h(kj/kg)Press:P2(MPa(a)Sat.WaterEnthalpyh
12、w(kj/kg)Sat.StmEnthalpyhs(kj/kg)Flash Ratiof(%)Very Hot700.7700.7100800247.61133.6886633.16.211126.22.17927.42798.910.7Hot700.7700.7100800247.61281.61034633.13.26951.71.67867.52793.04.4Warm700.7700.7100800247.61133.6886633.10.90629.70.10415.32674.59.5Cold700.7700.750800197.6640.6443633.10.52402.40.1
13、1426.62678.70.0Post-swelling/Cold Clean-up/Hot Clean-upFlow Rate (t/h)WDC Valve InletWDC Valve OutletQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6QsQPress:P1(MPa(a)Enthalpy:h(kj/kg)Press:P2(MPa(a)Sat.WaterEnthalpyhw(kj/kg)Sat.StmEnthalpyhs(kj/kg)Flash Ratiof(%)Post-swelling700.7700.75080662.1750.788.60808.88713.47.011268.22773.30
14、.0Cold Clean-up738.1738.150800.0788.1788.10800.48406.50.10415.32674.50.0Hot Clean-up738.1738.15080147.6788.1640.50808.751251.05.251169.82792.25.1Q：通过循环泵的流量； Q0，Q1：通过锅炉省煤器及水冷壁的流量； Q2：循环泵入口过冷水流量； Q3：循环泵最小流量； Q4：蒸汽流量； Q5：给水泵出口流量；Q6：通过WDC阀排到扩容器去的流量； Qs：锅炉度膨胀时排出的水量图3 锅炉启动系统各管道流量示意图启动系统各管道的功能如下：l 循环泵入口管道。
15、连接分离器储水箱与循环泵，在锅炉湿态运行时采用循环泵出口的调节阀控制分离器储水箱中的水位。l 循环泵出口管道。连接循环泵出口与省煤器给水管道，在锅炉湿态运行时，将锅炉再循环水泵入锅炉炉膛水冷壁进行再循环。l 循环泵入口冷却水管道。连接高加出口到循环泵入口管道，正常运行时流量约为50t/h，非正常状态下的流量约为100t/h，其作用为防止循环泵叶片发生气蚀现象。l 循环泵暖泵管道。连接省煤器出口到循环泵出口排放管道，在锅炉干态运行时，有一部分热水从省煤器出口到循环泵的出口排放管道，对循环泵进行暖泵，以确保循环泵能随时投入运行。l WDC阀。在分离器储水箱的出口管道上接一疏水管道，其上共有三个WD
16、C阀，其作用是当锅炉启动发生汽水膨胀时，用这三个WDC阀将锅炉水冷壁膨胀疏水排入到扩容器中。l WDC阀暖阀管道。连接WDC阀入口管道与循环泵暖泵管道，其作用是当锅炉干态运行时，有一部分热水从循环泵的暖泵管道到WDC阀入口管道，使WDC阀保持热备用状态。l 到锅炉过热器喷水管道。由于循环泵暖泵及WDC阀暖阀管道一直有水进入，因此分离器储水箱中的水位在升高，为了避免循环泵的频繁启停，接一管道到锅炉的过热器喷水，使分离器储水箱中的水位保持在正常的水位上。5 结论由于汽轮机冷凝器的设计容量较小，汽机冷凝器不能接收锅炉启动度膨胀期间如此大量的高温疏水进入汽机冷凝器，因此在我们的设计中加设了大气扩容器，将锅炉度膨胀期间排出的高温水先排入扩容器冷却后再通过冷凝水泵进入汽机冷凝器进行再循环。这种启动系统的优点是完全独立于汽机之外，不受汽机选型及运行的限制，因此在机组启动时的运行非常灵活，受到用户的欢迎。在最近的几个招标工程中，业主也要求锅炉供货商提供此种启动系统，因此这种启动系统将大量的应用于将来的超临界及超超临界机组上。但此种启动系统的缺点是初投资大，特别是疏水扩容器及水箱的容积较大，在机组建设的早期需注意基础的处理。
