600MW机组锅炉启动系统解析.pdf

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600MW机组锅炉启动系统
施晶
一、概述
直流锅炉靠给水泵的压力,使锅炉中的水、汽水混合物和蒸汽一次通过全部
受热面。超临界直流锅炉在启动前必须由锅炉给水泵建立一定的启动流量和启动
压力,强迫工质流经受热面。由于直流锅炉没有汽包作为汽水分离的分界点,水
在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽。因此,直流锅炉必须设置一
套特有的启动系统,以保证锅炉启、停过程中或低负荷运行过程中水冷壁的安全
和正常供汽。
1、启动压力
直流锅炉的启动压力指锅炉启动前在水冷壁系统中建立的初始压力,它的选
取与下列因素有关:
(1)、受热面的水动力特性。随着压力的提高,能改善或避免水动力不稳定,减
轻消除管间脉动。
(2)、汽水膨胀现象。启动压力越高,汽水比体积差越小,汽水膨胀越小,可以
缩小启动分离器的容量。
(3)、给水泵的电耗。启动压力越高,启动过程中给水泵的电耗越大。
为了水动力稳定,避免脉动,希望启动压力高,但从减少给水泵电耗方面考
虑,启动压力又不宜过高。由于我厂锅炉采用了螺旋管圈水冷壁,启动压力对水
动力影响很小,因此可选用零压力启动。我厂锅炉启动系统采用了足够容量的排
放阀(3A阀),可满足汽水膨胀时的排放控制。
1:.
2、启动流量
直流锅炉的启动流量直接影响锅炉启动的安全性和经济性。启动流量越大,
工质流经受热面的质量流速越共,对受热面的冷却,改善水动力特性有利,但工
质损失及热量损失也相应增加,同时启动系统的设计容量也要加大。但流量过小,
受热面冷却和水动力稳定就得不到保证,因此,选用启动流量的原则是在保证受
热面得到可靠冷却和工质流动稳定的条件下,尽可能选择得小一些。我厂锅炉启
动流量为35%BMCR。
3、汽水膨胀现象
直流锅炉的启动过程中工质加热、蒸发和过热三个区段是逐步形成的。启动
初期,分离器前的受热面都起加热水的作用,水温逐渐升高,而工质相态没有发
生变化,锅炉出来的是加热水,其体积流量基本等于给水流量。随着燃料量的增
加,炉膛温度提高,换热增强,当水冷壁内某点工质温度达到饱和温度时,开始
产生蒸汽,但在开始蒸发点到水冷壁出口的受热面中的工质仍然是水。由于蒸汽
体积比水大很多,引起局部压力升高,将这一段水冷壁管中的水向出口处挤压,
使出口工质流量大大超过给水流量,这种现象称为工质的汽水膨胀现象。
4、启动过程中的相变过程
变压运行直流锅炉在启动过程中,锅炉压力经历了从低压、高压、超高压、
亚临界,再到超临界的过程,工质经历了从水、汽水混合物、饱和蒸汽到过热蒸
汽的过程。从启动开始到临界点,工质经过加热、蒸发和过热三个阶段;机组进
入超临界范围内运行,工质只经过加热和过热两个阶段,呈单相流体变化。
5、启停速度
直流锅炉没有汽包,壁厚部件少,因此,锅炉启停过程中部件受热、冷却容
2:.
易达到均匀,升温和冷却速度可加快,可大大缩短锅炉启停时间。
二、锅炉启动系统流程
我厂600MW机组锅炉启动系统是SUIZER公司的典型设计,采用带扩容器式
炉水回收启动系统。在锅炉负荷小于35%BMCR时湿态运行,包括机组启、停过程
中能回收汽水分离器疏水和热量至除氧器和凝汽器。
ANB阀除氧器
汽水分离器AN阀
锅炉大气扩容箱炉水回收箱
AA阀
炉水回收泵ABD006凝汽器喉部
BD004
炉水回收泵BBD005凝汽器热井
锅炉启动系统由汽水分离器、AA阀、AN阀、ANB阀、除氧器、大气扩容箱、
炉水回收箱、炉水回收泵A、B、炉水回收泵出口总门BD004、锅炉疏水至凝汽器
热井隔绝门BD005、锅炉疏水至凝汽器喉部隔绝门BD006、凝汽器等组成。机组
启、停过程中分离器水位由ANB、AN、AA阀顺序控制。随着锅炉热负荷增加,分
离器水位降低,ANB、AN、AA阀逐渐关闭,锅炉转为干态(纯直流)运行时,
ANB、AN、AA阀全关。
直流锅炉的汽水膨胀是一个较复杂的问题。我厂锅炉冷态启动时的膨胀一般
出现在投第二层重油之后,这时的分离器压力约5—7bar,锅炉水温达到饱和温
度出现膨胀。通过锅炉启动系统ANB、AN、AA阀的自动控制,分离器的汽水膨胀
3:.
能很平稳地渡过,分离器水位变化很小。
三、系统功能及3A伐功能
1、在锅炉启动清洗过程过程中,将不合格的炉水(汽水分离器出口水含铁量
>200μg/L)通过锅炉启动系统排放至炉水坑。
2、炉水水质合格后(汽水分离器出口水含铁量<200μg/L),通过锅炉启动系
统对炉水进行回收。
3、在机组事故情况下确保分离器不会满水(使给水进入过热器)。
ANB阀的功能:
1、回收工质和热量,在冷态启动工况下,只要水质合格和满足ANB的开启条
件,可以通过ANB使分离器疏水进入除氧器水箱回收部分热量。
2、保持汽水分离器最低水位。
AN阀的功能:
1、在冷态和温态启动时,辅助ANB、AA阀排放汽水分离器的疏水。
2、当AA阀关闭后,由ANB阀和AN阀共同负担排除汽水分离器疏水,并控制
汽水分离器水位。
AA阀的功能:
1、锅炉启动水质不合格时及启动过程中,锅炉发生汽水膨胀现象进入汽水分
离器的大量疏水排至大气扩容箱。
2、在锅炉启动时,使汽水分离器水位不超过最高水位以防汽水分离器满水,
以致水冲击过热器,危及过热器甚至汽机安全。
3A阀的主要性能参数:
4:.
ANBANAA
工作介质饱和水饱和水饱和水
设计压力(bar)299299299
设计温度(℃)375375375
最大流量(t/h)4702122230
四、分离器的水位控制
汽水分离器的水位是通过SUIZER公司生产的AV-6液压控制系统实现对ANB、
AN、AA阀控制的。信号取自汽水分离器的二套水位计的液位信号。
汽水分离器在湿态运行时,ANB阀一般能自动维持水位,当汽水分离器水位
高于ANB阀调节范围(如:锅炉汽水膨胀、给水量过大)时,AN阀、AA阀将参
与调节,以维持汽水分离器水位。当汽水分离器水位降低时AA阀先行关闭,然
后AN阀关闭,最后由ANB阀维持汽水分离器的水位,直至汽水分离器干态ANB
阀关闭,锅炉转为纯直流运行。
5:.
水位m

AA


AN


ANB
ANBANAA
2124702230流量T/H
分离器水位与3A阀开度、流量关系
从上图中我们可以看出,ANB、AN、AA阀开关有先后次序,还有重叠度。当
分离器有水时ANB伐先行打开,。
开启,。,。
我厂锅炉的最大给水流量为1900T/H,3A伐的额定通流量相加要运大于给水量,
所以,只够把进入分离器的给水通过锅炉启动系统安全排放,从而保证给水不会
进入过热器。
,AA伐开始关,;当分离器水
,AN伐开始关,;,
ANB伐开始关,分离器干态时全关。
五、ANB、AN、AA阀开关有关逻辑控制
6:.
ANB隔绝阀
除氧器压力<
ANB隔绝伐开允许
分离器压力<21MPa
除氧器压力>
分离器压力>22MPaANB隔绝门自动关闭
锅炉主蒸汽流量>40%
分离器压力<21MPa,AN隔绝伐开允许。
分离器压力>22MPa
ANB隔绝门关闭AN隔绝门关
分离器出口温度>对应压力下饱和温度10℃
功能组关指
7:.
分离器压力<21MPa,AA隔绝伐开允许。
分离器压力>22MPa
ANB隔绝门关闭
AA隔绝门关闭
分离器出口温度>对应压力下饱和温度10℃
功能组关指令
ANB、AN、AA调整门开、关控制逻辑:
开度ANB
100%
MPa
1215分离器压力
8:.
开度AN
100%
MPa
21分离器压力
开度ANB
100%
40%
MPa
分离器压力
421
六、省煤器、水冷壁及汽水分离器
省煤器
9:.
去炉底环形联箱
省煤器出口联箱
省煤器进口联箱
给水
省煤器是由许多并列蛇形管组成,总水容积为56m3。我厂省煤器的蛇形管
为光管,单级、垂直于前墙,逆流布置,位于锅炉尾部烟道低温再热器与空预器
之间,省煤器水平布置,以利于停炉时疏水疏尽。整个省煤器管组分成两段,由
495根管子组成,每3根管子为一片,共165片,以方便检修。省煤器进出口各
设有一个联箱,进口联箱是单侧进水,出口联箱是双侧出水,省煤器出口管直接
与水冷壁环形联箱相连,进出口联箱都布置在烟道内,这样可以避免由于蛇形管
穿过炉墙可能造成的漏风。
我厂省煤器是非沸腾式省煤器,在锅炉各种运行工况下制造商SUIZER保证
省煤器出口有一定的欠热,省煤器出口炉水不会发生汽化。
省煤器的作用是利用烟气余热加热给水。我厂机组满负荷时,省煤器入口给
水温度为284℃,省煤器出口炉水温度为314℃。
水冷壁
10:.
我厂锅炉的水冷壁型式为螺旋管圈加垂直管屏,水冷壁的总水容积为68m3。
,,总共
。,垂直管屏至标
。
由省煤器出口来的炉水从锅炉两侧引入水冷壁进口环形集箱,经由螺旋管
圈进入水冷壁中间联箱,螺旋管圈由316根平行管组成,以螺旋的形式盘旋上升。
螺旋管圈通过水冷壁中间联箱转换成垂直管屏,其中前墙水冷壁和两侧墙水冷
壁由928根垂直管引向位于顶棚上面的水冷壁出口联箱。后墙水冷壁上部垂直
管336根平行管形成折焰角,然后形成悬吊管束进入悬吊管出口联箱。水冷壁
内炉水最后由前墙水冷壁、两侧墙水冷出口联箱和悬吊管出口联箱端部通过
四根连接管引入汽水分离器。
螺旋管圈的主要优点:
1、能根据需要获得足够的重量流速,保证水冷壁的安全运行。
2、管间吸热偏差小,因而偏差小。
螺旋管圈在上升过程中,管子绕过炉膛整个周界,既经过热负荷大的区域,
又经过热负荷小的区域。因此吸热偏差很小。据有关资料,─
圈时,其热偏差不会超过±%。
3、抗燃烧干扰能力强。
假如切圆燃烧火球发生偏斜,前墙吸热增加15%,后墙吸热减少10%,左侧墙
减少5%,右墙不变,管间吸热偏差不会超过±1%,出口温度在15℃之内。如换成
垂直管圈,上述情况结果是热偏差在±15%之间,出口管间的温差将达到160℃。
这是不能接受的。
11:.
4、可以不设置水冷壁进口的分配节流圈。
垂直管屏为了减小热偏差,都人为设置节流圈,这样一方面增加了水冷壁的
阻力;另一方面,在锅炉负荷变化时也会部分失去作用。
5、适应锅炉变压运行要求。
热偏差小,解决了汽水分配不均的问题,在低负荷时能维持足够的重量流速。
因此,它能毫无困难地实现变压运行。
螺旋管圈的缺点:
1、螺旋管圈的承重能力差,需要附加的炉室悬吊系统。
2、螺旋管圈制造成本高,结构复杂,制造困难。
3、螺旋管圈工地安装难度大。(大量的弯头对口焊接,特别在燃烧器区。)
4、螺旋管圈的流动阻力损失较大,增加了给水泵的功耗。
汽水分离器
主要参数

分离器内径850mm


设计温度450℃
汽水分离器是直流锅炉启动系统中的一个重要部分,汽水分离器的主要功能
是保证锅炉启动时各受热面得到充分冷却且安全可靠运行。与汽包炉不同,直流
炉的蒸发点是移动的,各受热面之间无明显的固定界限,在启动过程中,沿着流
程工质不断发生状态变化,为了回收工质和热量以及满足机组的启动要求等,直
12:.
流锅炉都有其独特的启动系统,分离器则是启动系统中主要部件。
汽水分离器有内置式和外置式两种。外置式分离器只是在锅炉启、停阶段使
用,锅炉正常运行转干态后,将分离器从系统中切除。停炉时分离器再投入运行。
而内置式分离器无需切除、投入,在锅炉正常运行时,只是锅炉管路系统蒸汽通
道的一部分。我厂汽水分离器为内置式,在锅炉正常运行转干态后,无需将分离
器从系统中切除,它只是蒸汽的一个通道,所以,运行操作比较方便。
汽水分离器的作用
1、组成循环回路,建立启动流量。
2、实现汽、水分离,使分离出的水和热量得以回收,并提供过热器、再热器
的暖管及汽机冲转带负荷的汽源。
3、在启动时能起到固定蒸发点的作用,使汽温、给水量、燃料量的调节成为
互不干扰的独立部分。
4、它是提供启动和运行工况下某些参数的自动控制和调节信号的信号源。
分离器进、出口布置及汽、水分离原理
炉顶过热器进口联箱炉顶过热器进口联箱
水冷壁出口联箱水冷壁出口联箱
分离器上部分两层,设有水平切向布置的蒸汽引出管道,由连接管道把蒸汽
13:.
引向炉顶过热器进口集箱。在稍下部亦分两层设有四根成5度下倾角的切向引入
管。
由水冷壁出口集箱来的汽水混合物或微过热蒸汽,通过下部四根成5度下倾
角的切向引入管进入分离器。由于切向速度作用,汽水混合物旋转流动,离心力
把较大的水滴抛向分离器内壁面并顺流而下,而蒸汽垂直上升,通过上部四根蒸
汽管道进入炉顶过热器。为了防止蒸汽带水,在分离器筒体内蒸汽引出管下方装
有阻水盘,使在旋转气流中,部分被旋转汽流卷吸向上的水滴粒子,在上升过程
中遇到阻水盘,水滴粒子受阻而下沉,从而完成汽、水分离。
七、锅炉疏、放水及放气至锅炉大气扩容箱
1、水冷壁放气系统(以下放气门在锅炉70米及57米层)
省煤器放气门(57米)
12(HAC26电)
折焰角上联箱放气门(57米)
12(HAD53电)
炉本体放气总门(70米)
前墙出口联箱放气(无门)
锅炉大气扩容箱
左墙出口联箱放气(无门)
12
右墙出口联箱放气(无门)
悬吊管出口联箱放气(无门)
分离器出口放气(无门)
2、水冷壁放水系统()
14:.
折烟角下联箱放水门()
12
螺旋管出口联箱放水门()锅炉大气扩容箱
12
汽水分离器排水门()
12
3、过热汽放气系统(以下放气门在锅炉70米层)
炉A侧包复放气门(70米)
1
2
炉A侧包复放气门(70米)
34
炉A侧包复放气门(70米)
56
炉B侧包复放气门(70米)
12
锅炉大气扩容箱
炉B侧包复放气门(70米)
34
炉B侧包复放气门(70米)
56
前屏进口联箱A侧放气门(70米)
12(HAH59电)
前屏进口联箱B侧放气门(70米)
12(HAH63电)
前后屏联络管A侧放气门(70米)
12
前后屏联络管B侧放气门(70米)
12
高过进口A侧放气门(70米)
12
高过进口B侧放气门(70米)
12
4、再热器放气系统(以下放气门在锅炉70米及45米层)
15:.
高再进口A侧放气门(70米)
12
高再进口A侧放气门(70米)
34
高再进口B侧放气门(70米)
12
锅炉大气扩容箱
高再进口B侧放气门(70米)
34
高再出口联箱A侧放气门(70米)
12
高再出口联箱B侧放气门(70米)
12
高再进口B侧放气门(70米)
12
高再进口B侧放气门(70米)
34
低再进口A侧放气门(45米)
1
2
低再进口B侧放气门(45米)
12
5、锅炉疏水系统(以下疏水门在锅炉67米及45米层)
16:.
包复环箱疏水门(45米)
12(HAH31电)
顶过进口联箱疏水门(67米)
12
前屏进口联箱A疏水门(67米)
12
前屏进口联箱B疏水门(67米)
锅炉大气扩容箱
12
后屏进口联箱A疏水门(67米)
12
后屏进口联箱B疏水门(67米)
12
6、锅炉放水系统()
炉底环箱A侧放水门()
12
炉底环箱B侧放水门()
锅炉大气扩容箱
12
省煤器进口联箱放水门()
12
炉水回收箱
炉底环箱放水总门()
八、BD004、BD005、BD006开关条件
炉水回收泵出水总门BD004(电动门)
17:.
热井水位>1300mm
BD004关闭
炉水回收箱水位低低
×
BD004开允许
锅炉疏水至凝汽器热井调整门BD005(基地式气控门)
锅炉疏水至凝汽器喉部调整门BD006(基地式气控门)
BD006开启
炉水回收箱水温>60℃
BD005开启
×
九、启动系统运行控制
机组启动
1、锅炉进水炉前系统应先进行清洗,在除氧器出口水质含铁量<200PPb时可开
始向锅炉进水。
2、确认包复环形集箱疏水阀HAH31,前屏进口联箱空气门HAH59/HAH63A/B,折
焰角上联箱空气门HAD53和省煤器空气门HAC26及炉本体空气总门1/2均已开启。
3、手动开启分离器水位控制阀AA、AN隔离阀。
4、启动电动给水泵向锅炉进水,控制给水量在200~250t/h左右。
5、待分离器有水位出现时逐渐加大给水量至645T/H(省煤器入口流量)控制分
18:.
离器水位6、2~,将分离器水位控制自动投入。
6、关闭省煤器空气门HAC26和折焰角空气门HAD53。
7、锅炉进行循环清洗,当汽水分离器出口水质含铁量>200μg/L时应排放;含
铁量<200μg/L时进行回收,开启炉水回收泵出水总门BD004并闭锁,同时解锁
炉水回收泵A、B,观察其自启动正常。建立机组循环清洗。
8、当循环清洗进行到省煤器入口水质含铁量<50ppb,分离器出口含铁量<
100ppb时,锅炉清洗完成锅炉方可点火。
9、当汽水分离器压力,温度大于除氧器压力和给水箱温度时,开启ANB阀隔离阀
进行热量回收。确认分离器水位控制自动运行正常。
10、
空气门HAH59/HAH63及炉本体空气总门1/2。
11、当AN、AA调门关闭后,或分离器水位接近于零时,将BD004阀关闭并闭锁;
将炉水回收泵A、B停并闭锁。
12、负荷增至40%MCR,当分离器疏水流量,分离器水位为零,水位调整门AA、AN、
ANB均关闭,锅炉由湿态运行转入纯直流干态运行。
13、当负荷增至300MW时,将ANB隔离阀拉电。
机组停机
1、当负荷减到300MW时,ANB隔绝阀送电。
2、当负荷减至210MW时,分离器开始带水,此时应加强对给水流量的监视和调整。
开启ANB、AN、AA阀隔绝门,确认分离器水位控制在自动方式。
3、如果是短时停机消缺,应开启炉水回收泵出水总门BD004并闭锁,同时解锁炉
水回收泵A、B,进行炉水回收。
19:.
4、如果是机组大小修停机,则不必进行回收。
5、如需热炉放水(余热烘干保养,分离器压力在10bar、200℃左右时进行),
则开启下列有关伐门(7个):
炉底环箱A侧放水门()
12
炉底环箱B侧放水门()
锅炉大气扩容箱
12
省煤器进口联箱放水门()
12
炉水回收箱
炉底环箱放水总门()
思考题
1、什么是直流锅炉的启动流量和启动压力?
2、锅炉启动系统有哪些主要设备?系统流程?
3、锅炉启动系统的作用是什么?
4、分离器水位控制是如何实现的?AN、ANB、AA阀之间有何关系?
5、汽水分离器作用及结构、特点?阀门位置?
6、AN、ANB、AA阀现场如何开关?
7、省煤器的作用及结构特点是什么?
8、螺旋管圈的优缺点是什么?
9、锅炉放气、放水、疏水系统的主要阀门位置?如何进行锅炉放水?
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