一种超(超)临界机组的节能型快速启动方法

摘要

本发明公开了一种超（超）临界机组的节能型快速启动方法，该方法利用它源蒸汽加热给水，从而间接加热锅炉，减少锅炉启动时受热面的热应力，从而提高锅炉升温速率；同时被加热的高温给水经过节流和降压变成汽-液两相流，其流动冲刷作用远优于热态冲洗的效果，相当于锅炉在不点火的条件下就可完成热态冲洗，并在点火前完成整个受热面的预加热且达到一定压力。在锅炉点火后，由于水冷壁入口的欠焓被消除，水动力问题迎刃而解，从而可加速燃料的投入。与此同时，通过调节汽轮机旁路阀门的开度，控制主蒸汽和再热蒸汽的流量和升温升压速率，加快锅炉受热面的温升速率，当主蒸汽和再热蒸汽温度大于汽轮机暖阀温度时，便开始暖阀，使主机较早满足冲转条件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超（超）临界机组的节能型快速启动方法，属于火力燃煤发 电机组领域。

背景技术

随着燃煤电厂技术的日益成熟，以及节能减排等环保要求的不断提高，大型火 电机组已普遍采用超临界和超超临界参数。目前这些机组的启动方法，主要有以下 两种：疏水扩容式和带炉水循环泵式。在这两种启动方法中，锅炉进水前需要除氧 器加热投入，将给水加热至锅炉要求的上水温度（一般在105℃左右，不同锅炉厂 商对此有不同的规定），然后向锅炉上水；在锅炉上水同时对锅炉进行冷态冲洗； 当锅炉水质合格后启动风烟系统，在锅炉满足点火条件后启动燃油系统进行点火， 点火完成后锅炉进行升温升压；当水冷壁达到一定温度后（一般为150-190℃，不 同锅炉厂商对此有不同的规定），锅炉进行热态清洗。当锅炉水质合格后，加大燃 料量，锅炉再次进行升温升压，直到蒸汽品质合格且达到一定参数要求后，进行暖 阀操作，暖阀完成后，待主蒸汽、再热蒸汽的温度和压力达到汽轮机冲转要求，进 行冲转。

在上述传统的启动方法中，点火前锅炉进水温度低，使得启动初期锅炉各部件 温差会较大，导致热应力较大。为此，只能缓慢增加燃料量的投入、限制炉膛的热 负荷，而风机的启动存在最小风量（一般为30%），在炉膛热量本身有限的情况下， 风会带走大量热量，再加上省煤器、水冷壁本身巨大的蓄热量，因而锅炉升温升压 过程很慢。另外，在启动初期，由于给水温度低，过热器、再热器内尚无蒸汽流动， 处于“干烧”状态，即使当水冷壁温度超过100℃后，由于炉膛热负荷受限制，产 生的蒸汽流量也较少，为保护过热器和再热器，锅炉燃料加载速率也进一步受到限 制。而当水冷壁缓慢升温达到锅炉热态清洗条件时，该过程也会耗时较长，再加之 后续的暖阀过程等，所有这些，都导致了机组采用传统启动方法的时间较长，因此， 燃料量及厂用电的消耗也会较大。

并且，上述传统启动的方法，在点火后，较低的给水温度造成了省煤器变成了 巨大的“冷却器”，排烟在省煤器内被冷却而造成一、二次风不能在空气预热器得 到有效加热，从而恶化了燃烧条件，由于一、二次风温较低，不易满足投粉条件， 对传统点火方式来说，这势必导致助燃油量增加，使得启动成本进一步上升。

为了减少锅炉启动燃油等的消耗，降低成本，很多电厂已经开始尝试各种新型 锅炉点火方式来达到启动时少用油甚至不用油的目的，如采用等离子点火方式和小 油枪点火方式。但是，采用等离子或小油枪燃烧器后，并未缩短机组启动时间，只 是以燃煤替代了一定的燃油，但同时也带来了一系列安全问题，诸如煤粉燃烬率低， 从而危及锅炉尾部空预器等设备的安全；火焰燃程长，直接冲刷受热面，而尚无蒸 汽流动的过热器、再热器处于“干烧”状态，极易造成这些受热面的永久性伤害等 问题。

通常大型超（超）临界机组冷态启动从点火到并网需要8-10小时左右，启动 中所消耗的煤、燃油、厂用电较大。以某发电公司的900MW超临界机组为例，一次 启动所消耗的燃油、燃煤及厂用电数量如表1所示。

表1900MW超临界机组冷态启动各项消耗量

中国专利ZL200710046959.9及ZL200710046960.1提供了“疏水扩容启动直流 锅炉邻汽加热锅炉的启动方法”和“带炉水循环泵直流锅炉邻汽加热锅炉的启动方 法”，在待启动机组的高压加热器上连通一路有可接收它源加热蒸汽的蒸汽管道， 用来加热锅炉的给水，间接加热锅炉受热面，在受热面金属温度达到与所述它源蒸 汽的饱和温度的温差小于规定值（所述规定值是规程中规定的）时，加大给水流量 至最低点火流量以上，启动锅炉的风烟系统，锅炉点火，当一、二次风温满足投粉 条件时启动制粉系统，当汽水品质合格后，蒸汽温度和压力满足冲转条件，机组冲 转。

常磊等人披露了汽轮机的高压旁路系统在冷态启动时的一种运行方式：锅炉点 火前，高压旁路调节阀预置一个最小开度Ymin（20%左右），保证锅炉产生的蒸汽能 够流过过热器和再热器（超临界直流锅炉启动系统和汽轮机旁路系统的研究，《电 站系统工程》，2005年第21卷第1期）。实际上，若不采用邻汽加热方式，在锅炉 点火初期，由于水冷壁内的工质温度较低，锅炉各部件的热应力较大；此时过热器、 再热器依然会处于“干烧”状态，为了减少锅炉各部件的热应力及降低“干烧”对 锅炉造成的损害，锅炉升温升压速度依然只能很慢，所以采用该方法启动时，机组 启动所用的时间依然很长，燃料、厂用电消耗量依然巨大。

因此，本领域中现有的火电机组启动方法还有待于在安全性、节能降耗、启动 速度等方面做进一步改善。

发明内容

鉴于现有机组启动技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种可靠性高、 启动时间短、成本低的节能型快速启动技术。

本发明提供的一种超（超）临界机组的节能型快速启动方法，特点之一：在现 有“疏水扩容启动直流锅炉邻汽加热锅炉的启动方法”（专利号ZL200710046959.9） 及“带炉水循环泵直流锅炉邻汽加热锅炉的启动方法”（专利号 ZL200710046960.1）的基础上（即利用它源蒸汽加热给水，从而加热锅炉），进一 步调节省煤器进口阀，使得高温给水经过节流及降压作用形成汽-液两相流，利用 汽水两相流对金属壁面的强烈冲刷作用，在加热锅炉的同时完成热态清洗。这种方 法的清洗效果远优于常规热态冲洗，相当于锅炉在不点火的条件下就已提前完成热 态冲洗过程，并完成整个受热面的预加热且达到一定压力，故可大大节省机组启动 时间。

本发明提供的一种超（超）临界机组的节能型快速启动方法，特点之二：消除 了一切限制锅炉热负荷快速增加的因素，尤其是低热负荷阶段的水动力问题、“干 烧”问题和稳燃问题。由于点火前进入水冷壁的工质呈两相流，欠焓为零，消除了 水动力问题。与此同时，在水冷壁出口呈两相流的工质经汽水分离器，分离出的蒸 汽流入过热器，在经过旁路后流入再热器。从而彻底杜绝了点火后对流受热面的“干 烧”状态，故在点火后即可大大加速燃料量、特别是燃煤量的投入。而在点火前开 启送、引风机进行炉膛吹扫时，已被蒸汽和高温热水加热的过热器、再热器和省煤 器，成为了硕大无比的暖风器，反向加热了流出炉膛的空气，此热风在空预器中又 加热了进风，从而形成良性循环，在锅炉点火时就在炉膛内形成了热风、热炉的热 环境，极大地改善了燃烧条件。为确保既快速又安全，通过调节汽轮机旁路阀门的 开度，控制主蒸汽和再热蒸汽的流量和升温升压速率，使其尽可能接近甚至达到锅 炉厂家的限定值，加快锅炉受热面的温升速率，当主蒸汽和再热蒸汽温度大于汽 轮机暖阀温度时，便开始暖阀，使主机较早满足冲转条件，从而可显著缩短机组 启动时间。

本发明提供的一种超（超）临界机组的快速启动方法，包括：

（a）采用辅汽加热除氧器（含除氧水箱）的同时，对给水泵进行暖泵；

（b）当给水泵满足启动条件后，启动给水泵。利用它源蒸汽在高压加热器中加热 给水；适量开启省煤器进口阀进行锅炉上水并对锅炉进行加热，高温给水经节流和 降压后逐步形成汽-液两相流。利用汽-液两相流对金属壁面的冲刷作用，在加热锅 炉的同时完成热态清洗过程；

（c）当给水温度接近加热极限时（它源蒸汽压力对应的饱和温度）且水冷壁出口 达到一定压力，加大给水流量至最低点火流量以上，启动风烟系统，待吹扫程序完 成后即可进行锅炉燃油点火，由于水冷壁入口已无欠焓，即无水动力之忧，燃油点 火后可迅速将大部分油枪投入。而后开启一次风机，当一次风温满足投粉条件时即 启动制粉系统，并快速增加燃煤热负荷，在燃煤热负荷高于最低断油热负荷时切断 燃油；

（d）调节汽轮机高、低压旁路阀门的开度，实现锅炉升温升压速率的控制，当主 蒸汽和再热蒸汽温度大于汽轮机规定的暖阀温度时便开始暖阀，使主机较早满足冲 转条件。

较佳地，步骤a可以采用锅炉静压上水方式，即利用除氧器内的压力能及其 本身位能，不启动给水泵，完成锅炉上水过程，由于除氧器内的饱和水温远高于冷 态清洗温度，清洗效果会远优于冷态清洗，这可替代部分热态清洗过程。

较佳地，步骤b可通过调节它源蒸汽进入高压加热器的压力、流量，以满足 锅炉水冷壁等受热面温升速率的要求。

较佳地，步骤b可在大气式扩容器疏水箱后设置一路管道及增压泵，接至除 氧器，以回收给水工质。

较佳地，步骤b可在汽水分离器疏水箱后设置一路管道及调节阀，接至除氧 器，以回收给水工质及其热量。

较佳地，步骤d通过控制汽轮机旁路阀门开度来控制主蒸汽和再热蒸汽的流 量和升温升压速率，使其尽可能接近甚至达到锅炉厂家的限定值。

较佳地，当待启动机组启动完毕后，自身机组正常工作抽汽的压力达到它 源加热蒸汽压力时，可停止它源加热蒸汽，恢复正常用汽。

当待启动机组为冷态、温态启动时，依次执行上述所有步骤。

当待启动机组为热态启动时，步骤a、b可同时进行，然后再依次执行步骤c、 d。

当待启动机组为极热态启动时，所述方法还包括在所述锅炉炉膛吹扫、锅炉受 热面降温的同时，利用它源蒸汽在高压加热器中加热给水，待水冷壁与给水温度温 差小于规定值时，再依次执行步骤c、d。

本发明中提到的“它源加热蒸汽”是指来自邻近的另一台机组或者蒸汽发生装 置。通常容量大于50MW机组都有蒸汽压力约为3.7MPa-6MPa的抽汽（其对应饱和 温度约为245℃-275℃），用此压力的抽汽能把给水加热至240℃以上，这就能大大 提高启动阶段的给水温度。

本发明提供的一种超（超）临界机组节能型快速启动方法，具有如下优点：

1、锅炉点火前阶段。以给水作为热量载体，通过它源蒸汽加热给水，将锅炉均 匀加热到较高温度，相当于使锅炉的汽水系统由冷态启动转为热态启动，将常规 启动方法中锅炉点火初期的升温升压过程提到锅炉点火前完成，从而大大节省 了该阶段的启动时间；然后利用省煤器进口阀对进入锅炉的高温给水进行节流使 之成为汽-液两相流，由于两相流对金属表面污垢的冲刷和清洗作用远远优于单相 水流，因此实际的清洗效果将远优于传统的热态清洗方式，即将常规启动方法中锅 炉的热态冲洗环节提到锅炉点火前完成，故又相对节省了该环节的启动时间，由于 两相流的冲洗效果好，还可缩短冲洗时间，相对节约循环清洗水量；与此同时，汽 －液两相流在汽水分离器进行分离，分离出的蒸汽进入过热器和再热器，避免了这 些对流受热面的“干烧”，有利于设备安全性及加速燃料量的投入；另外，锅炉受 热面在点火前阶段已均匀达到较高温度，因而在点火时可减少锅炉启动时受热面的 热应力，并且，水冷壁入口的欠焓被消除，水动力问题也迎刃而解。

对于常规的启动方式，即使是极热态启动，由于进水温度仅105℃左右，使省 煤器成了硕大的“烟气冷却器”，使流出省煤器的烟气温度大大降低，也使点火初 期空预器的出口风温大大降低，极大地恶化了低负荷阶段的炉膛稳燃性能。而采用 本启动方式后，在点火前开启送、引风机进行炉膛吹扫时，已被蒸汽和高温热水加 热的过热器、再热器和省煤器，成为了硕大无比的暖风器，反向加热了流出炉膛的 空气，此热风在空预器中又加热了进风，从而形成良性循环，在锅炉点火时就在炉 膛内形成了热风、热炉的热环境，极大地改善了燃烧条件。所有这些都为后续锅炉 点火阶段燃料加载速率的提升打下了基础。

2、锅炉点火阶段。由于在锅炉点火前阶段就已消除诸如锅炉热应力大、水动 力性差、对流受热面内无蒸汽或蒸汽流量少等限制锅炉热负荷快速上升的因素，因 此，该阶段可快速提升锅炉受热面的温升速率，在点火初期，通过燃油来提升锅炉 热负荷，由于给水在暖炉时就已先加热了过热器、再热器和省煤器，使之成为巨大 的“暖风器”，排烟依次经过过热器、再热器和省煤器受热，并通过空预器加热了 一次风、二次风，因而，短时间内即可满足投粉条件，大大缩短了投油时间，节省 了燃油量，并极大地改善了锅炉的点火和稳燃条件，提高了启动安全性。随后，在 锅炉升温升压过程中，为确保既快速又安全，通过调节汽轮机旁路阀门的开度，控 制主蒸汽和再热蒸汽的流量和升温升压速率，使其尽可能接近甚至达到锅炉厂家 的限定值，当主蒸汽和再热蒸汽温度大于汽轮机暖阀温度时，便始暖阀，使主机 较早满足冲转条件。

综上，本发明提供的一种超（超）临界机组节能型快速启动方法可大幅度缩短 机组启动时间、从而降低启动过程中燃料、厂用电等消耗，减少机组启动成本。 并且还可大大提高机组启动及设备安全性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的第一具体实施例示意图。

图2是本发明的第二具体实施例示意图。

图3是本发明的第三具体实施例示意图。

其中，1-辅汽调节阀；2-除氧器；3-暖泵门；4-给水泵；5-它源加热蒸汽调节 阀；6-高压加热器；7-省煤器进口阀；8-省煤器；9-再热器；10-过热器；11-锅炉； 12-水冷壁；13-汽水分离器；14-汽水分离器疏水箱；15-调节阀；16-大气式扩容 器及疏水箱；17-高压旁路调节阀；18-低压旁路调节阀；19-高压缸；20-中压缸； 21-低压缸；22-凝汽器；23-发电机；24-调节阀；25-增压泵。

具体实施方式

下面以某采用一次再热、疏水扩容式的超超临界机组作为第一实施例，具体 描述本发明的超（超）临界机组的节能型快速启动方法（本发明专利的节能型快 速启动方法同样适用于采用二次再热、炉水循环泵式的机组，此处不再单独列出， 但应都在本发明专利保护范围内），如图1所示。这里的超（超）临界机组是本行 业的惯用称呼，用于表示超临界机组和超超临界机组。

在该第一具体实施例中，它源蒸汽压力为6MPa。其具体启动方法包括以下 步骤：

步骤一、含除氧水箱的除氧器2进水后，开启辅汽调节阀1利用辅汽加热除氧 器2中的给水；同时，开启给泵暖泵门3，对给水泵4进行暖泵；

步骤二、当给水泵4满足启动条件后，启动给水泵4，开启它源加热蒸汽调节 阀5加热高压加热器6中的给水；当给水温度接近250℃时，维持该温度并适量开 启省煤器进口阀7进行锅炉上水并对锅炉进行加热,使得高温给水经过省煤器进口 阀的节流和降压作用形成汽-液两相流，利用汽-液两相流对金属壁面的强烈冲刷作 用，在对锅炉进行加热的同时完成热态清洗过程；

步骤三、当给水温度接近它源蒸汽压力对应的饱和温度，在本具体实施方式 中为250℃，且水冷壁出口达到一定压力时，加大给水流量至最低点火流量以上， 启动所述锅炉11的风烟系统，待吹扫程序完成后即可进行锅炉燃油点火，由于水 冷壁入口已无欠焓，即无水动力之忧，燃油点火后可迅速将大部分油枪投入。而后 开启一次风机，当一次风温满足投粉条件时即启动制粉系统，快速增加燃煤热负荷， 在燃煤热负荷高于最低断油热负荷时切断燃油；

步骤四、调节汽轮机高压旁路调节阀17、低压旁路调节阀18的开度，实现锅 炉升温升压速率的控制，使其贴近锅炉规定的速率限值，当主蒸汽和再热蒸汽温度 大于汽轮机规定的暖阀温度时便开始暖阀，使主机较早满足冲转条件。

较佳地，其中所述步骤（b）之前，采用锅炉静压上水方式，即利用除氧器 内的压力能及其本身位能，不启动给水泵，完成锅炉上水过程，由于除氧器内的饱 和水温远高于冷态清洗温度，清洗效果会远优于冷态清洗，这可替代部分热态清洗 过程。另外，步骤b可通过调节它源蒸汽进入高压加热器的压力、流量，以满 足锅炉水冷壁等受热面温升速率的要求。

采用本发明的启动方法后，某电厂1000MW机组的三次冷态启动中各项消耗 值如表2所示。

表2采用节能型快速启动方法后机组冷态启动时的各项消耗值

表3给出了采用本发明节能型快速启动方法前后各项参数的比较，从中可 以看出，采用本发明的快速启动方法后，机组的节能、降耗效果是非常明显的。

表31000MW机组采用节能型快速启动方法与900MW机组传统启动方法的比较

如图2为本发明的第二具体实施例，本实施例与上述第一实施例的方法基本相 同，区别在于增设了大气式扩容器及疏水箱16至除氧器2的管路及管路上的增压 泵25，以回收给水工质。所以较佳地，步骤b可在大气式扩容器疏水箱后设置一 路管道及增压泵，接至除氧器，以回收给水工质。

图3为本发明的第三具体实施例，本实施例与图1的区别在于，是增设了汽水 分离器疏水箱14至除氧器2的管路及管路上的调节阀24，以回收给水工质及热量。 相对图2来说，本实施例不仅可回收给水工质，亦可回收部分给水热量，但是需采 用高压的调节阀24，初投资相对会增加。所以较佳地，步骤b可在汽水分离器疏 水箱后设置一路管道及调节阀，接至除氧器，以回收给水工质及其热量。

较佳地，步骤d通过控制汽轮机旁路阀门开度来控制主蒸汽和再热蒸汽的流量 和升温升压速率，使其尽可能接近甚至达到锅炉厂家的限定值。

较佳地，当待启动机组启动完毕后，自身机组正常工作抽汽的压力达到它源 加热蒸汽压力时，可停止它源加热蒸汽，恢复正常用汽。

其中当所述待启动机组为冷态、温态启动时，依次执行上述步骤。

其中当所述待启动机组为热态启动时，步骤a、b可同时进行，然后再依 次执行步骤c、d。

当待启动机组为极热态启动时，所述方法还包括在所述锅炉炉膛吹扫、锅 炉受热面降温的同时，利用它源蒸汽在高压加热器中加热给水，待水冷壁与给 水温度温差小于规定值时，再依次执行步骤c、d。

本发明中提到的“它源加热蒸汽”是指来自邻近的另一台机组或者蒸汽发生装 置。通常容量大于50MW机组都有蒸汽压力约为3.7MPa-6MPa的抽汽（其对应饱和 温度约为245℃-275℃），用此压力的抽汽能把给水加热至240℃以上，这就能大大 提高启动阶段的给水温度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员 无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领 域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的 实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。