锅炉启动系统培训教材.doc

锅炉启动系统培训教材一、概述启动系统是为解决直流锅炉启动和低负荷运行而设置的功能组合单元，它包括启动分离器、启动循环泵及其它汽侧和水侧连接管、阀门等。其作用是在水冷壁中建立足够高的质量流量，实现点火前循环清洗，保护蒸发受热面，保持水动力稳定，还能回收热量，减少工质损失。启动系统按正常运行时须切除和不切除分为两类，即外置式和内置式。二、启动分离器和贮水箱 本锅炉启动分离器系统为内置式。锅炉负荷小于30%B-MCR直流负荷时，分离器起汽水分离作用，分离出的蒸汽进入过热器，水则通过连接管进入贮水箱，贮水箱中的水由二只水位控制阀控制排入扩容器或与给水混合后进行再循环，以保证水冷壁中的最小流量为30%BMCR。锅炉在30%BMCR负荷以上运行时，分离器呈干态运行，只作为一个流通元件，分离器按锅炉全压设计。启动分离器为立式筒体，共四只，布置在锅炉前部的上方，分离器设计压力29.6MPa，设计温度是440，分离器外径为762mm，壁厚为120mm（理论计算最小壁厚为113.46mm），筒身高度为2600mm，材料为15CrMoG。从水平烟道出口集箱出来的介质由6根下倾15的切向引入管引入分离器内。在分离器的底端轴向布置有一根出口导管，将分离出来的水引至贮水箱；在分离器的上端轴向也布置有1根出口导管，将蒸汽引至顶棚过热器入口集箱。图2-3-1 启动分离器贮水箱共一只，也为立式筒体，外径为762mm，壁厚为120mm，高度为21000mm，材料为SA-335P12，在其下部共有4根径向导管分两层引入四只分离器的疏水。通过水位控制阀的控制，贮水箱内保持一定的水位，为分离器提供稳定的工作条件。贮水箱悬吊于锅炉顶部框架上，下部装有导向装置，以防其晃动。三、启动系统本锅炉启动系统为内置式带再循环泵系统。启动系统是为了满足锅炉在启动过程中和低负荷以再循环方式运行，此时工质流程是：水从省煤器入口集箱进入，经过省煤器、炉膛到汽水分离器，经汽水分离后，分离下来的水通过分离器下部的贮水箱由再循环泵再次送入省煤器，分离出来的蒸汽进入顶棚包墙系统，然后依次流经一级过热器、二级分隔屏过热器和末级过热器，最后由主汽管道引出。当机组负荷达到最低直流负荷以上（30%B-MCR负荷或以上）时，锅炉由再循环运行方式转入直流运行方式，启动系统退出运行转入热备用状态。此时进入锅炉的给水量与进入汽机的蒸汽量相等。在锅炉启动时，首先对锅炉上水，并进行相应的排气（汽）。启动再循环泵，再循环管路投入运行。打开溢流管路调节阀，维持5左右的疏水量，打开给水旁路调节阀，维持5左右的给水流量。此时流经锅炉水冷壁的给水由两部分组成：5%的给水25再循环流量。如果所有的联锁保护就绪，锅炉就可以点火。在过热器和再热器建立足够的蒸汽流量之前，燃料的投放量一定要控制，以避免出现超温现象。当过热器和再热器内的流量大约为最大流量的20%时，减温器可以投入运行来控制蒸汽温度。随蒸汽流量的增加，给水泵逐渐加大负荷以维持锅炉负荷增加的需要。当汽机主汽阀前的蒸汽压力和温度达到汽机冲转所需的最低值，汽机进行冲转。随着燃烧率的增加和锅炉负荷的提高，进入汽水分离器内的工质干度逐渐增加，冷凝水量逐渐减少，贮水箱内的水位逐渐降低，布置于再循环泵出口的流量调节阀随之关小，再循环流量相应减少。当锅炉负荷提高到本生点以上时，进入汽水分离器内的工质全部转换为干蒸汽，贮水箱水位下降到循环泵控制水位范围的最低值，循环泵出口调节阀关闭，锅炉转为干态直流运行。此时，循环泵并不是马上关闭，而是通过最小流量管路维持运行，当锅炉负荷上升到约3335%BMCR时，循环泵关闭，同时启动系统开启暖管管路，对循环泵、溢流阀及管路进行暖管，保证这些设备处于可随时投运的热备用状态。锅炉停炉过程与启动过程相类似，当锅炉负荷降低到约3335%BMCR时，首先开启再循环泵，通过泵的最小流量管路维持其运行。随着锅炉负荷继续降低，进入分离器的工质的过热度越来越小，当锅炉负荷降低到本生负荷及以下时，随锅炉燃烧率的降低，进入分离器的工质逐步由微过热蒸汽降到饱和蒸汽及湿蒸汽，锅炉由直流运行方式转为再循环运行方式。此时，省煤器及水冷壁内的工质流量维持约30%BMCR不变，从水冷壁出来的汽水混合物在分离器内进行汽水分离，分离出来的饱和蒸汽进入到过热器系统继续被加热，而分离下来的饱和水则进入到贮水箱，经循环泵打回到给水管道进行再循环，与系统给水混合后满足30%BMCR左右的锅炉水冷壁最低工质流量要求，同时保持贮水箱中液面的高度要求。再循环流量的大小是由布置在循环泵下游的水位调节阀根据贮水箱的水位进行控制。由于存在暖管流量，在再循环泵启动前贮水箱可能存在一定的水位，在暖管管路上设有调节阀，该调节阀主要用于控制进入疏水管路中的暖管水流量，使之与贮水箱中的蒸发量相匹配，避免因暖管流量的引入造成贮水箱水位过高，可开启喷水旁路管道（至过热器二级减温水）来控制启泵前的贮水箱水位，以保证循环泵能够顺利启动。随着锅炉负荷的下降，由分离器分离下来的水量越来越多，而锅炉供汽量越来越小。此时，根据水位的变化逐步开大再循环泵出口调节阀以增加再循环流量，同时应逐渐降低给水流量，锅炉负荷逐渐降低，直到停炉。图2-3-2 启动系统图启动系统由如下设备和管路组成：1）启动分离器及进出口连接管；2）贮水箱；3）溢流管及溢流阀；4）疏水扩容器；5）再循环泵及再循环管路；6）最小流量管路；7）过冷管；8）循环泵暖管管路；9）溢流管暖管管路；10）压力平衡管路。主要部件和管道的用途： 1）分离器及其引入与引出管系统：启动期间由水冷壁出口集箱引出的两相介质由引出管引至四只汽水分离器。工质在分离器中在离心力的作用下进行汽水分离，由分离器顶部引出蒸汽，在分离器内装有脱水装置，以防止蒸汽带水进入过热器管中。炉水由四只平行工作的分离器底部引出送往立式贮水箱。2）贮水箱：它起到炉水的中间贮藏作用，在分离器下部的水空间及四根通往贮水箱的连接管道应包括在贮水系统的容量内，其尺寸能够保证贮水系统能贮藏启动期间在打开各水位调节阀和闭锁阀前的全部工质，以保证过热器无水进入。3）由疏水箱底部引出的再循环管道，它连接进入循环泵的入口，它的容量按锅炉BMCR流量的35%设计。4）通往锅炉疏水扩容器的溢流支管及其两只高水位调节阀和闭锁阀：用于初次启动和较长期停炉后启动前用凝结水清洗给水系统和省煤器、水冷壁系统。当流量大或清洗后的水质不合格不能进行再循环时，必须通过此溢流管送往扩容器。另外，当机组启动初期，水冷壁出现汽水膨胀现象，导致分离器贮水箱中水位急剧上升，也必须打开高水位和高高水位调节阀，将工质送往扩容器系统。它的容量按满足锅炉各态启动溢流要求。5）热备用暖管：其用途是当锅炉转入直流运行后有少量省煤器出口炉水至通往扩容器的管道，以使管道保持在热备用状态下。6）自省煤器入口到循环泵入口管道的冷却水连接管，流量约为泵流量的12%。其目的是使进入循环泵的再循环炉水有一定的过冷度，避免在循环泵的叶片上发生汽蚀现象。7）循环泵旁路管：泵出口到储水箱的循环泵最小流量的旁路管，以保证在锅炉低循环流量时，循环泵可维持最低安全流量。8）扩容器：用于承接贮水箱在高水位与高高水位时的疏水、热备用状态时的少量疏水、部分负荷运行时一旦贮水箱出现高水位时的疏水以及过热器、再热器、省煤器、水冷壁、吹灰器和排空气系统等的疏水。其容积应满足启动前冷态、温态大流量水冲洗和启动初期水冷壁出现汽水膨胀时分离器系统大流量疏水的需要。9）冷却箱：用于承接来自扩容器产生的冷凝水。启动分离器为立式筒体，从水冷壁出口集箱出来的介质经6根下倾15的切向引入管在分离器的上部引入，在最低直流负荷下汽水混合物在分离器内高速旋转，并靠离心作用和重力作用进行汽水分离。在分离器内的中部偏上位置布置有脱水装置，其作用是消除介质旋转和向下的动能，使分离器及与之相连的贮水箱中的水位稳定。在分离器的上端布置有蒸汽消旋装置并也连接1根出口导管，将蒸汽引至顶棚入口集箱。每只分离器通过两根吊杆悬吊在锅炉顶板上。本锅炉贮水箱和4只分离器平行、并联布置，因此分离器和分离器出水管都提供一定的有效贮水容积，使得贮水箱的体积相对减小。由于贮水箱和分离器并联可能因相互间的压力不均衡而引起各自的水位波动，因此在贮水箱上部引出4根压力平衡管与分离器相连来保持压力的平衡。在贮水箱的底端布置有水消旋器并连接一根出口导管，将分离出来的水引至再循环泵入口管道。贮水箱中水被再循环泵循环排至省煤器入口管道，与给水混合以维持水冷壁中的最低质量流量，或当水位高出循环泵的控制区段经溢流管上溢流阀排到疏水扩容器中。贮水箱沿高度从下到上分成如下几个控制区段：从最低的水侧水位取样点开始向上的1.8m。此区段为保护循环泵的最小水位；7.20m的循环泵出口的再循环管路调节阀的控制区段；0.7m自由区段；6.0m溢流阀控制区段；到最高的汽侧水位取样点为止的2.20 m的备用区段。再循环泵出口调节阀根据贮水箱中的相应水位将再循环流量控制在030%BMCR范围。溢流阀的动作和调节同样根据贮水箱中相应的控制水位范围来进行的。贮水箱出口的2个疏水分别为水冲洗管路和溢流管路，水冲洗管路上的电动闸阀在锅炉正常启动后将使其闭锁，以避免对疏水扩容器造成冲击。溢流管路上的溢流调节阀在整个亚临界压力范围内都可以投用，控制逻辑将其设计在压力大于20MPa时闭锁。下图为循环泵和溢流调节阀的水位控制的原理。水冲洗管路上设置有手动闸阀和电动闸阀各1只。溢流管路上设置有手动闸阀、电动闸阀、启动调节阀（即溢流调节阀）各1只。由于锅炉启动过程中汽水膨胀发生的时间短，在贮水箱中水位升高迅速，因此要求溢流调节阀的动作时间快，溢流调节阀全开关时间为1020s。图2-3-3 启动再循环泵控制水位的范围图2-3-4 溢流调节阀控制水位的范围锅炉启动过程中为避免因负荷变化率过大而使贮水箱产生过大的应力，在贮水箱上设置了两只热电偶分别监测内、外壁金属温度。通过监测温度变化率来限制机组的负荷变化率。贮水箱内外壁温差限制在25以内，内壁金属温度变化率限制在5/min，超过以上限制值将报警。贮水箱悬吊于锅炉顶部框架上，下部装有导向装置，以防其晃动。贮水箱的出口设有消旋器，并直接与循环泵吸入管连接。在泵吸入管上布置有来自给水操纵台后给水管道引出的循环泵过冷水管路。当循环泵运行时，用来自给水管道的给水与贮水箱中的近饱和水混合，避免循环泵入口发生汽蚀。在循环泵入口前的吸入管上布置有热电偶，监控泵入口水温。如果贮水箱运行压力下的饱和水温度与泵吸入管中水温相差小于20，过冷管上的电动截止阀打开，温差大于30时该阀关闭。过冷管的设计通流能力为3%BMCR，并在管路上装有一只流量元件，用于监测过冷水流量。再循环泵为德国KSB公司制造的湿式马达炉水循环泵，随泵本体供货的还有泵马达高压冷却器、泵马达腔温度计、泵壳表面热电偶、高压冷却器低压冷却水流量开关等。循环泵垂直安装，泵壳直接与泵吸入管焊接连接，马达在泵壳的正下方，其间有热屏装置隔绝热量，马达和泵壳通过螺栓连接。泵中充满炉水，压力与系统运行压力相同。循环泵悬吊在吸入管正下方，可自由向下膨胀，因此可以避免因膨胀受限而产生的附加应力。循环泵泵壳上的排放管接头与再循环管连接，泵中排出的水通过再循环管路排到省煤器入口前的给水管道中。再循环管路上沿流动方向依次布置有流量测量元件、调节阀、电动闸阀和止回阀。调节阀的调节流量与贮水箱中的水位关系见前图。在再循环管路上引出一根最小流量管路接至贮水箱底部，用于保证循环泵运行所需的最小流量。最小流量管路上布置有一只电动截止阀。在泵运行时，当再循环流量小于37.7kg/s时，电动截止阀打开，当流量大于57kg/s时电动截止阀关闭。当循环泵停运时，电动截止阀将自动关闭。