CN104949095A - 一种超临界直流锅炉节能运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，该方法通过确定合适的给水流量、控制燃料投用速率、采用氨、联氨钝化保护法加强锅炉水系统内部保护，缩短了超临界直流锅炉启动初期炉水品质达标时间，减少了炉水外排量及热水热量损失。该方法可大幅度缩短机组启动时间、从而降低启动过程中除盐水、燃料、厂用电等消耗，减少机组启动成本，达到节能的目的。

Description

一种超临界直流锅炉节能运行控制方法

技术领域

本发明涉超临界直流锅炉技术领域，特别是指一种超临界直流锅炉节能运行控制方法。

背景技术

直流锅炉的启动过程：启动初期，全部受热面用于加热水，工质相态没有发生变化，锅炉出水流量等于给水流量；随着燃料投入量的增加，水冷壁内工质温度逐渐升高，随即出现工质膨胀现象，当产汽点后部的受热面内水被汽水混合物代替后，锅炉排出工质流量回复到等于给水流量；锅炉出口工质变成过热蒸汽时，锅炉受热面形成水加热、水汽化及蒸汽的过热3个区段。

超临界直流锅炉没有汽包，也就没有炉内水处理过程，所以对给水的质量要求很高，水经过初处理后再进行精处理。超临界直流机组的容量大，启动过程中消耗的水量大。超临界直流锅炉目前国内有两种设计形式，一种为设置有炉水循环泵的直流锅炉，一种为未设置炉水循环泵的直流锅炉；采用带有循环泵的超临界锅炉的启动系统，能加快机组启动速度，从而达到节能降耗减排的目的。但是由于炉水循环泵的工作环境恶劣，国产炉水循环泵的可靠性尚不尽如人意，而进口炉水循环泵的价格高的惊人，且故障率也较高，一旦出现故障后需要返厂修理，故维修成本较大。带有循环泵的启动系统投资大，运行操作复杂，转动部件的运行和维护要求高。而无炉水循环泵的启动系统虽然比带炉水循环泵的启动系统运行经济性差但系统简单，投资少，运行操作方便并且容易实现自动控制，维修工作量少，因此电厂多采用无炉水循环泵启动系统。

与有炉水循环泵的超临界锅炉比较，无炉水循环泵超临界锅炉在启停过程中存在以下几个方面问题：

1.给水流量控制不当造成热水外排

启动流量越大，工质流经受热面的质量流速也越大，这对受热面的冷却，改善水动力特性都是有利的，但工质的损失及热量损失也相应增加，同时启动旁路系统的设计容量也要加大。反之，启动流量过小，受热面冷却和水动力稳定就得不到保证，因此，选择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，启动流量尽可能选择得小一些。但是省煤器入口流量降低后与流量保护定值余度太小，给锅炉运行控制带来很大困难，而且由于流量降低可能会造成水冷壁流量不均匀，存在水冷壁局部超温的问题，危及到锅炉的安全。这就造成了对运行控制的高要求，操作不当极易造成炉水外排及热量损失。

2.汽水膨胀期水位波动造成热水外排

直流炉的启动过程中：工质加热、蒸发和过热3个区段是逐步形成的，启动初期，分离器前的受热面起加热水的作用，水温逐步升高，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，但在其后部的受热面中的工质仍然为水。由于蒸汽比容比水大很多，引起局部压力升高，将后部的水挤压出去，使锅炉出口工质流量大大超过给水流量。这种现象称为工质膨胀现象。当蒸发点后部受热面中的水被汽水混合物替代后，锅炉出口工质流量才恢复到和给水流量一致。

启动过程中随着燃料投放量的增加，水冷壁温度逐渐升高，随之产生汽水膨胀现象，结果导致启动分离器的水位和疏水量发生较大的波动；启动过程中工质膨胀量的大小与分离器的位置有关，分离器前受热面越多膨胀量越大；与启动压力有关，较高的启动压力可减少膨胀量；与启动流量有关，随着启动流量的增加膨胀流出量的绝对量增加；与给水温度有关，给水温度降低，蒸发点后移，膨胀量减弱；与燃料投入速度有关，燃料投入速度愈大，膨胀量愈大；与锅炉型式有关，一次上升型直流炉膨胀量小，而螺旋上升型直流炉膨胀量大。

3.停机后保养不当造成给水浪费及热量的损失

锅炉启动过程节水主要是减少水冲洗，及水质合格后及时回收。而要减少水冲洗的时间和排出量，就必须强调锅炉停运后的水系统管内部保护。因为在启动期间合格的水是可以通过启动系统排至凝汽器热井回收利用的，所损失的主要是热量。炉水不合格时，冲洗时间长，冲洗水量大，且此时的水不能回收至凝汽器中，必须排至循环水中或排至地沟，从而变成了低品质的水而造成损失。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况，提出了一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，解决超临界直流锅炉启停过程中存在以下三个问题，第一，控制给水流量不当造成热水外排；第二，汽水膨胀期水位波动造成热水外排；第三，停机后保养不当冲洗时间过长，造成的给水浪费及热量损失。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)锅炉点火准备：以水冷壁水不流动时其管壁所能承受的最高温度为起点，调整直流锅炉最低启动给水流量，将储水罐水位调整可检测到的最低水位；

(2)锅炉点火：采用等离子拉弧引燃煤粉点火，或油枪投入点火；

(3)锅炉点火后至给水达到100℃饱和温度阶段：在水冷壁出口温度0-99℃时，停止向炉内注水；利用分散控制系统监视水冷壁受热面监测点的温度，同时解除给水流量最低保护；

(4)调整燃料投放速度：分离器出口压力达到1.1-2.0MPa时，等离子点火方式的燃煤投入速度为2-4t/h；油枪投入点火方式，退出1-2只油枪；

(5)汽水膨胀期后：以给水流量为12％-15％BMCR连续向锅炉内注水；

(6)锅炉停机后：放尽炉水，注入用凝结水或给水配制氨水溶液；或锅炉停用后不放水，利用省煤器将锅炉受热面的水中投入联氨或氨，使锅炉内水质联氨或氨的过剩量，PH值为9.5-10.5。

进一步地，所述步骤(1)中水冷壁水不流动时其管壁所能承受的最高温度为437℃。

进一步地，所述步骤(1)中最低启动给水流量为12％-15％BMCR。

进一步地，所述步骤(6)中所述氨水溶液浓度为700-800mg/L；联氨或氨的过剩量为200-300mg/l。

本发明的有益效果是：

(1)以水冷壁水不流动时其管壁所能承受的最高温度为起点，重新设置最低启动给水流量为12％-15％BMCR，从而有效降低炉水外排量和热量损失；

(2)设置好锅炉炉水膨胀期燃料投入速度，尽在满足热量的情况下减少燃料量，让工质平稳过渡，减少由于水位不稳定造成的热水外排；

(3)采用氨、联氨钝化保护法加强锅炉水系统内部保护，锅炉冲洗和机组启动后蒸汽中的铁含量波动比较平缓，含量较低，可以减少锅炉启动时冲洗次数，节约除盐水的用量，缩短了机组启动后的水汽品质达标的时间，从而达到节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明一种超临界直流锅炉系统结构示意图。

附图标记：1-储水罐、2-省煤器、3-水冷壁、4-分离器、5-过热器、6-大气式扩容器、7-凝汽器、8-除氧器、9-疏水泵、10-再热器。

具体实施方式

本发明涉及的术语解释：

汽水损失:发电厂中蒸汽和凝结水的损失；

工质:实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质；

直流炉干态:锅炉的循环倍率等于1,锅炉水冷壁3的流量等于锅炉蒸发量；

直流炉湿态:就是锅炉的循环倍率大于1,锅炉水冷壁3的流量大于锅炉蒸发量(主蒸汽的流量)；

饱和温度:液体和蒸气处于动态平衡状态即饱和状态时所具有的温度；

BMCR：锅炉最大连续蒸发量。

DG2102/25.4Ⅱ9型超临界参数直流锅炉的启动系统为内置式，结构简单，易于控制，容量为25％BMCR，按不带再循环泵，疏水经大气式扩容器6后由疏水泵排凝汽器7的系统设计，以与锅炉水冷壁3最低质量流量相匹配。

启动过程中分离器4疏水流到大气式扩容器6，在机组启动疏水不合格时，将疏水放入地沟；疏水合格后，排入凝汽器7进行工质回收，同时，有的机组分离器4疏水还可以通入除氧器8，一方面可以回收工质，另一方面也可用来加热除氧器水回收热量。

锅炉负荷小于25％BMCR直流负荷时，分离器4起汽水分离作用，分离出的蒸汽进入过热器5，水则通过连接管进入储水罐1，然后排至大气式扩容器6，扩容减压后，疏水最终流入疏水泵9，通过疏水泵9升压后经过疏水泵出口逆止阀、电动隔离阀和疏水调节阀排入凝汽器7或循环水虹吸井。当大气式扩容器处于低水位时，疏水泵9出口疏水通过再循环电动阀将疏水回流到大气式扩容器。

上述大气式扩容器的容量除满足锅炉启动过程中的最大启动疏水量外，还满足锅炉本体范围内其他疏放水水量，包括过热器疏水、再热器疏水、过热器5和再热器10减温水站疏水、省煤器2放水等。供方将上述疏水接到大气式扩容器6。

锅炉在25％BMCR负荷以上运行时，分离器4呈干态运行，只作为一个流通元件，分离器4按锅炉全压设计。

实施例1

一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，包括以下步骤：

(1)锅炉点火前：以水冷壁3水不流动时其管壁所能承受的最高温度473℃为起点，设置最低启动给水流量为12％BMCR，储水罐1水位设置为可检测到的最低水位，有效降低炉水外排量和热量损失；

(2)锅炉点火：锅炉具备点火条件，等离子拉弧引燃煤粉点火；

(3)锅炉点火后至给水达到100℃饱和温度阶段：在水冷壁3出口温度达到100℃前，停止向炉内注水；利用分散控制系统监视水冷壁(3)受热面监测点的温度，防止蒸汽过热使水冷壁3受热面金属受损；同时解除给水流量最低保护既309t/h，延时20秒，防止给水流量较低时锅炉燃料供应系统切断燃料供应，导致锅炉熄火；

(4)汽水膨胀期：分离器4出口压力为1.1MPa时，设置燃煤投入速度为2t/h，保证在满足热量的情况下减少燃料量，让工质平稳过渡，减少由于水位不稳定造成的热水外排；

(5)汽水膨胀期后：以给水流量为12％BMCR连续向锅炉内注水；

(6)锅炉停机后：放尽炉水，注入用凝结水配制的浓度为700mg/L的氨水溶液，为下次启动做好准备。

实施例2

一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，包括以下步骤：

(1)锅炉点火前：以水冷壁3水不流动时其管壁所能承受的最高温度473℃为起点，设置直流锅炉最低启动给水流量为14％BMCR，储水罐1水位设置为可检测到的最低水位；

(2)锅炉点火：锅炉具备点火条件，油枪投入点火。

(3)锅炉点火后至给水达到100℃饱和温度阶段：在水冷壁3出口温度达到100℃前，停止向炉内注水；通过分散控制系统监视水冷壁3各部的金属温度，同时解除注水流量最低保护；

(4)汽水膨胀期：分离器4出口压力为1.5MPa时，油枪投入点火方式设置退出2只油枪；

(5)汽水膨胀期后：以给水流量为14％BMCR连续向锅炉内注水；

(6)锅炉停机后：锅炉不放水，利用省煤器2将锅炉受热面的水中投入联氨，使锅炉内水质联氨的过剩量为200mg/l，PH值为9.5，为下次启动做好准备。

实施例3

一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，包括以下步骤：

(1)锅炉点火前：以水冷壁3水不流动时其管壁所能承受的最高温度473℃为起点，设置直流锅炉最低启动给水流量为15％BMCR，储水罐1水位设置为可检测到的最低水位；

(2)锅炉点火：锅炉具备点火条件，等离子拉弧引燃煤粉点火；

(3)锅炉点火后至给水达到100℃饱和温度阶段：在水冷壁3出口温度达到100℃前，停止向炉内注水；通过分散控制系统监视水冷壁3各部的金属温度，同时解除注水流量最低保护；

(4)汽水膨胀期：分离器4出口压力为2.0MPa时，设置燃料量投入速度4t/h；

(5)汽水膨胀期后：以给水流量为15％BMCR连续向锅炉内注水；

(6)锅炉停机后：锅炉不放水，利用省煤器2将锅炉受热面的水中投入氨，使锅炉内水质氨的过剩量为300mg/l，PH值为10.5，为下次启动做好准备。

以上所述为本发明的优选方式。

Claims (4)

1.一种超临界直流锅炉节能运行控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)锅炉点火准备：以水冷壁(3)水不流动时其管壁所能承受的最高温度为起点，调整直流锅炉最低启动给水流量，将储水罐(1)水位调整可检测到的最低水位；

(2)锅炉点火：采用等离子拉弧引燃煤粉点火，或油枪投入点火；

(3)锅炉点火后至给水达到100℃饱和温度阶段：在水冷壁(3)出口温度0-99℃时，停止向炉内注水；利用分散控制系统监视水冷壁(3)受热面监测点的温度，同时解除给水流量最低保护；

(4)调整燃料投放速度：分离器(4)出口压力达到1.1-2.0MPa时，等离子点火方式的燃煤投入速度为2-4t/h；油枪投入点火方式，退出1-2只油枪；

(5)汽水膨胀期后：以给水流量为12％-15％BMCR连续向锅炉内注水；

(6)锅炉停机后：放尽炉水，注入用凝结水或给水配制氨水溶液；或锅炉停用后不放水，利用省煤器(2)向锅炉受热面的水中投入联氨或氨，使锅炉水的PH值为9.5-10.5。

2.根据权利要求1所述的一种超临界直流锅炉节能启停方法，其特征在于所述步骤(1)中水冷壁(3)水不流动时其管壁所能承受的最高温度为437℃。

3.根据权利要求1所述的一种超临界直流锅炉节能启停方法，其特征在于所述步骤(1)中最低启动给水流量为12％-15％BMCR。

4.根据权利要求1所述的一种超临界直流锅炉节能启停方法，其特征在于所述步骤(6)中所述氨水溶液浓度为700-800mg/L；联氨或氨的过剩量为200-300mg/l。