0、引言
随着我国锅炉技术的发展，超临界机组已成为火电机组的主要发展方向。为满足超临界锅炉在启动和低负荷以再循环方式运行时，锅炉水冷壁管内工质流量维持在30%BMCR(或以上)的要求，在超临界锅炉中均设置启动系统。哈尔滨锅炉厂自主开发了新型启动系统，装有此系统的印度某600MW超临界工程已投入运行，运行状况良好，且有一批工程正在设计与安装。超临界直流锅炉的启动过程较为复杂、设计与运行过程需注意的问题较多，为此，本文主要叙述了哈锅自主开发的超临界锅炉启动系统的设计特点、性能与锅炉启停过程中启动系统的运行方式与需注意的问题，供相关技术人员参考。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
1、启动系统结构特点
1.1 启动系统构成
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）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。
1.2启动分离器
启动分离器为立式简体，共4只，布置在锅炉前部的上方，距前水冷壁的中心线距离为4.93 m，分离器间的距离为4.5 m。从水冷壁出口集箱出来的介质经6根下倾150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。在分离器下部布置有消旋装置，其作用是消除介质旋转和向下的动能，使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连接l根出口导管，将蒸汽引至顶棚人口集箱。
1.3贮水箱
贮水箱数量为1只，也是立式简体，在其下部共有4根来自分离器的径向连接管分两层引入分离器的疏水：
贮水箱和4只分离器平行、并联布置，因此分离器出水管可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冈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循环泵入口管道。
贮水箱中水被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时，经溢流管路排到疏水扩容器中。贮水箱沿高度从下到上分成如下几个控制区段：
1)从最低的水侧水位取样点开始向上的1.8 m。此区段为保护循环泵的最小水位：
2)7.2 m的循环泵出口的再循环管路调节阀的控制区段；
3)0.7m自由区段；
4)6.0m溢流阀控制区段；
5)到最高的汽侧水位取样点为止的2.2 m的备用区段：
循环泵出口调节阀根据贮水箱巾的相应水位将再循环流量控制在0~ 30% 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路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，控制逻辑将其设定在压力大于20 MPa时闭锁。图3、图4为循环泵和溢流调节阀的水位控制的范围。
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10~20 s。
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。
在泵吸入管上布置有来自给水操纵台后由给水管道引出的循环泵过冷管路，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，监控泵人口水温。如果贮水箱运行压力下的饱和水温度与泵吸人管巾水温相差小于20℃，过冷管上的电动截止阀打开，温差大于30℃时该阀门关闭二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：
1.4循环泵
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：泵巾充满炉水，压力与系统运行压力相同二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巾。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。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一只电动截止阀。在泵运行时，当再循环流量小于37.7 kg/s时，电动截止阀打开，当流量大于57 kg/s时电动截止阀关闭。当循环泵停运时，电动截止阀自动关闭。
2、600MW超临界机组的启停过程
2.1锅炉工质流程
锅炉工质流程是：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，分离下来的水汇入分离器下部的贮水箱由循环泵再次送入省煤器，分离出来的蒸汽进人顶棚包墙系统，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% BMCR负荷）时，锅炉由再循环运行方式转入直流运行方式，启动系统转入热备用状态。此时进入锅炉的给水量与进入汽机的蒸汽量相等。
2.2锅炉启动过程
在锅炉启动时，首先对锅炉上水，并进行相应的排气（汽）。启动循环泵，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，饱和水量逐渐减少，贮水箱内的水位逐渐降低，布置于循环泵出口的流量调节阀随之关小，再循环流量相应减少：当锅炉负荷提高到直流负荷以上时，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33~ 35% 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。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
2.3锅炉停炉过程
锅炉停炉过程与启动过程相似，当锅炉负荷降低到约33—35%BMCR时，首先开启循环泵，通过泵的最小流量管路维持其运行。随著锅炉负荷继续降低，进入分离器的工质的过热度越来越小，当锅炉负荷降低到直流负荷以下时，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。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% BM-CR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。
由于存在暖管流量，在循环泵启动前贮水箱可能存在一定的水位，可通过暖管管路及减温水旁路管的阀门相互配合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。
3、结束语
哈锅自主开发的600MW超临界内置式带循环泵的内置式启动系统结构设计合理，在开发过程中对汽水分离器与贮水箱的材料及规格重新选取，并对贮水箱控制水位进行了精确地核算。可确保锅炉能够安全可靠地运行。
随着我国锅炉技术的发展，超临界机组已成为火电机组的主要发展方向。为满足超临界锅炉在启动和低负荷以再循环方式运行时，锅炉水冷壁管内工质流量维持在30%BMCR(或以上)的要求，在超临界锅炉中均设置启动系统。哈尔滨锅炉厂自主开发了新型启动系统，装有此系统的印度某600MW超临界工程已投入运行，运行状况良好，且有一批工程正在设计与安装。超临界直流锅炉的启动过程较为复杂、设计与运行过程需注意的问题较多，为此，本文主要叙述了哈锅自主开发的超临界锅炉启动系统的设计特点、性能与锅炉启停过程中启动系统的运行方式与需注意的问题，供相关技术人员参考。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
1、启动系统结构特点
1.1 启动系统构成
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）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。
1.2启动分离器
启动分离器为立式简体，共4只，布置在锅炉前部的上方，距前水冷壁的中心线距离为4.93 m，分离器间的距离为4.5 m。从水冷壁出口集箱出来的介质经6根下倾150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。在分离器下部布置有消旋装置，其作用是消除介质旋转和向下的动能，使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连接l根出口导管，将蒸汽引至顶棚人口集箱。
1.3贮水箱
贮水箱数量为1只，也是立式简体，在其下部共有4根来自分离器的径向连接管分两层引入分离器的疏水：
贮水箱和4只分离器平行、并联布置，因此分离器出水管可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冈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循环泵入口管道。
贮水箱中水被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时，经溢流管路排到疏水扩容器中。贮水箱沿高度从下到上分成如下几个控制区段：
1)从最低的水侧水位取样点开始向上的1.8 m。此区段为保护循环泵的最小水位：
2)7.2 m的循环泵出口的再循环管路调节阀的控制区段；
3)0.7m自由区段；
4)6.0m溢流阀控制区段；
5)到最高的汽侧水位取样点为止的2.2 m的备用区段：
循环泵出口调节阀根据贮水箱巾的相应水位将再循环流量控制在0~ 30% 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路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，控制逻辑将其设定在压力大于20 MPa时闭锁。图3、图4为循环泵和溢流调节阀的水位控制的范围。
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10~20 s。
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。
在泵吸入管上布置有来自给水操纵台后由给水管道引出的循环泵过冷管路，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，监控泵人口水温。如果贮水箱运行压力下的饱和水温度与泵吸人管巾水温相差小于20℃，过冷管上的电动截止阀打开，温差大于30℃时该阀门关闭二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：
1.4循环泵
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：泵巾充满炉水，压力与系统运行压力相同二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巾。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。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一只电动截止阀。在泵运行时，当再循环流量小于37.7 kg/s时，电动截止阀打开，当流量大于57 kg/s时电动截止阀关闭。当循环泵停运时，电动截止阀自动关闭。
2、600MW超临界机组的启停过程
2.1锅炉工质流程
锅炉工质流程是：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，分离下来的水汇入分离器下部的贮水箱由循环泵再次送入省煤器，分离出来的蒸汽进人顶棚包墙系统，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% BMCR负荷）时，锅炉由再循环运行方式转入直流运行方式，启动系统转入热备用状态。此时进入锅炉的给水量与进入汽机的蒸汽量相等。
2.2锅炉启动过程
在锅炉启动时，首先对锅炉上水，并进行相应的排气（汽）。启动循环泵，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，饱和水量逐渐减少，贮水箱内的水位逐渐降低，布置于循环泵出口的流量调节阀随之关小，再循环流量相应减少：当锅炉负荷提高到直流负荷以上时，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33~ 35% 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。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
2.3锅炉停炉过程
锅炉停炉过程与启动过程相似，当锅炉负荷降低到约33—35%BMCR时，首先开启循环泵，通过泵的最小流量管路维持其运行。随著锅炉负荷继续降低，进入分离器的工质的过热度越来越小，当锅炉负荷降低到直流负荷以下时，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。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% BM-CR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。
由于存在暖管流量，在循环泵启动前贮水箱可能存在一定的水位，可通过暖管管路及减温水旁路管的阀门相互配合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。
3、结束语
哈锅自主开发的600MW超临界内置式带循环泵的内置式启动系统结构设计合理，在开发过程中对汽水分离器与贮水箱的材料及规格重新选取，并对贮水箱控制水位进行了精确地核算。可确保锅炉能够安全可靠地运行。
