1000MW 超超临界锅炉启动过程分析

1000MW超超临界锅炉启动过程分析

刘崇刚 国电泰州发电有限公司生产运行部

江苏泰州 213000

择要：本文简单介绍泰州电厂工程概况及等离子助燃点火，重点论述超超临界1000MW机组在启动过程如

何成功实现无油点火，而且对启动过程中出现的具体问题进行详细分析并提出针对性解决方法，具有很大的推广价值，为即将投产和在建机组超超机组提供了实现无油启动成功的范列。

关键词：等离子 无油点火 锅炉启动 参数控制 关键点控制

一、 工程概况

国电泰州电厂一期工程2×1000MW超超临界燃煤机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司由三菱重工业株式会社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）提供技术支持，设计的锅炉是超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、双炉膛、一次中间再热、低NOX PM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切园燃烧方式，底层1A磨煤机采用等离子助燃技术，炉膛为内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，循环泵启动系统；调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。

锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，设计煤种为神华煤，校核煤种分别为兖州煤和同忻煤。

锅炉主要参数如下：

项 目 过热蒸汽流量 过热蒸汽出口压力 过热蒸汽出口温度 再热蒸汽流量 再热器进口蒸汽压力 再热器出口蒸汽压力 再热器进口蒸汽温度 再热器出口蒸汽温度 省煤器进口给水温度 单 位 t/h Mpa(g) ℃ t/h Mpa(g) Mpa(g) ℃ ℃ ℃ BMCR 2980 26.15 605 2424 5.11 4.85 353 603 302 BRL 2887 26.07 605 2339 4.93 4.68 351 603 300 THA 2741 25.96 605 2245 4.73 4.49 345 603 296

二、 启动过程分析

1、 等离子点火

等离子点火原理：等离子是利用直流电流在介质气压0.01～0.03Ma的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心燃烧筒中形成温度》5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在1/1000秒内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反

应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化，煤粉的燃烧速度加快，也有助加速煤粉的燃烧，大大减少了点燃煤粉所需要的引燃能量，使无油点火成为可能。

等离子点火的难点：

1） 如何获得初始的制粉热风

泰州电厂采用等离子厂家提供的方案：在热风母管上加装厂家提供的暖风器，加热汽源来自辅汽系统，暖风器入口加装一个热风隔绝门，出口加装一个热风电动调节挡板和冷风电动调节挡板。暖1A磨时，开启暖风器入口热风隔绝门和出口冷、热一次风调挡板，打通1A磨出口风道进行暖磨即可获得启动初期的制粉热风。 2） 磨煤机的初始煤量选择

在锅炉启动初期，热量的投入是缓慢而均匀的。但如果煤量过小，磨煤机振动大，煤粉着火不稳定；煤量大，锅炉启动特别是第一次启动，升温升压太快将给机组带来极大的危害。根据锅炉厂提供的技术资料，锅炉点火时可投入一层油枪，总出力约为13.2t/h，磨煤机厂家提供最小出力为25T/H，初步选择28/h.在实际启动时，根据现场看火、火焰监视屏、DCS火检强度和炉膛负压波动，结合就地磨煤机振动情况，初始煤量在35T/H较为合理。 3） 一次风速和风温

等离子厂家要求一次风速在18～21M/S为宜，风温在初期尽量高（不大于85℃）。实际上由于一次风机以及风管路特性，加上保护值的限制，一次风速只能维持在21～25M/S。一次风温由于暖风器出力的影响，只能维持磨煤机出口温度在55℃左右。所幸的是锅炉空预器加热一次风温在运行约1小时后可以达到180℃，切换至正常热风供给已无问题。

4） 初次点火时，难度很大，表现在以下方面：A）磨煤机初次投运，从煤投入到煤粉进

入炉膛燃烧有一个过程，火检初期检测不到煤粉着火，必须修改相关逻辑，否则MFT会频繁动作。泰州电厂将火检延时改为90S。B)炉膛负压在点火前必须选择一个合理的值，过大影响着火；过小则由于等离子点火实际上是一个爆燃点火过程，瞬间炉膛负压可能达到保护定值而导致点火失败。它的选择还和磨煤机中是否有存煤有关，如果有存煤负压值应该大点。泰州电厂将炉膛负压控制在-0.4 Kpa 比较合适。C）等离子的载体风压要控制在7~9 Kpa：过高不易形成稳定的等离子弧；过低阳极容易烧损。D）点火成功后炉膛负压的调整也很重要，要有前瞻性，要手动非常及时调整，否则往往也会导致点火失败。炉膛负压投自动是不可能满足如此恶劣工况。 5） 等离子点火的锅炉配风

点火时，总风量维持在1200T/H左右，各角风箱与炉膛压差维持在0.2Kpa,将1A燃烧器周围的小风门关至10%左右，最下层风门开度在50%，稍微把1AB油枪的风门开启到20%即可，根据煤量将制粉风量与煤量的比值控制在0.35~0.45之间，当煤粉稳定着火后将煤量降至磨煤机稳定运行的最低煤量35T/H左右，根据燃烧实际情况逐渐开大1A燃烧器周围的风门。

6）调试初期出现的等离子经常断弧和对应对应油枪不自投问题已经解决，1A磨煤机启动后不应该把立即切至正常模式，而是按规程规定启动第二台磨煤机且燃烧稳定火检无大幅度闪烁后才切至正常模式。如果很快切至正常模式，MFT风险减低，但是炉膛安全性能大大降低，这是不允许的。

泰州电厂在启动过程中，抓住以上关键点，成功的实现无油点火，节省大量调试用油，获得巨大的经济效益同时，为以后机组实现无油启停、低负荷稳燃取得重要的经验和主要参数，为机组以后安全经济运行获得宝贵的经验。

2、解决1C磨点火能源的问题

目前看来，由于1A、1B两台磨煤机出力在120T/H时，高旁仍然保持一定开度，电负荷达不到300MW，1C磨点火能源不能满足。如果过早关闭高旁，多次这样会给汽轮机带来SPE问题；如果增大1A、1B两台磨煤机出力来满足负荷要求，等离子投用时，1A磨出力不宜超过65T/H，防止热负荷过高烧毁等离子中心套筒。建议投运CD层油枪，由于锅炉结构特点，#2、3油枪不允许同时投入，将负荷升至300MW以上，锅炉转态结束后逐渐退CD层油枪，要注意保证中间点温度的过热度，不允许在干湿态之间来回。 3、干湿态转换

干湿态转换时要保证给水流量按厂家提供在750T/H左右。900T/H转态时三级过热器29、30屏出现高温情况，最高温度29屏第#8管子达到627℃，转完态后以及在后来高负荷时，该处温度均未达到600℃。干湿态转换时要注意：

? 保证给水流量在750T/H以上，但不要超过850T/H；

? 如果需要启动1C磨，应事先暖好1C磨，根据金属温度控制热负荷，启动1C磨后，将

总煤量控制在120T/H左右，由于投入CD层油枪（#2、3不允许同时投入），相当于14T/H煤，水量可根据情况增加，保证中间点温度有3~5℃过热度，一次转态，不要反复。 ? 如果只用1A、1B两台磨转态，水量尽可能维持在750T/H，逐渐增加1B磨出力，燃烧

充分且炉膛温度较高的话，只需要120 T/H煤足够，实际上可能远不止，但如果煤量在140 T/H时还不能成功转态，必须启动1C 磨或投入CD层油枪，不允许一味增加1A、1B两台磨出力来转态。

? 在该过程中，要加强中间点温度、贮水箱水位、给水流量、主汽压力、温度、再热汽压

力、温度、各受热面金属温度、高、低旁开度和BCP运行工况监视。当中间点温度有2~3℃过热度时，贮水箱水位开始缓慢下降，要逐渐增大电泵出力，开启BCP的再循环阀，逐步关小BR阀至全关。BCP通过过冷水保持循环，直到锅炉稳定直流运行。 4、启动过程中锅炉配风

启动初期，总风量控制在1200~1300T/H之间，风箱角风压控制在0.2Kpa，1A磨煤机风量在80~90T/H，1A燃烧器的周界风开度控制在10%，AB油枪层的燃料风开度在10%左右，其周界风开度控制在30%。AA风在低负荷时只作为调节两侧偏差的手段。然后根据燃烧情况和投运磨煤机逐渐开大风门和提高风箱角风压，应该通过就地看火结合烟囱烟色来判断煤粉实际燃烧好坏。当负荷在500MW时，风箱角风压控制在0.5Kpa以上，此时AA风才渐渐开启。总之，低负荷时燃烧器周围的风量不宜过大，而且可以有效防止水冷壁超温；较高负荷时要根据需要来进行配风。 5、启动过程中参数控制

在启动过程中，往往出现主汽温度或再热汽温偏高，两侧温度偏差的情况。主要有以下几个方面的因数：1）、旁路开度和燃料量不匹配。高压旁路通常在主汽压力达到0.7Mpa时最小开度10%开启，当主汽压力达到1.0Mpa时保持该压力直到60%开度，保持该开度直到主汽压力达到8.5Mpa，保持该压力逐渐开大，如果需要可以开足；低压旁路在高压旁路有开度时即可开足。在湿态运行时，控制好升压速度就是控制了温升率，旁路开启应该根据具体情况来获得自己所需要的参数。2）、燃料量偏大。初期燃料量应维持在1A磨稳定运行的最小出力，当压力、温度上升缓慢时，缓慢而均匀地增加煤量。当炉膛温度升高煤粉燃尽率增大时，可以适当降低煤量。要充分考虑到煤粉燃尽率问题，启动过程中燃料量是有所变化的，而不是一直在增加。到冲转参数时总煤量大致在50T/H左右。3）、启动初期尽可能利用启动炉汽源把给水温度提得高些，必要时可以利用再热汽冷段汽源投入B列高加以提高给水温度；机组并网后低加随机滑启，当机组负荷200MW高加投用条件满足时应尽快投运，有利于温度的控制。4）、加强配风。当温度上升较快时，可以开大燃烧器区域的二次风门开度，减少顶部风量，让火焰中心低点，但一定要注意不能让水冷壁超温。开大AA风的方法值得商榷，也许在一定工况时有用。因为低负荷煤粉燃烧情况很复杂，与正常情况相差很大，甚

至相反；刚投运金属管表面相对洁净，表面还没有达到稳定的污染度；低负荷流量分配也是变化多端。5）、提前采取措施控制温度，不要等到温度高时才想办法，要有意识控制。开减温水降温的方法不可取，但是当温度接近冲转参数100℃时，可以将减温水手动阀开启，利用漏量来抑制温升，既安全又有效。发现温度上升较快时，要适当降低煤量。6）、WDC阀应该保持在关闭状态。如果经常开启，汽水混合物被排放，进入过热器的饱和蒸汽减少，在燃烧量一定的情况下，必然导致汽温偏高。7）、两侧汽温偏差主要是调平两侧烟温差。哪个炉膛出口烟温高，开大其顶部AA风或者关小另一个炉膛顶部AA风即可。 6、受热面超温问题

11月12日21:00 启1C磨，升负荷至300MW。从200MW加负荷至300MW过程中，由于负荷较长时间在区域反复，水冷壁局部、二过、三过特别是29、30屏金属壁温出现报警，分析原因如下：

? 该负荷区域为干湿态转换区，热负荷分配极为复杂，导致金属内部工质反复变化；蒸汽

流量较低，容易产生流量不均匀，加上热负荷较低，炉内温度场分布不均匀加剧金属管受热产生热偏差。

? 由于结构上的原因，前墙水冷壁二次风箱内风压较低，二次风速相对后墙低，不但起不

到加强一次刚性作用，而且引起一次风发散，导致着火提前；前墙#2、#3角燃烧器相互距离较近，该区域热负荷高，更容易使燃烧剧烈，附近水冷壁吸热增多，引起水冷壁局部超；制粉系统管路布置时，前墙燃烧器管路短，一次风调平不均匀，导致前墙燃烧器煤粉量偏多。后墙由于前者原因，所以水冷壁温度分布较均匀。

? 三过超温主要还是低负荷时流量、烟温偏差产生的热偏差所致。至于29、30屏温度偏

高，和其位置有很大的关系：它们处于炉膛水平烟道正中央，正好又是A、B侧三过的端部，而且很有可能异物堵塞。

从玉环和我厂实际来看，八角双切圆PM燃烧器锅炉很大的特点是炉膛水平烟道中间热负荷比较集中，有必要将AA风#2、3和#6、7的水平挡板开大，让热负荷相对往两侧移动，减少中间金属管壁的吸热量，从而达到解决中间受热面超温的问题。

7、机组正常运行过程中，当参数到额定值时，个别受热面壁温会出现报警。有的时报警值偏低，已更改；有的是属于燃烧调整问题；个别确实偏高，如水冷壁前墙入口#311管，一直在430~540℃之间变化，初步估计认为可能是由于异物堵塞引起水动力问题。后来经过燃烧调整，偏高的金属壁温已经完全解决。只是该锅炉水冷壁热敏感性比较强，所以在启动、低负荷和正常运行变负荷启停磨煤机时，要尤其加强对受热面壁温和运行参数的监视和调整。

三、结束语

通过各单位的共同努力，中国国电集团公司第一台1000 MW超超临界机组高质量高标准投产。但是由于缺乏相关的设计、安装、调试和运行经验，超大容量机组还有许多问题需要我们电力人继续探索，为我国电力事业赶上发达国家水平作出我们应有的贡献。

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