1、前 言
锅炉启动系统是超临界机组的关键技术之一，其与汽机旁路系统是保证机组安全、经济启停、低负荷运行及妥善进行事故处理的重要手段。启动系统的选型要综合考虑其技术特点、系统投资及电厂运行模式等因素。
无论直流锅炉的启动系统型式如何变化，按分离器在直流负荷以上的运行，分离器是参与系统工作，还是解列于系统之外，可以分为：内置式分离器启动系统(internal seperator startup sys-tem)和外置式分离器启动系统(exteral seperatorstartup system)2种。
外置式启动系统是指启动分离器在机组启动和停运过程中投入的运行，而在直流负荷以上运行时解列于系统之外的启动系统。内置式启动系统指在机组启动、正常运行、停运过程中，启动分离器均投入运行，在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器处于湿态运行，分离器如同汽包一样，起汽水分离作用；而在锅炉正常运行期间，启动分离器处于干态运行，从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器，进入过热器，此时分离器仅起一连接通道作用。外置式启动系统配置复杂，在解列和投运时操作复杂，汽温波动较大，对汽轮机运行不利。内置式启动系统的启动分离器设在蒸发区段和过热区段之间，启动分离器与蒸发段和过热器之间没有任何阀门，系统简单，操作方便，不需要外置式启动系统所涉及的分离器解列或投运操作，从根本上消除了分离器解列或投运操作所带来的汽温波动问题，但分离器要承受锅炉全压，对其强度和热应力要求较高。内置式分离器启动系统适用于变压运行锅炉。
内置式的启动系统可分为扩容式（大气式、非大气式2种）、启动疏水热交换器和循环泵方式。扩容式（大气式和非大气式）低负荷和频繁启停特性较差，但初投资较前者少，适用于带基本负荷的电厂。启动疏水热交换式和带再循环泵的启动系统具有良好的极低负荷运行和频繁启动特性，适用于带中间负荷和两班制运行。简单的内置式的启动系统分类比较见表1。富通新能源生产销售
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本文主要针对简单疏水扩容式启动系统和带循环泵的启动系统进行分析比较，详细介绍2种系统各自的特点，为用户选型时提供参考。
2、简单疏水扩容式启动系统
2.1系统介绍
在机组启动过程中，启动分离器中的疏水经大气式扩容器扩容，二次汽排入大气，二次水经集水箱、疏水泵排至凝汽器。启动系统主要由除氧器、给水泵、大气式扩容器、集水箱、HWL阀、NWL阀、启动分离器等组成。
在锅炉启动时，分离器水位容器建立水位，此时压力为0，点火后，炉水被加热并逐渐开始蒸发产汽，分离器内开始建立压力，此时汽压通过汽机旁路门开度来维持和控制，水位由分离器排水阀控制。立式内置式分离器（或水位容器）的高度很高，主要是由于满足水位的较大波动和便于控制，因为立式容器横断面积很小，单位长度储水量不大，所以水位波动往往很大，有时波动量达±5m，甚至更大一些。特别是在炉水开始蒸发的阶段，由于水冷壁系统产生汽水膨胀现象，瞬间有大大多于给水流量的水涌往分离器，使其水位产生剧烈波动。分离器水位的控制是依靠其排水系统的阀门。为便于水位控制，以及将排水通往不同的地方，往往设置(2～3)只口径不同的排水阀门，这些阀门在启动阶段都依照程序自动投入，并根据水位及时调整。当机组启动并网后，并且锅炉己达到最低直流运行工况时，调节煤水比，使分离器内的进水量逐渐减少，直至达到全饱和蒸汽状态，水位自动消失，排水阀门全部关闭，分离器处在“干态”下运行，这样便完成了整个启动过程。此后，锅炉负荷不断增加，进入分离器的介质由饱和汽状态开始变为微过热状态，分离器本身仅仅作为一个连接水冷壁和过热器的通道。分离器的从有水位（称为湿态）到无水位（称为干态）的转换过程，被称为切除分离器的“切分”过程。
2.2简单疏水扩容启动系统疏水系统的考虑
对于简单疏水扩容启动系统而言，在分离器切除之前，除了能回收部分的工质和热量之外，大部分的疏水经大气式扩容器扩容后仅回收部分工质，热量全部浪费掉了，为了满足在启动工况下的分离器的疏水能安全地排出，根据启动系统的容量，在启动的初期阶段，水冷壁中会出现汽水膨胀现象。此时的疏水量远大于正常情况下的疏水量，约为正常疏水量的1.7倍左右，如果疏水泵的容量过小，将会出现分离器疏水在集水箱中积聚起来，不能及时排掉，导致超过集水箱的最高水位限制。如果选用的疏水泵的容量过大，又过于浪费，因此合适容量的疏水泵的选取显得很重要。
2.3简单疏水扩容式启动系统的控制
超临界锅炉与亚临界汽包锅炉在自动控制方面有所不同，其实质是直流锅炉与汽包锅炉之间的差别，因为超临界锅炉必须是直流锅炉。
在直流锅炉中，由于没有汽包，蒸发与过热受热面之间没有固定的分界线。当给水量或燃料量变化时都会引起蒸发量、汽温和汽压的同步变化，相互有牵制，关系密切，这样给控制系统的设计和调整增加了灵活性，也增添了复杂性。
在启动初期，给水泵按照最低直流负荷的给水流量提供给水，由于此时没有蒸汽产生，全部给水经过分离器变成疏水；一旦有蒸汽产生，分离器中的水位开始下降，给水泵维持最低直流负荷的给水，同时疏水的量开始减少，控制原理见图2。这样的状态一直要维持到最低直流负荷，在该负荷以上锅炉进入直流运行方式，进入蒸发器的水全部变成蒸汽。
2.3.1启动系统调节阀的功能及连锁关系
2.3.1.1NWL阀的功能、运行条件及连锁关系
NWL阀的功能：
(1)回收工质的热量，即使在冷态启动工况下，只要水质合格和满足NWL阀的开启条件，也可以通过NWL阀疏水进人除氧器水箱回收部分热量；
(2)保持分离器最低水位。
运行条件及连锁关系见表2～表4。
2.3.1.2 HWL阀的功能、运行条件及连锁关系
HWL阀的功能：
(1)冷态启动当水质不合格和冷态、温态启动过程中，锅炉发生汽水膨胀现象进入启动分离器的大量疏水排至大气式扩容器；
(2)冷态和温态启动过程中，使启动分离器水位不超过最高水位以防止启动分离器满水，避免水冲入过热器，而危及过热器甚至汽机的安全。
HWL1阀运行条件及连锁关系见表5。
启动系统中的调节阀需具有良好的调节特性，能抗汽蚀、防泄漏、达到ANsiv级、承受高压差。所有调节阀能在各种起动工况下，满足不同组合运行方式时排放流量的要求。截止阀能承受高压差、关闭严密、不泄漏。
3、带循环泵的启动系统
3.1系统介绍
对于配置带循环泵的启动锅炉，在锅炉的启动及低负荷运行阶段，炉水循环确保了在锅炉达到最低直流负荷之前的炉膛水冷壁的安全性。当锅炉负荷大于最低直流负荷时，一次通过的炉膛水冷壁质量流速能够对水冷壁进行足够的冷却。启动系统主要由除氧器、给水泵、大气式扩容器、集水箱、启动循环泵、启动分离器等组成。
在炉水循环中，由分离器分离出来的水往下流到锅炉启动循环泵的入口，通过泵提高压力来克服系统的流动阻力和省煤器最小流量控制阀（V-507）的压降，水冷壁的最小流量是通过省煤器最小流量控制阀来实现控制的，即使当一次通过的蒸汽量小于此数值时，炉膛水冷壁的质量流速也不能低于此数值。炉水再循环提供了锅炉启动和低负荷时所需的最小流量，选用的循环泵能提供锅炉冷态和热态启动时所需的体积流量，在启动过程中，并不需要像简单疏水扩容器系统那样往扩容器进行连续地排水，循环泵的设计必须提供足够的压头来建立冷态和热态启动时循环所需的最小流量。
从控制阀出来的水通过省煤器，再进入炉膛水冷壁，总体流程如图2所示，在循环中，有部分的水蒸气产生，然后此汽水混合物进入分离器，分离器布置靠近炉顶，这样可以提供循环泵在任何工况下（包括冷态启动和热态再启动）所需要的净吸压头，分离器的较高的位置同样也提供了在锅炉初始启动阶段汽水膨胀时疏水所需要的静压头。
在图3所示启动系统图中，循环泵和给水泵是串联布置，这样的布置具有以下优点：
(1)进入循环泵的水来自下降管或锅炉给水管或同时从这两者中来；
这样的布置使得在各个启动过程中，总是有水流过循环泵，泵的流量恒定，无须设置任何最小流量的泵循环回路及其必须的控制设备；
(2)锅炉给水的欠焓可增加循环泵的净吸压头；
当分离器由湿态转向干态时，疏水流量为0，但此时循环泵能从给水管道中得到足够的流量，可保证分离器平滑地从干态转向湿态，无须在此时进行循环泵的关停操作。
3.2带循环泵的启动系统疏水系统的考虑
对于带循环泵的启动系统而言，在循环泵投运的情况下，能回收大部分的工质和热量。带循环泵的启动系统的疏水量（在循环泵投运时）大部分经再循环泵重新回到省煤器，所以经过大气式扩容器的疏水量很少，但考虑到本套系统是按照循环泵在解列条件下也能正常启动设计的，推荐采用和简单疏水系统同样容量的疏水泵。
3.3锅炉循环泵启动系统的控制
当锅炉最初启动没有蒸汽产生时，给水泵可以不带负荷，此时进入省煤器和蒸发器的水完全来自分离器的疏水；一旦有蒸汽产生，分离器中的水位开始下降，给水泵需启动补充给水，控制原理见图4，以维持分离器水位，而此时进入省煤器和蒸发系统的流量发生变化由纯粹的疏水变成给水和疏水的混合物，这样的状态一直要维持到最低直流负荷。在该负荷以上，锅炉进入直流运行方式，进入蒸发器的水全部变成蒸汽，而省煤器和蒸发器的流量完全来自于给水。
在湿态运行状态下，给水是通过分离器的水位和蒸汽量来控制，其控制方法类同亚临界控制循环锅炉，分离器的水位需要连续地监视。
为了防止启动，初期阶段汽水膨胀时分离器水位过高，饱和水进入过热器，除了给水控制水位外，还设置了大气扩容式系统，在扩容器进口设置有2个高水位调节阀（HWL -1／2），其功能与简单疏水启动系统相同，另外当循环泵发生故障时，该系统也能启动锅炉，只是工质和热量损失较多。
3.3.1循环泵的控制
循环泵随给水泵后启动，再循环泵出口设置有1个控制省煤器进口最小流量的调节阀(V-507)，该调节阀是通过测量得到的省煤器进口流量(FEl)与最小流量比较信号和测量的循环泵压差( DPT)与设定压差的比较信号来控制(见图4)，这样的控制，既可保证省煤器的最小流量要求，又可以保护循环泵。
3.3.1.1循环泵的启动条件
(1)冷却水流量满足要求；
(2) V-504开；
(3) V-508开；
(4)省煤器进口给水流量大于循环泵自身启动设定值或分离器水位大于设定值且电动阀（V-503）己开；
(5)无停循环泵指令。
当上述循环泵的启动条件全部满足后，则发指令要求循环泵出口的调节阀（V-507）的开度满足循环泵最小流量；当循环泵出口的调节阀(V-507)的开度己满足循环泵最小流量要求，则如下任一指令可开启循环泵：
(1)机组顺控要求启动循环泵；
(2)自动湿态方式启动循环泵；
(3)运行人员启动循环泵。
3.3.1.2循环泵的跳闸条件
(1)循环泵己启，但差压小于设定值；
(2)电机腔温度大于设定值；
(3)电动阀V-504关；
(4)电动阀V-508关。
当循环泵启动后，如下任一指令自动停运循环泵：
(1)机组顺控要求停运循环泵；
(2)自动干态方式停运循环泵；
(3)运行人员停运循环泵；
(4)电气故障停运循环泵；
(5)循环泵己启，但省煤器进口给水流量小于循环泵要求的最小设定值停运循环泵。
3.4再循环泵系统的优点
与简单疏水扩容启动系统相比，带再循环泵系统具有如下优点：
(1)可降低给水泵在启动和低负荷运行的功率。
(2)启动和低负荷运行时，不但能回收全部工质，还可100%回收疏水热量。
(3)由于带再循环泵系统分离器的水位控制是通过与汽机蒸汽流量相关的给水控制来完成的，在通常情况下，不需要使用启动系统的排放阀门，这样可以减小系统的热量和工质的损失。
(4)带泵的启动系统与简单疏水型启动系统相比，能够回收更多的热量，同时也可减小工质损失，炉水再循环确保了炉水本身所带的热量都回到炉膛水冷壁，在启动的大部分时间内，几乎没有什么热损失和工质损失。带泵的启动系统与疏水型启动系统在排放水量上有巨大区别，后者在锅炉整个启动过程中，从炉膛水冷壁来的水被连续地排放，导致了大量的热损失和工质损失。与此相比，带泵的启动系统只需要在锅炉启动的早期汽水膨胀阶段排水到扩容器中。在此时间段，由于排放的水是处于大气压力下的饱和水．所以热损失很小，而且排放水的焓值也较低，不会有工质在扩容器中被蒸发掉。
简单疏水型启动系统是通过给水泵来提供必须的水冷壁最小流量，而带泵的启动系统则是通过循环泵来实现的，对于疏水型的启动过程，所有最小流量的水都在炉膛中被加热，没有蒸发成水蒸气的部分则携带着从炉膛吸收的热量被排到扩容器中，带泵的启动系统由于很小的排放水量，其热损失也很小，其启动过程中总的热损失约为疏水型启动系统的3%。
由于带循环泵的启动系统在启动的整个过程中能100%吸收疏水热量，可有效缩短冷态和温态启动时间。相比于简单疏水扩容启动系统，当冷态启动时，点火至汽机冲转时间可缩短70min～80 min;温态启动可缩短10 min～20 min．该系统更适合于频繁启动、带循环负荷和二班制运行机组。
循环系统采用1台湿式马达启动泵，型式与常规亚临界控制循环的炉水循环泵基本相同，但泵只有1个出口（控制循环泵有2个出口），泵的扬程也要比控制循环泵高得多。
带循环泵系统适用于带中间负荷或两班制运行。这种布置方式不仅可应用于变压运行的超临界机组启动系统中，同时还可应用于亚临界压力机组部分负荷或全负荷复合循环（又称低倍率直流炉）的启动系统中。采用带循环泵的启动系统，可减少启动工质和热量的损失。泵的参数的选择及运行方式是该系统应考虑的主要问题。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。
4、结论
通过对超临界直流锅炉启动系统几种常见类型及其技术特点的分析比较发现，外置式的启动系统目前应用较少；而内置式的启动系统中，带再循环泵的启动系统极低负荷运行和频繁启动特征较好；而带扩容式启动系统较差，但初投资较后者少且控制简单。电厂在选型时要综合考虑其技术特点，系统投资及运行模式等因素。
