第五讲 超临界锅炉启动系统
超临界锅炉的启动旁路系统
超临界锅炉的启动旁路系统严格来说，超临界直流锅炉启动旁路系统主要由过热器旁路和汽轮机旁路两大部分组成。
过热器旁路是针对直流锅炉单元机组的启动特点而设置的，为直流锅炉单元机组特有的系统。
汽轮机旁路系统不但用于直流锅炉单元机组还用于汽包锅炉单元机组上。
下面介绍的启动旁路系统主要为过热器旁路系统。
一、启动旁路系统的功能和种类1．功能直流锅炉单元机组的启动旁路系统主要有以下功能：（1）辅助锅炉启动1）辅助建立冷态和热态循环清洗工况2）辅助建立启动压力与启动流量，或建立水冷壁质量流速3）辅助工质膨胀4）辅助管道系统暖管（2）协调机炉工况1）满足直流锅炉启动过程自身要求的工质流量与工质压力2）满足汽轮机启动过程需要的蒸汽流量、蒸汽压力与蒸汽温度（3）热量与工质回收借助启动旁路系统回收启动过程锅炉排放的热量与工质。
（4）安全保护启动旁路系统能辅助锅炉、汽轮机安全启动。
有的旁路系统还能用于汽轮机甩负荷保护、带厂用电运行或停机不停炉等。
直流锅炉单元机组的启动旁路系统，不应该是功能越全面越好，要根据机组容量、参数及承担电网负荷的性质等合理的选定。
此外，启动旁路系统在运行中的效果还与锅炉、汽轮机、辅机的性能有关，主机、辅机与系统的性能的统一才能获得预想的功能。
总之，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。
2．种类直流锅炉启动系统（特指过热器旁路系统）有内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统两大类型。
DG1900/25.4-II型超临界直流锅炉采用的是内置式分离器启动系统。
本超临界机组采用的汽轮机旁路系统是大旁路形式，即将过热蒸汽直接通过大旁路送到凝汽器。
二、内置式分离器启动系统的分类及技术特点直流锅炉启动系统按分离器正常运行时是否参与系统工作可以分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统。
内置式分离器启动系统是指在正常运行时，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。
第五章 超临界锅炉工作原理及基本型式
第五章超临界锅炉工作原理及基本型式超临界锅炉的工作原理根据锅炉蒸发系统中汽水混合物流动工作原理进行分类，锅炉可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉三种。
若蒸发受热面内工质的流动是依靠下降管中水与上升管中汽水混合物之间的密度差所形成的压力差来推动，此种锅炉为自然循环锅炉；若蒸发受热面内工质的流动是依靠锅水循环泵压头和汽水密度差来推动，此种锅炉为强制循环锅炉；若工质一次性通过各受热面，此种锅炉为直流锅炉。
直流锅炉是由许多管子并联，然后再用联箱连接串联而成。
它可以适用于任何压力，通常用在工质压力≥16MPa的情况，且是超临界参数锅炉唯一可采用的炉型。
1.直流锅炉的工作原理直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水—次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。
直流锅炉的工作原理如图5-1所示。
图5-1直流锅炉的工作原理示意图在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不是依靠汽水密度差来推动，而是通过给水泵压头来实现，工质一次通过各受热面，蒸发量D等于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率K＝G/D＝1。
直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发受热面间，及蒸发受热面和过热受热面间无固定的分界点，在工况变化时，各受热面长度会发生变化。
沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况示于图5-2：图5-2 直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况图5-2直流锅炉管子工质的状态和参数的变化阻力，工质的压力沿受热面长度不断降低；工质的焓值沿受热面长度不断增加；工质温度在预热段不断上升，而在蒸发段由于压力不断下降，工质温度不断降低，在过热段工质温度不断上升。
2.直流锅炉的特点2.1直流锅炉的结构特点直流锅炉无汽包，工质一次通过各受热面，且各受热面之间无固定界限。
直流锅炉的结构特点主要表现在蒸发受热面和汽水系统上。
直流锅炉的省煤器、过热器、再热器、空气预热器及燃烧器等与自然循环锅炉相似。
2.2直流锅炉适用于压力等级较高的锅炉根据直流锅炉的工作原理，任何压力的锅炉在理论上都可采用直流锅炉。
超临界锅炉启动旁路系统启动流程
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1. 前期准备。
检查旁路系统各阀门、管道、仪表完好，确认操作人员已到位。
第一章第五节 超临界锅炉工作原理和型式
（二）现代直流锅炉的主要型式
1 一次垂直上升管屏(UP锅炉) 该型式锅炉的压力既适用于亚临界，又适用于超临界。 2 炉膛下部多次上升，上部一次上升管屏(FW型) 该型式适合于300~600MW容量机组，且不适宜滑 压运行（中间有联箱）。 3 螺旋围绕上升管屏式 该型式特别适用于滑压运行
9 适用于压力等级更高的锅炉
自然循环锅炉 主要用于高压（9.8~12.74MPa)和超高压(13.72~15.68MPa) 也可用于亚临界(16.66~18.62MPa). 强制循环锅炉 强制循环锅炉适用于自然循环锅炉的工作范围,但只有在压力 在15.68MPa以上时,才有经济性. 直流锅炉 直流锅炉可以用于任何压力,但当 P 22 . 1 MPa 只有采用直流 锅炉
三、 直流锅炉的基本型式
1.直流锅炉结构特点
1）蒸发受热面布置自由 2）没有汽包，主要是外置式过渡区和汽水分离器 3）有启动旁路系统
2.对蒸发受热面的基本要求
1) 2) 3) 4) 管子不被烧坏 能解决膨胀问题 蒸发受热面能够制造出来 制造,安装方便
（一） 早期直流锅炉的型式 1 本生型 : 蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 2 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
给水泵 省煤器
水冷壁
过热器
二、直流锅炉的特点
１．本质特点 （１）没有汽包。（２）工质一次通过，强迫流动，循环倍 率K=G/D=1 （３） 受热面无固定界限。 ２．工作过程中的参数变化 （１）工质焓值，沿受热面长度不断增加。 （２）压力由于克服流动阻力不断下降。 （３）温度，预热段温度不断上升，蒸发段由于压力不断降 低，过热段温度不断上升。 （４）比容不断上升。
超超临界锅炉启动系统方案简介
图 １ 带 循 环 泵 系 统 简 图
由 图 １和 图 ２可 知 ， 带 循 环泵 的启 动 系统 能
１ 启 动 系 统形 式
超超 临界 锅炉 的启 动 系统与 超 临界锅 炉 的启
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３— ２ ５
够通过 循环 泵 自储水 箱 出 口向省煤 器人 口提供 一
个 再循 环 的流量 。而 不带 循环泵 的启 动 系统则 将
储 水箱 出 口的工 质直 接排 人大气 式疏 水扩 容器 进
作者简介： 丁家兴（ １ ９ ８ ２一 ） ， 男， 山东省龙 口市人 ， 工程 师， 从事 电站锅炉的性能设计开发工作 。
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８・
锅
炉
制
造
总第 ２ ４ １期
人 机组水 回收系统 。 由于直流 锅炉在 启动 及低 负 荷 运行 阶段 ， 要求 水 冷 壁 内的介 质 达 到最 低 直 流 负 荷所 需 的流量 以确保 水 冷 壁 的安 全 性 ， 因此 带 循 环 泵 的启 动 系统在 锅炉启 动 阶段 仅需 向水冷 壁 提供 一个 较小 的持续 补充 流量再 加上循 环泵 提供 的再 循环 流量 即可满 足水 冷壁冷 却 的需 要 。而不 带循 环泵 的启 动 系统 则需 持续 地 向水 冷壁 提供达 到最 低直 流负 荷所需 的流量 才 能满足水 冷壁 安全
第 ５期 ２ ０ １ ３年 ９月
锅
炉
制
造
Ｎｏ ． ５ Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０１ ３
ＢＯＩ ＬＥＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩ ＮＧ
文章编号 ： Ｃ Ｎ ２ ３—１ ２ ４ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ０ ７— ０ ３
超 超 临 界 锅 炉 启 动 系 统 方 案 简 介
600MW超临界锅炉
二、螺旋管圈水冷壁的特点
➢ 在—定的炉膛周界情况下，如采用垂直布置的水冷壁 管，其管子根数基本固定，管子直径不能过细，为了 保证水冷壁管子的安全，必须保证一定的工质流量， 所以垂直管圈的质量流速大小是受到严格限制的。
➢ 容量较小的直流锅炉水冷壁往往存在着单位容量炉膛 周界尺寸过大，水冷壁管子内难以保证足够的质量流 速
螺旋管圈型水冷壁关键参数： ➢ 上升角度 ➢盘旋圈数 1.5~2.5圈
§2 过热器及再热器
一、系统及总体特点 过热器系统
去中压缸 去高压缸
⑾
⑩
⑨
②
①
⑤⑥
⑧
③
④
来自高压加热器
⑦
来自高压缸
①汽水分离器 ②顶棚过热器 ③包墙过热器 ④低温过热器 ⑤屏式过热器 ⑥末级过热器 ⑦低温再热器 ⑧高温再热器 ⑨过热器一级减温器 ⑩过热器二级减温器 ⑾再热器减温器
19.471°，管子节距50.8 mm。 • 螺旋水冷壁管屏膜式采用双面坡口扁钢，厚度δ6.4，材 料
15CrMo。
冷灰斗结构
过渡段水冷壁管屏
从倾斜布置的水冷壁转换到垂直上升的水冷壁就需要过渡 结构，即过渡段水冷壁。
螺旋水冷壁出口管几乎每间隔1根管子直接上升成为垂 直水冷壁，另1根抽出到炉外，进入螺旋水冷壁出口集 箱，再由连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入到垂直水冷 壁进口集箱，由垂直水冷壁进口集箱拉出两倍引入螺旋 管数量的管子进入垂直水冷壁，螺旋管与垂直管的管数 比为3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁 的荷载平稳地传递到上部水冷壁。
空气预热 器分解图
空气预热器
第六章 超临界锅炉的水动力特性
压力到超临界压力以上时，工质特性发生较大的变化；汽 水密度差趋于0 滑压运行时，压力为亚临界压力及以下
超临界直流锅炉启动系统详解
超临界直流锅炉启动系统详解一、超临界锅炉设置启动系统的目的超临界锅炉的启动系统是超临界机组的一个重要组成部分。
由于超临界锅炉没有固定的汽水分离点，在锅炉启动过程中和低负荷运行时，给水量会小于炉膛保护及维持流动稳定所需的最小流量，因此必须在炉膛内维持一定的工质流量以保护水冷壁不致过热超温。
设置启动系统的主要目的就是在锅炉启动、低负荷运行及停炉过程中，通过启动系统建立并维持炉膛内的最小流量，以保持水冷壁水动力稳定和传热不发生恶化，特别是防止发生亚临界压力下的偏离核态沸腾和超临界压力下的类膜态沸腾现象，保护炉膛水冷壁，同时满足机组启动及低负荷运行的要求。
二、启动系统的构成启动系统及容量的确定，是根据锅炉最低直流负荷、机组运行方式、质量流速的选取、以及工质的合理利用等因素确定的，本文介绍最低直流负荷（即本生点）为30%BMCR，采用带并联布置的再循环泵和大气式疏水扩容器的内置式启动分离启动系统，包括启动分离器、再循环泵、贮水箱、水位控制阀、截止阀、管道及附件等。
启动系统的主要管道包括：过冷水管道(383)，循环泵入口管道(380)，循环泵出口管道(381)，高水位控制管道(341)，循环泵再循环管道(382)及暖管系统管道(384)等。
启动系统中设置有循环泵，通过循环泵建立有效的工质循环，保持炉膛所需的最小流量。
给水经省煤器和炉膛加热后，工质流入汽水分离器，经汽水分离后的热水被循环泵重新送入省煤器。
采用循环泵可减少工质损失及热量损失，提高电厂的经济性，同时可减少启动时对锅炉的热冲击。
启动系统简图如下图所示。
本系统采用四只启动分离器，在锅炉启动过程中和低负荷运行时可进行有效的汽水分离。
启动分离器为圆柱形筒体结构，直立式布置。
封头采用球形结构。
筒体及封头材料均为SA335 P91。
分离器按全压设计，并充分考虑了由于内压力、温度及外载变化引起的疲劳。
分离器的设计除考虑汽水的有效分离外，还充分考虑了启动时的汽水膨胀现象。
超临界机组锅炉启动系统特点及分析
超临界机组锅炉启动系统特点及分析(2) 内置式分离器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，所不同的是在锅炉启停及低负荷运⾏期间，启动分离器湿态运⾏，起汽⽔分离作⽤；⽽在锅炉正常运⾏期间（负荷⾼于最低直流负荷时，通常为30%BMCR或35%BMCR），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。
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。
⽬前，在世界各国超（超）临界锅炉上，内置式启动系统得到⼴泛应⽤。
内置式的启动系统可分为扩容式（⼤⽓式、⾮⼤⽓式两种）、启动疏⽔热交换器和循环泵（并联和串联两种）⽅式。
⼏种内置式分离器启动系统的简单⽐较见表1。
表1 内置式启动系统的分类由表1可知，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。
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。
① 简单疏⽔扩容式启动系统在机组启动过程中，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、AN阀、ANB阀及启动分离器等组成。
图2 简单疏⽔扩容器的启动系统在锅炉启动时，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。