(2)  內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)

內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)指在機(jī)組啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停運(yùn)過(guò)程中，啟動(dòng)分離器均投入運(yùn)行，所不同的是在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行期間，啟動(dòng)分離器濕態(tài)運(yùn)行，起汽水分離作用；而在鍋爐正常運(yùn)行期間（負(fù)荷高于最低直流負(fù)荷時(shí)，通常為30%BMCR或35%BMCR），從水冷壁出來(lái)的微過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)分離器，進(jìn)入過(guò)熱器，此時(shí)分離器僅起一連接通道作用。內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)分離器設(shè)在蒸發(fā)區(qū)段和過(guò)熱區(qū)段之間，啟動(dòng)分離器與蒸發(fā)段和過(guò)熱器之間沒(méi)有任何閥門(mén)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，不需要外置式啟動(dòng)系統(tǒng)所涉及的分離器解列或投運(yùn)操作，從根本上消除了分離器解列或投運(yùn)操作所帶來(lái)的汽溫波動(dòng)問(wèn)題，但分離器要承受鍋爐全壓，對(duì)其強(qiáng)度和熱應(yīng)力要求較高。內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)適用于變壓運(yùn)行鍋爐。目前，在世界各國(guó)超（超）臨界鍋爐上，內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

內(nèi)置式的啟動(dòng)系統(tǒng)可分為擴(kuò)容式（大氣式、非大氣式兩種）、啟動(dòng)疏水熱交換器和循環(huán)泵（并聯(lián)和串聯(lián)兩種）方式。幾種內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單比較見(jiàn)表1。

表1  內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)

由表1可知，啟動(dòng)疏水熱交換式和帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)具有良好的極低負(fù)荷運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)特性，適用于帶中間負(fù)荷和兩班制運(yùn)行。擴(kuò)容式（大氣式和非大氣式）低負(fù)荷和頻繁啟停特性較差，但初投資較前者少，適用于帶基本負(fù)荷的電廠。

①  簡(jiǎn)單疏水?dāng)U容式啟動(dòng)系統(tǒng)

在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)分離器中的疏水經(jīng)大氣式擴(kuò)容器擴(kuò)容，二次汽排入大氣，二次水經(jīng)集水箱、疏水泵排至凝汽器。啟動(dòng)系統(tǒng)主要由除氧器、給水泵、大氣式擴(kuò)容器、集水箱、AN閥、ANB閥及啟動(dòng)分離器等組成。

圖2  簡(jiǎn)單疏水?dāng)U容器的啟動(dòng)系統(tǒng)

在鍋爐啟動(dòng)時(shí)，分離器水位容器建立水位，此時(shí)壓力為0，點(diǎn)火后，爐水被加熱并逐漸開(kāi)始蒸發(fā)產(chǎn)汽，分離器內(nèi)開(kāi)始建立壓力，此時(shí)汽壓通過(guò)汽機(jī)旁路門(mén)開(kāi)度來(lái)維持和控制，水位由分離器排水閥控制。立式內(nèi)置式分離器（或水位容器）的高度很高，主要是由于滿(mǎn)足水位的較大波動(dòng)和便于控制，因?yàn)榱⑹饺萜鳈M斷面積很小，單位長(zhǎng)度儲(chǔ)水量不大，所以水位波動(dòng)往往很大，有時(shí)波動(dòng)量達(dá)±5m，甚至更大一些，特別是在爐水開(kāi)始蒸發(fā)的階段，由于水冷壁系統(tǒng)產(chǎn)生汽水膨脹現(xiàn)象，瞬間有大大多于給水流量的水涌往分離器，使其水位產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。分離器水位的控制是依靠其排水系統(tǒng)的閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為便于水位控制，以及將排水通往不同的地方，往往設(shè)置2～3只口徑不同的排水閥門(mén)，這些閥門(mén)在啟動(dòng)階段都依照程序自動(dòng)投入，并根據(jù)水位及時(shí)調(diào)整。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)后，并且鍋爐已達(dá)到最低直流運(yùn)行工況（根據(jù)不同的系統(tǒng)而定）時(shí)，調(diào)節(jié)煤水比，使分離器內(nèi)的進(jìn)水量逐漸減少，直至達(dá)到全飽和蒸汽狀態(tài)，水位自動(dòng)消失，排水閥門(mén)全部關(guān)閉，分離器處在“干態(tài)”下運(yùn)行，這樣便完成了整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，此后，鍋爐負(fù)荷不斷增加，進(jìn)入分離器的介質(zhì)由飽和汽狀態(tài)開(kāi)始變?yōu)槲⑦^(guò)熱狀態(tài)，分離器本身僅僅作為一個(gè)連接水冷壁和過(guò)熱器的通道。分離器從有水位（稱(chēng)為濕態(tài)）到無(wú)水位（稱(chēng)為干態(tài)）的轉(zhuǎn)換過(guò)程，被稱(chēng)為切除分離器的“切分”過(guò)程。

對(duì)于簡(jiǎn)單疏水?dāng)U容啟動(dòng)系統(tǒng)而言，在分離器切除之前，除了能回收部分的工質(zhì)和熱量之外，大部分的疏水經(jīng)大氣式擴(kuò)容器擴(kuò)容后僅回收部分工質(zhì)，熱量全部浪費(fèi)掉了。

②  帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中啟動(dòng)分離器的疏水經(jīng)再循環(huán)泵送入給水管路，根據(jù)循環(huán)泵在系統(tǒng)中與給水泵的聯(lián)接方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種型式。部分給水經(jīng)混合器進(jìn)入循環(huán)泵的稱(chēng)為串聯(lián)系統(tǒng)，給水不經(jīng)循環(huán)泵的稱(chēng)為并聯(lián)系統(tǒng)。

兩種布置型式的比較（見(jiàn)下表）

圖3  帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)（并聯(lián)和串聯(lián)）

表2：串聯(lián)和并聯(lián)啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)的比較

上海鍋爐廠有限公司為江蘇利港工程設(shè)計(jì)的鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)為串聯(lián)布置的帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，具體如下：

系統(tǒng)中包括：F-30分離器，F(xiàn)-31B貯水箱，F(xiàn)-57混合三通，F(xiàn)-60再循環(huán)泵及V-507最小流量調(diào)節(jié)閥，V-508最小流量隔絕閥，V-517、V-514高水位調(diào)節(jié)閥等。

鍋爐設(shè)計(jì)的最低直流負(fù)荷（即本生點(diǎn)）為30％BMCR。

在鍋爐啟動(dòng)階段和低于最低直流運(yùn)行工況時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)行，將從水冷壁出來(lái)的汽水混合物進(jìn)行汽水分離，使蒸汽通向過(guò)熱器，飽和水則通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)循環(huán)泵再將疏水送入省煤器，保證在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段蒸發(fā)受熱面足夠的質(zhì)量流速，并進(jìn)行工質(zhì)和熱量的回收。本系統(tǒng)還設(shè)有另外一路，分離器/貯水箱中的疏水也可通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入大氣式擴(kuò)容器和凝結(jié)水箱至冷凝器。一旦鍋爐啟動(dòng)結(jié)束，啟動(dòng)系統(tǒng)就失去作用，僅作連接水冷壁與過(guò)熱器之間的汽水通道。

圖4 帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)(串聯(lián))

當(dāng)鍋爐最初啟動(dòng)沒(méi)有蒸汽產(chǎn)生時(shí)，給水泵可以不帶負(fù)荷，此時(shí)進(jìn)入省煤器和蒸發(fā)器的水完全來(lái)自分離器的疏水；一旦有蒸汽產(chǎn)生，分離器中的水位開(kāi)始下降，給水泵需啟動(dòng)補(bǔ)充給水，以維持分離器水位，而此時(shí)進(jìn)入省煤器和蒸發(fā)系統(tǒng)的流量發(fā)生變化由純粹的疏水變成給水和疏水的混合物，這樣的狀態(tài)一直要維持到最低直流負(fù)荷，在該負(fù)荷以上鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行方式，進(jìn)入蒸發(fā)器的水全部變成蒸汽，而省煤器和蒸發(fā)器的流量完全來(lái)自于給水。

哈爾濱鍋爐廠為華能玉環(huán)發(fā)電廠（2×1000MW機(jī)組）設(shè)計(jì)的鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)為并聯(lián)布置的帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，具體如下：

水冷壁的最小流量為25％ECR流量。給水經(jīng)過(guò)省煤器和水冷壁加熱后進(jìn)入汽水分離器，在汽水分離器中蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，分離的疏水通過(guò)分離器貯水箱后分成兩路，一路經(jīng)過(guò)3只WDC閥和節(jié)流孔板后流入凝汽器，并經(jīng)過(guò)凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)由給水泵重新打入水冷壁。經(jīng)給水泵循環(huán)的流量為5％MCR鍋爐蒸發(fā)量，其作用是向省煤器輸送溫度較低的工質(zhì)，以防止省煤器沸騰。此外，每個(gè)WDC閥的下游還有與疏水?dāng)U容器的連接管道，用于排放水質(zhì)不合格的工質(zhì)。另一路通過(guò)啟動(dòng)循水冷壁的最小流量為25％ECR流量。給水經(jīng)過(guò)省煤器和水冷壁加熱后進(jìn)入汽水分離器，在汽水分離器中蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，分離的疏水通過(guò)分離器貯水箱后分成兩路，一路經(jīng)過(guò)3只WDC閥和節(jié)流孔板后流入凝汽器，并經(jīng)過(guò)凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)由給水泵重新打入水冷壁。經(jīng)給水泵循環(huán)的流量為5％MCR鍋爐蒸發(fā)量，其作用是向省煤器輸送溫度較低的工質(zhì)，以防止省煤器沸騰。此外，每個(gè)WDC閥的下游還有與疏水?dāng)U容器的連接管道，用于排放水質(zhì)不合格的工質(zhì)。另一路通過(guò)啟動(dòng)循環(huán)泵直接打入省煤器。啟動(dòng)循環(huán)泵的流量為25％ECR流量和5％MCR流量的差值，約18％ECR流量，其作用是回收工質(zhì)和熱量。

在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，首先需要進(jìn)行冷態(tài)清洗。冷態(tài)清洗的流量為25％ECR流量。冷態(tài)清洗中水質(zhì)不合格的工質(zhì)不經(jīng)過(guò)啟動(dòng)循環(huán)泵和給水泵重新進(jìn)入省煤器，而直接通過(guò)3個(gè)WDC閥排入疏水?dāng)U容器，最終排入地溝。

鍋爐點(diǎn)火后，各受熱面的疏水排入疏水?dāng)U容器。分離器貯水箱的水位由WDC閥控制。在汽水分離器中產(chǎn)生蒸汽前的大部分時(shí)間內(nèi)，只有5％MCR的流量需要通過(guò)WDC排入凝汽器，因此只開(kāi)啟＃1WDC閥。但當(dāng)發(fā)生汽水膨脹時(shí)，分離器貯水箱的水位急劇上升，3只WDC閥需全部打開(kāi)，大流量的疏水經(jīng)疏水?dāng)U容器排入凝汽器。

當(dāng)汽水分離器產(chǎn)生蒸汽后，蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，通過(guò)高、低壓旁路排入凝汽器。通過(guò)啟動(dòng)循環(huán)泵回省煤器的流量仍保持在18％ECR的流量，通過(guò)WDC閥回凝汽器的流量則相應(yīng)減少。當(dāng)汽水分離器的產(chǎn)汽量達(dá)到5％MCR流量時(shí)，WDC閥關(guān)閉。隨著產(chǎn)汽量的增加，通過(guò)啟動(dòng)循環(huán)泵的流量也相應(yīng)減少，保持總給水流量為25％ECR流量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷上升到25％ECR流量時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)泵關(guān)閉，鍋爐轉(zhuǎn)為直流運(yùn)行。

溫態(tài)啟動(dòng)，熱態(tài)啟動(dòng)和極熱態(tài)啟動(dòng)的過(guò)程與冷態(tài)啟動(dòng)基本一致。但是溫態(tài)，熱態(tài)和極熱態(tài)啟動(dòng)初期，鍋爐4級(jí)過(guò)熱器和主蒸汽管道的金屬溫度高于進(jìn)入其中的蒸汽溫度，為了防止蒸汽“冷卻”4級(jí)過(guò)熱器和主蒸汽管道，在3級(jí)過(guò)熱器和4級(jí)過(guò)熱器之間設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)旁路，蒸汽通過(guò)啟動(dòng)旁路控制閥（EC閥）和噴水減溫排入凝汽器。在此期間，高壓旁路關(guān)閉，3級(jí)過(guò)熱器出口蒸汽壓力由EC閥控制。當(dāng)3級(jí)過(guò)熱器出口的蒸汽溫度高于4級(jí)過(guò)熱器出口的金屬溫度時(shí)，EC閥逐漸關(guān)閉，高壓旁路閥打開(kāi)，主蒸汽壓力由高旁閥控制。

啟動(dòng)或停爐時(shí)如果啟動(dòng)循環(huán)泵發(fā)生故障，汽水分離器的疏水全部通過(guò)WDC閥排入凝汽器。

啟動(dòng)期間疏水?dāng)U容器中合格的疏水由凝結(jié)水疏水泵送入凝汽器。

③  帶疏水熱交換器的啟動(dòng)系統(tǒng)

姚孟電廠所引進(jìn)的由SULZER公司設(shè)計(jì)、在比利時(shí)制造的直流鍋爐采用的為帶啟動(dòng)疏水熱交換器的啟動(dòng)系統(tǒng)。

啟動(dòng)過(guò)程中汽水分離器的疏水通過(guò)啟動(dòng)疏水熱交換器后分成兩路，一路經(jīng)過(guò)ANB閥流入除氧器水箱；另一路經(jīng)過(guò)并聯(lián)的AN閥和AA閥流入冷凝器之前的疏水箱。而后進(jìn)入冷凝器。啟動(dòng)疏水熱交換器，在省煤器及水冷壁中吸收了煙氣熱量的汽水分離器疏水和鍋爐給水進(jìn)行熱交換，減少了啟動(dòng)疏水熱損失。這種啟動(dòng)系統(tǒng)由于疏水熱交換器運(yùn)行壓力較高，易泄漏，加之金屬耗量及投資均比較大，在國(guó)內(nèi)外均很少采用。