摘要：超临界CFB锅炉由于没有汽包，锅炉的水容积较亚临界循环流化床锅炉小，其又不同于煤粉锅炉，蓄热量非常大，在全厂失电情况下,会造成炉内的汽水混合物及水被不断加热,通过对空排汽或汽机旁路蒸发后，锅炉水份流失较快，如不及时向锅炉补充给水,极易引起锅炉受热面超温损伤，影响锅炉使用寿命，增大维修费用。本文结合超临界循环流化床锅炉的特点,对某电力系统薄弱地区的CFB锅炉紧急补水系统的必要性进行了论述，提出一套新型更加实用和安全的紧急补水系统。
关键词：超临界CFB锅炉 紧急补水系统
引言
根据国外一些公司的设计思想，一些类型的MW等级CFB锅炉在全厂失电或锅炉全部给水突然失去的情况下，为防止锅炉受热面干烧而引起金属壁温过高，导致受热面烧坏的情况发生，锅炉需设置紧急补水系统，国内一些MW等级CFB锅炉项目接受了该设计思路。
国内引进型循环流化床锅炉，当电厂失电时，锅炉炉膛及热回路内高温物料将热量传递给水冷壁、尾部包墙、外置式换热器等受热面，此时如果无法给锅炉补水，尤其在外置床内，受热面管子完全浸泡在热物料中，即使受热面内通过一定量的蒸汽也难以使受热面冷却到安全的壁温，有可能造成受热面超温爆管。为了保护外置式换热器内的受热面，在装有外置床的循环流化床锅炉上，都设置了紧急补水系统，如云南巡检司电厂、云南红河电厂等。国内自主研发的300MW循环流化床锅炉，如广东宝丽华300MW机组、淮北临涣煤泥矸石电厂一期300MW机组、华电朔州热电公司的2×350MW超临界循环流化床锅炉机组、等工程参照引进技术也设置了同样的紧急补水系统。
由ALSTOM公司设计的CFB锅炉在小龙潭（2×300MW）、蒙西煤矸石（2×300MW）等电厂中，当锅炉停炉时，由于大量使用厚型耐磨材料及绝热旋风分离器，锅炉蓄热量大，降温较慢，炉膛出口烟道及分离器的大量热量辐射至炉膛上部及包墙系统，致使水份被蒸发而导致超温，也采用了紧急补水系统。
国内也有些电厂如山西河坡发电有限公司的2×350MW超临界机组，认为紧急补水系统不一定满足要求，且增加投资维护费用，而未设置紧急补水系统。
随着国内一些大型电厂对这一系统深入的认识，认为紧急补水系统对CFB锅炉并不是十分必要的，某锅炉厂自主开发型300MW及350MWCFB锅炉项目都已经取消了该系统。原因有三：1）全厂失电或锅炉给水突然失去现象发生率较低；2）锅炉给水突然失去后水冷系统发生干烧现象几率较低；3）配置紧急给水系统费用较高，经济性上不划算。
某国外工程350MWCFB锅炉推荐使用紧急补水系统，考虑到该国国家电网较薄弱，无大容量后备电源，使用紧急补水系统预防全场失电的情况下的锅炉受热面干烧。然而，紧急补水系统的使用对锅炉寿命是有一定影响的，不能频繁使用。超临界循环流化床锅炉紧急补给水投入越晚则对锅炉的冷冲击就越大，基于此原原因，锅炉紧急补给水系统采用全自动化系统，若2分钟内投不上说明出现了机械故障，通常故障是无法在几分钟内排除的，此时再投入紧急补水就可能导致机组受热面过烧、疲劳破坏加重或爆管，因而紧急补给水系统的可靠性和自动化程度对该系统的影响也非常大。
1常规紧急补水系统
300MW及其以上CFB锅炉紧急补水系统常规布置方法为：2台机组配置1台常规紧急补水系统、1台大功率的柴油机、1套高压头低流量的水泵、1个500m3的紧急补水箱等。当全厂失电，锅炉主给水泵不能工作，将紧急补水箱中的除盐水通过紧急补水泵补入锅炉（见图1）。
图1常规紧急补水系统
紧急补给水系统主要包括：除盐水箱、柴油机、紧急补给水泵、关断阀、调节阀、止回阀、流量计、水位测点等设备和仪表。紧急补给水泵由柴油发动机驱动，当锅炉主给水泵不能工作时，紧急补给水泵启动将除盐水送至锅炉给水和高压旁路减温水管线，为保证在紧急情况下紧急给水泵能够及时、可靠投运，泵组要求定期进行检测，要经常启动进行暖泵。
技术要求：
1、柴油机的启动时间15秒。
2、紧急补给水泵应该能在2分钟之内从启动到运行工况。
3、当单台炉运行时，厂用电停后将紧急补水泵开启，柴油泵向一台炉供水。
当两台炉运行时，厂用电停后将紧急补救水泵开启，柴油泵分别向两台炉加水，通过调节阀调整每台炉水量各50%。
4、当分离器储水箱内水位达到额定值时柴油泵打自循环，并用柴油泵调整分离器储水箱水位在额定范围内。
2新型紧急补水系统
新型紧急补给水系统（见图2）主要包括：柴油机、紧急补给水泵、关断阀、调节阀、止回阀、流量计、水位测点等主要设备和仪表。在全厂失电时，启动电动给水泵（由柴油发动机驱动），将除氧器内的热水经关断阀、过滤器、紧急给水泵、三通阀、电动调节阀、流量计、电动关断阀、止回阀进入锅炉主给水管道和锅炉减温水管道。泵的进出口电动调节阀、给水三通阀、给水电动关断阀等均带有保安电源，能够保证及时打开。
紧急补给水泵由柴油发动机驱动，当锅炉主给水泵停止工作，紧急补给水泵启动将来自除氧器的水送至锅炉给水管线和高压旁路减温水管线，为保证在紧急情况下紧急给水泵能够及时、可靠投运，泵组要求定期进行检测，即使在电厂不失电的情况下，也要经常启动进行暖泵。
图2新型紧急补水系统
技术要求：
1、柴油机的启动时间15秒。
2、将原有电动关断阀改为气动关断阀，阀门反应时间短，紧急补给水泵应该能在2分钟之内从启动到运行工况。
3、当锅炉运行时，厂用电停后将紧急补水泵开启，用柴油泵向锅炉供水。
4、紧急补给水引自除氧器。
5、增强系统安装质量减少系统漏水，优化管道布置，减少沿程阻力损失。
3紧急补水系统新旧对比
新型紧急补水系统与常规紧急补水系统比较，系统简单，检修维护工作量小，应用效果良好，新型紧急补水系统，不需另外设置紧急补水箱及部分管道系统等，仅利用厂内现有的给水系统设备及管道系统，在电气、控制等方面做一些改动，就可实现与常规紧急补水系统相同的功能。优势如下：
1）除氧器水箱作为锅炉紧急补给水水源。紧急补给水水源温度由原来的20℃增加到110℃~180℃，减少原方案中冷水对锅炉受热面的直接破坏作用。
2）新型紧急补水泵前后都采用母管制补水。采用两炉共用一套紧急补给水系统，可以满足机组的使用要求，该项目CFB锅炉紧急补给水只需要每台锅炉补充40t/h的冷却水来冷却锅炉受热面，CFB锅炉比直燃炉的炉内温度低，在失电、风机停运的情况系仍然可以保温运行30min左右，随后可以压火运行,建议同时采用其他措施使炉膛温度降下来，保护炉内受热面。
3）该工程一台除氧器的正常储水量是110m3,可保证一台锅炉不到3个小时的紧急补给水用量，补水后2小时40分后的保证锅炉受热面安全问题并没有全场失电初期那么急迫。
4）紧急补给水泵入口阀优化后采用气动关断阀，提高紧急补给水系统反应速度，需满足15s内开启紧急补给水泵。
5）紧急补给水泵出口阀采用电动调节阀不变，需满足15s内开启紧急补给水泵。
6）紧急补给水的取水点为在除氧器底部开孔取。
对紧急补给水取自除氧器水箱方案进行了分析，现确认原则上方案是可行的，与原方案相比，取消了紧急补给水箱，但管理系统需由两炉共用更改为一对一方案，具体对比见表3。
4结论及建议
国内许多循环流化床常规紧急补水系统初投资超千万元，某些锅炉厂认为该系统应用及时有效，另一些锅炉厂认为该系统并不重要，经考察，许多国产CFB锅炉实际设备管道系统仅是一种摆设，真正启用时无法起到紧急补水的作用，一旦真正使用依然会损坏锅炉的受热面，还需修复费用及每个月的测试费用，由于国产循环流化床锅炉没有外置床，这些电厂专业人员建议不设置紧急补水系统，但是，对于超临界流化床锅炉，由于没有汽包，锅炉的水容积小，在电网系统薄弱的国家，无大型备用电源，在全厂失电情况下，超临界CEB锅炉受热面超温损坏概率增加，因而需设置紧急补水系统。新型紧急补水系统仅利用厂内现有的除氧器水箱和给水管道系统提供较高温度的水源，降低锅炉受热面冷冲击，并在电气、控制等方面做一些优化，做到系统及时有效性，同时提高了该系统的安全性。
表3 两种紧急补水系统的比较表
综上所述，采用新型的紧急补水系统，初投资较常规紧急补水系统未有增加，但遇到全厂失电的情况下，真正起到紧急补水的作用，同时电厂使用紧急补水系统需注意的事项：
1）对在全厂失电状态下，紧急补水系统动作，会造成锅炉损伤，每一次影响锅炉寿命0.33%，在满足30年锅炉启动寿命的基础上，在这种冷水冲击情况下，锅炉每年允许全厂失电次数不超过3次。2）全厂失电属于事故，每次紧急补水系统使用后，需对锅炉厚壁管道（给水管道、省煤器集箱、省煤器管道、水冷壁集箱、水冷壁、分离器）进行全面检查。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.大中型火力发电厂设计规范:GB50660—2011[S].北京:中国计划出版社,2011.
论文作者:秦海燕
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/2
标签：锅炉论文; 紧急论文; 系统论文; 补水论文; 水泵论文; 流化床论文; 全厂论文; 《电力设备》2018年第17期论文;