隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，'降低機組每千瓦設(shè)備費用、基建投資、'運行維護管理費用，提高機組的經(jīng)濟效益越來越引起人們的重視。而近一、兩年來，國家采取或正在實行的將廠、網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)的措施，又促使人們盡量采用先進技術(shù)，達到提高機組運行的安全經(jīng)濟性。新建機組的蒸汽參數(shù)提高到超臨界，則是提高機組熱效率的有效方法之一。
工業(yè)國家的研究及實踐證明，無論從對電網(wǎng)調(diào)峰要求的適應(yīng)能力（尤其是兩班制調(diào)峰運行），還是機組正常運行時變負荷能力，快速啟／停能力，可用率以及機組的經(jīng)濟性，超臨界機組都要優(yōu)于亞臨界機組。研究報告表明，對600mw機組，若將蒸汽壓力從亞臨界參數(shù)（16.9mpa、538℃）提高到超臨界參數(shù)（24.6mpa、538℃），則機組的熱效率將提高1.7%；若再將再熱蒸汽溫度從538℃提高到566℃，則機組的熱效率又能提高0.8％。
因此，有必要對超臨界機組的特點從設(shè)計、制造、運行等方面進行研究。近年來，我國先后從美國、德國、前蘇聯(lián)等國引進了一批超臨界機組，如石洞口二廠（2×600mw）、營口發(fā)電廠（2×300mw）、綏中發(fā)電廠（2×800mw）等。這些電廠的安裝、調(diào)試及運行對我國研究、設(shè)計、制造超臨界機組將有極大的幫助。
本文正是本著這樣的觀點，淺顯地論述超臨界鍋爐所*的與熱工控制有關(guān)的啟動及運行調(diào)節(jié)特點。
1、超臨界鍋爐
自然循環(huán)鍋爐其蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動是依靠下降管和上升管之間工質(zhì)的密度差來進行的。隨著鍋爐容量的增大，特別是壓力的提高，大大增加了自然循環(huán)和汽水分離的困難。因為根據(jù)水蒸汽性質(zhì)，壓力愈高，汽水密度差愈小，所以自然循環(huán)形成就愈困難和愈不可靠，特別當壓力達到甚至超過臨界壓力時，自然循環(huán)無法形成。在此情況下，鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動只有依靠外來能量（水泵）來進行，超臨界鍋爐就是這種依靠外來能量建立強迫流動的鍋爐。
1.1直流鍋爐的工作原理和特點
直流鍋爐的工作原理如圖l所示，我們把水在沸騰之前的受熱面稱為加熱段；水開始沸騰（x=0）至全部變?yōu)橛陲柡驼羝▁=1.0）的區(qū)段為蒸發(fā)段，蒸汽開始過熱至額定的過熱溫度稱為過熱段。直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動全部依靠給水泵的壓頭來實現(xiàn)。給水在給水泵的壓力作用下，順次連續(xù)流過加熱、蒸發(fā)、過熱各區(qū)段受熱面，一次將給水全部加熱成過熱蒸汽。故直流鍋爐在穩(wěn)定流動時給水量應(yīng)等于蒸發(fā)量。直流鍋爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)鍋爐不同，它沒有汽包。所以加熱、蒸發(fā)和過熱各區(qū)段之間就不像汽包鍋爐那樣有固定分界點。圖1中的曲線表示沿管子長度工質(zhì)的狀態(tài)和參數(shù)大致的變化情況：在加熱段，水的焓和溫度逐漸增高，比容略有加大，壓力則由于流動阻力而有所降低：在蒸發(fā)段，由于水的蒸發(fā)而使汽水混合物的焓繼續(xù)提高，比容急劇增加，壓力降低較快，相應(yīng)的飽和溫度隨壓力的降低而降低；在過熱段，蒸汽的焓、溫度和比容均在增大，壓力則由于流動阻力較大而突降。在鍋爐運行中，無論何種原因引起工況變動，都可能影響汽水管道內(nèi)各點的工質(zhì)參數(shù)，從而改變了加熱、蒸發(fā)和過熱三區(qū)段的長度。這一情況便決定了直流鍋爐一系列主要的工作特性。其中，直流鍋爐的啟動系統(tǒng)及其蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)的特殊性對機組的控制系統(tǒng)有比亞臨界汽包鍋爐的控制系統(tǒng)更復(fù)雜的要求。
1.2超臨界鍋爐類型
超臨界鍋爐的類型從水冷壁的結(jié)構(gòu)型式分有許多類型。但這里只從與熱工控制有關(guān)的啟動系統(tǒng)型式來分類，即按分離器在正常運行時是參與系統(tǒng)工作，還是解列與系統(tǒng)之外，分為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)兩大類型。
1.2.1外置式分離器啟動系統(tǒng)
圖2為lp型直流鍋爐外置式分離器啟動系統(tǒng)。其中過熱器旁路為外置式啟動分離器系統(tǒng)，汽輪機為兩級旁路系統(tǒng)。低溫過熱器與高溫過熱器之間串隔離閥200及其旁路調(diào)節(jié)閥門20l。低溫過熱器進口和出口各有一管路通至啟動分離器。低溫過熱器進口至啟動分離器管路上裝有節(jié)流管束16、隔離閥門203和節(jié)流調(diào)節(jié)閥門202：低溫過熱器出口至啟動分離器管路上裝有調(diào)節(jié)閥門207。高溫過熱器進口、200閥門之后有一管路與啟動分離器汽側(cè)連接，在管路上裝有隔離閥門205。在啟動分離器上還接有汽水工質(zhì)熱量回收系統(tǒng)，汽側(cè)至除氧器調(diào)節(jié)閥門230、至凝汽器調(diào)節(jié)閥門240、至高壓加熱器調(diào)節(jié)閥門220，水側(cè)至除氧器調(diào)節(jié)門231、至凝汽器調(diào)節(jié)閥門241、至地溝調(diào)節(jié)閥門250。
外置式分離器啟動系統(tǒng)解決了鍋爐汽輪機啟動工況不同要求的矛盾，它即能保證鍋爐的啟動壓力和啟動流量，又能送給汽輪機需要的一定流量、壓力與溫度的蒸汽，還能回收啟動中排放的工質(zhì)和熱量。外置式分離器只是在啟動初期投入運行（閥門200關(guān)閉，205開啟，202，207調(diào)節(jié)），待發(fā)展到一定階段就要從系統(tǒng)中切除（開200閥門，關(guān)205、202、207閥門），故又稱為啟動分離器。
圖3為fw型直流鍋爐兩級壓力的外置式分離器啟動系統(tǒng)。它在水冷壁出口和低溫過熱器之間串聯(lián)w、y減壓閥門，低溫過熱器之與高溫過熱器之間串聯(lián)隔離閥門v，閥門v的進口和出口通過p、n閥門與立式啟動分離器連接。分離器水、汽側(cè)還連接熱量和工質(zhì)回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)的啟動特點與上述up型直流鍋爐的外置式分離器系統(tǒng)基本相同。
1.2.2內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
1.2.2.1螺旋管圈直流鍋爐內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
螺旋管圈直流鍋爐都設(shè)有內(nèi)置式分離器，螺旋管圈型水冷壁適宜變壓運行，分離器與水冷壁、過熱器之間的連接無任何閥門。在35％mcr負荷以下，由水冷壁進入分離器的為汽水混合物，在分離器中進行汽水分離，蒸汽直接送入過熱器，分離器疏水通過疏水系統(tǒng)回收工質(zhì)、熱量或排放大氣、地溝。當負荷>35％mcr時，由水冷壁進入分離器的工質(zhì)為蒸汽，分離器只起通道的作用，蒸汽通過分離器進入過熱器。
分離器疏水系統(tǒng)有三種類型，見圖4，擴容式（a）圖、疏水熱交換器式（b）圖和輔助循環(huán)泵式（c）圖。下面進行說明。
擴容式疏水系統(tǒng)如圖4（a）所示，分離器疏水水質(zhì)合格時通過and閥門排入除氧器水箱回收工質(zhì)和熱量：當分離器大流量疏水（如工質(zhì)膨脹峰值）或水質(zhì)不合格時疏水通過aa閥門排入大氣式擴容器4，擴容器的疏水可回收入凝汽器或排放地溝。
1-省煤器、水冷璧；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-汽輪機高壓缸；5-汽輪機中低壓缸；6-凝汽器；7-凝結(jié)水泵；9-凝結(jié)水除鹽裝置；10-凝升泵；11-低壓加熱器；12-除氧器及水箱；13-給水泵；14-高壓加熱器；15-啟動分離器；16-節(jié)流管束；17-地溝；18-高壓旁路；19-低壓旁路
1-省煤器；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-再熱器；5-汽輪機；6-凝汽器；7-分離器；8-汽輪機旁路；9-低壓加熱器；10-除氧器；11-給水泵；12-高壓加熱器
疏水熱交換器式系統(tǒng)如圖4（b），分離器疏水通過熱交換器加熱給水回收熱量：通過熱交換器后的合格疏水可由and閥門排人除氧器。除氧器熱量飽和時由aa閥門排入凝汽器，水質(zhì)不合格時也通過aa閥門排入凝汽器；為了適應(yīng)工質(zhì)膨脹峰值大流量疏水的需要，設(shè)置一熱水熱交換器旁路，以減小排放阻力。
輔助循環(huán)泵式系統(tǒng)如圖4（c）。分離器疏水質(zhì)量合格時通過輔助循環(huán)泵打入給水系統(tǒng)，維持水冷壁zui低質(zhì)量流速，減少給水流量；當疏水不合格時可通過擴容器排放或送入凝汽器。
（a）擴容式；（b）疏水熱交換器式；（c）輔助循環(huán)泵式
1-汽輪機；2-水冷璧；3-分離器；4-擴容器；5-熱交換器；6-再循環(huán)泵；7-過熱器；8-再熱器
我國*臺600mw超臨界螺旋管圈型直流鍋爐（石洞口二廠）配置的就是內(nèi)置式分離器擴容式啟動系統(tǒng)，100％mcr高壓旁路和65％mcr低壓旁路，過熱器出口不裝安全閥門，再熱器進出口裝100％mcr安全閥門。該系統(tǒng)如圖5所示。
1-水冷璧；2-汽水分離器；3-低溫過熱器；4-高溫過熱器；5-汽輪機；6-再熱器；7-凝汽器；8-凝結(jié)水泵；9-凝結(jié)水除鹽裝置；10-低壓加熱器；11-除氧器及給水箱；12-給水泵；13-高壓加熱器；14-疏水箱；15-疏水擴容器；16-汽輪機旁路減溫減壓器，高壓旁路mcr，低壓旁路65%mcr
系統(tǒng)中aa，an及anb閥門用以排放分離器疏水，三閥門的功能有所不同，aa閥門可把大量疏水排入疏水擴容器，保證膨脹峰值流量排放：an閥門可輔助aa反門排放疏水，當aa關(guān)閉時，an與anb共同控制分離器水位；anb閥門把疏水排入除氧器，回收工質(zhì)和熱量。
1.2.2.2fw型直流鍋爐內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
為了適應(yīng)機組帶中間負荷頻繁啟動的要求，fw型直流鍋爐也有其自己特點的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，如圖6所示。
該系統(tǒng)與圖3一樣，仍有減壓閥門w、y，但取消了隔絕閥門v。在減壓閥門出口設(shè)置一組內(nèi)置式分離器7，其蒸汽送往過熱器2和3、疏水送入擴容器8，汽水工質(zhì)與熱量回收系統(tǒng)連接于擴容器。該系統(tǒng)同樣在正常運行時分離器不切除而成為通道，該系統(tǒng)閥門少，啟動操作簡單，并容易實現(xiàn)自動化。
1-省煤器與水冷璧；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-再熱器；5-汽輪機；6-凝汽器；7-內(nèi)置式分離器；8-擴容器；9-凝結(jié)水泵；10-低壓加熱器；11-除氧器及水箱；12-給水泵；13-高壓加熱器；14-凝結(jié)水除鹽裝置；15-汽輪機旁路
1.3超臨界鍋爐啟動特點
如上所述，超臨界鍋爐與亞臨界自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，因此，啟動方法也有較大的差異。超臨界鍋爐與自然循環(huán)鍋爐相比，有如下啟動特點：
1.3.1需要設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)